DE3215224A1

DE3215224A1 - Vorrichtung zum herabsetzen der in einem fluessigen oder gasfoermigen medium enthaltenen energie

Info

Publication number: DE3215224A1
Application number: DE19823215224
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Zikesch C H GmbH
Current assignee: Zikesch C H GmbH
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE3215224C2

Description

Vorrichtung zum Herabsetzen der in einem flüssigen oder gasförmigen Medium enthaltenen Energie

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herabsetzen der in einem flüssigen oder gasförmigen Medium enthaltenen Energie, mit einem hohlzylindrischen Drosselkörper, mit auf diesen aufgesetzten, zueinander parallelen Führungsplatten, durch die das Medium aus einer axialen Richtung in radiale Richtungen umgelenkt wird,und mit einem den Drosselkörper und die Führungsplatten umgebenden Gehäuse.

Es ist bekannt, eine derartige Vorrichtung beispielsweise zum Entspannen von Dampf zu verwenden. Der Dampf strömt hierbei durch den hohlzylindrischen Drosselkörper, der mit einer Anzahl von Durchtritten versehen ist, durch die der Dampf in radialer Richtung austreten kann. Zwischen den Führungsplatten kann sich der Dampf entspannen. Die in ihm enthaltene Energie wird abgebaut. Anschließend wird der entspannte Dampf wieder in eine axiale Richtung umgelenkt. Die beschriebene Vorrichtung wirkt hierbei gleichzeitig als Schalldämpfer.

Vielfach ist es aber auch erforderlich, die im Wasser in Form von Geschwindigkeit und Druck enthaltene Energie abzubauen. Wenn beispielsweise eine Turbine in Schnellschluß

geht, kann der von den Pumpen aufgebaute Förderdruck meist nicht schnell genug abgebaut werden. Um das Auftreten eines schädlichen Überdruckes bei einem Schnellschluß der Turbine zu verhindern, muß deshalb ein Bypass vorgesehen werden, durch den das Wasser oder der Dampf kurzfristig unmittelbar in den Kondensator geleitet werden kann. Auch in diesem Fall ist es erforderlich, kinetische Energie möglichst schnell und auf eine solche Weise zu vernichten, daß Beschädigungen und/oder Störungen, unerwünschte Schwingungserscheinungen oder dergleichen nicht entstehen können.

Bisher bekannte Vorrichtungen inForm von entsprechenden Ventilen und Schalldämpfern haben meist den Nachteil eines verhältnismäßig großen konstruktiven Aufwandes, ungenügender Stabilität und nicht befriedigender Regelbarkeit.

Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich ein einfacherer konstruktiver Aufbau bei möglichst geringem Platzbedarf erzielen lass-t und daß im Bedarfsfall auch eine zufriedenstellende Steuerung bzw. Regelung des Drosselvorganges möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Führungsplatten zueinander konzentrische, zu einer Plattenseite hin offene Ringnuten aufweisen, die durch kreisförmige, ebenfalls konzentrische Trennwände begrenzt sind, daß die Trennwände über den Umfang verteilt mit Durchbrechungen versehen sind, die benachbarte Ringnuten verbinden, und daß die offenen Ringnuten durch eine benachbarte Führungsplatte abgedeckt sind.

Eine zum Abbau der in dem jeweiligen Medium enthaltenen Energie dienende Drosselstufe läßt sich also in Form eines

Führungsplattenpaketes aufbauen, wobei die Zahl der jeweils zu verwendenden Führungsplatten den jeweiligen Gegebenheiten leicht angepasst werden kann. Nach dem Durchsetzen der benachbarte Ringnuten verbindenden Durchbrechungen wird sich das Medium zumindest zu einem wesentlichen Teil auch in Umfangsrichtung in den Ringnuten verteilen und hierbei einer starken Verwirbelung unterliegen. Dies bedeutet eine wirkungsvolle Vernichtung der in dem Medium enthaltenen kinetischen Energie. Die hierbei auftretende starke Verwirbelung hat gleichzeitig auch den Vorteil, daß sich Verschmutzungen in den Ringnuten nicht absetzen können. Insbesondere wenn das zu drosselnde Medium Wasser ist, kann es die Vorrichtung in der einen oder der anderen Richtung durchströmen. Das Wasser kann also in das Gehäuse eintreten und in radialer Richtung von außen nach innen die Führungsplatten durchströmen, bis es in den Drosselkörper gelangt und in diesem wieder in eine axiale Richtung umgelenkt und zur Ausgangsseite der Vorrichtung geführt wird. Alternativ kann das Medium aber auch in axialer Richtung in den Drosselkörper eintreten, der mit entsprechenden seitlichen Durchtritten versehen ist, die die Verbindung mit der jeweils innersten Ringnut der Führungsplatten herstellen. Das Medium durchsetzt dann die Führungsplatten von innen nach außen und wird im Bereich der Gehäusewandung wieder in eine axiale Richtung umgelenkt. Insbesondere dann, wenn es sich bei dem Medium um Dampf handelt, ist diese Durchsatzrichtung vorteilhaft, weil sich mit zunehmendem Durchmesser von innen nach außen das Volumen der Ringnuten vergrößert.

