DE2658619C3 - Durchfluß-Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchfluß-Regelventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer verstellbaren Regelöffnung in Durchfluß-Regelventilen ist üblicherweise der Austrittsquerschnitt der Regelöffnung in den sich stromab daran anschließenden Abströmraum kleiner als der Querschnitt des Abströmraums, so daß unmittelbar hinter der Regelöffnung von dem hindurchtretenden Strömungsmedium ein Freistrahl gebildet, wird, an dessen freien Oberflächen erhebliche Turbulenzen auftreten, die wesentlich zur Geräuschbildung in einem solchen Ventil beitragen. Bei anderen bekannten Durchfluß-Regelventilen ist zwar der aus der Regelöffnung in den Abströmraum austretende Medienstrom von bereits vorher ausgetretenem Strömungsmedium umgeben; jedoch hat hier der austretende Medienstrom meist eine wesentlich andere Strömungsrichtung und Strömungsgeschwindigkeit als das ihn hinter der Rcgelöffnung umgebende Strömungsmedium. Dadurch kommt es an den Grenzflächen des austretenden Mediumstroms zu einer turbulenten Vermischung mit dem umgebenden Strömungsmedium, was

ebenfalls eine wesentliche Ursache für die Entstehung von Strömungsgeräuschen bei Strömungsreglern darstellt

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, ein Durchflußregelventil zu schaffen, bei welchem unabhängig von dem jeweiligen Regelquerschnitt der Regelöffnung Vermischungsturbulenzen im sich an die Regelöffnuns stromab anschließenden Strö.mungsfeld vermieden sind. Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale aus dem Anspruch 1 erreicht.

Hierbei bezieht sich der Begriff »stationär« auf die jeweils eingestellte Regelöffnung.

Das erfindungsgemäße Prinzip liegt somit darin, freie Grenzflächen des aus der Regelöffnung austretenden Strömungsmittelstroms und Unstetigkeitsflächen im Übergangsbereich zwischen dem aus der Regelöffnung ausgetretenen Strömungsmittelstrom und dem ihn umgebenden Strömungsmittel zu vermeiden. Für die erfindungsgemäße Lösung kommt es somit wesentlich darauf an, rnögiiCuSt geringe Diiicrenzen nach Richtung und Strömungsgeschwindigkeit zwischen den: aus der Regelöffnung austretenden Strom und dem hinter der Regelöffnung vorhandenen Strömungsmittel zu erreichen, so daß der aus der Regelöffnung austretende Strömungsmittelstrom sich praktisch nicht mit dem umgebenden Strömungsmittel in turbulenter Weise vermischt. Hierbei kann durch eine geeignete Anordnung und Gestaltung der Regelöffnung und des sich daran anschließenden Gehäuses der aus der Regelöffnung austretende Strom sich teilweise an die Gehäusewand anlegen, wo allenfalls Grenzschichtinstabilitäten auftreten, die keine wesentliche Geräuschquelle darstellen. Die nicht an der Gehäusewand angelegten Bereiche des austretenden Stroms werden durch den stationären Strömungswirbel turbulenzfrei gebunden, so daß auch hier keine freien Grenzschichten zwischen dem austretenden Strömungsmittelstrom und dem den Strömungswirbel bildenden Strömungsmittel vorhanden sind.

Da ein stationärer Strömungswirbel in einem geeignet geformten Gehäuse meist nur Grenzschichtinstabilitäten aufweist, werden von der Wirbelströmung selbst keine wesentlichen Geräusche erzeugt. Die kinetische Energie des aus der Regelöffnung austretenden Strömungsmediums kann mittels der Wirbelströmung in Form von Wandreibung unmittelbar an das Gehäuse abgeführt werden.

Wenngleich es möglich erscheint, den erfindungsgemäß zur Vermeidung von Unstetigkeitsflächen im Strömungsfeld ausgenutzten Strömungswirbel durch einen Fremdantrieb anzutreiben und aufrecht zu erhalten, beispielsweise durch einen kleinen Rotor im Bereich der Wirbelachse, der möglicherweise von dem Strömungsmedium stromauf der Regelöffnung oder einem kleinen Motor getrieben wird, erscheint es wesentlich einfacher und wird daher vorgezogen, den Strömungswirbel unter dem Antrieb des aus der Regelöffnung austretenden Strömungsmediums selbst zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Neben der hieran angepaßten Gestaltung des an die Regelöffnung anschließenden Abströmraumes können zusätzlich auch geeignete Leiteinrichtungen angeordnet werden, um insbesondere das Anwerfen des Wirbels zu begünstigen.

Es ist zwar für die Reduzierventile bekannt, an der Abströmseite der Re_ft ^felöffnung Einrichtungen anzuordnen, durch welche ein? Freistrahlvcrmischung des aus der Regelöffnung austretenden Stromes mit dem ihn umgebenden Strömungsmittel als Hauptquelle der Geräusche und Vibrationer vermieden werden soll. Diese Einrichtungen arbeiten jedoch nach einem anderen Prinzip als die Erfindung, nämlich nach dem Prinzip der künstlichen Erhöhung der Turbulenz in dem abströmenden Medium über den ganzen Strömungsquerschnitt hin, wozu diese Einrichtungen z. B. als labyrinthartiges Strömungsverzweigungssystem ausgebildet sind (Sonderdruck aus Mitteilungen der Vereinigung der Großkesselbesitzer. Heft 41. April 1956).
Außerdem ist es bekannt (Industrie-Anzeiger, 90. Jg,

ίο Nr. 68), eine Wirbelströmung als Mittel auch zur Minderung von Strömungsgeräuschen zu verwenden, wobei jedoch die Wirbelströmung als veränderlicher Strömungswiderstand im Zusammenwirken mit einem Speichervolumen zur Pulsationsdämpfung von pulsierenden Strömungen in Abgasleitungen von Verbrennungsmotoren angewendet wird.

