DE2712444A1 - Wirbelkammerventil - Google Patents

Wirbelkammerventil

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DE2712444A1 DE19772712444 DE2712444A DE2712444A1 DE 2712444 A1 DE2712444 A1 DE 2712444A1 DE 19772712444 DE19772712444 DE 19772712444 DE 2712444 A DE2712444 A DE 2712444A DE 2712444 A1 DE2712444 A1 DE 2712444A1
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Hansjoerg Dr Ing Brombach
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INSTITUT fur WASSERBAU UNIVERSITAET STUTTGART
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    • E03FSEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00Sewerage structures
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    • E03F5/106Passive flow control devices, i.e. not moving during flow regulation
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Description

  • Wirbelkammerventil
  • Die Erfindung betrifft ein Wirbelkammerventil für Fluide mit einer Wirbelkammer, mindestens einer tangential in die Kammer mündenden Steuerdüse und mindestens einer radial in die Kammer mündenden Versorgungsdüse, wobei mindestens eine Steuerdüse senkrecht zu einer Versorgungsdüse steht, und einer im wesentlichen zentralen Ausgangsdüse.
  • Wirbelkammerventile haben gegenüber den konventionellen Ventiltypen den Vorteil, daß sie ohne bewegte, mechanische Teile arbeiten. Sie sind praktisch verschleiß- und wartungsfrei und erreichen damit eine außerordentlich hohe Betriebssicherheit. Diese Vorzüge sichern ihnen die Anwendung dort, wo schwierig zu handhabende Fluide gesteuert werden müssen und wo extreme Bedingungen an die Betriebssicherheit gestellt werden. Schwierig zu handhabende Fluide sind agressive, radioaktive oder heiße Gase oder Flüssigkeiten im Bereich der chemischen und physikalischen Verfahrenstechnik, aber auch Schmutz- und Faserstoffe transportierendes Abwasser und Schlamme. Hohe Betriebssicherheit ist beispielsweise bet hutz und Betrieb von Kernkraftwerken erforderjich. In Wasserbau verlangt die automatische Steuerung von Abflüssen aus Speicherbecken, Hochwasserrückhaltebecken, Absetzbecken usw. Ventile, die auch nach Jahren des Stillstandes zuverlässig in Aktion treten und roste Schmutzstoffe abführen.
  • Für die Anwendung i Wasserbau wurden spezielle Wirbelkammerventile entwickelt, die mit sehr kleinen Steuerdrücken arbeiten können (Niederdruckventlle). Diese Ventile erlauben, den Steuerimpuls vom zu steuernden Hauptstrom abzuzweigen. Zwei Typen dieser Ventile sind bislang zur Anwendungsreife ffledlehen, namlich die Radialwirbelkammerventile bzw. Radialverstärker (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 2 035 580) und die Axialwirbelkammerventile bzw.
  • Axialverstärker (vgl. deutsche Patentschrift 2 431 112).
  • Beim Radialventil ist eine flache zylindrische Wirbelkammer vorgesehen, die an ihrer Unterseite eine koaxial angeordnete Ausgangsdüse besitzt. Am Zylindermantel mündet eine radiale Versorgungsdüse, an deren Mündungsstelle ein oder zwei tangentiale Steuerdüsen ebenfalls in den Zylindermantel münden. Beim Axialventil ist ebenfalls eine flache im wesentlichen zylindrische Wirbelkammer vorgesehen, die auf einer Seite eine koaxial angeordnete Ausgangsdüse besitzt. Die Versorgungsdüse mündet jedoch nicht in den Zylindermantel, sondern axial in Form eines Ringschlitzes in die der Ausgangsdüse gegenüberliegende Seite der Wirbelkammer. Eine oder mehrere Steuerdüsen münden tangential in den AuSenmantel der Wirbelkammer Fließt bei den Ventilen nur der Versorgungss trom, so findet eine relativ verlustarme Senkenströmung statt.
