DE3822773C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einbauteil, das zur Turbulenzdämpfung in Rohrleitungen für strömende Medien eingesetzt werden kann. In Rohrleitungen treten je nach kinematischer Viskosität des strömenden Mediums sowie seiner Strömungsgeschwindigkeit und dem Nenndurchmesser der Rohrleitung meist turbulente Strömungen auf. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Strömung über Ventile, Krümmer oder Abzweige geführt werden muß. Turbulente Strömung ist neben den unerwünschten Erosionseffekten, gegebenenfalls auch Kavitation, auch mit erheblichen Strömungsgeräuschen verbunden. Das erfindungsgemäße Einbauteil zur Turbulenzdämpfung in Rohrleitungen dient der Verminderung der genannten unerwünschten Effekte, insbesondere der Reduzierung von Strömungsgeräuschen, insbesondere von Flüssigkeiten in Rohren.

Aus der DE-OS 36 23 868 A1 ist ein geräuscharmes Hydroventil bekannt, das aus einem Hohlkörper besteht, der ein oder mehrere Zu- und Ablaufräume beinhaltet und in dem ein Zylinder eingesetzt ist, der zwischen Zu- und Ablaufräumen angeordnete Überströmabschnitte zur Aufteilung des Zulaufstromes in mehrere räumlich getrennte Teilströme und zur Zusammenführung der Teilströme zu einem Ablaufstrom beinhaltet. Dabei können die Teilströme in Kanälen der Überströmabschnitte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung strömen. Durch diese Maßnahmen konnten Strömungsgeräusche, die durch Turbulenzen in Steuer- und Regelventilen auftreten, erheblich verringert werden, so daß nun auch eine weitere Verringerung der Strömungsgeräusche in den Rohrleitungen wichtig wird, die insbesondere bei beengten Raumverhältnissen, z. B. auf Schiffen, meist nicht in einer für die Strömung günstigen Weise verlegt werden können.

In DE-OS 21 55 466 ist eine Drosseleinrichtung beschrieben, bei der zur Herstellung des Drucks das Medium von einer zentralen Zuleitung radial unter vielfacher Umlenkung durch Reihen von einzelnen, versetzt angeordneten Umlenkstegen strömt. Der häufige Richtungswechsel der Teilströme sowie deren Teilung und Vereinigung kann zwar den Druck vermindern ohne selbst übermäßig Geräusch zu erzeugen, ist aber nicht geeignet, Turbulenzen zu dämpfen und dadurch Strömungsgeräusche zu verringern. Außerdem gibt es Anwendungsfälle, in denen eine Drosselung unerwünscht ist und bei denen durch geeignete Wahl von Rohrquerschnitt und Strömungsgeschwindigkeit eine geräuschlose, im wesentlichen laminare Strömung möglich ist und durch ungünstige Rohrführung entstehende Turbulenzen wieder beseitigt werden sollten.

In DE-OS 24 10 231 ist zur Geräuschdämpfung vorgeschlagen, in der Strömung durch mechanische Strukturen, die dem Strömungsmedium ausgesetzt sind, instationäre Strömungszustände zu verhindern. Dazu soll die Struktur etwa in Form dünner Drähte oder enger Kanäle eine Struktur kleiner Reynolds-Zahl sein. Insbesondere soll die Struktur deformierbar sein, um durch geeignete Verstelleinrichtungen eine Querschnittsverengung und eine damit verbundene Durchflußregelung zu erreichen. Derartige Strukturen neigen bei starken Druckveränderungen und hohen Turbulenzen zum Schwingen und werden dadurch selbst zu Geräuschquellen.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein in Rohrleitungen einzusetzendes Einbauteil zu schaffen, mit dem bei vertretbarem Druckverlust die Turbulenz gedämpft wird und das aus Bauelementen besteht, die auf das erforderliche Maß der Turbulenzdämpfung oder Umwandlung in laminare Strömung abgestimmt zusammengesetzt werden können und dessen Bauelemente auch bei stoßartigen Belastungen nicht zu Schwingungen angeregt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 5 geben zweckmäßige erfinderische Ausführungsformen an.