Ferner ist es an sich bekannt, einem Druckreduzierventil einen Apparat zur Geräuschminderung nachzuschalten, durch den die Steigerung Λ;γ Geschwindig-

2ö keiisenergie. die das Sirömungsmiüei iiurch seine Entspannung erfährt, durch innere Arbeit ohne Turbulenz- und Kavitationserzeugung und daher entsprechend geräuscharm abgebaut werden soll. Hierzu wird das druckred'jzierte Strömungsmittel stromab im Abstand von der Regelöffnung des Druckreduzierventils durch axiale Austrittsschlitze radial nach außen in eine an der Eintrittsseite als Ringraum ausgebildete Wirbelkammer eingeleitet und dort an gekrümmten Leitschaufeln, die bis etwa zur radialer, Mitte des Ringraumes reichen,

to etwa in die Umfangsrichtung des Ringraumes zur Anlegung an dessen radial äußere Wand umgelenkt, damit die Geschwindigkeitsenergie der im Zusammenwirken mit dieser Wand erzeugten Drallströmung durch starke Reibung an dieser Wand rasch abgebaut wird. Ein AnIegen der Austrittsströmung einer Regelöffnung an eine stationäre Wirbelströmung zur Anbindung freier Grenzflächen der Austrittsströmung an die Wirbt'strömung hingegen ist bei dem bekannten Vorschlag weder beabsichtigt noch erreicht, denn einerseits kann sich dort wegen des Strömungshindernisses, welches von den in den Ringraum hineinragenden Leitschaufeln gebildet wird, ein stationärer Strömungswirtwl. an welchen die Austrittsströmung angelegt werden könnte, im Bereich der Austrittsspalte nicht ausbilden, und andererseits ist dort die Austrittsströmung an deren radial inneren Grenzflächen nicht turbulenzfrei eingebunden, so daß hier freie Grenzschichten und turbulente Vermischungsgebiete weiterhin entstehen. Die Erfindung kann daher auch nicht durch eine entsprechende Übertragung des bekannten Vorschlages auf die Austrittsströmung einer verstellbaren Regelöffnung erhalten v/Pidt., (US-PS 30 36 656).

Ferner ist es bekannt (DE-PS 3 91 407), bei einem Flüssigkeitsventil aui* der Eintrittsseite der Flüssigkeit spiralförmig angeordnete Leitrippen auszubilden, damit die Strömung durch die Regelöffnung einen Drall erhält, unter dessen Wirkung der Austrittsstrom durch Zentrifugalwirkung ausgebreitet wird, so daß ein hohler Kegel anstelle eines massiven Wasserzylinders entsteht In

to ähnlicher Weise ist bei einem bekannten Fl'iss.gkeits-Eckventil der Flüssigkeitszulauf vor der Regelöffnung in Art eines Spiralgehäuses ausgebildet, damit die Druckabsenkung am Venrlkegel verkleinert wird (J. Müller und R. Müller, Stelleneinrichtungen für Stoffströme,

b5 VEB Verlag Technik Berlin, 1966, S. 17). Auch nach diesen bekannten Vorschlägen ist daher in dem sich an die Regelöffnung anschließenden Abströmraum keine derartige stationäre Wirbelströmung vorhanden, daß in

dieser der aus der Regclöffnung austretende Austrittsstrom turbulenzfrei eingebunden werden könnte. Im Gegensatz zu der Erfindung sind vielmehr durch das Ausbreiten des Austrittsstromes zu einem wirbelnden Hohlkegel an dessen Innenseite freie Grenzschichten erzeugt, welche zu Vermischungsturbulenzen in dem sich an die Regelöffnung stromab anschließenden Strömungsfeld führen.

Durch geeignete Gestaltung der den Abströmraum umgrenzenden Gehäusewand oder eine entsprechende Leiteinrichtung läßt sich im Sinne des oben angegebenen Prinzips erreichen, daß die in dem Abströmraum erzeugte stationäre Wirbelströmung den Abströmraum im wesentlichen vollständig ausfüllt und die Austrittsmündung der Regclöffnung derart überstreicht, daß der aus der Regelöffnung austretende Strom sauber und turbulenzfrei in die Wirbelströmung einläuft.

Dabei ist die Mündung der Regelöffnung und der sich daran anschließende Eintrittsteil des Abströmraumes derart gestaltet, daß Toträume und Rückströmungsgebiete vermieden sind, vielmehr der in den Abströmraum eintretende Strom von der Begrenzung des Abströmraumes und dem Strömungswirbel derart begrenzt wird, daß jegliche Unstetigkeitsflächen im Strömungsfeld vermieden sind. Durch Ausbildung von bereits kleinen Rückströmungsgebieten. in denen heftige turbulente Vermischung stattfindet, können an dieser Stelle unter Verletzung des Grundgedankens erhebliche Geräusche entstehen.

Die Strömungsrichtung des aus der Regelöffnung austretenden Stromes im Austritisquerschnitt soll weitestgehend tangential zur Strömungsrichtung des Strömungswirbels verlaufen. Abweichungen der resultierenden Strömungsrichtung des aus der Regelöffnung austretenden Stroms von der Strömungsrichtung des Wirbels erscheinen möglich, sofern sie klein und weniger, vorzugsweise sehr viel weniger als etwa 20° betragen. Das Strömungsmedium im Strömungswirbel strömt aus dem Abströmraum schraubenlinienförmig ab. Hierbei soll aber die Steigung der Schraubenlinie möglichst klein sein. Die Regelöffnung ist daher so ausgebildet und angeordnet, daß die Hauptströmungskomponente in einer zur Wirbelachse senkrechten Ebene und im radialen Abstand von der Wirbelachse senkrecht zu dieser in den Abströmraum einläuft.

