DE60121575T2

DE60121575T2 - Hahn mit sekundärer öffnung

Info

Publication number: DE60121575T2
Application number: DE60121575T
Authority: DE
Inventors: Thierry Lemonnier; Serge Legrand
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: DE60121575D1; US6779779B2; FR2809467B1; WO2001090613A1; US20040021115A1; EP1283964B1; EP1283964A1; FR2809467A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung vom Typ Ventil mit Absperrkörper Dieser Ventiltyp ist mit einem Absperrkörper versehen, der die Leitung eines Rohrleitungssystems verschließt, wenn das Ventil sich in geschlossener Position befindet, und der eine Öffnung aufweist, die dazu bestimmt ist, mit der Leitung zusammenzuwirken, wenn das Ventil sich in geöffneter Position befindet.
Stand der Technik
Unter den klassischen Ventilvorrichtungen vom Typ mit Absperrkörper ist zum Beispiel der Einsatz des kugelförmigen Absperrkörpers, insbesondere aufgrund seiner einfachen Montage und seiner Zuverlässigkeit, weit verbreitet. In 11a ist eine Kugelabsperrkörpervorrichtung in geschlossener Position im Schnitt dargestellt. Die Abdichtung zwischen einem Absperrkörper 500 und einem Ventilkörper (nicht dargestellt) wird durch eine Ringdichtung 501, die mit diesen beiden Elementen zusammenwirkt, gewährleistet In dieser Position befindet sich eine Fluid-Durchflußöffnung 502 des Absperrkörpers weitestgehend senkrecht zu der durch den Pfeil C angegebenen Zirkulationsrichtung des Fluids, d.h. außerhalb des durch die Dichtung 501 definierten Durchflußraums. 11b illustriert die gleiche Vorrichtung in einer geöffneten Position. In dieser Position ist die Öffnung 502 auf die Fluid-Zirkulationsrichtung in der Leitung ausgerichtet und erlaubt so den Durchfluß des Fluids von stromaufwärts nach stromabwärts in der Leitung.
Die hydraulische Charakteristik, d.h. der Druckverlustkoeffizient in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Absperrkörpers ist für ein Kugelventil vom oben beschriebenen Typ in der 12 dargestellt. Nach dieser Figur ist der Verlauf der Druckverlustkurve 90 durch ein abruptes Absacken des Druckverlustkoeffizienten in den ersten Öffnungsmomenten gekennzeichnet. Der Druckverlustkoeffizient K wird durch die folgende Relation ausgedrückt:
wobei ρ die volumenbezogene Masse des Fluids, ΔP der Druckverlust und Qm² der Massenstrom ist.
Bei dieser Ausbildung ist es somit schwierig, den Druckverlust beim Öffnen des Absperrkörpers präzise zu kontrollieren, so daß der Fluiddurchfluß praktisch ausschließlich durch zwei Zustände ohne Übergänge gekennzeichnet ist: ein gesperrter Zustand (maximaler Druck) in geschlossener Position, solange die Öffnung des Absperrkörpers die Dichtung nicht überschritten hat, und ein freier Zustand (minimaler Druck), bei dem der Druckverlustkoeffizient abrupt absackt, sobald die Öffnung des Absperrkörpers beginnt, den Bereich hinter der Dichtung zu erreichen.
Gegenstand und kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung soll den vorgenannten Nachteilen begegnen und eine Ventilvorrichtung vom Typ mit Absperrkörper zum Ergebnis haben, die eine Kontrolle ihrer hydraulischen Charakteristik ermöglicht, um mehrere Durchflußphasen zu erzielen.
Diese Ziele werden durch eine Ventilvorrichtung, umfassend einen Ventilkörper, welcher eine Leitung zur Zirkulation von Flüssigkeiten begrenzt, wobei die Leitung einen stromaufwärts gelegenen und einen stromabwärts gelegenen Teil aufweist, zwischen denen ein Absperrkörper angeordnet ist, der eine Hauptdurchflußöffnung aufweist, wobei der Absperrkörper zwischen einer ersten Position, in der die Hauptdurchflußöffnung mit der Zirkulationsleitung zusammenwirkt, und einer zweiten Position, in welcher der Absperrkörper die genannte Leitung schließt, beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine einzige Ringdichtung aufweist, welche die Abdichtung zwischen der Leitung und der Außenwand des Absperrkörpers gewährleistet, und daß der genannte Absperrkörper ferner mindestens ein sekundäres Durchflußmittel aufweist, das in Bezug auf die genannte Hauptdurchflußöffnung derart versetzt angeordnet ist, daß, wenn der Absperrkörper sich in einer Zwischenposition zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position befindet, die Flüssigkeit in der Leitung zirkuliert, indem sie direkt durch die Hauptdurchflußöffnung an der Seite des stromaufwärts gelegenen Teils der Leitung einfließt und durch das sekundäre Durchflußmittel an der Seite des stromabwärts gelegenen Teils der Leitung abfließt.