  • Wird zusätzlich ein Strom durch die tangentiale Steuerdüse geschickt, so wird dem Fluid in der Kammer ein Impuls mitgeteilt, der eine Drallströmung zur Folge hat. Die Drallströmung bewirkt große Fließbeschleunigungen zum Ausgang hin. Diese lösen wiederum Fliehkräfte aus, so daß der Durchfluß durch das Ventil stark gedrosselt wird. Mit geringem Überdruck an der Steuerung kann der Versorgungsstrom praktisch zum Stillstand gebracht werden. Die Ventile wirken durchflußverstärkend, wenn paarweise entgegengesetzt gerichtete tangentiale Steuerdüsen gleichzeitig mit einem Steuerstrom beaufschlagt werden. Der bei Beaufschlagung nur einer Düse entstehende Wirbel wird durch die zweite Steuerung wieder ausgeblasen.
  • Sowohl das Radialventil als auch das Axialventil haben jedoch gewisse Eigenschaften, die ihre Anwendbarkeit unter bestimmten Voraussetzungen einschränken. Der Nachteil des Radialventils ist, daß auch ohne Steuerstrom in der Wirbelkammer Walzenströmungen auftreten, die Druckverluste erzeugen und den Durchfluß herabmindern.
  • Dadurch sind dem Steuerbereich bzw. Wirkungsgrad des Ventils Grenzen gesetzt. Beim Axialverstärker treten wegen der gleichmäßigen ringförmigen axialen Zuführung des Versorgungsstromes keine asymmetrischen Fließzustände mehr auf, wodurch ohne Steuerstrom eine sehr gleichmäßige Senkenströmung erhalten wird. Die Druckverluste sind deshalb geringer als beiw Radialverstärker. Allerdings bringt die ringförmle Ausgestaltung der Steuerdüse gegenüber einer roilrtorrilLzen Steuerdüse eine erhöhte Verstopfungsgefahr mit sich, wenn Flüssigkeitn mit groben Verunreinigungen durch das Ventil geführt werden sollen.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wirbelkammerventil bzw. einen Wirbelkammerverstarker zu schaffen, der universell anwendbar ist, im ungesteuerten Zustand eine verlustarme Durchströmung erlaubt, praktisch nicht verstopft werden kann und sich mit einem hohen Wirkungsgrad steuern läßt.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die an die Ausgangsdüse angrenzende Seite der Kammer von einer Kegelmantelfläche gebildet wird, die trichterförmig in die Ausgangsdüse übergeht, die tangentiale Steuerdüse am Außenrand der Kegelmantelfläche in die Kammer mündet und die radiale Versorgungsdüse parallel zur Mantellinie der Kegelmantelfläche in die Kammer mündet.
  • Die Wirbelkammer des erfindungsgemäßen Wirbelkammerverstärkers ist gegenüber der Wirbelkammer des bekannten Radialverstärkers in einen Konus bzw. Kegelstumpf umgewandelt. Mindestens die Fläche, die beim Radialverstärker die untere Stirnfläche des flachen Zylinders bildet, ist beim erfindungsgemäßen Verstärker kegelförmig ausgebildet. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche, die der oberen Stirnfläche eines zylindrischen Radialverstarkers entspricht, ebenfalls als flache Stirnseite bzw. als Deckel ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform ist auch die Oberseite als Kegelmantelfläche ausgebildet. Dabei ragt die der Oberseite entsprechende kleinere Kegeiflüche mit ihrer Spitze in den von der größeren Kegelfläche umschlossenen Raum.
