DE2810118A1

DE2810118A1 - Absperr- und drosselarmatur

Info

Publication number: DE2810118A1
Application number: DE19782810118
Authority: DE
Inventors: Hans Bender; Bernd Gulde; Manfred Hoock; Manfred Schmitt
Original assignee: GULDE REGELARMATUREN KG
Current assignee: GULDE REGELARMATUREN KG
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2810118C2

Description

Anmelder :-■ Guide-Rege !armatur en KG, 6700 Ludwigshafen-Oggersheim

Absperr- und Drosselarmatur

Die Erfindung betrifft eine Absperr- und Drosselarmatur mit einem Ein- und einem Auslaßkanal und einem dazwischen angeordneten drehbaren Stellkörper mit einer öffnung, die je nach Stellung einen zugehörigen Anteil der Fläche des Ein- und/oder des Auslaßkanals überdeckt.

Absperrarmaturen dieser Art werden als Hähne bezeichnet. Sie werden vorwiegend als Kugelhähne ausgeführt, und der Stellkörper hat dabei die Form einer durchbohrten Kugel. Andere Absperrhähne haben zylindrisch oder kegelig ausgebildete Stellkörper.

Hähne dieser Art lassen sich relativ preisgünstig herstellen. Ihr Anwendungsgebiet bezieht sich insbesondere darauf, den Durchfluß für ein Medium in einer Rohrleitung freizugeben oder abzusperren. Eine Drosselung des Durchflusses im Bereich zwischen Auf- und Zustellung mit Hilfe des Stellkörpers ist ebenfalls möglich. Die damit erzielbaren Durchflußkennlinien weisen jedoch eine so große Steigungsänderung auf, daß die in

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den regelungstechnischen Richtlinien vorgegebenen Anforderungen nicht erfüllt werden können.

Es sind Hähne bekannt, bei denen der Stellkörper anstelle einer zylindrischen Bohrung eine Öffnung mit einem V-förmigen Profil aufweist. Sie lassen eine wesentlich feinfühligere Regelung des durchfließenden Mediums zu. Eine ähnliche Wirkung haben andere bekannte Hähne, bei denen in den Ein- und/oder den Auslaßkanal eine Blende mit dreieckigem Profil eingesetzt ist, deren Oberfläche unmittelbar an dem Stellkörper mit zylindrischer Bohrung anliegt. Die in beiden Ausführungsformen erzielbaren Durchflußcharakteristiken genügen den häufigsten regelungstechnischen Erfordernissen. Die Herstellung solcher Hähne ist aber, verglichen mit konventionellen Hähnen, relativ aufwendig. Die erhöhte Kavitationsneigung macht außerdem in vielen Fällen die Verwendung von Werkstoffen größerer Härte und Festigkeit erforderlich.

Gegenüber den als Regelarmaturen in weit größerem Umfang eingesetzten Ventilen besteht der grundsätzliche Mangel von Hähnen darin, daß sie einen relativ hohen Druckrückgewinn aufweisen.

Unter dem Druckrückgewinn ist der Druckanstieg zwischen tiefster Druckabsenkung unmittelbar hinter dem engsten Querschnitt der Armatur und dem Druck zu verstehen, der sich in der nachfolgenden erweiterten Verzögerungsstrecke einstellt. Durch diesen Druck (Ausgangsdruck) oder die zugehörige Durchflußmenge wird im allgemeinen der Zweck der zugehörigen Regelungsaufgabe definiert. Es handelt sich bei diesen Werten mithin um die Zielgrößen.

Die Veränderung dieser Zielgrößen erfolgt indirekt, nämlich durch Veränderung des Regelungsquerschnittes der Verengung während der Betätigung des Stellkörpers. Zur Herstellung des

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erwünschten Differenzdruckes zwischen dem Druck vor und hinter der Armatur ist in jedem Falle eine wesentlich höhere Druckabsenkung im engsten Querschnitt erforderlich. Der anschließende unvermeidbare Druckrückgewinn beträgt bei üblichen Ventilen 50 %, bei üblichen Hähnen bis zu 85 %. Mit zunehmendem Druckrückgewinn steigt parallel die Kavitationsgefahr. Aus diesem Grunde ist die regelungstechnisehe Anwendung von Hähnen bis heute außerordentlich problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hahn der eingangs genannten Art derart zu modifizieren, daß er bei Gewährleistung einer richtliniengemäßen Kennlinie einen niedrigen Druckrückgewinn aufweist, und daß er somit die bisherige Gefahr des Auftretens von Kavitationserscheinungen grundsätzlich vermeidet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ein- und/oder der Auslaßkanal einen Widerstandskörper mit mehreren Durchlaßöffnungen aufweist und eine Stirnfläche hat, die an dem Stellkörper anliegt.