So wird durch die vorliegende Erfindung eine Ventilvorrichtung vorgeschlagen, die es ermöglicht, die hydraulische Charakteristik eines Ventils vom Typ mit Absperrkörper einfach und wirtschaftlich anzupassen, um mehrere Durchflußphasen zu erhalten.
Die Ringdichtung kann entweder zwischen der Außenwand des Absperrkörpers und dem stromabwärts gelegenen Teil der Leitung oder zwischen der Außenwand des Absperrkörpers und dem stromaufwärts gelegenen Teil der Leitung angeordnet sein.
Genauer weisen die sekundären Durchflußmittel eine Form und Größe auf, die in Abhängigkeit von der Höhe des gewünschten Druckverlusts eingestellt werden.
Auf diese Weise kann die Höhe des Druckverlusts jeder Durchflußphase nach der Form und der Größe der sekundären Durchflußmittel bestimmt werden.
Insbesondere hängt der Wert des auf der Ebene der Absperrkörperbewegung definierten Abstands zwischen den sekundären Durchflußmitteln und der Hauptdurchflußöffnung von der Dauer der durch die sekundären Durchflußmittel bewirkten Durchflußphase ab.
Bei der Bewegung des Absperrkörpers zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position und umgekehrt kann die Länge der durch die sekundären Durchflußmittel bewirkten Durchflußphase somit durch den Wert des Abstands zwischen diesen und der Hauptöffnung kontrolliert werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die sekundären Durchflußmittel eine Öffnung, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptdurchflußöffnung definierten Vertiefung angeordnet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform umfassen die sekundären Durchflußmittel eine erste und eine zweite Öffnung, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptöffnung definierten Vertiefung angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Öffnung weitestgehend an einer durch den Durchmesser des Absperrkörpers definierten Achse ausgerichtet sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die sekundären Durchflußmittel mindestens eine Öffnung, die parallel zur Hauptöffnung des Absperrkörpers um eine Länge versetzt ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfassen die sekundären Durchflußmittel mehrere Öffnungen, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptöffnung definierten Vertiefung angeordnet sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die sekundären Durchflußmittel in einer Ebene, die gegenüber der durch die Hauptöffnung definierten Ebene geneigt ist, angeordnet.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfaßt die Ventilvorrichtung Dichtungsmittel, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der Leitung angeordnet sind.
Nach einem besonderen Aspekt der Erfindung ist der Absperrkörper kugelförmig, zylindrisch oder konisch ausgebildet.
Gemäß einer Eigenschaft der Erfindung umfaßt die Ventilvorrichtung Mittel zum Drehen des Absperrkörpers, um den Absperrkörper zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position zu bewegen.
Insbesondere treiben die Mittel zum Drehen des Absperrkörpers den genannten Absperrkörper in einer permanenten Drehrichtung an.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft der Erfindung bewegt sich der Absperrkörper zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position durch lineare Verschiebung.
Die Ventilvorrichtung der oben beschriebenen Art kann in einer Flüssigkeitszirkulationsleitung angewandt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung, die als nicht einschränkende Beispiele angeführt werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Ventilvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung ist,
2 eine schematische Schnittansicht an der Ebene II-II von 1 eines Absperrkörpers einer Ventilvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
die 3a, 3b und 3c schematische Schnittansichten an der Ebene II-II von 1 eines Absperrkörpers in unterschiedlichen Positionen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind,
4 ein Diagramm, in dem hydraulische Charakteristika der Ventilvorrichtung nach der Erfindung entsprechend den 3a, 3b et 3c dargestellt sind, ist,
die 5a, 5b, 5c und 5d schematische Schnittansichten eines Absperrkörpers in unterschiedlichen Positionen gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung sind,
6 ein Diagramm, in dem hydraulische Charakteristika der Ventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind, ist,
7 eine schematische Schnittansicht eines Absperrkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist,
8 eine schematische Schnittansicht eines Kugelabsperrkörpers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist,
9 ein Diagramm, in dem hydraulische Charakteristika der Ventilvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt sind, ist,
10 eine schematische Ansicht eines Absperrkörpers für eine Ventilvorrichtung linearen Typs gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist,
die 11a und 11b schematische Längsschnittansichten eines Absperrkörpers in geöffneter und in geschlossener Position nach dem Stand der Technik sind, und
12 ein Diagramm ist, in dem eine hydraulische Charakteristik einer Ventilvorrichtung vom Typ mit Absperrkörper nach dem Stand der Technik dargestellt ist.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
Um die Beschreibung von der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu komplizieren, werden diese im Wesentlichen unter Bezugnahme auf eine Ventilvorrichtung mit kugelförmigem Absperrkörper beschrieben. Es ist jedoch klar ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auf jeden Ventiltyp Anwendung findet, der eine in geöffnetem/geschlossenem Zustand durch die Bewegung einer Absperrvorrichtung oder eines Absperrkörpers kontrollierte Leitung umfaßt.