  • Durch die konische Ausbildung der Wirbelkammer erhalt man jetzt im Gegensatz zur bisherigen überwiegend zweidimensionalen Wirbelströmung beim Radialverstärker eine dreidimensionale Strömung, wobei der einen zunehmend kleineren Radius annehmende Wirbel in Richtung zur Ausgangsdüse befördert wird. Die Trichterform, die durch die äußere Kegelmantelfläche zusammen mit der Ausgangsdüse gebildet wird, ermöglicht ein weitgehend verlustarmes Durchströmen des ungesteuerten Versorgungsstromes durch die Kammer hindurch in die Ausgangsdüse. Auf der anderen Seite können Eingangsdüsen, unabhängig davon, ob sie als Versorgungsdüsen oder als Steuerdüsen dienen, rohrförmig ausgebildet werden, also z.B. mit kreisrundem oder mit viereckigem Querschnitt, so daß keine Verstopfungsgefahr vorliegt.
  • Der Konuswinkel liegt in der Regel zwischen ca. 70 und 1500, wobei ein Winkel von ca. 900 bevorzugt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Konusachse der Wirbelkammer in der Gebrauchslage der Wirbelkammer schräg gestellt. Dabei ist eine Schrägstellung der Konusachse gegenüber der Senkrechten um einen Winkel, der der Differenz eines rechten Winkels abzüglich des halben Konuswinkel entspricht, besonders vorteilhaft, weil dann eine Kegelmantellinie,und zwar die unterste, horizontal zu liegen kommt. Versorgungs- bzw. Steuerdüsen können in diesem tiefsten Bereich in die Wirbelkammer münden, was besonders dann wertvoll ist, wenn durch die Einschaltung der Wirbelkammer in ein Strömungsnetz für Flüssigkeiten das Flüssigkeitsniveau möglichst wenig an Höhe verlieren soll.
  • Wie oben bereits erwähnt, können Steuerdüsen und Versorgungsdüsen einen kreisrunden oder eckigen Querschnitt besitzen. Der Durchmesser dieser Düsen entspricht vorzugweise dem lichten Abstand zwischen den beiden Kegelmantelflächen der konischen Wirbelkammer bzw. der Breite des die äußere Kegelmantelfläche mit der Kammeroberseite verbindenden Randes. Da auch der Durchmesser der Ausgangsdüse vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser besitzt, können praktisch alle Gegenstände, die in die Kammer gelangen, durch die Ausgangsdüse auch wieder aus der Kammer herausfinden.
  • Die geometrische Bemessung der Wirbelkammer richtet sich in erster Linie nach dem Einsatzzweck, insbesondere danach, ob als Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas dient.
  • In der Regel liegt das Verhältnis von Kammerdurchmesser zu Durchmesser der Ausgangsdüse bei ca. 1:3 bis 1:10, vorzugsweise ca. 1:4 bis 1:8. Das Verhältnis von Kammerdurchmesser zur Länge der Ausgangsdüse liegt in der Regel bei ca. 3:1 bis 1:3. Dabei ist die Ausgangsdüse mit Vorteil diffusorartig ausgebildet, wodurch eine Minderung des Steuerdruckes im ungesteuerten Betriebszustand erreicht werden kann. Durch einen abgerundeten Ubergang von der äußeren Kegelmantelflche In die rohrförmig au-sgebi Ide t e Ausgangsdüse werden die Str%ungsvenha'ltniase ebenfaii begünstigt.