Der Widerstandskörper stellt eine Bündelung von Einzelwiderständen dar, die unter Vermeidung unnötiger Zwischenräume an den Verschlußkörper angrenzen. Je nach Stellung des Verschlußkörpers werden mehr oder weniger dieser Einzelwiderstände beaufschlagt oder abgedeckt. Die Einzelwiderstände können so bemessen und variiert werden, daß beliebige Durchflußcharakteristiken möglich sind.

Nach einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Widerstandskörper aus einem Rohrbündel oder einem Paket aus durch Abstandshalter voneinander getrennten Blechen besteht. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Rohre oder die Bleche jeweils eine oder mehrere hintereinander angeordnete- Drosselstellen aufweisen,

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beispielsweise in Gestalt von in Querrichtung verlaufenden Stegen oder Falzkanten.

Die Verminderung des Druckrückgewinnes wird bei einer entsprechenden Ausführung dadurch erzielt, daß jede dieser hintereinander angeordneten Drosselstellen einen Einzelwiderstand darstellt. Dadurch wird der Druck in beliebig kleinen Schritten entspännt. Die bei einstufiger Entspannung unvermeidliche große Druckabsenkung wird dadurch vermieden. Für den Druckrückgewinn sind somit die jeweils letzten Drosselstellen im Einzelwiderstand maßgebend.

Definiert man die Armaturenkenngröße für den Druckrückgewinn mit

_ Eingangsdruck - Ausgangsdruck _

~ Eingangsdruck - Druck im engsten Querschnitt ~ ρ - ρ

so ist durch eine Hintereinanderschaltung von Drosselstellen die Verbesserung dieser Armaturenkenngröße theoretisch auf

D ges. = 1 - (1 - D)ⁿ

möglich, η ist die Anzahl der Drosselstellen mit dem gleichen Wert D für jede einzelne Drosselstelle.

Gegenüber dem Wert D = 0,15 für übliche Kugelhähne sind durch Einsatz eines Widerstandskörpers D-Werte über 0,9 möglich.

Die Zahl der Drosselstellen in den Einzelwiderständen kann so gewählt werden, daß sich vorgegebene Durchflußkennlinien mit linearer und gleichprozentiger Charakteristik ergeben und gleichzeitig der Druckrückgewinn vermindert wird. Weil aber mit der Verminderung des Druckrückgewinnes auch die Durchflußkapazität der gesamten Anordnung zurückgeht, empfiehlt es sich, den D-Wert den jeweiligen betrieblichen Forderungen anzupassen.

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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Länge der zu dem Bündel oder dem Paket zusammengefaßten Rohre oder Bleche mit zunehmendem Öffnungswinkel des Stellkörpers abnimmt. Durch diese Maßnahme wird der Tatsache Rechnung getragen, daß mit zunehmendem öffnungswinkel im allgemeinen eine Verminderung des gewünschten Differenzdruckes eintritt. Mit zunehmendem Öffnungswinkel werden daher zunehmend Widerstandskörper von der Strömung beaufschlagt, die eine geringere Anzahl von Drosselstellen aufweisen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Widerstandskörper einen Flansch oder einen Einschweißstutzen zur Verankerung in dem Ein- und/oder dem Auslaßkanal aufweist. Je nach Ausführung ist es gegebenenfalls auch vorgesehen, den Drosselkörper durch Klemmschrauben oder durch eine Klebverbindung in dem jeweiligen Kanal zu verankern. Eine lösbare Verbindung hat dabei den Vorteil, daß eine leichte Austauschbarkeit gegeben ist. Eine solche Ausführung der neuerungsgemäßen Absperr- und Drosselarmatur ermöglicht somit deren einfache Anpaßbarkeit an von Fall zu Fall geänderte Regelungsaufgaben. Insbesondere im Hinblick auf eine Standardisierung und vereinfachte Lagerhaltung ist dieses von besonderem Vorteil.