Der an die Regelöffnung anschließende Abströmraum kann gegebenenfalls von der sich an das Ventil anschließenden Rohrleitung selbst gebildet oder zwischen die Rohrleitung und die Regelöffnung zwischengeschaltet sein. W»:nn der Abströmraum im Durchmesser größer als die sich daran anschließende Rohrleitung ist, sollte für einen stetig zur Rohrleitung hin sich verjüngenden Obergang zwischen dem Abströmraum und der Rohrleitung gesorgt werden. Die axiale Länge des Abströmraumes ist derart, daß ein wesentlicher Teil des Dralls des Strömungswirbels durch Wandreibung noch in dem Abströmraum abgebaut wird. Insbesondere kann aber zum Abbau des Restdralls auch die an das Ventil anschließende Rohrleitung mit verwendet werden.

Zur Verbesserung des Abbaus der Drallkomponente in der Wirbelströmung kann es zweckmäßig sein, die Wände des Abströmraumes und gegebenenfalls der anschließenden Rohrleitung in besonderer Weise zu gestalten. Eine Erhöhung der Wandrauhigkeit in dem Gebiet, wo der Drall abgebaut werden soll, hat sich beispielsweise als wirksames Mittel zur Beschleunigung des Drallabbaus erwiesen. Aber auch andere Hilfsmittel — wie z. B. Änderung des Gehäusequerschnittes zum Austritt hin — oder besondere am Umfang des Abströmraumes angebrachte Reibungselemente erscheinen geeignet. Demgegenüber erscheint es zweckmäßig, die Wandrauhigkeit des Abströmraumes im Bereich der und im Anschluß an die Regelöffnung möglichst gering zu machen, damit die Wirbelströmung hier zunächst möglichst ungestört ist und sich unter dem Antrieb der aus der Regelöffnung austretenden Strömung leichter

to ausbilden kann. Zusätzlich oder als Alternative können auch entsprechende Leiteinrichtungen vorgesehen sein, die das Anwerfen des Wirbels und die Aufrechterhaltung seines stationären Strömungszustandes begünstigen.

is Der an die Rcgelöffnung anschließende Abströmraum kann zylindrisch sein. Vielfach erscheint es jedoch zweckmäßig, den Abströmraum von einer in Richtung parallel zur Wirbelachse sich stetig verjüngenden oder erweiternden Umfangswand zu begrenzen. Hierdurch läßt sich je nach dem Erweiterungs- bzw. Verjüngungswinkel entsprechend die Größe des Dralls des Strömungswirbels in Abhängigkeit von der Art des Strömungsrncdiums über den Abströmraum hin steuern. Beispielsweise kann es für Gasströmungen zweckmäßig sein, durch eine stetige Erweiterung des Abströmraumes für einen größeren Drall zu sorgen, während für Flüssigkritsströmungen eine stetige Erweiterung zur Verringerung des Dralls zweckmäßig sein kann. Der Abströmraum kann auch als Ringzylinderkam mer ausgebildet sein, was es ermöglicht, die Regelöff nung in der bevorzugten Lösung in der radial inneren Umfangswand der Ringkammer auszubilden, so daß der die Regelöffnung verlassende Strömungsmittelstrom im Inneren des in dem Abströmraum rotierenden Wirbels zugeführt wird. Eine derartige Anordnung kann insbesondere bei Gasreglern, bei welchen hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Kern der Wirbelströmung auftreten können, zweckmäßig sein. Zur tangentialen Einleitung des Strömungsmediums in den Abströmraum wird bevorzugt, daß die Regelöffnung in einer Umfangswand des Abströmraumes als Regelspalt ausgebildet ist, bei dem wenigstens eine seiner Längsbegrenzungsflächen wenigstens an der Spaltmündung im wesentlichen tangential zu der daran an- schließenden Fläche der Umfangswand verläuft. Hierbei kann zu Verstellung des Regelspaltes dessen eine Längsbcgrenzungsfläche von einem Wandteil der Umfangswand gebildet sein, der um eine parallel zu dieser Längsbegrenzungsfläche verlaufende Achse schwenk verstellbar ist.

Eine andere Möglichkeit zur Verstellung des Regelspaltes besteht darin, die Umfangswand von einer gegenüber dieser drehverstellbaren Regeiglocke umlaufen zu lassen, die mit entsprechenden Spalten versehen ist, welche je nach der Drehverstellung der Regeiglocke den Regelspalt mehr oder weniger stark überdecken. Die Umfangswand kann auch aus wenigstens zwei den Regelspalt zwischen sich bildenden Wandteilen zusammengesetzt sein, die parallel zu einer die Wirbelachse enthaltenden Ebene senkrecht zur Wirbelachse gegeneinander verschiebbar sind. In der bevorzugten Lösung bilden diese beiden Wandteile jeweils Halbzylinderschalen, so daß zwischen diesen zwei diametral gegenüberliegende Regelspalte gebildet sind, die somit auf unterschiedlichen Seiten der Wirbelachse liegen und deren Austrittsmündungen in einander entgegengesetzte Richtungen weisen. Die aus diesen beiden Regeispalten in den Abströmraum eintretenden Strömungen laufen

somit in demselben Drehsinn um die Wirbclachsc in den Abströmraum ein.

Anstelle die Regelöffnung in Form eines Rcgeispaltes am Umfang einer inneren oder äußeren Umfangswand des Abströmraumes auszubilden, besteht eine andere vorteilhafte Möglichkeit darin, die Regelöffnung am Umfang eines in den Abströmraum im radialen Abstand von dei »kurbelachse hineinragenden Stutzens auszubilden. Im Sinne des Erfindungsprinzips ist eine solche Regelöffnung, die vorzugsweise ebenfalls als Spalt ausgebildet ist, derart am Stutzen angeordnet, daß die aus ihr austretende Strömung senkrecht zu einer die Wirbelachse und die Achse des Stutzens enthaltenden Ebene austritt. Wie auch bei den übrigen Ausführungsformen können insbesondere bei der letzten Ausführungsform mehrere Regelöffnungen vorgesehen werden, die dann jeweils derart angeordnet sind, daß die austretenden Strömungen in demselben Drehsinn um die Wirbelachsc verlaufen.