  • Beim erfindungsgemäßen Wirbelkammerverstärker ist an der Stelle größten Durchmessers der Kammer mindestens eine tangentiale Eingangsdüse vorgesehen, die als Steuerdüse dient. Zusätzlich ist für die Zuleitung des Versorgungsstromes mindestens eine Versorgungsdüse vorgesehen, die radial, d.h. in der Ebene der Mantellinie der Kegelfläche in die Kammer mündet. Dabei fallen die Mündungsstelle der Versorgungsdüse und die Mündungsstelle einer Steuerdüse oder zweier einander entgegengerichteter Steuerdüsen vorzugsweise zusammen, so daß Versorgungsdüse und Steuerdüsen senkrecht aufeinander stehen.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein großer Teil des durch die Versorgungsdüse radial in die Kammer eintretenden Versorgungsstromes durch die schräge Anstellung der Wirbelkammer direkt von der Ausgangsdüse aufgefangen. Die Druckverluste sind daher wesentlich kleiner als bei allen bislang bekannten Wirbelventilen. Bei Hinzuschalten des Steuerstromes springt der Wirbel an, und zwar in einer Ebene schräg vom Versorgungsstrom abgewinkelt. Durch die räumliche Trennung der Strömungszustände wird sowohl der Steuerbereich als auch die Leistungsfähigkeit und die Linearität des Ventils erheblich verbessert. Bei Verwendung langer Ausgangsdiffusoren kann der Steuerdruck im ungesteuerten Betriebszustand niedriger als der Druck am Ende der Ausgangsdüse werden.
  • Bei der Grundform des erfindungsgemäßen Wirbelkammerventils ist die rohrförmige Ausgangsdüse rotationssymmetrisch zur Kammer ausgebildet. Es wurde jedoch gefunden, daß der Wirkungsgrad der Wirbelkammer wesentlich verbessert werden kann, wenn die Achse der Ausgangsdüse in eine Richtung von der Konusachse der Wirbelkammer weg bewegt, insbesondere versetzt oder verschwenkt, wird, die das Einfangen des ungesteuerten Versorgungsstromes durch die Ausgangsdüse erleichtert. So ist es sogar möglich, die Achse der Ausgangsdüse mit der Achse einer radialen Versorgungsdüse zusammenfallen zu lassen, so daß Versorgungsdüse und Ausgangsdüse miteinander fluchten. Darüberhinaus arbeitet eine solche Ausführungsform ohne oder mit einem nur verringerten Niveauunterschied zwischen Eingangsdüse und Ausgangsdüse, was, wie oben erwähnt, besonders dann wertvoll ist, wenn keine Höhe verloren gehen darf.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.
  • In der Zeichnung zeigen jeweils in schematischer Darstellung: Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform im Längsschnitt, Fig. 4 eine weitere Ausführung-sform im iängsschnitt1 Fig. 5 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt, Fig 6 eine weitere Anführungsform im Längsschnitt, Fig. 7 die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 in Verbindung mit einem Rückhaltebecken fur Flüssigkeiten, Fig. 8 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt, Fig. 9 eine weitere Äusführungsform in perspektivischer Draufsicht.
  • Bei der in den Zeichnungen in Fig. ? und 2 dargestellten Ausführungsform der erfindung ist eine konisch ausgebildete Wirbelkammer 1. vorgesehen, die von zwei. parallelen KegeU-irantei.
  • flächen 2 und 3 begrenzt wird. Die äußere Kegelmantelfläche geht nicht in eine Kegelspitze sondern in eine Ausgangsdüse 4 über, deren Innendurchmesser in etwa dem lichten Abstand zwischen den beiden Kegelmantelflächen 2 und 3 entspricht. Die rohrförmige Ausgangsdüse 4 ist in von der Kammer 1 abweisenden Richtung diffusorartig erweitert. Die Übergangsstelle 5 zwischen Kammer 1 und Ausgangsdüse 4 ist bogenförmix abgerundet und. bildet den Teil der Ausgangsdüse, der den geringsten Querschnitt besitzt.
  • Die Länge des Diffusors beträgt ca. das 1,1-fache der Kammerhöhe, wenn man die Übergangsstelle 5 als Grenze zwischen Kammer und Ausgangsdüse bezeichnet. Das Verhältnis von Kammerdurchmesser zu lichtem Abstand zwischen den beiden Kegelmantelflächen 2 und 3 liegt bei 4:1.
  • Die Wirbelkammer 1 besitzt einen Konuswinkel α von 90°.
