DE3134767C2 - Axial durchströmtes Freistromventil - Google Patents

Abstract

Fluidströmungen werden besonders, wenn im Fluid Feststoffpartikel auch in hoher Konzentration suspendiert sind, in axial durchströmten Freistromventilen geregelt. Um den Strömungsverlauf im wesentlichen ohne Umlenkungen zu halten, um eine Reglung des Fluidstromes bis zur völligen Absperrung hin zu erreichen, wobei als Regelorgan im wesentlichen Regelbereich nicht der Spalt zwischen Dichtkonus und Dicht sitz dienen soll und um alle dem Verschleiß unterliegenden Teile des Regelventils in einfacher und wirtschaftlicher Weise austauschen zu können, wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß im Regelventileintritt ein nicht verschiebbarer Strömungsleit- und Dichtkörper (16) vorgesehen ist, der eine abströmseitige Verlängerung (16.3) aufweist, die von einem axial verschiebbaren Rohrstück (20), dessen zuströmseitiges Ende eine Einlaufdüse (22) mit lavaldüsenähnlicher Kontur aufweist, übergriffen wird, wobei sich zwischen der lavaldüsenähnlichen Kontur und dem abströmseitigen Ende der Dichtkörperverlängerung der Regelspalt ausbildet. Darüber hinaus sind Strömungsleit- und Dichtkörper (16) mit dem Dichtsitz (16.2) und Einlaufdüse (22) mit lavaldüsenähnlicher Kontur mit dem Dichtring (22.1) versehen, die sich beim Absperren des Ventils schließlich dichtend gegeneinanderlegen. Weiter ist der Strömungsleit- und Dichtkörper (16) zwischen die Flansche des Ventileinlaufs gesetzt, die eine dem äußeren Ring (15) des Strömungsleit- und Dichtungskörpers entsprechende Ausnehmung aufweisen.

Description

die Strömung nur unwesentliche Richtungsänderungen erfährt und in denen die dem Verschleiß besonders ausgesetzten Stellen aus hoch verschleißfestem Material, insbesondere aus hoch verschleißfestem Stahl ausgebildet sind. Dabei wird nach diesem Vorschlag ein zweigeteilter Strömungsleit- und Dichtkörper in Ventilgehäuse angeordnet, wobei der eine äußere Teil einen inneren, mit dem Dichtkonus versehenen zweiten Teil kolbenförmig aufnimn.t, der in Richtung des Dichtsitzes mittels einer Stellvorrichtung bewegbar ist Die Verbindung zwischen der Stellvorrichtung und dem dazugehörigen 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 Druckausgleichraum gelangt sind, Beschädigungen der Antriebselemente und/oder der Kolbenführung zur Folge haben können. Auch bei anderen Ventilen ist es bekannt für verschleißfeste Teile Keramik und Gummi oder dergleichen zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsmäßiges Ventil anzugeben, mit dem ein auch mit Feststoffpartikeln in hoher Konzentration beladener Strom von Fluiden bis zur völligen Absperrung regelbar ist das verschleißarm ausgebildet ist, das keinen besonderen Wartungsaufwand erfordert und das darüber hinaus wirtschaftlich herstellbar sein soll. Die Durchflußcharakteristik wird mit Hilfe einer Laval-Düsen ähnlichen Einlaufdüse in Zusammenwirkung mit einer annähernd zylindrischen Verlängerung des Strömungsleitkörpers bestimmt

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Ventil nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Eiiiströmdüse Laval-Düsen ähnlich äst und daß die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleitkörpers etwa zylinderförmig ausgebildet ist mit einem Zylinderdurchmesser nahezu gleich dem kleinsten innendurchmesser der Kontur der Einströmdüse, so daß sich die Durchströmcharakteristik durch das Zusammenwirken der Kontur der Einströmdüse mit der Verlängerung bestimmt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleitkörpers zylinderförmig und mit einer derartigen Zylinderlänge ausgebildet, daß bei geschlossenem Ventil die abströmseitige Verlängerung voll in die Laval-Düsen ähnliche Kontur der Einlaufdüse eingeführt ist. Dabei hat die Rückseite der abströmseitigen Verlängerung des Strömungsleitkörpers vorzugsweise eine hohlkegelförmige Ausnehmung.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Patentansprüchen zu entnehmen.

Mit einem Ventil nach der Erfindung ist die Durch-Strömcharakteristik auf einfache Weise zu ändern und aufgrund seines Aufbaus sind Verschleißteile in einfacher Weise austauschbar.

Die Ausbildung des Ventils nach der Erfindung 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 Feststuffpartikel in den Antriebsraum unterbinden. Die Strömung selbst wird durch kein Organ des Antriebs gestört. Mit der Einlaufdüse, deren innere Kontur Laval-Düsen ähnlich 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.