Zur Regelung einer solchen in einem Stutzen spaltförmig ausgebildeten Regelöffnung läßt sich ein im Stutzen längsverschiebbarer Schieber verwenden, was in entsprechender Anpassung auch für die übrigen Ausführungsformen durchführbar ist. Vorgezogen wird jedoch auch bei der Regelöffnung in dem Stutzen zur Verstellung der Regelöffnung eine im Stutzen drehbare geschlitzte Regelglocke. Eine andere Regelmöglichkeit besteht darin, den Stutzen in der ihn abstützenden Wand unter Verstellung der Regelöffnung verschiebbar auszubilden. Durch diese Arten der Regelverstellung werden Toträume unabhängig von der jeweiligen Einstellung der Regelöffnung vermieden.

Anstelle die Regelöffnung in einer Umfangswand des Abströmraumes auszubilden, kann sie auch in einer Stirnwand des Abströmraumes ausgebildet werden, wenn hier durch entsprechende in den Abströmraum hineinragende Leiteinrichtungen dafür gesorgt wird, daß die aus einer solchen Regelöffnung austretende Strömung etwa tangential zur Drehrichtung des Wirbeis in den Abströmraum eintritt. In der bevorzugten Lösung wird hierbei die Regelöffnung von einer sich zum Abströmraum hin verjüngenden, schräg zur Wirbelachse verlaufenden Bohrung und einem in der Bohrung längsverschiebbaren, sich entsprechend verjüngenden Leitkörper gebildet, der einseitig an der Bohrungsfläche anliegt und in den Abströmraum hineinragt. Eine solche Ausführungsform läßt sich entsprechend auch anwenden, um die Regelöffnung an einer Umfangswand des Abströmraumes auszubilden.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Gasen beschränkt, sondern erbringt auch bei der Regelung von Flüssigkeiten erhebliche Vorteile, die sowohl in der Geräuschminderung als auch in der Kaviiationsarmui begründet sind. Durch das radiale Druckgefälle einer Zyklonströmung kann nämlich Kavitation nur in der Achse des Strömungsfeldes auftreten, wodurch sie von den Oberflächen des Reglergehäuses ferngehalten werden kann. Damit ist Kavitationserosion in solchen Strömungsreglern mit einiger Sicherheit zu vermeiden. Aber auch die durch Kavitation entstehenden Geräusche können auf diese Weise vermieden werden, weil eine stationäre Kavitationsblase in der Achse einer Zyklonströmung in der Regel keine Geräusche erzeugt.

Versuche mit Zyklonventilen der beschriebenen Bauweise haben eine hohe Wirksamkeit für die Geräuschminderung ergeben. Wegen der einfachen Bauweise läßt sich eine hohe Betriebssicherheit und Verschmutzungsunempfindlichkeit realisieren. Die Anwendung der Erfindung führt nicht zu wesentlichen Beschränkungen in der Auswahl der Auslegungsparameter des Ventils, so daß eine große Vielfalt von Regelkennlinien durch entsprechende Ausgestaltung und Anordnung

■> der Regelöffnung verwirklicht werden kann.

Die Gestaltung und Anordnung der Regelöffnung, insbesondere ihres in den Abströmraum einmündenden Austrittsquerschnitts ist bei allen Ausführungsformen des Ventils wesentlich für das saubere Einlaufen des aus

ίο der Regelöffnung austretenden Strömungsmittelstroms in die Wirbelströmung, ohne daß freie Strahloberflächen oder Rüekströmungsgebieie entstehen. Beispielsweise erscheint es vorteilhaft, eine als Spalt ausgebildete Regelöffnung in einer Umfangswand des Abström- raumes bis unmittelbar an die benachbarte Stirnwand des Abströmraumes heranzuziehen. Ist die spaltförmige Regelöffnung an einem in den Abströmraum hineinraeenden Innenzylinder oder Stutzen oder dergleichen gebildet, ist es vorteilhaft, den Regelspalt möglichst über die gesamte Länge des Innenzylinders oder Stutzens hin auszubilden. Weitere Maßnahmen können darin bestehen, an den Austrittskanten der Regelöffnung Abrundungen oder dergleichen vorzusehen. Für in die Wirbelströmung axial hineinragende Leitkörper, Stut zen oder dergleichen kann durch strömungsgünstige Gestaltung des Außenumrisses dafür gesorgt werden, daß die Wirbelströmung möglichst wenig gestört wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert, die aus den Fig. 1 bis 13 der Zeichnung schematisch ersichtlich sind.

Fig. 1 zeigt in Fig. la eine teilweise geschnittene Axialansicht des Regelventil, in F i g. Ib den Schnitt b-b aus Fig. la und in Fig. Ic die Draufsicht auf das Ventil Fig. Ib.

An das Eintrittsrohr 1 schließt in dessen Axialrichtung das zum Eintrittsrohr 1 hin stirnseitig geschlossene Austrittsrohr 2 mit gegenüber dem Eintrittsrohr 1 versetzter Achse an.

Dadurch entsteht am Austrittsquerschnitt des Eintrittsrohrs 1 eine sichelförmige Austrittsöffnung 3, die in ein Eintrittsgehäuse 4 mündet, von welcher das Austrittsrohr 2 über einen Teilumfang hin umgeben ist. Im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Ein trittsgehäuscs 4 hin erstreckt sich in dessen radial inne rer Begrenzungswand, welche von der Rohrwand des Austrittsrohrs 2 gebildet ist, parallel zur Achse des Austrittsrohrs 2 und nahe des einen Umfangsendes des Regelgehäuses 4 eine spaltförmige Regelöffnung 5, deren