Ein nächster Vorteil der vorgeschlagenen Konstruktion besteht darin, daß eine gute Wärmeabfuhr möglich ist. Diese ist ausreichend, um bei Verwendung der Vorrichtung für Wasser einer Dampfblasenbildung entgegenzuwirken. Ein Verschleiß aufgrund von Cavitationserscheinungen ist also nicht zu befürchten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Durchbrechungen benachbarter Trennwände in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Hierdurch wird eine noch stärkere Zwangsumlenkung der Strömung im Bereich der Ringnuten erreicht. Die Verwirbelungen sind entsprechend stärker, so daß mehr kinetische Energie abgebaut wird.

Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner, wenn die äußerste Ringnut in radialer Richtung nach außen zumindest teilweise offen ist. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Strömung im Umfangsbereich der Führungsplatten bereits in einem solchen Maße verteilt, daß die Gehäusewandung in Verlängerung der jeweils zuletzt von dem Medium durchsetzten Durchbrechungen in den äußeren Trennwänden allenfalls nur noch in geringem Maße in genau radialer Richtung angeströmt wird. Eine genau radiale Anströmung könnte zu einer unerwünschten Belastung der Gehäusewandung führen.

Erfindungsgemäß kann in dem Drosselkörper ein in axialer Richtung verstellbarer Regelkörper angeordnet sein, der in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Stellung im Drosselkörper befindliche Durchtritte jeweils für die einzelnen Führungsplatten nacheinander freigibt. Zwischen den Endstellungen "geöffnet" und "geschlossen" läßt sich also die Vorrichtung mit Hilfe des Regelkörpers jeweils nur für einen Teil der Führungsplatten freigeben oder absperren, so daß der jeweils gewünschte Durchtrittsquerschnitt entsprechend vorgegeben werden kann.

In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß günstig, wenn die angeströmte Stirnseite des Regelkörpers gegenüber einer radialen Ebene um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist und wenn die Neigung so gewählt ist, daß die Stirnfläche in axialer Richtung um eine Strecke verspringt, die dem Ab-

stand zwischen in axialer Richtung benachbarten Durchtritten im Drosselkörper entspricht.

Hierdurch wird erreicht, daß der Regelkörper im Verlauf einer axialen Verstellung den Durchtrittsquerschnitt nicht sprungartig von Führungsplatte zu Führungsplatte vergrößert bzw. verkleinert. Vielmehr läßt sich mit einer kontinuierlichen Verstellung des Regelkörpers auch eine entsprechend kontinuierliche Veränderung des Durchtrittsquerschnitts erreichen.

Weiterhin kann erfindungsgemäß an einem Ende des Drosselkörpers ein Ventilsitz ausgebildet sein, wobei das dem Ventilsitz zugewandte Ende des Stellkörpers mit einem Schließteil versehen ist. Der Schließteil kann also den Durchtrittsquerschnitt des Drosselzylinders vollständig absperren, ohne daß es in Schließstellung der Vorrichtung darauf ankommt, inwieweit der Regelkörper die Durchtritte im Drosselzylinder ausreichend dicht absperren kann oder nicht. Im allgemeinen wird sich eine absolute Dichtigkeit in diesem Bereich nicht erreichen lassen, so daß damit gerechnet werden muß, daß Leckmengen an der Innenseite des Drosselzylinders zwischen diesem und dem Regelkörper hindurchtreten. Um aber auch die in diesen Leckmengen noch enthaltene Energie gezielt abzubauen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß am Umfang des Regelkörpers Ringnuten vorgesehen sind, so daß auch in diesem Bereich ein Drosseleffekt erzielt wird. Hierdurch lassen sich auch die am Ventilsitz auftretenden Beanspruchungen herabsetzen.

Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß neben einer letzten Führungsplatte eines Führungsplattenpaketes ein Umlenkring angeordnet ist, dessen Durchmesser größer ist als der Führungsplattendurchmesser und der eine Führungsfläche bildet, an der das Medium von der radialen in die

axiale Richtung umgelenkt wird oder umgekehrt. Dieser Umlenkring kann gegebenenfalls auch dazu dienen, die Ringnuten in der benachbarten Führungsplatte abzudecken. Ferner kann der Umlenkring gleichzeitig zur Abdichtung und zur Abstützung des Drosselkörpers gegenüber dem Gehäuse dienen.