Durch die abströmseitige Verlängerung des Strömungsleit- 'ind Dichtkörpers, die zylinderförmig ausgebildet ist mit einem Zylinderdurchm.' ;ier nahezu gleich dem kleinsten Innendurchmesser der Kontur der Einlaufdüse und mit einer derartigen Zylinderlänge, daß bei geschlossenem Ventil die abströmseitige Verlängerung voll in die Laval-Düsen ähnliche Kontur der Einlaufdüse eingeführt ist wird erreicht daß diese Ausbildung mit der engsten Zone der Laval-Düsen ähnlichen Einlaufdüse zusammenwirkt und einen Ringspalt bildet, 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 heruntergeregelt ist. Bis unmittelbar vor Ventilschluß liegt der Hauptdruckabfall in dem Spalt zwischen der Laval-Düsen ähnlichen Kontur und der zyündcrförrnigcn Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers.

Durch die Ausnehmung an der abströmseitigej Verlängerung des Strömungsleit- und Dichtkörpers entsteht eine ringförmige Abreißkante, die für die Ausbildung eines Ringstrahls verantwortlich ist; durch diese Art der Strömungsausbildung werden mögliche Blasenbildungen durch Kavitation in die Strömungsmitte gelegt: Kavitationserosionen an der Wandung, insbesondere des axial verschiebbaren Rohrstücks werden dadurch 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 Strömungsleitkörper tragender Zentrierring angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt es das gesamte Regelventil einströmseitig zu öffnen. Damit ist der durch seinen Z,entrierring 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 Einlaufgehäuseseke her zugängig.

Wenn das zuströmseitige Ende des axial verschiebbaren Rohrstücks ein Gewinde aufweist, auf das die Einlaufdüse aufschraubbar ist, bietet sich bei der Ausführungsform mit teilbirerr. Einlaufgehäuse die Möglichkeit nicht nur den konzentrisch angeordneten Störmungsleit- und Dichtkörper in einfacher Weise auszuwechseln, sondern auch die Einlaufdüse mit ihrer die Regelcharakteristik bestimmenden, Laval-Düsen ähnli-

chen 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.

Die Außenflächen des Strömungsleit- und Dichtkörpers und/oder der Einlaufdüse können mindestens teilweise aus verschleißfestem Material gebildet sein. Dazu kann in ansich bekannter Weise ein Gummibelag, eine Hartmetallauflage oder auch Keramik verwendet 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 »/λΙΙ one l/orimirrKam Material irt>{t*rt'icrt cinH r\cif>r Hp.

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ren kritische Außenflächen keramische Beschichtungen tragen.

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 Ventils, 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.

Das Wesen der Erfindung wird anhand des in der Zeichnung 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 voll geschlossenem Zustand dargestellt ist.

!m einzelnen zeigt die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Regelventils mit seinem Gehäuse 10. 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 sie!; 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 15 passend einführbar ist und in denen dieser Ring mittels der — nicht näher bezeichneten Dichtungsringe abgedichtet sind. Dieser Zentrierring 15 ist über die Stege 16.1 mit dem Strömungsleit- 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 abströmseitigen Seite ist der Strömungsleit- und Dichtkörper 16 mit dem Dichtsitz 16.2 und einer abströmseitigen, zylinderförmigen Verlängerung 163, deren abströmseitiges Ende eine kegelförmige Ausnehmung 16.4 aufweist.

Im Inneren des Gehäuses 10 ist das axial verschiebbare Rohrstück 20 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 20.1 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 Zeichnung ist das axial verschiebbare Rohrstück 20 in Position «711« den Ventils. Die Laval-Düsen ähnliche Einlaufdüse 22 legt sich mit ihrem Dichtring 22.1 gegen den Dichtsitz 16.2 des Strömungsleit- und Dichtkörpers 16. Dabei taucht dessen zylinderförmige Verlängerung 163 voll in die Laval-Düsen förmige 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 Laval-Düsen förmigen 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 Coandaeffekts an die Kontur der Einlaufdüse an. Die rückwärtige Kante der zylinderförmigen Verlängerung ist bedingt durch die Ausnehmung 16.4 — scharfkantig. An ihr findet eine Strömungsablösung statt, die Strömungsstetigkeiten 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 einei — nicht näher bezeichneten — Abreißkante zu versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Axial durchströmtes Freistromventil, insbesondere für Fluide, in denen Feststoffpartikel mit hoher Konzentration suspendiert sind, mit einem Ventilgehäuse mit koaxialem Zu- und Abströmkanal und vorgeschaltetem Einlaufgehäuse, in dem ein Strömungsleitkörper fest angeordent ist, der abströmseitig einen Dichtsitz aufweist, der in eine Verlängerung übergeht und mit einem stromabwärts davon im Ventilgehäuse angeordneten, gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichteten, als Strömungskanal ausgebildeten, axial verschiebbaren Rohrstück, das zuströmseitig mit einer Einströmdüse versehen ist, die als Teil ihrer Kontur einen mit dem Dichtsitz zusammenwirkenden Dichtring zur Absperrung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Einströmdüse (22) lavaldüsenähnlich ist und daß die ajströmseitige Verlängerung (163) des Strörnungsieitkörpers (16) etwa zylinderförmig ausgebildet ist, mit einem Zylinderdurchmesser nahezu gleich dem kleinsten Innendurchmesser der Kontur der Einströmdüse, so daß sich die Durchströmcharakteristik durch das Zusammenwirken der Kontur der Einströmdüse mit der Verlängerung (163) bestimmt

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abströmsei tige Verlängerung (163) des Strömungsleitkörpers (16) zylinderförmig und mit einer derartigen Zylinderlänge ausgebildet ist, daß bei geschlossenem Ventil die abs»römseitige Verlängerung (163) voll in die lavaldüsenähnliche Kontur der Einlaufdüse (22) eingeführt ist.