so dem Inneren des Austrittsrohrs 2 zugewendeten Längsbegrenzungsflächen etwa tangential zum Innenquerschnitt des Rohrs 2 verlaufen. Dadurch tritt das aus dem Eintrittsrohr 1 durch das Eintrittsgehäuse 4 und die spaltförmige Regelöffnung 5 in das Austrittsrohr 2 strö mende Strömungsmedium in dieses im wesentlichen tangential ein. Dadurch entsteht in dem vom Rohr 2 im Bereich des Regelspaltes 5 gebildeten Abströmraum 6 eine vom aus der Regelöffnung 5 vorher ausgetreten Strömungsmedium gebildete stationäre Wirbelströ mung, durch welche die Regelöffnung 5 überstrichen wird und welche schraubenlinienförmig im Austrittsrohr 2 abströmt. Der aus der spakförmigen Regelöffnung 5 in den Abströmraum 6 eintretende Strömungsmittelstrom legt sich an der radial äußeren Seite an die sich anschließende Umfangsfläche des Abströmraumes 6 an und wird an der radial inneren Seite von der stationären Wirbelströmung in dem Abströmraum 6 begrenzt, die radial außen nach Geschwindigkeit und Strö-

mungsrichtung mit dem aus der Regelöffnung 5 eintretenden Strömungsmittelstrom übereinstimmt, so daß dieser ohne turbulente Vermischung in die Wirbelströmung einläuft. Der Drall der unter dem Antrieb des eintretenden Strömungsmittelstroms in dem Abströmraum 6 erzeugten Wirbelströmung wird bei deren schraubenlinienförmigcm Abströmen in dem an den Abströmraum 6 anschließenden Teil des Austrittsrohrs 2 durch Wandreibung abgebaut.

Zur Verstellbarkeit der Spaltweite der Regelöffnung S ist der das Eintrittsgehäuse 4 radial innen begrenzende Wandteil 7 an der der Regelöffnung S abgewendeten Umfangsseite über ein abdichtend am Wandteil 7 und der anschließenden feststehenden Wand des Rohrs 2 befestigtes, biegbares Band 8 verschwenkbar abgestützt. Nahe des die Regelöffnung 5 begrenzenden Endes des Wandteiles 7 ist das Ende eines Schraubbolzens

9 befestigt, welcher sich radial nach außen durch das Eintrittsgehäuse 4 und mit Umfangsspiel durch eine Schraubhülse 10 in ein Stellgehäuse 11 erstreckt, in welehern Tellerfedern 12 zwischen dem Kopf 13 des Schraubbolzens 9 und dem Stirnende der Schraubhülse

10 abgestützt sind. Das Stellgehäuse 11 ist an der am Eintrittsgehäuse 4 festgelegten Schraubhülse 10 verschraubbar, so daß sein Deckel 14 mit dem Kopf 13 des 2s Schraubbolzens 9 zur Anlage gebracht werden kann und dieser durch das Verschrauben des Stellgehäuses 11 axial gegen die Kraft der Tellerfedern 12 verstellt werden kann, wodurch der Wandteil 7 unter Veränderung der öffnungsweite der Regelöffnung 5 entsprechend verschwenkt.

Zum Eintrittsgehäuse 4 hin wird die spaltförmige Regelöffnung 5 von einer am Wandteil 7 befestigten Lippe IS bis auf einen Drosselspalt 16 zwischen dem freien Rand der Lippe 15 und dem benachbarten feststehenden Rand des Austrittsrohrs 2 überdeckt, so daß in dem sich zum Absirömraum 6 hin anschließenden und sich etwas erweiternden Mündungsteil der Regelöffnung 5 eine gerichtete Strömung vorhanden ist, die tangential zum Abströmraum 6 verläuft.

F i g. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie in F i g. 1. Jedoch ist hier anstelle des schwenkverstellbaren Wandteils 7 rings der Umfangswand des Abströmraumes 6, die koaxial mit dem Eintrittsrohr 1 und dem hicr gen 5 entsteht d/rch die daraus in den Abströmraum 6 eintretenden Ströme wie bei dem Regelventil nach Fig. 1 eine stationäre Wirbelströmung, welche die Regelöffnungen 5 überstreicht, so daß turbulenzbehaftete Vermischungen der aus den Regelöffnungen 5 austretenden Ströme mit dem sie umgebenden Strömungsmedium unterbunden sind.

Der Grundaufbau des Regelventils aus Fig. 3 entspricht dem des Ventils aus F i g. 2. Jedoch fehlt hier die Regelglocke 17 aus F i g. 2. Statt dessen ist nach F i g. 3 die den Abströmraum 6 umgrenzende Umfangswand unter Ausbildung von zwei halbzylindrischen Wandteilen axial geteilt, von denen das eine Wandteil 19 quer zur Achse des Abströmraumes 6 verschiebbar ist. Hierzu kann eine in F i g. 3 nicht gezeigte Verstelleinrichtung entsprechend der in Fig. 1 verwendet werden. Die Regclöffnungen 5 sind mit ihrer Mündung entsprechend Fig.2 auf unterschiedlichen Seiten der Achse des Abströmraumes 6 einander abgewendet, so daß in dem Abströmraum 6 wieder eine zyklonartige Wirbelströmung entsteht Die abströmraumseitigen Längsbegrenzungsflächen 20 der spaltförmigen Regelöffnungen 5 verlaufen tangential zum Abströmraum 6 an der Mündung der Regelöffnung S.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung des Ventils aus F i g. 2 mit Regelglocke 17, wobei jedoch nur eine Regelöffnung 5 und ein zugehöriger Eintrittsspalt 18 vorhanden sind. Der Abströmraum 6 verläuft hier exzentrisch zur Außenfläche der ihn begrenzenden Umfangswand 21, wobei die Achse des Abströmraumes 6 gegenüber der Achse dieser Außenfläche zur Regelöffnung 5 hin versetzt ist, so daß die Wandstärke der die spaliförmige Regelöffnung 5 begrenzenden Schlitzränder entsprechend klein ist.