  • Die Konusachse ist aus der Vertikalen um 45° seitlich geneigt, so daß die tiefsten Mantellinien 6 und 7 der Kegelmantelflächen 2 und 3 horizontal verlaufen. Die äußere Randfläche der konischen Wirbelkammer 1 ist durch einen zargenartigen ringförmigen Rand 8 begrenzt, der die äußeren Kanten der beiden Kegelmantelflächen 2 und 3 mit einander verbindet. Der Rand 8 steht senkrecht auf den Flächen 2 und 3 und hat somit die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes, wobei die Konizität der der Wirbelkammer entgegengesetzt ist.
  • An der tiefsten Stelle des Randes 8 mündet in die Kammer 1 eine radiale Versorgungsdüse 9, die horizontal in Verlängerung der tiefsten Mantellinien 6 und 7 verläuft. Der Innendurchmesser der im Querschnitt kreisrunden Versorgungsdüse 9 ist gleich dem lichten Abstand zwischen den konischen Kammerwänden 2 und 3. Im rechten Winkel zu dieser Versortungsdüse £) mündet tangential in die Kammer 1 eine Steuerdüse 10 und zwar direkt neben der Versorgungsdüse 9 an der breitesten Stelle der Wirbelkammer, also am Übergang von der äußeren Kegelmantelfläche 3 in den Rand 8. Diese Ausführungsform der Erfindung stellt eine Grundform des erfindungsgemäßen Wirbelkammerventils mit konischer Kammer dar. Sie ist abgesehen von der Versorgungsdüse und der Steuerdüse rotationssymmetrisch ausgebildet.
  • Es kann auch eine zweite Steuerdüse vorgesehen sein, die mit der ersten Steuerdüse 10 fluchtet und dieser entgegengerichtet ist.
  • Wird nun durch die Versorgungsdüse 9 als Fluid Wasser eingeleitet, dann fließt der Strom entlang der unteren Kammerwände im Bereich der tiefsten Mantellinien 6 und 7 und erreicht auf direktem Wege die Offnung der Ausgangsdüse 4. Durch die Ausgangsdüse wird der horizontale Strom um 450 nach unten abgelenkt und verläßt das Ventil. Die Fließverluste sind sehr gering, da in der Wirbelkammer nur sehr schwache sekundäre Strömungen stattfinden, die durch die Aufweitung des Stromes in der Wirbelkammer bedingt sind.
  • Wird nun durch die Steuerdüse 10 ein zweiter tangentialer Strom in die Wirbelkammer eingeleitet, dann treffen die beiden Ströme unmittelbar nach der Mündungsstelle aufeinander. Ein Momentaustausch findet statt, der zu einer Ablenkung der Ströme führt. Der vereinigte Strom fließt jetzt entlang einer dreidimensionalen, annähernd logarithmischen Spiralbahn, wobei der Steigungswinkel der Spirale vom Größenverhältnis zwischen dem radialen Moment und dem tangentialen Moment der Ströme abhängt. Bei ausreichend großem tangentialem Moment bildet sich in der Ausgangsdüse ein luftgefüllter Wirbelkern aus und in der Wirbelkammer findet eine verstärkte Wirbelströmung statt.
  • Diese Strömung ist mit einer hohen Tangentialbeschleunigung verbunden. Diese führt wiederum im Bereich der Ausgangsdüse zu hohen Zentrifugalkräften, die vom zuströmenden Wasser überwunden werden müssen. Je größer das tangentiale Moment des Steuerstromes ist, desto größer ist deshalb der Durchflußwiderstand des Ventils.
  • Der größte Durchflußwiderstand wird dann erhalten, wenn nur der tangentiale Strom durch die Steuerdüse in die Wirbelkammer gelangt.
