DE3134767A1 - Regelventil fuer fluide - Google Patents

Description

Regelventil für Fluide

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelventil für Fluide, wobei unter Fluide im Sinne dieser Anmeldung Flüssigkeiten und Gase zu verstehen sind; sie betrifft insbesondere ein als axial durchströmtes Freistromventil ausgebildetes Regelventil mit einem Gehäuse und einer nach außen geführten Stellvorrichtung, die mit einem Antrieb verbunden ist zur DurchflußregIung von Fluiden, insbesondere für Fluide mit darin in hoher Konzentration suspendierten Feststoff par tike In, das Gehäuse mit koaxialem Zu- und Abfluß zum Anschluß des Zu- und Abflußrohres.

Das Absperren und das Regeln des Durchsatzes strömender Fluide, besonders solcher, in denen Feststoffpartikel in hoher Konzentration suspendiert sind, ist mit erheblichem Verschleiß der eingesetzten Ventil- und Regelventil-Organe verbunden. Dies ist aus der Technik der Förderung von Fluiden bekannt; insbesondere ist es bekannt, für die Förderung von in Flüssigkeiten suspendierten

Feststoffteilchen, von der Flugförderung von in einem Gasstrom getragenen Feststoffteilchen und von der Schubförderung von in einem Trägergas fluidisierten Zustand getragenen Feststoffpartikeln. Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen für diese Zwecke Freistromventile zu verwenden, in denen die Strömung nur unwesentliche Riehtungsänderungen erfährt und in denen, wie die DE-OS 28 53 719 lehrt, die dem Verschleiß besonders ausgesetzten Stellen aus hochverschleißfestem Material, insbesondere aus hochverschleißfestem Stahl ausgebildet sind. Dabei wird nach diesem Vorschlag ein zweigeteilter Strömungsleit- und Dichtkörper im Ventilgehäuse angeordnet, wobei der eine äußere Teil einen inneren, mit einem Dichtkonus versehenen zweiten Teil kolbenförmig aufnimmt, der in Richtung des Dichtsitzes mittels einer Stellvorrichtung bewegbar ist. Die Verbindung zwischen der Stellvorrichtung und dem dazu gehörigen Antrieb muß, da das Ventil rotationssymmetrisch ist, durch die Strömung geführt werden. Diese Art des Ventilantriebs bedingt eine zusätzlich erhöhte Verschleißgefahr im Antriebsbereich und im Bereich der Kolbenwandung, die besonders dann, wenn durch die Druckentlastungsbohrungen auch Feststoffpartikel in den Druckausgleichsraum gelangt sind, Beschädigungen der Antriebselemente und/oder der Kolbenführung zur Folge haben können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsmäßiges Regelventil anzugeben, mit dem ein auch mit Feststoffpartikeln in hoher Konzentration beladener Strom von Fluiden bis zur völligen Absperrung regelbar ist, das verschleißarm ausgebildet ist, wobei mögliche Verschleißteile in einfacher Weise austauschbar sein sollen, das keinen besonderen Wartungsaufwand erfordert und das darüber hinaus wirtschaftlich herstellbar sein soll. Nach dem Vorschlag der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen im Regelventil angeordneten, nicht verschiebbaren Strömungsleit- und Dichtkörper mit Dichtsitz und abströmseitiger Verlängerung sowie durch ein mit der Stellvorrichtung zusammenwirkendes, axial verschiebbares Rohrstück, dessen zuströmseitiges Ende mit einer