Um eine wirkungsvolle Turbulenz- bzw. Geräuschdämpfung bei vertretbaren Baulängen zu erreichen, kommt es erfindungsgemäß darauf an, den turbulenten Zulaufstrom in radiale und axiale Überströmabschnitte zu zerlegen, wobei in wenigstens zwei radialen Überströmabschnitten zueinander entgegengesetzte Strömungsrichtungen vorliegen und die radialen Überströmabschnitte zahlreiche zueinander parallele Kanäle aufweisen, in denen Teilströme annähernd gleicher Richtung und Geschwindigkeit gebildet werden, wodurch nach dem Zusammenströmen der Teilströme zu einem Ablaufstrom dieser über den Querschnitt weitgehend vergleichmäßigte Geschwindigkeiten aufweist. Die Abmessungen der Kanäle in den Überströmabschnitten werden so gering gehalten, daß in ihnen die Teilströme im wesentlichen laminar fließen. Eine Drosselung kann weitgehend vermieden werden, wenn der jeweils kleinste Gesamtquerschnitt der Kanäle eines Überströmabschnitts wenigstens dem Querschnitt des Zulaufs entspricht.

Zweckmäßigerweise besteht das erfindungsgemäße Einbauteil aus einem Gehäuse mit etwa zylindrischem Innenraum, wobei die Zu- und Ablaufräume an den Stirnflächen des Zylinders angeordnet sind und Zu- und Ablaufstrom in Richtung der Zylinderachse verlaufen. In dieser Anordnung sind wenigstens zwei radiale Überströmabschnitte vorgesehen, die durch eine erste Sperrscheibe getrennt werden. In beiden radialen Überströmabschnitten erfolgt die Strömung in radialer Richtung. Im ersten radialen Überströmabschnitt verläuft die Strömung in zu einander parallelen Kanälen von der Zylinderachse zur zylindrischen Innenwand hin. Im zweiten radialen Überströmabschnitt verläuft die Strömung der Teilströme in entgegengesetzter Richtung. Die Zufuhr des strömenden Mediums zum ersten radialen Überströmabschnitt und die Abfuhr des strömenden Mediums aus dem zweiten radialen Überströmabschnitt erfolgt durch axiale Überströmräume, die in der Nähe der Zylinderachse angeordnet sind. Zwischen dem ersten und zweiten radialen Überströmabschnitt erfolgt der Strömungsaustausch über axiale Überströmräume, die unmittelbar an der zylindrischen Innenwand des Einbauteilgehäuses angeordnet sind. Diese Anordnung aus zwei radialen Überströmabschnitten mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen und dazwischengesetzter erster Sperrscheibe wird im folgenden als zweistufige Grundversion des erfindungsgemäßen Einbauteiles bezeichnet.

Als besonders günstig hat sich erwiesen, die radial verlaufenden Kanäle in den radialen Überströmabschnitten als Räume zwischen zahlreichen, durch Distanzstücke in einem möglichst laminare Strömungsbedingungen erzeugenden Abstand zueinander gehaltene Scheiben auszuführen. Die Scheiben weisen eine mittige Bohrung auf, die etwa der Nennweite der Rohrleitung entspricht. Beidseitig der ersten Sperrscheibe bildet die Gesamtheit dieser Bohrungen in den Scheiben die achsennahen axialen Überströmräume, die der Zufuhr bzw. Abfuhr des strömenden Mediums zu und aus den radialen Überströmräumen bewirkt. Die äußeren Abmessungen in radialer Richtung der Scheiben sowie der ersten Sperrscheibe sind wenigstens über einen Teil des Umfangs der zylindrischen Gehäuseinnenwand kleiner als deren Durchmesser. Dadurch entstehen zwischen der Gehäuseinnenwand und der äußeren Begrenzung der Scheiben sowie der ersten Sperrscheibe die axialen Überströmräume, die den Austausch des Strömungsmediums zwischen erstem und zweitem radialen Überströmabschnitt ermöglichen. Zweckmäßigerweise haben die Scheiben und die erste Sperrscheibe in radialer Richtung gleiche äußere Abmessungen.