Während in den bisherigen Ausführungsformen die spaltförmige Regelöffnung am Außenumfang des Abströmraumes 6 ausgebildet ist, wird bei dem Regelventil nach Fig.5 der Strömungsmittelstrom im Inneren des in dem Abströmraum 6 gebildeten Wirbels zugeführt. Hierzu ist der Abströmraum 6 als Ringkammer ausgebildet, deren radial innere Umfangswand 22 sich stromab konisch verjüngt. Im hohlen Inneren der Umfangswand 22 sitzt eine entsprechend konische Regelglocke 17, die im Sinne des Doppelpfeiles aus F i g. 5b über eine

sich über den gesamten Umfang des Abströmraumes 6 45 nicht gezeigte Verstelleinrichtung drehbar ist. Aus dem mit Abstand erstreckenden Eintrittsgehäuse 4 verläuft, Eintrittsrohr 1 tritt das Strömungsmedium axial in das

eine drehbare Regelglocke 17 vorgesehen, die über ei nen Schraubbolzen 9 und eine in F i g. 2 nicht gezeigte, der in F i g. 1 entsprechende Verstelleinrichtung gegenüber der Wand des Abströmraumes 6 gedreht werden kann. In der Umfangswand des Abströmraumes 6 sind zwei einander diametral gegenüberliegende spaltförmige Regelöffnungen 5 gebildet, deren Längsbegrenzungsflächen etwa tangential zum Abströmraum 6 derart verlaufen, daß die durch sie eintretenden Strömun- gen in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind. Die Regelglocke 17 weist im Bereich der Regelöffnungen 5 jeweils einen sich zu diesen verjüngenden Eintrittsschlitz 18 auf. der durch Drehen der Regelglocke 17 die zugehörige Regelöffnung 5 mehr oder weniger stark abdeckt, so daß die hindurchtretende Strömung entsprechend gedrosselt wird. In F i g. 3d ist eine Regelöffnung 5 mit zugehörigem Eintrittsschlitz 18 in der Regel-

Innere der Regelglocke 17 ein.

Eine solche Anordnung, bei welcher das Strömungsmittel im Inneren des Wirbels dem Abströmraum 6 zugeführt wird, kann insbesondere bei Gasreglern, bei welchen hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Kern der Wirbelströmung auftreten können, eine zweckmäßige Bauform darstellen. Auch die konische Ausführung der Regelglocke 17 zur Einstellung der Regelöffnung ist aus verschiedenen Gründen zweckmäßig. Zunächst wird dadurch eine permanente Abdichtung der aufeinandergleitenden Flächen sichergestellt und zum anderen wird eine in Abströmungsrichtung vergrößerte Querschnittsfläche des Abströmraumes erzielt

Aus F i g. 6 ist ein in seiner Form dem in F i g. 5 entsprechendes Regelventil ersichtlich, wobei jedoch die Strömungsrichtung geändert ist Die innere Umfangswand 22 des Abströmraumes 6 aus F i g. 5 wird damit zur Außenumfangswand 23 in F i g. 6, durch welche ein

glocke 17 vergrößert herausgezeichnet Wie aus F i g. 3d

ersichtlich, bildet die Regeiöffnung S auch hier einen 65 sich stromab konisch erweiternder Abströmraum 6 ge-

sich zum Abströmraum 6 hin erweiternden Diffusor- bildet ist Die Regelglocke 17 sitzt beim Ventil in Fig.6

spalt entsprechend auf der Außenfläche der Außer.umfangs-

Durch die gegenseitige Ausrichtung der Regelöffnun- wand

Das Prinzip eines Zyklonventil.v, bei welchem das Strömungsmedium weder im Kern noch an der Außenseite, sondern auf einem beliebigen Radius der Wirbelströmung zugeführt wird, ist in den Ausfuhrungsiormcn nach den F i g. 7 bis 10 verwirklicht. In den im Austritlsrohr 2, welches koaxial zum Eintrittsrohr 1 verläuft und gegenüber diesem stirnseitig abgeschlossen ist, gebildeten Abströmraum 6 ragen axial zwei hohle Stutzen 24 hinein, an deren Umfang jeweils eine schlitzförmige Regelöffnung 5 vorliegt, deren Mündungsebene parallel zu der die Achse des Abströmraumes 6 und die Achsen der Stutzen 24 enthaltenden Ebene verläuft, wobei die auf unterschiedlichen Seiten der Achse des Abströmraumes 6 angeordneten Regelöffnungen 5 einander abgewendet sind. Im Inneren der Stutzen 24 wird die jeweilige Regelöffnung 5 von einem über geeignete Mittel längsverschiebbaren Regelschieber 25 abgedeckt, der gemäß der Darstellung in der linken Hälfte vor, Fig. 7b plattenförmig und nach der Darstellung in der rechten Hälfte dieser Figu; rundstabförmig ist.

Das Ventil aus F i g. 8 ist entsprechend dem in F i g. 7 ausgebildet. Anstatt die Regelöffnungen 5 mit Hilfe eines Schiebers 25 zu regeln, ist jedoch nach F i g. 8 der Stutzen 24c insgesamt in der Stirnwand des Abströmraumes 6 abgedichtet verschiebbar, so daß die in den Abströmraum 6 hineinragende Länge der Regelöffnung 5 durch Axialverschiebung des Stutzens 24c veränderbar ist. Demgegenüber zeigt F i ;*. 9 eine Ausführungsform, bei der in den sich stromab konisch verjüngenden Stutzen 2Ad zur Einstellung der Regelöffnungen 5 jeweils eine sich entsprechend konisch verjüngende Regelglocke 17 hineinragt. Die beiden Regelglocken 17 sind durch eine ihnen gemeinsame nicht gezeigte Verstelleinrichtung in den Stutzen 24i/drehbar.

Strömraumes 6 mit zu dessen Achse senkrecht verlaufender Achse tangential ein. An der Einmündung des Eintrittsrohrs I in den Abströmraum 6 sitzt ein parallel zu deren Tangentialebene verlaufender Platcnschkber

■> 28. der mit der Umfangswand des Abströmraumes 6 eine spaltförmige Rcgelöffnung 5 begrenzt und über eine nicht gezeigte, geeignete Verstelleinrichtung in Richtung des Doppelpfeiles aus Fig. 11b verstellbar ist. Diese Ausführungsform aus Fig. 11, welche im Prinzip

ίο mit der aus F i g. 1 identisch ist, eignet sich hauptsächlich als Eckventil, bei dem die Achsen des Eintrittsrohrs 1 und des Austrittsrohrs 2 senkrecht zueinander und racj'al zum Abströmraum 6 gegeneinander versetzt verlaufen.