Einlaufdüse mit lavaldüsenähnlicher Kontur und einem Dichtring als Teil dieser Kontur versehen ist, wobei das axial verschiebbare Rohrstück im Gehäuse innerhalb von zwei Stopfbuchsenkammern, je eine vor und hinter der Stellvorrichtung, geführt und mit einem Zapfen mit dem Hebel der Stellvorrichtung im Eingriff ist. Diese Ausbildung des Regelventils hat den erheblichen Vorteil, daß das axial bewegbare Rohrstück über die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers zum Dichtsitz hin bewegbar ist, wobei der Antrieb zwischen zwei Stopfbuchsen angeordnet ist, die ein Durchdringen des Fluids und darin enthaltener Feststoffpartikel in den Antriebsraum unterbinden. Die Strömung selbst wird durch kein Organ des Antriebs gestört. Mit der Einlaufdüse, deren innere Kontur lavaldüsenähnlich ist, übergreift das axial verschiebbare Rohrstück die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers. Durch das Zusammenwirken der einander zugewandten Flächen lassen sich die Strömungsverhältnisse so einstellen, wie es den gewünschten Erfordernissen entspricht; die Regelcharakteristik des Ventils wird durch das Zusammenwirken der Kontur der Einlaufdüse mit der Form der abströmseitigen Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers bestimmt. Der Dichtkonus selbst ist ein Teil der Kontur der Einlaufdüse; er legt sich beim Schließen des Ventils gegen den Dichtsitz des Strömungsleit- und Dichtkörpers. Die mit dem Antrieb verbundene Stellvorrichtung selbst kann als Hebelgestänge oder Gabelhebel ausgeführt sein, die mit diametral gegenüberliegenden, auf der Außenseite des axial verschiebbaren Rohrstücks angeordneten Zapfen in Eingriff stehen. Weiter wird vorgeschlagen, daß jeweils auf der der Stellvorrichtung abgewandten Seite der Stopfbuchskammern Abstreifringe vorgesehen sind. Durch diese Weiterbildung wird ein Vordringen von abrasiv wirkenden Partikeln in die Stopfbuchskammern weitgehend unterdrückt; die Packungen in den Stopfbuchskammern werden so vor unerwünschten Abrieb geschützt.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers zylinderformig ausgebildet ist, mit einem Zylinderdurchmesser nahezu gleich dem kleinsten Innendurchmesser der Kontur der Einlaufdüse, und mit einer derartigen Zylinderlänge, daß bei geschlossenem Ventil die abströmseitige Verlängerung voll in die lavaldüsenähnliche Kontur der Einlaufdüse eingeführt ist. Diese Ausbildung der abströmseitigen Verlängerung, die mit der engsten Zone der lavaldüsenähnlichen Einlaufdüse zusammenwirkt, bildet einen Ringspalt, der unmittelbar nach dem öffnen oder auch unmittelbar vor dem Schließen des Ventils die Strömung begrenzt. Der Spalt zwischen Ventilsitz und Ventilkonus hat daher keine regelnde Aufgabe; er übernimmt lediglich das Freigeben bzw. das Absperren des Fluidstroms, der beim Schließen des Ventils bereits heruntergeregeIt ist. Bis unmittelbar vor Ventilschluß liegt der Hauptdruckabfall in dem Spalt zwischen der lavaldüsenähnlichen Kontur und der zylinderförmigen Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Rückseite der abströmseitigen Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers eine vorzugsweise hohlkegelförmige, bis zum Rand der Verlängerung reichende Ausnehmung aufweist. Durch diese Ausnehmung entsteht eine ringförmige Abreißkante, die für die Ausbildung eines Ringstrahls verantwortlich ist; durch diese Art der Strömungsausbildung werden mögliche Blasenbildungen durch Kavation in die Strömungsmitte gelegt: Kavationserosionen an der Wandung, insbesondere des axial verschiebbaren Rohrstücks werden vermieden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß das Ventilgehäuse mit einem geteilten Einlaufgehäuse versehen ist, wobei beide Gehäuseteile ringförmige, korrespondierende Ausnehmungen aufweisen, in denen ein über Streben den Strömungsleit- und Dichtkörper tragender Zentrierring angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt es, das gesamte Regelventil einströmseitig zu öffnen.

