DE3124034A1

DE3124034A1 - Druckentspannungsventil

Info

Publication number: DE3124034A1
Application number: DE19813124034
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6680 Neunkirchen Heppner; Wolfgang 6650 Einöd Kaeppler
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Saarbergwerke AG
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3124034C2

Description

Druckentspannungsventil
Die Erfindung betrifft ein Druckentspannungsventil zur Entspannung gasförmiger oder flüssiger Medien.
Gasförmige oder flüssige Medien, die von einem Hochdruckraum in einen Niederdruckraum entspannt werden müssen, werden durch zwischen die beiden Druckräume geschaltete sogenannte Druckentspannungsventile geleitet und auf das Druckniveau des Niederdruckraumes entspannt.
Solche Druckentspannungsventilebestehen im wesentlichen aus einem axial durchbohrten Ventilgehäuse und einem in der Gehäusebohrung verschieblichen Ventilkolben. Bei geschlossenem Ventil liegt der Ventilkolben mit seinem, üblicherweise kegeligen, Ende an einem in die Gehäusebohrung eingearbeiteten Ventilsitz bzw. einer Dichtkante an. Wird der Ventilkolben vom Ventilsitz bzw. der Dichtkante abgehoben, so kann das Medium durch den entstehenden Ringspalt vom Hochdruckraum in den Niederdruckraum überströmen, wobei das durchströmende Medium durch die lokale Verengung des Strömungsquerschnittes auf das Druckniveau des Niederdruckraumes entspannt wird.
Die bekannten Druckentspannungsventile sind jedoch zum Einsatz bei abrasiven Medien insbesondere Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen nicht geeignet.. L Die Behandlung solcher abrasiver Medien erfordert es, die von dem Medium durch- bzw. umströmten Ventilteile aus harten, verschleißarmen Werkstoffen herzustellen.
Beim Einsatz derartiger Ventile hat sich aber gezeigt, daß die aus hartem Werkstoff hergestellten Ventilkolben schon nach kurzer Einsatzdauer durchbrechen.
Bei geöffnetem und durchströmtem Ventil liegt der Ventilkolben nicht mehr mit seinem Dichtkegel am Ventilsitz bzw. an der Dichtkante an.
Vielmehr ist der Ventilkolben nur noch einseitig im Bereich der Dichtungspackung gehalten und geführt, während das kegelige Kolbenende frei in den Einströmraum der Ventilbohrung hineinragt. Das freie Kolbenende wird durch das radial in das Ventil einströmende Medium zu Schwingungen angeregt, die infolge des harten, spröden Werkstoffes schnell zum Bruch des Ventilkolbens führen.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei großen auszugleichenden Druckdifferenzen - die bei der Hydrierung von Kohle anfallenden Öl-Kohle-Suspensionen müssen beispielsweise von ca. 300 bar auf ca. 1.3 bar entspannt werden - nur sehr kleine Spaltquerschnitte zulässig sind, die für die in den Suspensionen enthaltenen Feststoffpartikel unpassierbar sind. Eine zuverlässige Mengenregelung durch Querschnittsveränderung des Ringspaltes ist nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckentspannunesventil bereitzustellen, das diese Nachteile vermeidet, das somit auch zum Einsatz bei der Behandlung abrasiver Medien1 insbesondere auch von Flüssigkeits-Feststoff-Suspensionen, geeignet ist, wobei auch bei großen auszugleichenden Druckdifferenzen und kleinen Durchflußmengen eine zuverlässige Mengenregelung gewährleistet sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Endbereich des Ventilkolbens zylindrisch ausgebildet .t und eine wendelförmige Umfangsnut aufweist und daß der i.ndbereich des Ventilkolbens in einem Bereich der Ventilbohrung geführt ist.
Der erfindunggemäß ausgebildete, beidseitig vom Einströmungsraum des Ventils geführte Ventilkolben wird durch einströmendes Medium nicht in Schwingungen versetzt. Somit ist der Einsatz harter, ver schleißarmer Werkstoffe möglich, ohne daß der Ventilkolben durch Schwingungsbruch zerstört wird.
Bei gleichem Gesamtquerschnitt der Drosselstelle ist der kleinste hydlaulische Durchmesser des Nutquerschnittes gegenüber der Breite des Ringspaltes wesentlich größer, so daß auch Feststoff-Flüssigkeit-Suspensionen mit entsprechend größeren Abmessungen der Feststoffpartikel durchgeleitet werden können, ohne daß die Feststoffpartikel zurückgehalten werden.