Bei der Ausführungsform, die im Querschnitt schematisch aus Fig. 12 ersichtlich ist, sind achsparallel zueinander zwei Abströmräume 6 und 6a vorgesehen, die z. B. enisianuen sind durch zwei iängsgeschiitzte Rohre, die mit den Schlitzrändern aufeinandergelegt miteinander verbunden sind, so daß die Abströmräume 6 und 6a gegeneinander offen sind. Die schlitzförmige Regelöffnung 5 verläuft hierbei parallel zu den Achsen der Abströmräume 6 und 6a axial am Umfang des Eintrittsrohrs 1, welches achsparallel zu den Abströmräumen 6 und 6a verläuft. Die Längsmittellinie der Regelöffnung 5 liegt in einer Ebene, welche die die Achsen der Abströmräume 6 und 6a enthaltende Ebene in der Mitte zwischen den Achsen senkrecht schneidet. Auf diese Weise wird der durch die Regelöffnung 5 eintretende Strahl an beiden Seiten von je einem Wirbel begrenzt, wobei die beiden Wirbel im Sinne der eingetragenen Pfeile gegensinnig rotieren und der aus der Regelöffnung 5 eintretende Strahl aufgeteilt wird, so daß der eine Teil in den Abströmraum 6 und der andere Teil in

Gemäß Fig. 10 sind in der Stirnwand 25 des Ab- 35 den Abströmraum 6a einläuft. Der schlitzförmigen Reströmraumes zwischen dem Austrittsrohr 2 und dem gelöffnung 5 gegenüberliegend ist über deren Länge hin koaxial dazu verlaufenden Eintrittsrohr 1 zwei sich zum ein im Querschnitt keilplattenförmiger Leitkörper 40 Abströmraum 6 hin konisch verjüngende, mit ihrer Ach- ausgebildet, dessen Scheitei der Regelöffnung 5 zügese windschief zur Achse des Abströmraumes 6 verlau- wendet ist und mit seinen Flanken bogenförmig in den fende Bohrungen 26 im radialen Abstand von der Achse 40 Umriß der Abströmräume 6 und 6a einläuft. Zur Rege-

h di h l d lff

des Abströmraumes 6 angeordnet. Durch die Bohrungen 26 ragt jeweils ein sich entsprechend kegelförmig verjüngender Leitkörper 27, der einseitig an der Fläche der Bohrung 26 anliegt und mit dieser Fläche auf der anderen Seite eine sichelförmige Regelöffnung 5 bildet. Gesehen in der Ansicht nach F i g. 10b liegen die beiden Regelöffnungen 5 beidseitig der die Achse des Abströmraumes 6 enthaltenden und die Achsen der Leitkörper 27 an der abströmraumseitigen Fläche der Stirnwand 25 lung der Regelöffnung 5 kann ein Plattenschieber verwendet werden, der an seinem der Regelöf'Sung zugewendeten Rand keilförmig verläuft und mit den entsprechend hohlkeilförmigen Rändern des Regelschlitzes 5 Regelspalte bildet. Die beiden Abströmräi.-me 6 und 6a können stromab der Regelöffnung 5 zusammengeführt werden.

Bei der Ausführungsform, die aus Fig. 13 im Längsschnitt ersichtlich ist, hat der Abströmraum 6b einen

schneidenden Ebene, so daß die Strömungsrichtungen so Querschnitt, der dem Gesamtquerschnitt der Abströmder aus den Regelöffnungen .5 austretenden Ströme auf räume 6 und 6a aus F i g, 12 ähnlich ist. Der Abström unterschiedlichen Seiten der Achse des Abströmraumes
6 einander abgewendet sind. Durch eine derartige An

ordnung der Regelöffnungen 5 und die Schrägstellung

raum 6b aus F i g. 13 hat jedoch die Gestalt eines torusähnlichen Rotationskörpers, dessen diametral zur Rotationsachse 41 verlaufende Querschnitte gegeneinander

der Leitkörper 27 treten somit die Strömungsmittelströ- 55 offen sind. Der Umriß des Abströmraumes kann beime aus den Regelöffnungen 5 etwa tangential zu der in spielsweise beschrieben werden durch die Rotation

dem Abströmraum 6 erzeugten Wirbelströmung in Höhe der Regelöffnungen 5 mit entsprechend dem schraubenlinienförmigen Verlauf der Stromfäden der Wirbel

zweier einander schneidender Kreise um eine Achse, die in der Mitte zwischen den beiden Kreismittelpunkten in der Ebene der Kreise senkrecht zur Verbindungslinie strömung gegenüber der Achse des Abströmraumes ω der beiden Kreismittelpunkte verläuft Die Regelöffschräggestellter Strömungsrichtung in den Abström- nung 5 ist hier kreisförmig, wobei der Kreismittelpunkt raum 6 ein. Durch Axialverschiebung der Leitkörper 27
mit Hilfe einer nicht gezeigten geeigneten Verstelleinrichtung in den Bohrungen 26 können die Regelöffnungen 5 verstellt werden. 65

Aus F i g. 11 schließlich ist ein Regelventil ersichtlich, dessen Aufbau dem Gehäuse einer Radialturbine ähnelt.

Das Eintrittsrohr 1 mündet am Außenumfang des Abmit der Rotationsachse 41 zusammenfällt. Zur Regelung der Regelöffnung 5 ist ein schematisch in Fig. 13 ersichtlicher Schieberkegei 43 vorgesehen.