Damit ist der durch seinen Zentrierring konzentrisch im Bereich des Einlaufgehäuses angeordnete Strömungsleit- und Dichtkörper nicht nur zugängig; er ist darüber hinaus in einfacher Weise austauschbar. Ebenso ist das axial verschiebbare Rohrstück mit seiner Einlaufdüse von der Einlaufgehäuseseite her zugängig.

Weiter wird vorgeschlagen, daß das zuströmseitige Ende des axial verschiebbaren Rohrstücks ein Gewinde aufweist, auf das die Einlaufdüse aufschraubbar ist. Bei der Ausführungsform mit teilbarem Einlaufgehäuse bietet dieser Vorschlag die Möglichkeit, nicht nur den konzentrisch angeordneten Strömungsleit- und Dichtkörper in einfacher Weise auszuwechseln, sondern auch die Einlaufdüse mit ihrer die Regelcharakteristik bestimmenden, lavaldüsenähnlichen Kontur. Es ist somit möglich, auch diese Einlaufdüse ohne Demontage des gesamten Ventils bei einer z.B. wegen Änderung der Regelcharakteristik notwendig werdenden Wartung auszutauschen.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß die Außenflächen des Strömungsleit- und Dichtkörpers und/oder der Einlaufdüse mindestens teilweise aus verschleißfestem Material gebildet sind. Dieses verschleißfeste Material kann nach weiteren Vorschlägen Gummibelag, Hartmetallauflage oder Keramik sein. Besonders interessant ist diese Ausbildung für den Dichtsitz bzw. den Dichtkonus und für die die Regelcharakteristik des Ventils bestimmenden Konturen der Einlaufdüse und der abströmseitigen Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers. Je nach Art des schließenden Angriffs ist dabei eine nachgiebige Gummioberfläche oder eine verschleißfeste Hartmetallauflage vorzuziehen. Besonders bewährt haben sich auch Strömungsleit- und Dichtkörper bzw. Einlaufdüsen, die voll aus keramischem Material gefertigt sind oder deren kritische Außenflächen keramische Beschichtungen tragen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das axial verschiebbare Rohrstück in seinem mittleren, zwischen den

Stopfbuchsen liegenden Teil ein Außengewinde aufweist und daß auf diesem Außengewinde eine mit dem Zapfen versehene Hülse axial verlagerbar aufgeschraubt ist.

Das Wesen der Erfindung wird anhand des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Diese Figur zeigt einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Regelventil, wobei die Mittellinie eine Teilungslinie darstellt und die eine Hälfte des Ventils in voll geöffnetem, die andere in \soll geschlossenem Zustand dargestellt ist.

Im einzelnen zeigt die Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des Regelventils mit seinem Gehäuse 1o, dem das zweiteilige Eintrittsgehäuse 13.1 und 13.2 vorgeflanscht ist. Eintritts und Austrittsflansche sind mit 19 bezeichnet. Im Gehäuse des Regelventils ist eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit Ausnehmungen für die beidseitig angeordneten Stopfbuchskammern 18.1. Die in diesen Kammern befindlichen Stopfbuchsen werden über die Anpreßringe 18.2 mittels der Spannschrauben 18*3 in die Kammern gepreßt. Der Stopfbuchse vorgeschaltet befinden sich die Abstreifringe 17, deren Aufgabe es ist, ein Vordringen von Partikeln zur Stopfbuchse zu verhindern und so die Packung vor vorzeitiger Zerstörung zu schützen.

