DE4134652C2

DE4134652C2 - Vorrichtung zur Druck- und Mengenstromsteuerung eines in einem Strömungskanal strömenden kompressiblen oder inkompressiblen Mediums

Info

Publication number: DE4134652C2
Application number: DE4134652A
Authority: DE
Original assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Current assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Priority date: 1991-10-19
Filing date: 1991-10-19
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2011-10-20
Also published as: NO924016L; NO178983C; US5271427A; NO924016D0; JPH0658435A; DE4134652A1; NO178983B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druck- und Mengen stromsteuerung eines in einem Strömungskanal vorgegebenen Querschnitts strömenden, kompressiblen oder inkompressiblen Mediums, insbesondere eines feinteilige Feststoffe führenden Mediums. - Bei solchen Vorrichtungen erfolgt die Druck- und Mengenstromsteuerung mit Hilfe von Absperrorganen. Absperrorgane sind zumeist ferngesteuerte Vorrichtungen zum Absperren oder zur Freigabe strömender Flüssigkeiten, Gase und Dämpfe, aber auch zum Regeln der Durchflußmenge oder zum Konstanthalten eines Druckes.

Bei einer bekannten Vorrichtung der angegebenen Zweckbestimmung (DE-AS 11 38 290) sind mehrere Stufen zur Entspannung hoher Drücke vorgesehen, die eine Entspannungsstrecke aufweisen. Ent sprechende Drosselorgane sind zugeordnet. Die erste Entspannungs strecke ist hinter dem ersten Drosselorgan angeordnet. Das Drossel organ ist als Drehschieber ausgebildet. Die in Strömungsrichtung gesehen folgenden Stufen der Entspannung sind entsprechend aus gebildet. Fremde Medien können eingespeist werden. Zur Ver schleißminderung wird mit Sonderstählen gearbeitet. Der Einsatz keramischer Bauteile ist nicht vorgesehen. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung der angegebenen Zweckbestimmung (DE 33 44 011 A1), bei der ein Drosselorgan aus einer Mehrzahl von dreh schieberartig aufeinandergesetzten, gegeneinander verstellbaren Platten mit zentrischen und exzentrischen Bohrungen gebildet ist, ist, in Strömungsrichtung betrachtet, der Strömungskanal vor dem Drosselorgan verengt, hinter dem Drosselorgan erweitert. Hier besteht das Gehäuse aus Metall, die beschriebenen Platten bestehen aus Keramik.