Eine beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Absperr-' und Drosselarmatur ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Kugelhahn mit eingebautem Widerstandskörper

Der Stellkörper des Kugelhahnes ist teilweise geöffnet und gibt einen Teil der Einzelwiderstände zur Beaufschlagung frei; der andere Teil wird abgedeckt.

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Figur 2 einen Ausschnitt aus dem Widerstandskörper, darstellend einen Schnitt durch die gebündelten Einzelwiderstände, die die hintereinander angeordneten Drosselstellen aufweisen.

Figur 3 eine Ansicht in Richtung der Längsachse die Bündelung der Einzelwiderstände zeigend

Figur 4 die Schnittdarstellung einer beispielsweisen Befestigung des Widerstandskörpers zwischen Armatur und Rohrleitung.

Die Zeichnung wird nachfolgend näher erläutert, ohne daß der Gegenstand der vorliegenden Erfindung hierauf beschränkt ist. Ein Verzicht auf äquivalente Ausführungen, die nicht in den Zeichnungen dargestellt sind, wird nicht geleistet. Die Ausführungen haben insbesondere Gültigkeit für abweichende Ausführungen des Stellkörpers, beispielsweise kegelige oder zylindrische Ausführungen.

Der Kugelhahn 1 in Figur 1 weist im Ausgangskanal einen darin eingesetzten Widerstandskörper 2 auf. Die Stirnfläche dieses Widerstandskörpers 2 ist so ausgeführt, daß sie einen gleichbleibend engen Abstand von der Oberfläche des Stellkörpers 4 aufweist, wenn dieser um seine Achse gedreht wird. Durch die jeweilige Einstellung des Stellkörpers 4 wird ein Teil der Einzelwiderstände 5 abgedeckt, der andere Teil beaufschlagt, wobei die Bohrungskante 6 des Stellkörpers 4 die Abgrenzung zwischen dem abgedeckten und dem beaufschlagten Teil bildet. Durch die kontinuierlich einstellbaren Drehwinkel des Stellkörpers 4 kommt so eine durch die Widerstände 5 vorgegebene Durchflußcharakteristik zustande.

Der Widerstandskörper 2 hat Einzelwiderstände 5 von unterschiedlicher Länge. Dadurch ist bei zunehmender Öffnung des Stellkörpers 4 ein veränderlicher Gradient der Widerstandscharakteristik gegeben. Eine derartige Ausführung ist auf

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Regelstrecken abgestimmt, deren Differenzdruck sich mit dem Durchfluß ändert. Der Widerstandskörper 2 kann auch aus einer Bündelung gleicher Einzelwiderstände 5 bestehen.

Der Widerstandskörper 2 weist an seinem Umfang einen Schraubflansch 7 auf, der zwischen Armatur 1 und Rohrleitung 8 eingeklemmt wird. Durch Drehen des Schraubflansches ist es möglich, den Abstand zwischen Stellkörper 4 und Stirnseite 3 des Widerstandskörpers 2 auf einen minimalen Wert einzustellen,

Der Widerstandskörper kann auch durch Schweißverbindung mit dem Gehäuse des Hahnes verbunden sein.

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Claims

Patentansprüche:

λ.j Absperr- und Drosselarmatur mit einem Ein- und einem Auslaßkanal und einem dazwischen angeordneten drehbaren Stellkörper mit einer Öffnung, die je nach Stellung einen zugehörigen Anteil der Fläche des Ein - und/oder des Auslaßkanals überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und/oder der Auslaßkanal einen Widerstandskörper (2) mit mehreren Durchlaßöffnungen (5) aufweist und eine Stirnfläche (3) hat, die an dem Stellkörper (4) anliegt.
2. Absperr- und Drosselarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (2) aus einem Rohrbündel oder einem Paket aus durch Abstandshalter voneinander getrennten Blechen besteht.
3. Absperr- und Drosselarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder die Bleche jeweils eine oder mehrere hintereinander angeordnete Drosselstellen aufweisen, beispielsweise in Querrichtung verlaufende Stege oder Falzkanten.
4. Absperr- und Drosselarmatur nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zu dem Bündel oder dem Paket zusammengefaßten Rohre oder Bleche mit zunehmendem Öffnungswinkel des Stellkörpers abnimmt.
5. Absperr- und Drosselarmatur nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper einen Flansch oder einen Einschweißstutzen zur Verankerung in dem Ein- und/oder dem Auslaßkanal aufweist.

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