  • In den Fig. 3 bis 9 sind Abwandlungen bzw. Anwendungsformen der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 dargestellt. Es werden deshalb für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen beibehalten.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist anstelle des auf den Kegelmantelflächen senkrecht stehenden Randes 8 eine abgerundete Begrenzung des äußeren Konusrandes vorgesehen. Zu diesem Zweck verbindet ein Rand 11 mit halbkreisförmigem Querschnitt die beiden Kegelmantelflächen 2 und 3. Die vom Rand 11 gebildete abgerundete Sei-tenwand begünstigt eine verlustarme Strömung des Steuerstromes und des Wirbels.
  • In Fig. 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier ist die Achse der Ausgangsdüse 12 gegenüber der Rotationsachse der ;1irbelkammer um einen Winkel ß verschwen@t und zwar in von der Versorgungsstelle abweisender 11iehtun. Dadurch wird der Winkel zwischen den tiefsten Mantellinien 6 und 7 der IUlrbellcanlmer 1 und der Auszangsdüse 12 größer, d.h. der ungesteuerte Strom braucht weniger stark abgelenkt zu werden, um die Kammer durch die Ausgangsdüse 12 zu verlassen. Der Winkel ß beträgt bei der dargestellten Ausführungsform ca. 35°. Er kann zwischen 0° und α/2 variieren. Bei α/2 fluchtet die Ausgangsdüse mit dem Teil der Wirbelkammer, der von den tiefsten Mantellinien 6 und 7 gebildet wird. Vorzugsweise beträgt der Winkel ß ca. 20 bis 45° . Da der ungesteuerte Versorgungsstrom bei dieser Ausführungsform im wesentlichen ungehindert durch die Kammer hindurchfließen kann, ermöglicht diese Ausführungsform einen sehr großen Steuerbereich.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Ausgangsdüse 13 gegenüber der Wirbelkammerachse parallel verschoben und zwar in der von der Achse der Versogpngsdüse 9 und der Wirbelkammerachse gebildeten Ebene in der von der Versorgungsdüse abweisenden Richtung. Dadurch wird die Übergangsstelle 14 zwischen Wirbelkammer 1 und Ausgangsdüse 13 asym.etrisch nach oben verschoben, und der obere Teil 15 der Ubergansstelle bildet einen schrägflächigen Eingang für den ungesteuerten Versorgungsstrom. Auch hierdurch wird der Fließwiderstand des ungesteuerten Stromes verringert. Die Parallelverschiebung und die Verschwenkung, so wie sie in den Fig.
  • 5 und 4 dargestellt sind, können auch miteinander kombiniert werden. Die Oberseite der Wirbelkammer ist bei dieser Ausführungsform als einfacher flacher Deckel 25 ausgebildet, wodurch der Bau der Kammer vereinfacht wird, ohne daß die Wirbelbildung gehindert wird. Es wird sogar die Masse des Wirbels erhöht, was in vielen Fällen erwünscht ist.
  • Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausgangsdüse 16 nach der bei Turbinen üblichen Art als Saugschlauch bzw. krummer Diffusor ausgebildet. Auch hier ist es möglich, den Saugschlauch parallel nach oben zu verschieben. Einmal wird dadurch der Niveauunterschied zwischen Versorgungsleitung 9 und Ende der Ausgangsdüse verringert, andererseits sind auch bei dieser Ausführungsform gegenüber der Grundform günstigere Strömungsverhältnisse gegeben.
  • Die Ausführungsform nach Fig. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wirbelkammerventils.