Jeder Teil des vorgeflanschten Eintrittsgehäuses 13.1 und 13.2 ist an den einander zugewandten Seiten mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, in die der Zentrierring 16 passend einführbar ist und in denen dieser Ring mittels der - nicht näher bezeichneten Dichtungsringe abgedichtet sind. Dieser Zentrierring 16 ist über die Stege 16.1 mit dem Strömungsieit- und Dichtkörper 16 verbunden, der dadurch fest im durch den vollen Pfeil gekennzeichneten Strömungsweg sitzt. Etwa entsprechend der Form des Strömungsleitkörpers ist die Form der Eintrittskammer ausgearbeitet, so daß sich in diesem Bereich eine wesentliche Einengung der Strömung und damit auch keine Strömungsbeschleunigung ergibt. An seiner

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abströmseitigen Seite ist der Strömungsleit- und Dichtkörper 16 mit dem Dichtsitz 16.2 und einer abströmseitigen, zylinderförmigen Verlängerung 16.3, deren abströmseitiges Ende eine kegelförmige Ausnehmung 16.4 aufweist.

Im Inneren des Gehäuses 10 ist das axial verschiebbare Rohrstück 2o untergebracht, das im Gehäuse geführt und durch die Packungen in den Stopfbuchskammern 18.1 beidseitig abgedichtet ist. Zur Verstellung ist das axial verschiebbare Rohrstück mit Zapfen 21.1 versehen, die sich auf einer Hülse 21 befinden, die ihrerseits auf ein Außengewinde 2o.1 des axial verschiebbaren Rohres geschraubt ist und so in ihrer axialen Lage einstellbar ist. Ein in der Darstellung geschnittener - Hebel 12 wirkt mit dem Zapfen zusammen und bildet mit einem weiteren Hebelglied 11 die Stellvorrichtung, die mit dem - in der Figur nicht dargestellten Antrieb verbunden ist.

In der rechten Hälfte der Figur ist das axial verschiebbare Rohrstück 2o in Position "zu" des Ventils. Die lavaldüsenähnliche Einlaufdüse 22 legt sich mit ihrem Dichtring 22.1 gegen den Dichtsitz 16.2 des Strömungsleit- und Dichtkörpers 16. Dabei taucht dessen zylinderförmige Verlängerung 16.3 voll in die lavaldüsenförmige Einlaufkontur ein. Die engste Stelle dieser Kontur weist dabei einen Durchmesser auf, der nur wenig größer ist als der Außendurchmesser der zylinderförmigen Verlängerung. In dieser Stellung ist das Ventil geschlossen; die Strömung ruht.

In der linken Hälfte ist das axial verschiebbare Rohrstück in der Position "voll geöffnet". Die Kontur der lavaldüsenförmigen Einlaufdüse bildet zusammen mit der hinteren Kante der zylinderförmigen Verlängerung einen Ringspalt, aus dem ein Ringstrahl in die Abströmseite geleitet wird. Dieser Ringstrahl legt sich wegen des sich ausbildenden Cuandaeffekts an die Kontur der Einlaufdüse an. Die rückwärtige Kante der zylinderförmigen Verlängerung ist bedingt durch die Ausnehmung 16.4 - scharfkantig.

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An ihr findet eine Strömungsablösung statt, die Strömungsunstetigkeiten in den zentralen Teil der Strömung verlegt. Dadurch kommt es dann, wenn der statische Druck des Fluids in die Nähe des Dampfdrucks kommt, zu einer Blasenbildung nur im zentralen Teil der Strömung. Die Wandbereiche werden von einer Blasenbildung freigehalten; dort kommt es daher nicht zu Kavationserosionen.

über die gesamte Länge des axial bewegbaren Rohrstückes 20 hinweg hat die Strömung den für einen beruhigten Austritt notwendigen Angleichungsraum. Trotzdem ist es vorteilhaft, das abströmseitige Ende des axial verschiebbaren Rohrstücks leicht konisch in Strömungsrichtung öffnend auszubilden und mit einer - nicht näher bezeichneten - Abreißkante zu versehen.