Die bisher beschriebenen Ausführungsmerkmale bezogen sich jeweils auf eine einstufige Ausbildung der Vorrichtung. Sie gelten aber auch für eine mehrstufige Ausführung derart, daß mehrere Führungsplattenpakete in axialem Abstand voneinander am Drosselkörper angeordnet sind, daß zwischen benachbarten Führungsplattenpaketen ein Ringraum gebildet ist, daß auch der Regelkörper mit einem korrespondierenden Ringraum versehen ist und daß das Medium durch die Ringräume hindurch in umgekehrter radialer Richtung zurückgeführt wird.

Die für diese Rückführung im Drosselkörper benötigten Durchtritte haben dann einen entsprechend großen Querschnitt. Die Ringräume bilden gleichzeitig eine Beruhigungszone für das durchströmende Medium. Die entsprechend ausgebildete Vorrichtung kann auf diese Weise mit einer beliebigen Anzahl von Drosselstufen versehen werden, die sich nach dem Baukastenprinzip zusammensetzen lassen. Es ist nur dafür Sorge zu tragen, daß zwischen einem Rückführungsbereich und dem nächsten Führungsplattenpaket eine Abdichtung gegenüber der Gehäusewandung vorhanden ist.

Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn zwischen benachbarten Führungsplatten ein mit mindestens einem Flansch versehener Distanzkörper eingesetzt ist und wenn der Flansch dichtend an der Gehäusewandung anliegt. Dieser Flansch bzw. die entsprechende Seite des Distanzkörpers können gleichzeitig sowohl zum Abdecken der Ringnuten einer

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anliegenden Führungsplatte dienen als auch eine zur Umlenkung des Mediums geeignete Führungsfläche bilden. Der Distanzkörper kann auch die Form eines Spulenkörpers haben, d.h. auch an seinem anderen Ende mit einem zweiten Flansch versehen sein, der sich auf dem ihm zugewandten Führungsplattenpaket abstützt. Die Beruhigungszone befindet sich in dem durch die beiden Flanschebegrenzten Ringraum.

Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Figur 1 in schematischer Darstellung und

teilweise als Schnitt die Vorrichtung in Form eines mehrstufigen Regelventils;

Figur 2 einen Querschnitt durch das Regelventil entlang der Linie II-II in Figur 1;

Figur 3 in vergrößertem Maßstab einen Teil-Längsschnitt mit Perspektive entsprechend der Linie III-III in Figur 2.

Das Regelventil hat ein Gehäuse 10, das innen mit einer zum Schutz der Gehäusewandung dienenden Auskleidung 11 versehen ist. In den Innenraum des Gehäuses 10 ist ein zylindrischer Drosselkörper 12 eingesetzt. Dieser hat an seiner dem Gehäuseeinlaß 13 zugewandten Seite einen Ventilsitz 14. Innerhalb des Drosselkörpers 12 ist ein mehrstufig aufgebauter Regelkörper 15 an einer Spindel 16 in axialer Richtung verstellbar geführt. Der Antrieb für die Spindel befindet sich im oberen Bereich des Gehäuses 10 und ist von üblicher Ausführung, so daß er nicht weiter beschrieben zu werden braucht. Der Regelkörper 15 ist an seiner dem Gehäuseeinlaß 13 zugewandten Seite mit einem Schließteil versehen, der in Schließstellung des Regelventils auf dem

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Ventilsitz 14 aufliegt.

Auf den zylindrischen Drosselkörper 12 sind scheibenförmige Führungsplatten 18 aufgesetzt, von denen jeweils vier ein Führungsplattenpaket bilden. Die Zahl der in einem Führungsplattenpaket enthaltenen Führungsplatten kann dem jeweiligen Bedarf angepasst werden. Die Führungsplatten 18 haben jeweils zu ihrer einen Seite hin offene und zu einander konzentrisch umlaufende Ringnuten 19, die durch ebenfalls zueinander konzentrische Trennwände 20 begrenzt sind. Letztere sind mit um den Umfang verteilt angeordneten

