DE60012328T2

DE60012328T2 - Ventil

Info

Publication number: DE60012328T2
Application number: DE2000612328
Authority: DE
Inventors: Per Lundqvist
Original assignee: NAF AB
Current assignee: NAF AB
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: UA71617C2; EE200100643A; SE9902028L; SE9902028D0; DE60012328D1; ATE271669T1; EE04505B1; CN1160521C; SK17112001A3; RU2219404C2; SK285708B6; EP1190193B1; HUP0201441A2; DK1190193T3; CZ20014307A3; WO2000073685A1; CN1353800A; EP1190193A1; BG106163A; CZ296767B6

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, genauer gesagt auf ein Ventil der in dem vorkennzeichnenden Teil von Anspruchs 1 spezifizierten Art.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren gemäß dem vorkennzeichnenden Teil von Anspruch 6.
Es ist bekannt, dass bei Ventilen dieser An Kavitation und hohe Lärmpegel im Fall von großen Druckgradienten in Flüssigkeiten auftreten.
Vorrichtungen wurden beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 043 108 und in der WO/05880 offenbart, die bestimmt sind, die Neigung zur Kavitation und dadurch den Lärmpegel zu verringern. Die genannten Vorrichtungen sind jedoch relativ kompliziert herzustellen und daher kostspielig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der genannten An zu erzeugen, die verglichen mit dem Stand der Technik eine Vereinfachung darstellt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung die in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 spezifizierten Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den untergeordneten Ansprüchen 2 bis 5 dargelegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet eine Anzahl von Vorteilen. Hinsichtlich der Herstellung ist es sehr einfach, eine hohe Stabilität durch die Kombination sich kreuzender Wände zu erreichen, die mit Durchgangsöffnungen versehen sind. Dies verringert sehr das Risiko von Schwingungen, die als ein Ergebnis von Druckgradienten über den Wänden auftreten. Ankommende Strömungen werden außerdem symmetrisch aufgeteilt, und die aufgeteilten Strömungen „kollidieren" miteinander direkt vor dem Auslass. Diese Kollision verursacht einen weiteren Druckgradienten, wohingegen eine Ventilbeschädigung, sogar wenn Kavitation auftreten sollte, aufgrund der Tatsache minimiert wird, dass der Druckgradient durch die tatsächliche Kollision und folglich zu einem geringeren Ausmaß durch das Ventilmaterial absorbiert wird. In der vollständig geöffneten Position wird eine näherungsweise symmetrische Strömung durch das Ventil mit sich ergebenden guten lärmvermindernden Eigenschaften und einem niedrigen Druckgradienten in dieser Position erreicht.
Die charakteristischen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 6 dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, bei der 1a in einer diagrammartigen Draufsicht ein Ventil und 1b einen Längsschnitt B-B durch das Ventil in 1a zeigt.
2a ist ein Querschnittsdiagramm, das den im Wesentlichen zylindrischen Durchgang durch das Ventil mit einem Paar sich kreuzender Wände gemäß der Erfindung zeigt. 2b zeigt eine derartige Wand. 3a zeigt wie 2a einen Durchgang mit zwei Paaren von Wänden, die einander in Paaren kreuzen, und 3b zeigt ein Beispiel einer Wand gemäß 3a. 4a veranschaulicht mit einem Diagramm des Ventilkörpers in perspektivischer Ansicht, wie der Durchfluss durch den Ventilkörperdurchgang mit vier darin angeordneten Wänden stattfindet.
Ein Kugelventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 2 mit einem Einlass 3 und einem Auslass 4, die an entgegengesetzten Seiten davon angeordnet sind. Ein Ventilkörper 5 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Durchgang 6 ist schwenkbar innerhalb des Gehäuses 2 angebracht. 1a zeigt eine Welle 5a, die mit dem Ventilkörper 5 für den Betrieb des Ventilkörpers 5 verbunden ist. In der vollständig geöffneten Position des Ventils 1 sind der Einlass 3 und der Auslass 4 und der Durchgang in einer Linie miteinander angeordnet. 1b zeigt ebenfalls zwei O-Ringe 7a, 7b, die eine Abdichtung zwischen dem Einlass 3 bzw. dem Auslass 4 und dem Ventilkörper 5 bereitstellen. Der Fachmann wird erkennen, dass bei bestimmten Anwendungen nur eine Dichtung erforderlich ist.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Paar sich kreuzender Wände 8a, 8b, siehe 2a und 9a, 9b und 10a, 10b, siehe 3a, in dem Durchgang 6 angeordnet. Der Aufbau eines Paars von Wänden, die, wie es aus den 2a und 4 ersichtlich ist, wie ein Kreuz in dem Durchgang 6 angeordnet sind, wird nun zuerst ausführlicher mit Bezug auf die 2a, 2b und 4 erläutert. Der Raum in dem Durchgang 6 wird von den Wänden 8a, 8b in vier Kammern K1, K2, K3 und K4 aufgeteilt. Die genannten Kammern sind angeordnet, so dass die Kammer K1 am nächsten zu dem Einlass 3 und die Kammer K4, die direkt entgegengesetzt der Kammer K1 liegt, am nächsten zu dem Auslass 4 liegt. Die Wände 8a, 8b sind identisch und sind, um sie zusammen zu verbinden, mit einem Schlitz 12 versehen, so dass sie ineinander gefügt werden können. Im Durchgang 6 angebracht, koinzidiert die Kreuzungslinie 8c der Wände 8a, 8b mit der Mittellinie 6a des Durchgangs. Wie es aus 2b ersichtlich ist, sind die Wände 8a, 8b mit durchgehenden Schlitzen 11 versehen, die in Bezug auf die Mittellinie 6a vorzugsweise auf eine solche Art und Weise geneigt sind, dass die projizierten Linien der Schlitze an zwei aufeinander folgenden Wänden in der Strömungsrichtung einen rechten Winkel miteinander bilden.
Wie es bereits ersichtlich wurde, geschieht das Folgende, wenn der Ventilkörper in der Öffnungsrichtung gedreht wird:
Mit der fortschreitenden Öffnungsbewegung wird eine zunehmend größere Verbindung zwischen dem Einlass 3 und der Kammer K1 und dementsprechend zwischen der Kammer K4 und dem Auslass 4 geöffnet. Daher strömt anfangs ein Medium in die Kammer K1 und wird durch die Schlitze 11 in den Wänden 8a, 8b in die Kammern K2 und K3 in zwei im Wesentlichen gleiche Strömungen gezwungen. Die genannten Strömungen werden in der Kammer K4 wiedervereinigt, nachdem sie erneut durch die Schlitzöffnungen 11 in den Wänden laufen, die zwischen der Kammer K4 und den Kammern K2 bzw. K3 liegen. Der Fachmann wird erkennen, dass dies zu Druckgradienten führt, nämlich:

1. Bei dem Durchgang des Mediums von dem Einlass mittels einer kleinen Öffnung und in die Kammer K1.
2. Bei dem Durchgang einer Halbströmung durch die Schlitze von der Kammer K1 in die Kammer K2 oder bei dem Durchgang der anderen Halbströmung durch die Schlitze von der Kammer K1 in die Kammer K3.
3. Bei dem Durchgang der Halbströmungen des Mediums von den Kammern K2 und K3 in die Kammer K4.
4. Bei dem Zusammentreffen der Halbströmungen des Mediums in der Kammer K4; und
5. Bei dem Durchgang des Mediums durch eine kleine Öffnung zwischen der Kammer K4 und dem Auslass 4.

Wenn das Ventil zunehmend geöffnet wird, wird sich die Wirkung der sich kreuzenden Wände 8a, 8b bis zu einem Ausmaß verringern, so dass, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, die Wirkung vernachlässigbar ist. Das Ventil kann daher sehr große Druckgradienten bei kleinen Öffnungswinkeln absorbieren und immer noch eine große Kapazität aufweisen, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist. Dies entspricht außerdem den Eigenschaften der meisten Prozesssysteme, bei denen ein Pumpendruck mit zunehmender Kapazität abfällt, genauso wie der Druckgradient in festen Ventilen und Rohren mit einer zunehmenden Strömung des Mediums ansteigt. Die Tatsache, dass die Wände 8a, 8b in dem vollständig geöffneten Ventil die Strömung des Mediums durch das Ventil in vier im Wesentlichen gleiche Strömungen aufteilen, verleiht dem Ventil sehr gute Eigenschaften aufgrund der symmetrischen Strömungen.
Bei der Ausführungsform gemäß 3a der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es, wie angegeben, zwei Paare sich kreuzender Wände, d.h. 9a, 9b und 10a, 10b, die, wie es aus 3b ersichtlich ist, mit kreisförmigen Durchgangsbohrungen 11' und Schlitzen 12 versehen sind, um den Einbau zu ermöglichen, wie es in 3a angegeben ist. Die Paare von Wänden 9a, 9b und 10a, 10b sind mit ihren jeweiligen Kreuzungslinien 9c, 10c symmetrisch, die an jeder Seite der Mittellinie 6a des Durchgangs 6 angeordnet sind. Der Durchgang wird von den Wänden in neun Kammern aufgeteilt, d.h. Kammer k1, die am nächsten zu dem Einlass 3 liegt, Kammer k2 bis k7, Kammer k8, die in der Mitte des Durchgangs 6 liegt, und Kammer k9, die am nächsten zu dem Auslass 4 liegt. Aus Symmetriegründen sind die Strömungen des Mediums in den Kammern k2, k3, k6 und k7 im Wesent lichen gleich und in der Hauptsache halb so groß wie die Strömungen in den Kammern k1 und k9.
Bei einem kleinen Öffnungswinkel verbindet sich der Einlass k3 lediglich mit der Kammer k1 und der Auslass 4 mit der Kammer k9. Die Bedingungen sind ähnlich zu dem, was bereits in Verbindung mit 2a und 4 erläutert wurde, wobei jedoch bemerkt werden muss, dass bei der Ausführungsform mit zwei Paaren sich kreuzender Wände gemäß 3a es mehr Verengungspunkte als bei der Ausführungsform mit einem Paar sich kreuzender Wände gemäß 2a und 4 gibt.
Die Verengung kann natürlich durch Verändern der Anzahl von Öffnungen in den Wänden, die die Kammern festlegen, und/oder der Größe der genannten Öffnungen eingestellt werden. Es wird ebenfalls offensichtlich sein, dass der Ventilkörper nicht notwendigerweise sphärisch sein muss, und dass die Erfindung ebenfalls bei einem Kugelsektorventil oder bei einem zylindrischen/konischen Drosselventil anwendbar ist, vorausgesetzt, dass der Durchgang im Wesentlichen zylindrisch ist.
Es wird offensichtlich sein, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls bei Ventilen zum Regeln von Gas- oder Dampfströmungen vorteilhaft ist.