Von besonderer Bedeutung sind die geringen Stellkräfte, die für die Verstellung des erfindungsgemäßen Regelventils benötigt werden. Dies liegt an der kleinen, vom Druck beaufschlagten Ringfläche der Stirnseite der Einlaufdüse des axial verschiebbaren RohrStücks. Aus diesem Grunde ist es ein überraschender Vorteil dieses Regelventils, daß eine besondere Druckentlastung nicht vorgesehen werden braucht. Damit entfallen auch die Möglichkeiten, daß die Druckentlastungsbohrungen in unerwünschter Weise Partikel in Ausgleichsräume gelangen lassen oder daß sich Druckausgleichsleitungen durch Partikel zusetzen.

Leerseite

Claims (11)

Patentansprüche

1. Als axial durchströmtes Freistromventil ausgebildetes Regelventil mit einem Gehäuse und einer nach außen geführten Stellvorrichtung, die mit einem Antrieb verbunden ist zur Durchflußreg lung von Fluiden, insbesondere für Fluide mit darin in hoher Konzentration suspendierten Feststoffpartikeln, das Gehäuse mit koaxialem Zu- und Abfluß zum Anschluß des Zu- und Abflußrohres versehen , gekennzeichnet durch einen im Regelventil angeordneten, nicht verschiebbaren Strömungsleit- und Dichtkörper (16) mit Dichtsitz (16.2) und abströmseitiger Verlängerung (16.3) sowie durch ein mit der Stellvorrichtung (11, 12) zusammenwirkendes, axial verschiebbares Rohrstück (2o), dessen zuströmseitiges Ende mit einer Einlaufdüse (22) mit lavaldüsenähnlicher Kontur und einem Dichtring (22.1) als Teil dieser Kontur versehen ist, wobei das axial verschiebbare Rohrstück (2o) im Gehäuse innerhalb von zwei Stopfbuchskammern (18.1), je eine vor und hinter dem Stellantrieb, geführt ist und mit einem Zapfen (21.1) mit dem Hebel (12) der Stellvorrichtung im Eingriff ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf der der Stellvorrichtung (12,13) abgewandten Seite der Stopfbuchskammern (18.1) Abstreifringe (17) vorgeshen sind.

3. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abströmseitige Verlängerung (16.3) des Strömungsleit- und Dichtkörpers (16) zylinderförmig ausgebildet ist, mit einem Zylinderdurchmesser nahezu gleich dem kleinsten Innendurchmesser der Kontur der Einlaufdüse (22) und einer derartigen Zylinderlänge, daß bei geschlossenem Ventil die abströmseitige Verlängerung (16.3) voll in die lavaldüsenähnliche Kontur der Einlaufdüse (22) eingeführt ist.

Regelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der abströmseitigen Verlängerung (16.3) des Strömungsleit- und Dichtkörpers (16) eine vorzugsweise hohlkegelförmige Ausnehmung (16.3) aufweist.

5. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2 sowie einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1o) mit einem geteilten Einlaufgehäuse (13.1, 13.2) versehen ist, wobei beide Gehäuseteile (13.1; 13.2) ringförmige, korrespondierende Ausnehmungen aufweisen, in denen ein über Streben (16.1) den Strömungsleit- und Dichtkörper (16) tragender Zentrierring (15) angeordnet ist.

6. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zuströmseitige Ende des axial verschiebbaren Rohrstücks (2o) ein Gewinde (2o.2) aufweist, auf das die Einlaufdüse (22) aufschraubbar ist.

7. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen des Strömungsleit- und Dichtkörpers (16) und/oder der Einlaufdüse (22) mindestens teilweise aus verschleißfestem Material gebildet sind.

8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material ein Gummibelag ist.

9. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material eine Hartmetallauflage ist.

10. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material keramisches Material ist.

11. Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das axial verschiebbare Rohrstück (2o) in seinem mittleren, zwischen den Stopfbuches (18) liegenden Teil ein Außengewinde (2o.1) aufweist und daß auf diesem Außengewinde (2o.1 eine mit

dem Zapfen (21.1) versehene Hülse (21) axial verlagerbar aufgeschraubt ist.