  • Die Versorgungsdüse 9 ist mit einem Rückhaltebehälter 17 für Flüssigkeiten verbunden und zwr im Bereich des Behälterbodens. Von einem höheren Niveau des Behälters führt eine Steuerleitung 18 zur Steuerdüse 10. Bei gleichbleibendem Flüssigkeitsniveau im Behälter 17 fließt ein konstanter Versorgungsstrom durch die Wirbelkammer 1 und verläßt diese durch die Ausgangsdüse 4. Steigt das Niveau im Behälter 17 an, dann erhöht sich aufgrund des höheren statischen Drucks auch der Durchfluß durch das Ventil. Erreicht das Flüssigkeitsniveau im Behält er 17 nun die Anschlußstelle der Steuerleitung 18 oder steigt es über diese hinaus an, dann gelangt Flüssigkeit durch die Steuerdüse 10 in die Wirbelkammer 1, die einen Wirbel in der Wirbelkammer anspringen läßt. Der Wirbel führt zu einer starken Erhöhung des Durchflußwiderstandes durch das Ventil, so daß die durchflußsteigernde Wirkung des hydrostatischen Druckes wieder aufgehoben wird. Durch die Anordnung mehrerer Steuerdüsen, die an verschiedenen Niveauhöhen mit dem Behälter 17 verbunden sein können und auch paarweise einander entgegengerichtet sein können, lassen sich vi eli:ltj e Strömungsmuster erhalten.
  • Bei der in Flg. b dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist als Ausgangsdüse ein besonders langer Diffusor 19 vorgesehen. Die Übergangsstelle 20 zwischen Diffusor 19 und Wirbelkammer 1 ist mit einer Ringkammer 21 umgeben, die einen Anschluß 22 für Meßleitungen oder zusätzliche Steuerleitungen aufweist.
  • Die Ringkammer 21 steht mit dem Innenraum der Ausgangsdüse an der Übergangsstelle 20 in kommunizierender Verbindung und zwar mit Hilfe von Perforationen 23, die an der Übergangsstelle 20 vorgesehen sind. Durch Druckmessungen am Anschluß 22 können bei dieser Ausführungsform Rückschlüsse auf den Funktionszustand des Ventils gezogen werden. Im ungesteuerten Zustand herrscht in der Ringkammer 21, ähnlich wie bei einer Wasserstrahlpumpe, ein Unterdruck. Im gesteuerten Zustand herrscht in der Ringkammer 21 dagegen ein Druck, der im wesentlichen dem Steuerdruck entspricht.
  • Die Möglichkeit, eine Leitung an die Übergangsstelle 20 anzuschließen, erlaubt es auch, Rückkopplungen vorzunehmen, z.B. dann, wenn bestimmte Schwingungszustände aufgebaut werden sollen.
  • Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, auf die bereits bei der Beschreibung der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 hingewiesen wurde. Hier sind zwei Steuerdüsen lound 24 vorgesehen, die einander entgegengerichtet sind. Die Steuerdüse 24 ist in Bezug auf die Versorgungsdüse 9 symmetrisch zur Steuerdüse 10 angeordnet. Durch gleichzeitige Zuleitung von Steuerströmen durch die Steuerdüsen 10 und 24 kann die jeweilige Einzelwirkung der Steuerströme beeinflußt oder gar aufgehoben werden.

Claims (29)

  1. Ansprüche Wirbelkammerventil für Fluide mit einer Wirbelkammer, mindestens einer tangential in die Kammer mündenden Steuerdüse und mindestens einer radial in die Kammer mündenden Versorgungsdüse, wobei mindestens eine Steuerdüse senkrecht zu einer Versorgungsdüse steht, und einer im wesentlichen zentralen Ausgangsdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Ausgangsdüse (4) angrenzende Seite der Kammer von einer Kegelmantelfläche (3) gebildet wird, die trichterförmig in die Ausgangsdüse (4) übergeht, die tangentiale Steuerdüse (10) am Außenrand der Kegelmantelfläche (3) in die Kammer (1) mündet und die radiale Versorgungsdüse (9) parallel zur Mantellinie (7) der Kegelmantelfläche in die Kammer (1) mündet.
  2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß der Konuswinkel ca. 70 bis 1500, vorzuxsweise 900 betraxt.
  3. 3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konusachse der Kammer (1) schräggestellt ist.
  4. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konusachse so schräggestellt ist, daß die tiefste Mantellinie (7) der äußeren Mantelfläche (2) im wesentlichen horizontal liegt.