3. Ventil nach Anspruch ! oder Ά dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite der abströmseitigen Verlängerung (163) des Strömungsleitkörpers (16) eine vorzugsweise hohlkegelförmige Ausnehmung (16.4) aufweist.

4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (10) mit einem geteilten Einlaufgehäuse (13.1; 13.2) versehen ist und beide Gehäuseteile (13.1; 13.2) ringförmige, korrespondierende Ausnehmungen aufweisen, in denen ein über Streben (16.1) den Strömungsleitkörper (16) tragender Zentrierring (15) angeordnet ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zuströmseitige Ende des axial verschiebbaren Rohrstücks (20) ein Gewinde (20.2) aufweist, auf das die Einströmdüse (22) aufgeschraubt ist.

6. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Strömungsleitkörpers und/oder der Einströmdüse (22) mindestens teilweise aus verschleißfestem Material gebildet sind.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material ein Gummibelag ist.

8. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material eine Hartmetallauflage ist.

9. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfeste Material keramisches Material ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein axial durchströmtes Freistromventil, insbesondere für Fluide, in denen Feststoff-Partikel mit hoher Konzentration suspendiert sind, mit einem Ventilgehäuse mit koaxialem Zu- und Abströmkanal und vorgeschaltetem Einlaufgehäuse, in dem ein Strömungsleitkörper fest angeordnet ist, der abströmseitig einen Dichtsitz aufweist, der in eine Verlängerung übergeht und mit einem stromabwärts davon im Ventilgehäuse angeordneten, gegenüber dem Ventilgehäuse abgedichteten, als Strömungskanal ausgebildeten, axial verschiebbaren Rohrstück, das strömungsseitig mit einer Einströmdüse versehen ist, die als Teil ihrer Kontur einen mit dem Dichtsitz zusammenwirkenden Dichtring zur Absperrung aufweist.

Derart als axial durchströmte Freistromventile ausgebildete Regelventile sind bekannt aus der US-PS 41 37 933. Bei diesem bekannten Ventil ist ein aus elastischem Material bestehender, verformbarer Ring als Außenwandung des Strömungskanals eingesetzt und zwar an derjenigen Stelle, die die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten und die größten Urnlenkungen der Strömung bewirkt Dieser Ring aus elastischem Material wird durch eine besondere Anordnung in Form eines Hydraulik-Kolbens, der als verschieblicher Strömungskanal ausgebildet ist, zusammengedrückt und dabei verformt. Ein solcher Ring aus elastischem Material würde im Betrieb bei der Beaufschlagung mit Fluiden, mit darin in hoher Konzentration suspendierten Feststoffpartikeln, in kürzester Zeit verschleißen und damit wäre ein solches Ventil unbrauchbar. Auch läßt sich ein Einhalten von bestimmten Regelcharakteristiken mit diesem, aus elastischem Material bestehenden Ring, der durch Verformung den Durchtrittsquerschnitt des Strömungskanals verändert nicht erreichen. Der aus elastischem Material bestehende Ring quillt beim Zusammendrücken crf»wiccg[*TT}s»ßpn hervor und erzeugt dabei sehr ungünstige Strömungsverhältnisse. Im übrigen liegt die engste Stelle des Strömungsquerschnittes insbesondere bei »Notlauf« bei einer an sich im normiien Betrieb nicht vorgesehenen Absperrung, bei weit vorgeschobenem Dichtring an der Stelle, an der der Strömungsleitkörper einen größten Querschnitt hat. Wenn sich hier die in dem strömendem Fluid in hoher Konzentration suspendierten Feststoffpartikeln ansetzen und aufbauen, setzt sich der engste Querschnitt zu, es ist nicht möglich, ohne Demontage des gesamten Ventils, eine Reinigung zu erreichen, v/eil sich die Feststoffpartikel keilförmig in diesem engsten Querschnitt drängen.

Ein Ventil einer anderen Gattung, nämlich eine Vorrichtung zum Ausblasen von fein verteiltem Fasergut aus einer Hochdruck-Zerfaserungsanlage, weist nach einer besonderen Ausführungsform am stromabseitigen Ende als Abschluß des den Ventilkörper bildenden Zapfen eine nach innen gewölbte Ausnehmung auf (DE-PS 8 06 195).

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 fluidisicrten Zustand getragenen Fcststoffpartikeln. Um diesem Verschleiß entgegenzuwirken, wurde vorgeschlagen für diese Zwecke Freistromventile zu verwenden, in denen