In Anpassung an das erforderliche Maß der Turbulenzdämpfung kann das erfindungsgemäße Einbauteil auch als mehrstufige, namentlich vier-, sechs- oder höherstufige Anordnung ausgeführt sein. Dazu wird auf die zweistufige Ausführung eine zweite ringförmige Sperrscheibe aufgesetzt, deren äußerer Durchmesser dem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses entspricht und deren innerer Durchmesser etwa gleich der Nennweite der Rohrleitung ist. In dieser Ausführung kann, soweit dies im Einzelfall erwünscht ist, zusätzlich zu der gleichrichtenden Wirkung des Einbauteils eine je nach Anzahl der Stufen unterschiedliche Drosselwirkung eingestellt werden.

In einer speziellen Ausführung sind die Scheiben und die erste Sperrscheibe von etwa quadratischem Querschnitt, wobei die Diagonale des Quadrates wenigstens dem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses entspricht. Dabei können vorteilhafterweise die Distanzstücke zwischen den Scheiben an den Ecken der quadratischen Scheibe angebracht sein. Dies kann einfacherweise dadurch bewerkstelligt werden, daß die Scheiben in einem Durchmesser hinterdreht werden, der größer als die Kantenlänge des Quadrates ist aber kleiner als die Diagonale. In einer der Ecken der Scheiben und der ersten Sperrscheibe ist eine Ausnehmung für einen Zentrierstift vorgesehen. Auch die zweite ringförmige Sperrscheibe weist eine entsprechende Ausnehmung an ihrem äußeren Durchmesser auf. Durch diese einfache Konstruktion, die zugleich die Zentrierung der Scheiben im zylindrischen Innenraum und Parallelstellung der Scheiben in axialer Richtung bewirkt, kann durch Veränderung der Scheibenanzahl sowie der Stufenanzahl das Ausmaß der Turbulenzdämpfung in weiten Grenzen eingestellt und an die unterschiedlichen Strömungsbedingungen in einzelnen Abschnitten eines Rohrleitungssystemes angepaßt werden.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Einbauteils für flüssige Strömungsmedien sind in Fig. 1 bis 3 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines mit radialen Überströmabschnitten zweistufig ausgeführten Einbauteils.

Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch das Teil nach Fig. 1.

Fig. 1b zeigt die eingesetzten Scheiben in auseinandergezogener Vorstellung.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt eines mit radialen Überströmabschnitten sechsstufig ausgeführten Einbauteils, wobei schematisch die turbulenzdämpfende Wirkung mit einem dem Strömungsverlauf folgenden Pfeil angedeutet ist.

Fig. 1, 1a, 1b zeigt ein Einbauteil mit einem etwa quaderförmigen Hohlkörper (1), der einen zylindrischen Innenraum aufweist und mit einem Deckel (2), der einen Dichtring (3) beinhaltet, verschlossen ist. Im zylindrischen Innenraum sind Scheiben (9) mit Distanzstücken (8) und eine erste Sperrscheibe (4) eingebaut. Die Scheiben (9) sind quadratisch und die Distanzstücke (8) sind in den Ecken der Quadrate angeordnet. Die Dicke der Distanzstücke beträgt bei der Ausführung für flüssige Strömungsmedien zwischen 0,1 und 0,2 mm. In einer der Ecken ist eine Ausnehmung (11) für einen Zentrierstift (5) angebracht. Die Scheiben (9) weisen Bohrungen (92) auf, durch die axiale Zu- und Ablaufräume (102) für die zwischen den Scheiben bestehenden Kanäle (91) der radialen Überströmabschnitte (100, 101) gebildet werden. Die Zwischenräume zwischen den quadratischen Scheiben (9) und der zylindrischen Innenwand des Hohlkörpers (1) bilden die Überströmräume (103) zwischen den Überströmabschnitten (100, 101). An den Stirnflächen des Hohlkörpers sind der Zulaufraum (20) und der Ablaufraum (30) angeordnet.