Der Regclöffnung 5 gegenüberliegend ist ein Leitkegel 44 ausgebildet, dessen Achse mit der Rotationsachse 41 zusammenfällt und welcher entsprechend dem Krümmungsradius der den Abströmraum 6b beschrei-

13

benden Kreise konkav gekrümmte Mantellinien hat Der Scheitel des Leitkegels 44 ist der Regelöffnung 5 zugewendet

Bei einem derartigen Abströmraum 6b entsteht darin eine in sich ringförmig geschlossene stationäre Wirbelströmung, durch welche der durch die Regelöffnung 5 eintretende Rundstrahl am gesamten Umfang begrenzt wird.

Die der Regelöffnung 5 gegenüberliegenden Wandteile des Abströmraumes Sb sind für das Strömungsme- dium durchlässig ausgebildet, so daß das Strömungsmedium aus dem Abströmraum 6b durch diese Wandteile 45 hindurch in den erweiterten Eintrittsteil des koaxial mit der Rotationsachse 41 sich anschließenden Austrittsrohrs 2 abströmen kann. Der Drall des abströmen- den Strömungsmediums wird durch Wandreibung in dem Abströmraum 6b und durch die Reibung in den porösen Wandteilen 45 wie auch durch innere Reibung im Strömungswirbel selbst abgebaut

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

25

30

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50

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W)

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Claims (16)

Patentansprüche:

1. Durchfluß-Regelventil für ein flüssiges oder ein gasförmiges Strömungsmedium, mit einer verstellbaren Regelöffnung, aus welcher das Strömungsmedium in Form eines Austrittsstromes kleineren Querschnitts als der Querschnitt des sich an die Regelöffnung anschließenden Abströmraumes austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) so gestaltet ist, daß in dem Abströmraum (6) in dem abströmenden Strömungsmedium ein derartiger Strömungswirbel erzeugt wird, daß der Austrittsstrom beim Austreten aus der Regelöffnung (5), die in radialem Abstand von der Wirbelachse des Strömungswirbels angeordnet ist und eine das Strömungsmedium mit bezogen auf die Wirbclachse tangentialer Strömungskomponente in den Abströmraum (6) einleitende Mündung aufweist, an eine stationäre Wirbelströmung angelegt wird, die nach Richtung und Geschwindigkeit im wesentlichen mit dem Austrittsstrom übereinstimmt.

2. Regelventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmraum (6) von einer sich stetig verjüngenden Umfangswand (22) begrenzt ist (F ig. 5,9).

3. Regelventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmraum (6) von einer sich stetig erweiternden Umfangswand (23) begrenzt ist (Fig.6,9).

4. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmraum (6) als Ringkammer ausgebüdr.t ist (F i g. 5).

5. Regelventil nach Anspruci 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) in der radial inne- ren Umfangswand (22) der Ringkammer gebildet ist (F ig· 5).

6. Regelventil nach einem der Ansprüche ! bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) in einer Umfangswand des Abströmraumes (6) als Regeispalt ausgebildet ist, bei dem wenigstens eine seiner Längsbegrenzungsflächen (20) wenigstens an der Spaltmündung im wesentlichen tangential zur Fläche der Umfangswand verläuft (F i g. 1 bis 6 und 11).

7. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Regelspaltes dessen eine Längsbegrenzungsfläche (Lippe 15) von einem schwenkverstellbaren Wandteil (7) der Umfangswand des Abströmraumes (6) gebildet ist (Fig. 1).

8. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstellung des Regelspaltes die Umfangswand des Abströmraumes (6) von einer gegenüber dieser drehverstellbaren Regelglocke (17) umlaufen ist (F i g. 2,4,5,6).

9. Regelventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand aus wenigstens zwei den Regelspalt zwischen sich bildenden Wandteile zusammengesetzt ist, von denen der eine Wandteil w (19) relativ zum anderen Wandteil parallel zu einer die Wirbelachse enthaltenden Ebene senkrecht zur Wirbelachse verschiebbar ist (F i g. 3).

10. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) b5 am Umfang eines in den Abströmraum (6) im radialen Abstand von der Wirbelachse hineinragenden Stutzens (24) gebildet ist (F i g. 7 bis 9).

11. Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) mittels einer im Stutzen (24d) drehbaren Regelglocke (17) verstellbar ist (F ig. 9).

12. Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (24c) in der ihn abstützenden Wand unter Verstellung der Regelöffnung verschiebbar ist (F i g. 8).

13. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Regelöffnung (5) von einer sich zum Abströmraum (6) hin verjüngenden, schräg zur Wirbelachse verlaufenden Bohrung (26) und einem in der Bohrung längsverschiebbaren, sich entsprechend verjüngenden Leitkörper (27) gebildet ist, der einseitig an der Bohrungsfläche anliegt und in den Abströmraum (6) hineinragt (F i g. 10).

14. Regelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine mit ihrer Mündung gleichartig zu der der Regelöffnung (5) ausgerichtete zusätzliche Regelöffnung vorgesehen ist (F i g. 2,3,7 bis 10).

15. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Abströmraum (6) ein achsparallel mit diesem verlaufender zweiter Abströmraum (6a) ausgebildet ist, die Abströmräume (6, 6a) gegeneinander t'-fen sind und die den beiden Abströmräumen gemeinsame Regelöffnung (5) in den Verbindungsraum (42) zwischen den Abströmräumen (6,6a) mündet (F ig. 12).

16. Regelventil nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmraum (6b) die Gestalt eines torusähnlichen Rotationskörpers hat und die Regelöffnung (5) so angeordnet ist, daß ihre Mündungsachse mit der Achse (41) des Rotationskörpers zusammenfällt, und daß an der der Regelöffnung (5) gegenüberliegenden Seite des Abströmraumes (6b) ein Leitkegel (44), dessen Achse mit der des Rotationskörpers zusammenfällt und dessen Scheitel der Regclöffnung (5) zugewendet ist, mit konkaven Mantellinien ausgebildet ist, '.vobei die Wand des Abströmraumes (6b) wenigstens an einer Teilfläche Durchtrittsöffnungen zum Abströmen des Strömungsmediums bildet (F ig. 13).