Claims

Ventil (1), das ein Ventilgehäuse (2) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4), die vorzugsweise direkt entgegengesetzt einander an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses (2) angeordnet sind, und einen in dem Ventilgehäuse (2) zwischen dem Einlass (3) und dem Auslass (4) angeordneten Ventilkörper (5) umfasst, der mit einem im Wesentlichen zylindrischen Durchgang (6) versehen und schwenkbar in dem Gehäuse (2) angebracht ist, so dass mit dem Ventil (1) in der vollständig geöffneten Position der Durchgang (6) zusammen mit dem Einlass (3) und dem Auslass (4) in einer Linie miteinander liegen, wobei im Wesentlichen ebene Wände, die Kammern zwischen ihnen festlegen und mit Durchgangsöffnungen (11; 11') versehen sind, in dem Durchgang (6) angeordnet sind, und der Einlass beim Beginn der Ventilöffnungsbewegung lediglich mit einer Kammer verbunden ist, die über Wandöffnungen und Zwischenkammern mit der entgegengesetzten Kammer und die letztere mit dem Auslass verbunden ist, wobei immer mehr Kammern und schließlich alle Kammern dazu gebracht werden, sich mit dem Einlass bzw. dem Auslass während der sukzessiven Öffnungssequenz des Ventils zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Paar von Wänden (8a, 8b; 9a, 9b, 10a, 10b) umfasst, die in dem Durchgang (6) in dessen Längsrichtung angeordnet sind, und die sich, in einem Querschnitt des Durchgangs betrachtet, kreuzen, wodurch der Durchgang in mindestens vier Kammern (K1–K4; k1–9) aufgeteilt wird, so dass die beiden gegenüberliegenden Kammern (K1,K4; k1,k9), die am nächsten zu dem Einlass bzw. dem Auslass angeordnet sind, symmetrisch im Bezug auf eine Mittelebene liegen, in der die zentrale Längsachse (6a) des Durchgangs in der Ebene während der Drehbewegung des Ventilkörpers (5) zwischen der offenen und der geschlossenen Position und umgekehrt liegt, wodurch eine Mediumströmung in die am nächsten zu dem Einlass liegende Kammer (K1; k1) über Öffnungen (11, 11') in den Wänden (8a, 8b; 9a, 9b; 10a, 10b) strömt und dadurch in eine Mehrzahl von Mediumströmungen aufgeteilt wird, die in der am nächsten zu dem Auslass angeordneten Kammer (K4; k9) vereinigt werden, was zu einem Druckgradienten führt.
Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei Paare sich kreuzender Wände (9a, 9b, 10a, 10b) aufweist, die in parallelen Paaren sind und deren Kreuzungslinien (9c, 10c) an jeder Seite von und parallel mit der Mittellinie (6a) des Durchgangs (6) liegen.
Ventil gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) schlitzförmig sind.
Ventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze gleichmäßig im Verhältnis zu der Mittelachse des Durchgangs vorzugsweise auf eine solche Art und Weise geneigt sind, dass sie in dem Fall zweier benachbarter Wände einen rechten Winkel miteinander bilden.
Ventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11') kreisförmige Kanäle sind.
Verfahren zum Regeln der Strömung eines Mediums, wobei von einem Ventil gemäß Ansprüchen 1 bis 5 Gebrauch gemacht wird.