  5. 5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Mantelfläche (3) mit der Oberseite (2; 25) der Kammer (1) verbindender Rand (8) im wesentlichen senkrecht zu den Mantelflächen steht.
  6. 6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Mantelflachen (3) mit der Oberseite (2) der Kammer verbindender Rand (11) im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.
  7. 7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Kammer von einer zur Kegelmantelfläche (3) im wesentlichen parallelen inneren Kegelmantelfläche (2) gebildet wird, die in die äußere Kegelmantelfläche (3) hineinragt.
  8. 8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite der Kammer von einem auf den Rand (8; ) aufsitzenden im wesentlichen ebenen Deckel (25) gebildet wird.
  9. 9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Ausgangsdüse (4) an der Ausgangsstelle (5) der Kammer (1) im wesentlichen gleich der Breite des Randes (8, 11) ist.
  10. 10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle (5) zwischen der äußeren Kegelmantelfläche (3) und der Ausgangsdüse (4) abgerundet ist.
  11. 11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dB die Ausgangsdüse (4) nach Art eines Diffusors in von der Kammer (1) abweisender Richtung aufgeweitet ist.
  12. 12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kammerdurchmesser zu Durchmesser der Ausgangsdüse (4) bei ca. 1:3 bis 1:10, vorzugsweise ca. 1:4 bis 1:8, liegt.
  13. 13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Kammerdurchmesser zu Länge der Ausgangsdüse (4) bei ca.
    3:1 bis 1:2 liegt.
  14. 14. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere für den Betrieb mit Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kammer im Bereich zwischen ca. 5 und ca. 500 cm liegt.
  15. 15. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, insbesondere für den Betrieb mit Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmess(r der Kammer im Bereich zwischen ca. 0,5 und 50 cm liegt.
  16. 16. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der tangentialen Steuerdüse (10) im wesentlichen gleich der Breite des Randes (8; 11) ist.
  17. 17. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine tangentiale Steuerdüse (10) horizontal in die Kammer (1) mündet.
  18. 18. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentiale Steuerdüse (10) am Außenrand des äußeren Kegelmantels (3) in die Kammer (1) mündet.
  19. 19. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsdüse (9) durch den ringförmigen Konusrand (8, 11) an dessen tiefster Stelle in die Kammer (1) mündet.
  20. 20. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Versorgungsdüse (9) im wesentlichen gleich dem lichten Abstand zwischen den Kegelmantelflächen (2) und (3) ist.
  21. 21. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsdüse (9) horizontal in die Kammer (1) mündet.
  22. 22. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine SSuerdüse (10, 24) direkt neben der Versorgungsdüse (9) tangential in die Kammer (1) mündet.
  23. 23. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse (4) rotationssymmetrisch angeordnet ist.
  24. 24. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse (16) saugschlauchartig aus der Rotationsachse in von der Versorgungsdüse (9) abweichender Richtung abgebogen ist.
  25. 25. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse (12) in der Ebene von Versorgungsdüse (9) und Ausgangsdüse (12) und der Erweiterung des Winkels zwischen Versorgungsdüse und Ausgangsdüse aus der Rotationsebene verschoben ist.
  26. 26. Ventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel aus der Rotationsachse ca. 1/4 bis 1/2 des Konuswinkels beträgt.
  27. 27. Ventil nach einem der Ansprüche 12 bis 22, und 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse (13) in der gemeinsamen Ebene von Versorgungsdüse (9) und Ausgangsdüse (13) aus der Rotationsachse in von der Versorgungsdüse (9) abweisender Richtung parallel verschoben ist.
  28. 26. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere paarweise einander entgegengerichtete tangentiale Steuerdüsen (10, 24) vorgesehen sind.
  29. 29. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangsstelle (5) von Kammer (1) zu Ausgangsdüse (4) mindestens eine seitliche Öffnung (23) für Anschlußleitungen vorgesehen ist.
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