Durchbrechungen 21 versehen. Die in einer Trennwand 20 jeweils enthaltenen Durchbrechungen 21 verbinden benachbarte Ringnuten 19 und sind gegenüber den Durchbrechungen der nächsten Trennwand 20 in Umfangsrichtung versetzt, so daß die Strömung niemals mehrere Durchbrechungen 21 in radialer Richtung nach außen ohne eine Umlenkung durchsetzen kann. Der Drosselkörper 12 ist jeweils in Höhe einer Führungsplatte 18 mit um den Umfang verteilt angeordneten Durchtritten 22 versehen. Die in einer radialen Ebene jeweils enthaltenen Durchtritte 21 münden in die innerste Ringnut 19 der in dieser Höhe befindlichen Führungsplatte 18,

Die äußerste Ringnut 19 einer Führungsplatte 18 ist nach außen hin zumindest teilweise offen, so daß sich die Strömung bei einem radial von innen nach außen gerichteten Verlauf bereits im Bereich der äußersten Ringnut 19 in beliebige Richtungen verteilen kann und somit in möglichst geringem Maße radial auf die Gehäusewandung auftrifft·

Während die Führungsplatten 18 bei diesem Beispiel so angeordnet sind, daß sich die Ringnuten 19 nach unten öffnen, ist ebensogut eine umgekehrte Anordnung denkbar. Nur an der einen Seite eines Führungsplattenpaketes ist es jeweils erforderlich, eine zusätzliche Abdeckung vorzusehen.

Dies geschieht bei dem hier beschriebenen Regelventil für das unterste Führungsplattenpaket mittels eines Umlenkringes 23, dessen Durchmesser größer ist als der Führungsplattendurchmesser und der an der Auskleidung 11 des Gehäuses 10 dichtend anliegt. Gleichzeitig bildet der Umlenkring 23 eine Führungsfläche 24, durch die insbesondere die aus der untersten Führungsplatte 18 austretende Strömung in eine axiale Richtung umgelenkt wird. Dieser Strömungsanteil trägt wiederum zu einer entsprechenden Umlenkung der aus den nächstfolgenden Führungsplatten 18 austretenden Strömung bei.

Jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsplattenpaketen befindet sich ein Distanzkörper 25, der ebenfalls auf den Drosselkörper 12 aufgesetzt ist. Die Distanzkörper 25 haben an dem einen Ende jeweils einen ersten Flansch 26, der an der Auskleidung 11 des Gehäuses 10 dichtend anliegt und einen ähnlichen Querschnitt hat wie der Umlenkring Somit erfüllt das Flansch 26 auch die übrigen Funktionen desselben, in dem er zur Abstützung des Drosselkörpers 12 und der auf ihm befindlichen Führungsplatten 18 gegenüber dem Gehäuse 10 dient und gleichzeitig an der einen Seite eine abgerundete Führungsfläche 24 bildet.

Das gegenüberliegende und in Figur 1 untere Ende des Distanzkörpers 25 ist mit einem Flansch 27 versehen, dessen Durchmesser ebenfalls größer ist als der Führungsplattendurchmesser . Jedoch läßt der Flansch 27 gegenüber der Auskleidung 11 des Gehäuses 10 einen ringförmigen Querschnittsbereich frei, so daß die aus dem vorgeschalteten Führungsplattenpaket austretende Strömung an dem Flansch 27 vorbei in einen durch die Flansche 26 und 27 begrenzten Ringraum 28 gelangen kann. In diesem kann sich die Strömung nach dem Hindurchtreten durch das vorgeschaltete Führungsplattenpaket beruhigen. Der Ringraum 28 steht über aus-

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reichend groß bemessene Durchtritte 29 mit einem weiteren Ringraum 30 in Verbindung, der durch eine ringförmige Aussparung des Regelkörpers 15 gebildet ist und der diesen in eine der Anzahl von 'JFührungsplattenpaketen entsprechende Anzahl von Stufen unterteilt. Die zwischen den Ringräumen 30 liegenden Bereiche des Regelkörpers 15, die unmittelbar an der inneren Wandung des Drosselkörpers 12 anliegen und die Durchtritte 22 je nach Stellung des Regelkörpers 15 abdecken oder freigeben, sind mit Ringnuten 31 versehen. Da eine vollständige Abdichtung in diesen Bereichen des Regelkörpers 15 nicht zu gewährleisten ist und deshalb mit dem Hindurchtreten von Leckmengen gerechnet werden muß, dienen die Ringnuten 31 dem Zweck, die Leckströmung abzulenken und in energieverbrauchender Weise zu drosseln.