Die mit den vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtungen erreichbare Druck- und Mengensteuerung ist bezüglich der Steue rungsgenauigkeit verbesserungsfähig. Das gilt insbesondere dann, wenn mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten gearbeitet werden muß, die kritische Strömungszustände in der Vorrichtung bedingen können. Die kritischen Strömungszustände sind gasdynamisch oder hydrodynamisch bedingt und Singularitäten, die nur schwer zu beherrschen sind. Sie entziehen sich auch bei rechnergestützten ingenieurmäßigen Gestaltungen und Auslegungen häufig der Prognose. Kritische Strömungszustände sind bei kompressiblen Medien z. B. solche, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit überschreitet, bei inkompressiblen Medien solche, bei denen im strömenden Medium Verdampfungserscheinungen auftreten. Insoweit sind die vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtungen auch bezüglich der Standzeit verbesserungsfähig. Das gilt insbesondere dann, wenn das strömende Medium feinteilige Feststoffe führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in bezug auf die verfahrenstechnische erforderliche Steuerung oder Regelung des Druckes und/oder des Mengenstromes allen Anforderungen genügt, bei der jedoch kritische Strömungszu stände sehr weitgehend unterdrückt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Druck- und Mengenstromsteuerung eines in einem Strömungskanal vorgegebenen Querschnitts strömenden, kom pressiblen oder inkompressiblen Mediums, insbesondere eines feinteilige Feststoffe führenden Mediums, in Strömungsrichtung gesehen bestehend aus
einer ersten Entlastungsstrecke vor einem ersten Drosselorgan in Form eines Kugelventils mit einem Gehäuse aus metallischem Werk stoff und darin eingesetzten Strömungsbauteilen aus Keramik sowie einem Stellglied aus Keramik, wobei die erste Entlastungsstrecke einen gegenüber dem Querschnitt des Strömungskanals vor der Vor richtung vergrößerten Querschnitt aufweist,
einem zweiten Drosselorgan in Form eines Kugelventils mit einem Gehäuse aus metallischem Werkstoff und darin eingesetzten Strömungskanal bauteilen aus Keramik sowie einem Stellglied aus Keramik und einer zweiten Entlastungsstrecke hinter dem zweiten Drosselorgan,
wobei die Drosselorgane sowie die Verbindungsströmungskanäle den Strömungsquerschnitt der ersten Entlastungsstrecke aufweisen und der Querschnitt der zweiten Entlastungsstrecke demgegenüber er weitert ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei der beschrie benen, in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden Anordnung der Entlastungsstrecken und der Drosselorgane in gasdynamischer Hin sicht bzw. in hydrodynamischer Hinsicht die Voraussetzungen dafür geschaffen werden, daß auch bei Überwindung hoher Druckdiffe renzen durch geeignete Einstellung der Drosselorgane das Auftreten kritischer Strömungen in der Vorrichtung unterdrückt wird, so daß die Druck- und Mengenstromsteuerung sehr genau durchgeführt werden kann. Im übrigen zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine sehr hohe Standzeit aus. Überraschen derweise wird der angestrebte Erfolg sowohl bei kompressiblen strömenden Medien als auch bei inkompressiblen strömenden Medien unschwer erreicht.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglich keiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Im allgemeinen wird man die Entlastungsstrecken aus einem düsenförmigen metallischen Gehäuse und düsenförmigen Einbauteilen aus Keramik aufbauen. Aus montagetechnischen Gründen empfiehlt es sich, die aus Keramik bestehenden Bauteile im zusammengebauten Zustand unter Druckspannung mit Hauptspannungsrichtung in Strömungs richtung des fluiden Mediums in den Gehäusen zu halten. Um in Umfangsrichtung störende Spannungen in den aus Keramik be stehenden Bauteilen zu vermeiden, lehrt die Erfindung, daß diese Bauteile in den Gehäusen von dem fluiden Medium hinterspülbar und dadurch druckentlastet sind.

Es versteht sich, daß bei der Auslegung im einzelnen nach Maßgabe der verfahrenstechnischen Erfordernisse auch die Durchmesser der Aggregate bestimmt werden. Werkstoffabtragende oder werkstoffzerstörende Beanspruchungen treten hauptsächlich in den Drosselelementen auf und beeinträchtigen erfindungsgemäß die Standzeit nicht, da in diesen Bereichen nach der Lehre der Erfindung die Bauteile, die mit dem strömenden Medium in Berührung kommen, aus Ingenieurkeramik bestehen. Überraschen derweise wird der angestrebte Erfolg sowohl bei kompressiblen strömenden Medien als auch bei inkompressiblen strömenden Medien unschwer erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Aggregate in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Es können aber auch mehrere Vorrichtungen des beschriebenen Aufbaus strömungsmäßig parallelgeschaltet sein. Dabei wird man ent sprechende Verteiler und Sammler vorschalten bzw. nachschalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt sowie im zusammengebauten Zustand,

Fig. 2 einen Querschnitt A-A durch das erste Drosselorgan des Gegenstandes der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt B-B durch das zweite Drosselorgan des Gegenstandes der Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt C-C durch die erste Entlastungsstrecke des Gegenstandes der Fig. 1 und

Fig. 5 einen Querschnitt D-D durch die zweite Entlastungsstrecke des Gegenstandes der Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung gilt für die Druck- und Mengenstromsteuerung eines in einem Strömungskanal vor gegebenen Querschnitts strömenden kompressiblen oder inkom pressiblen Mediums. Insbesondere mag dieses Medium einen fein teiligen Feststoff führen. Die Druck- und Mengenstromsteuerung erfolgt dabei im allgemeinen durch Integration der Vorrichtung in entsprechende Regelkreise. - Zu der Vorrichtung gehören besondere Aggregate, und zwar die folgenden:
ein erstes Drosselorgan 1 in Form eines Kugelventils, welches ein Stellglied 2 für die Steuerung des Strömungsquerschnittes aufweist,
ein zweites Drosselorgan 3 in Form eines Kugelventils, welches ein Stellglied 4 für die Steuerung des Strömungsquerschnitts aufweist,
eine erste Entlastungsstrecke 5 in Strömungsrichtung vor dem ersten Drosselorgan 1,
eine zweite Entlastungsstrecke 6 in Strömungsrichtung hinter dem zweiten Drosselorgan 3.