Fig. 2 zeigt ein Einbauteil mit etwa quaderförmigem Hohlkörper (1), der einen zylindrischen Innenraum aufweist und mit einem Deckel (2), an dem ein Dichtungsring (3) angebracht ist, verschlossen ist. Die einzelnen radialen Überströmabschnitte (100, 101) mit einer ersten Sperrscheibe (4) sind von entsprechenden weiteren Überströmabschnitten (100, 101) durch eine zweite ringförmige Sperrscheibe (10) getrennt. Der Außendurchmesser der ringförmigen Sperrscheibe (10) entspricht dem Durchmesser des zylindrischen Innenraumes des quaderförmigen Hohlkörpers (1). Der Innendurchmesser der zweiten ringförmigen Sperrscheibe (10) entspricht der Nennweite der Rohrleitung. Die Dämpfung der Turbulenz ist schematisch durch einen Pfeil angedeutet, der den Verlauf der Strömung andeutet. Soweit mit dieser mehrstufigen Ausführung eine Drosselwirkung beabsichtigt ist, kann hiermit gleichzeitig die Dämpfung von Druckstößen erreicht werden.

Claims (5)

1. Einbauteil zur Turbulenzdämpfung in Rohrleitungen für strömende Medien, bestehend aus einem Hohlkörper (1) mit einem etwa zylindrischen Innenraum mit einem Zulauf (20) und einem Ablauf (30) und Einrichtungen zur Aufteilung des strömenden Mediums auf eine Vielzahl von engen Strömungsräumen, die Überströmabschnitte bilden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgende, radiale Überströmabschnitte (100, 101) mit zueinander entgegengesetzten Strömungsrichtungen angeordnet sind und die radialen Überströmabschnitte zahlreiche zueinander parallele Kanäle zur Erzeugung von im wesentlichen laminaren radial verlaufenden Teilströmen etwa gleicher Richtung und Geschwindigkeit aufweisen.

2. Einbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörperinnenraum von etwa zylindrischer Form ist, Zulauf (20) und Ablauf (30) an den Stirnflächen des Zylinders angebracht sind und wenigstens zwei durch eine erste Sperrscheibe (4) getrennte radiale Überströmabschnitte (100, 101) mit zueinander entgegengesetzter radialer Strömungsrichtung in zahlreichen zueinander parallelen radial verlaufenden scheibenförmigen Kanälen (91) aufweist, die an axiale Überströmräume (102, 103) anschließen.

3. Einbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Kanäle (91) als Räume zwischen zahlreichen, Distanzstücke (8) aufweisenden Scheiben (9) ausgebildet sind, die Scheiben eine mittige Bohrung (92) aufweisen, die etwa der Nennweite der Rohrleitung entspricht, die äußeren Abmessungen der Scheiben (9) in radialer Richtung wenigstens teilweise kleiner sind als der Durchmesser des Hohlkörperinnenraumes und die erste Sperrscheibe (4) etwa die gleichen äußeren Abmessungen in radialer Richtung aufweist wie die Scheiben (9).

4. Einbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei radiale Überströmabschnitte (100, 101) mit dazwischenliegender erster Sperrscheibe (4) eine zweite ringförmige Sperrscheibe (10) anschließt, deren äußerer Durchmesser dem Hohlrauminnendurchmesser und deren innerer Durchmesser etwa der Nennweite der Rohrleitung entspricht und auf die weitere Überströmabschnitte (100, 101) mit weiteren ersten und zweiten Sperrscheiben (4, 10) folgen.

5. Einbauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (9) und die erste Sperrscheibe (4) etwa Quadrate mit einer Diagonalen sind, die wenigstens dem Hohlrauminnendurchmesser entspricht, die Distanzstücke (8) in den Ecken der quadratischen Scheiben (9) angebracht sind und die zur Zentrierung mittels eines Zentrierstiftes (5) quadratischen Scheiben (9) und die erste quadratische Sperrscheibe (4) eine Ausnehmung (11) in einer Ecke sowie die zweite ringförmigen Sperrscheibe (10) eine Ausnehmung (11) an ihrem äußeren Durchmesser aufweisen.