Wie Figur 1 ferner erkennen läßt, haben die jeweils angeströmten Stirnseiten der einzelnen Stufen des Regelkörpers 15 gegenüber einer genau radialen Ebene eine vorgegebene Neigung. Diese ist so groß gewählt, daß die Stirnfläche jeweils über den Durchmesserbereich hin um eine Strecke verspringt, die dem axialen Abstand zwischen zwei Durchtritten 22 im Drosselkörper 12 entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß die Freigabe oder das Abdecken der einzelnen Durchtritte 22 zwischen einer Führungsplatte 18 und einer benachbarten Führungsplatte 18 nicht sprunghaft, sondern verhältnismäßig kontinuierlich erfolgt. Eine gute Regelungscharakteristik ist damit gewährleistet.

Der Verlauf der Strömung in dem beschriebenen Regelventil ist durch Pfeile bezeichnet. Zumindest in einem Teil der denkbaren Anwendungsfälle ist die Strömungsrichtung umkehrbar. Der durch den Drosselkörper 12 und die Führungsplatten 18 gebildete Teil des Regelventils läßt sich auch ohne den Regelkörper verwenden, so daß das Ventil nur als Drosselventil mit Schalldämpfung arbeitet.

Bezugsziffernliste

10 Gehäuse

11 Auskleidung

12 Drosselkörper

13 Gehäuseeinlaß

14 Ventilsitz

15 Regelkörper

16 Spindel

17 Schließteil

1S>Führungsplatte

19 Ringnut

20 Trennwand

21 Durchbrechung

22 Durchtritt

23 Umlenkring

24 Führungsfläche

25 Distanzkörper

26 Flansch

27 Flansch

28 Ringraum

2 9 Durchtritt

30 Ringraum

31 Ringnut

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Leerseite

Claims

Anmelder Firma C. H. Z ike sch GmbH

Theodor-Heuß-Str. 75, 4100 Duisburg 11

Ansprüche :

y Vorrichtung zum Herabsetzen der in einem flüssigen oder gasförmigen Medium enthaltenen Energie, mit einem mittigen hohlzylindrischen Drosselkörper, mit auf diesen aufgesetzten und zueinander parallelen Führungsplatten, durch die das Medium aus einer axialen Richtung in eine radiale Richtung umgelenkt wird, und mit einem den Drosselkörper und die Führungsplatten umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsplatten (18) zueinander konzentrische, zu einer Plattenseite hin offene Ringnuten

(19) aufweisen, die durch kreisförmige, ebenfalls konzentrische Trennwände (20) begrenzt sind, daß die Trennwände

(20) über den Umfang verteilt mit Durchbrechungen (21) versehen sind, die benachbarte Ringnuten (19) verbinden, und daß die Ringnuten (19) jeweils durch eine benachbarte Führungsplatte (18) abgedeckt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (21) benachbarter Trennwände (20) in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Ringnut (19) in radialer Richtung nach

außen zumindest teilweise offen ist,
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Drosselkörper (12) ein in axialer Richtung verstellbarer Regelkörper {15) angeordnet ist, der in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Stellung im Drosselkörper (12) befindliche Durchtritte (22) jeweils für die einzelnen Führungsplatten (18) nacheinander frei gibt oder abdeckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angeströmte Stirnseite des Regelkörpers (15) gegenüber einer radialen Ebene um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist und daß die Neigung so gewählt ist, daß die Stirnfläche in axialer Richtung um eine Strecke verspringt,, die dem Abstand zwischen in axialer Richtung benachbarten Durchtritten (22) im Drosselkörper (12) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Drosselkörpers (12) ein Ventilsitz (14) ausgebildet ist und daß das dem Ventilsitz (14) zugewandte Ende des Regelkörpers (15) mit einem Schließteil (17) versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Regelkörpers (15) Ringnuten (31) vorgesehen sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet., daß nebel! einer letzten Führungsplatte (18) eines Führungsplattenpaketes ein Umlenkring (23) angeordnet ist, dessen Durchmesser größer ist als der Führxmgsplattendurchmesser und der eine Führungsfläche (24) bildet, an der das Medium von der radialen in die axiale Richtung umgelenkt wird oder umgekehrt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkring (23) gleichzeitig zur Abdichtung und zur Abstützung des Drosselkörpers (12) gegenüber dem Gehäuse (10) dient.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Führungsplattenpakete in axialem Abstand voneinander am Drosselkörper (12) angeordnet sind, daß zwischen benachbarten Führungsplattenpaketen ein Ringraum (28) gebildet ist, daß auch der Regelkörper (15) mit einem korrespondierendem Ringraum (3Θ) versehen ist und daß das Medium durch die Ringräume (28,30) hindurch in umgekehrter radialer Richtung zurückgeführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Führungsplattenpaketen ein mit mindestens einem Flansch (26) versehener Distanzkörper (25) eingesetzt ist und daß der Flansch (26) dichtend an der Gehäusewandung anliegt.