Die Anordnung ist so getroffen, daß das erste Drosselorgan 1 aus einem Gehäuse 7 aus metallischem Werkstoff und darin eingesetzten Strömungskanalbauteilen 8 aus Ingenieurkeramik sowie einem Stell glied 2 aus Ingenieurkeramik bestehen. Wesentlich ist fernerhin, daß die Entlastungsstrecken 5, 6 einen gegenüber dem Querschnitt des Strömungskanals 9 insgesamt und in den Drosselorganen 1, 3 vergrößertem Querschnitt aufweisen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weisen sowohl das erste Drosselorgan 1 als auch das zweite Drosselorgan 3 in ihren Gehäusen 7 bzw. 10 Strömungskanalbauteile 8 bzw. 11 und ein Stellglied 2 bzw. 4 aus Ingenieurkeramik auf. Im Ausführungsbei spiel bestehen auch die Entlastungsstrecken 5, 6 aus einem düsenförmigen metallischen Gehäuse 12 bzw. 13 und düsenförmigen Einbauteilen 14 bzw. 15 aus Ingenieurkeramik.

Man erkennt in Fig. 1, daß die Gehäuse 7, 10, 12, 13 Verbin dungsmittel 16 für die strömungsgemäße Vereinigung der Aggregate 1, 3, 5 und 6 aufweisen. Die aus Ingenieurkeramik bestehenden Bauteile 8, 11, 14, 15 stehen im zusammengebauten Zustand unter Druckspannung mit Hauptspannungsrichtung in Strömungsrichtung des fluiden Mediums. Das wird durch den Zusammenbau selbst erreicht. Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß die aus Ingenieurkeramik bestehenden Bauteile 8, 11, 14, 15 in den Gehäusen 7, 10, 12, 13 von dem fluiden Medium hinterspülbar und dadurch in Umfangsrichtung druckentlastet sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Druck- und Mengenstromsteuerung eines in einem Strömungskanal (a) vorgegebenen Querschnitts strömenden, kom pressiblen oder inkompressiblen Mediums, insbesondere eines feinteilige Feststoffe führenden Mediums, in Strömungsrichtung gesehen bestehend aus
einer ersten Entlastungsstrecke (5) vor einem ersten Drosselorgan (1) in Form eines Kugelventils mit einem Gehäuse (7) aus metal lischem Werkstoff und darin eingesetzten Strömungskanalbauteilen (8) aus Keramik sowie einem Stellglied (2) aus Keramik, wobei die erste Entlastungsstrecke (5) einen gegenüber dem Querschnitt des Strömungskanals (9) vor der Vorrichtung vergrößerten Querschnitt aufweist,
einem zweiten Drosselorgan (3) in Form eines Kugelventils mit einem Gehäuse (10) aus metallischem Werkstoff und darin einge setzten Strömungskanalbauteilen (11) aus Keramik sowie einem Stellglied (4) aus Keramik und einer zweiten Entlastungsstrecke (6) hinter dem zweiten Drosselorgan (3),
wobei die Drosselorgane (1, 3) sowie die Verbindungsströmungs kanäle den Strömungsquerschnitt der ersten Entlastungsstrecke (5) aufweisen und der Querschnitt der zweiten Entlastungsstrecke (6) demgegenüber erweitert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Entlastungsstrecken (5, 6) aus einem düsenförmigen metallischen Gehäuse (12, 13) und düsenförmigen Einbauteilen (14, 15) aus Keramik bestehen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die aus Keramik bestehenden Bauteile (8, 11, 14, 15) im zusammengebauten Zustand unter Druckspannung mit Hauptspannungsrichtung in Strö mungsrichtung des fluiden Mediums in den Gehäusen (7, 10, 12, 13) gehalten sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die aus Keramik bestehenden Bauteile (8, 11, 14, 15) in den Gehäusen (7, 10, 12, 13) mit dem fluiden Medium hinterspülbar und dadurch druckentlastet sind.