Die Durchflußmenge ist durch die Länge der durchströmten Nutstrecke beeinflußbar, d .h. über die Länge des in der VentilbohrunE geführten Kolbenendbereichs, der die wendelförmige Umfangsnut trägt Die Regelbarkeit der Durchflußmenge wird verbessert, wenn die Umfangsnut einen sich in Kolbenlängsrichtung vergrößernden bzw. verengenden Querschnitt aufweist. In diesem Falle wird die Durchflußmenge praktisch nur vom engsten Eintritts- bzw. Austrittsquerschni bestimmt, der seinerseits von der gerade eingestellten axialen Lage des Ventilkolbens abhängt.
Verengt sich der Querschnitt in Störungsrichtung des Mediums vom Hochdruckraum zum Niederdruckraum, so muß die Ventilbohrung hinter ihrem das mit der Umfangsnut versehene Kolbenende führenden Bereich wieder erweitert sein, so daß das entspannte Medium aus der Umfangsnut tangential ausströmen kann. Die Umfangsnut muß zudem am Kolbenende frei auslaufen, damit auch der engste Nutquerschnitt genutzt werden kann.
Vorteilhafter ist es jedoch, den Nutquerschnitt im Strömungsrichtung zu erweitern. Etwa zu große Feststoffpartikel werden bereits vor Eintritt in die Umfangsnut am Eintrittsquerschnitt als engstem Querschnitt zurückgehalten und können diese nicht beschädiger Es ist dann zudem möglich, das Medium unmittelbar vor dem Kolbenende durch eine radiale Bohrung zur Kolbenachse zu führen und danr durch eine axiale Bohrung drallfrei aus dem Kolben in die Ventilbohrung austreten = lassen. ijie Ventilbohrung braucht nicht erweitert zu werden.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Entspannungsventil anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels weitcr erläutert.
Ein zwischen einen Hochdruckraum 6 und einen Niederdruckraum 7 geschaltetes Druckentspannungsventil 1 besteht aus einem Ventilgehäuse 2 und einem in einer Längsbohrung 11 axial verschieblichen Ventilkolben 3. In einem Endbereich 4 des Ventilkolbens 3 ist eine wendelförmige Umfangsnut 5 vorgesehen, deren Querschnitt sich zum Niederdruckraum 7 hin erweitert und die bis kurz vor das Kolbenende 8 führt, Am Ende der Umfangsnut 5 führt In den Ventilkolben 3 eine Radialbohrung 12, die ihrerseits in eine in der Kolbenachse angebrachte axiale Austrittsbohrung 13 mündet. Die Querschnitte der Radialbohrung 12 und der axialen Austrittsbohrung 13 entsprechen in der Regel dem maxiamlen Querschnitt der Umfangsnut 5 oder werden etwas größer gewählt.
Es kann jedoch auch sinnvoll sein, zur eindeutigen Begrenzung der maximalen Durchflußmenge den Querschnitt dieser Bohrungen kleiner als den größten Nutquerschnitt zu wählen.
Ist der Ventilkolben 3 soweit in das Ventilgehäuse 2 eingeschoben, aaß der gesamte, mit der Umfangsnut 5 versehene Bereich 4 des Ventilkolbens 3 vom Drosselbereich 10 des Ventilgehäuses 2 überdeckt wird, kann kein Medium vom Hochdruckraum 6 zum Niederdruckraum 7 überströmen. Reicht der Ventilkolben 3 jedoch mit einem Teil des Bereiches 4 in einen erweiterten Einströmungsraum 9 der Vetltilbohrung 11, so strömt hochgespanntes Medium vom Hochdruckraum 6 unter Druckabbau durch die wendelförmige Umfangsnut 5, die Radialbohrung 12 und die axiale Austrittsbohrung 13 in den Niederdruckraum 7 über. Die turchflußmenge wird dabei durch den Querschnitt der Umfangsnut 5 bestimmt, der durch die axiale Lage des Endbereichs 4 des Ventilkolbens 3 im Drosselbereich 10 des Ventilgehäuses 2 als Eintrittsquerschnitt vorgegeben ist.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, den kleinsten Anfangsquerschnitt der Umfangsnut 5 nach unten zu begrenzen, so daß die Durchflußmenge nicht tot:! fr von null an anstei(rt, 3011-dern bei geöffnetem Druckentspannungsventil 1 eine Mindestdurchflußmenge nicht unterschritten werden kann.
L e e r s e i t e

Claims

Druckentspannungsventil Patentansprüche 1. Druckentspannungsventil zur Entspannung gasvörmiger oder flüssiger Medien, wobei ein Ventilkolben in einem Ventilgehäuse axial verschieblich geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß e.n Endbereich (4) des Ventilkolbens (3) zylindrisch ausgebildet ist und eine wendelförmige Umfangsnut (5) aufweist und daß der Endbereich (4) des Ventilkolbens (3) in einem Bereich (10) der Ventilbohrung (11) geführt ist.
2. Druckentspannungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnut (5) des Ventilkolbens (3) einen sich in Kolbenlängsrichtung vergrößernden Querschnitt aufweist.
3. Druckentspannungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutquerschnitt sich in Strcmungsrichtung des Mediums von einem Hochdruckraum (6) zu einem Nieuerdruckraum (7) erweitert.