Andererseits umfaßt die Ventilvorrichtung nach der Erfindung lediglich eine Ringdichtung, um die Abdichtung zwischen dem Absperrkörper und der Leitung des Ventils zu gewährleisten. Ebenfalls aus Gründen einer vereinfachten Darstellung werden die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf Ventile mit Absperrkörper, bei denen die Dichtung zwischen dem stromabwärts gelegenen Teil der Leitung und der Außenwand des Absperrkörpers angeordnet ist, beschrieben. Beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung kann der Fachmann jedoch ohne Schwierigkeit die Umsetzung der Erfindung mit einem Ventil, bei dem die Ringdichtung zwischen der Außenwand des Absperrkörpers und dem stromaufwärts gelegenen Teil der Leitung angeordnet ist, in Betracht ziehen.
1 zeigt bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Ventil 1, das einen Ventilkörper 2, welcher eine Flüssigkeitszirkulationsleitung 30 begrenzt, umfaßt. Die Leitung 30 umfaßt einen stromaufwärts gelegenen Teil 31 und einen stromabwärts gelegenen Teil 32, die durch einen Absperrkörper 20 getrennt sind. Der Absperrkörper 20 umfaßt eine Hauptdurchflußöffnung 21, die dazu bestimmt ist, in geöffneter Position mit der Leitung zusammenzuwirken und so dem Fluid zu erlauben, von dem stromaufwärts gelegenen Teil 31 in den stromabwärts gelegenen Teil 32, wie durch den Pfeil C angegeben, zu fließen. In geschlossener Position, wie in 1 illustriert, befindet sich die Öffnung 21 weitestgehend senkrecht zur Zirkulationsachse des Fluids in der Leitung und verhindert so den Übergang des Fluids vom stromaufwärts gelegenen Teil 31 in den stromabwärts gelegenen Teil 32 der Leitung. Um eine vollständige Abdichtung zwischen den Teilen der Leitung zu gewährleisten, wird eine Ringdichtung 10, die fest mit dem Ventilkörper 2 verbunden ist, gegen die Außenfläche des Absperrkörpers gedrückt, wenn sich dieser in der geschlossenen Position befindet. Die Ringdichtung 10 definiert somit eine Dichtigkeitsgrenze zwischen dem stromaufwärts gelegenen Teil und dem stromabwärts gelegenen Teil der Leitung. Die Dichtung 10, wie in 1 dargestellt, ist an der Seite des stromabwärts gelegenen Teils 32 der Leitung angeordnet. Sie kann ebenfalls an der Seite des stromaufwärts gelegenen Teils 31 der Leitung plaziert werden, um die Dichtigkeitsgrenze mit dem Absperrkörper zu bilden. Der Absperrkörper 20 ist fest mit einer drehbaren Welle 25 verbunden, die dazu bestimmt ist, den Absperrkörper abwechselnd von einer Verschlußposition (geschlossene Position), in der die Öffnung 21 sich außerhalb des durch die Dichtung begrenzten Innenraums befindet, in eine Position der Ausrichtung der Öffnung 21 mit der Leitung 30 (geöffnete Position), in der eines der Enden der Öffnung sich im Innenraum der Dichtung befindet, zu bewegen. Die drehbare Welle 25 wird durch ein Stellglied (nicht dargestellt) angetrieben, das manuell, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert werden kann.
In der Ventilvorrichtung nach der in 1 vorgestellten Erfindung umfaßt der Absperrkörper 20 ebenfalls eine sekundäre Durchflußöffnung 22, die zwischen seiner Außenfläche und dem durch die Hauptöffnung 21 gebildeten Kanal eingelassen ist. 2 zeigt eine Schnittansicht des Absperrkörpers 20 nach der Erfindung. In dieser Ausführungsform bildet die sekundäre Öffnung 22 mit der Hauptöffnung 21 einen Winkel β Die sekundäre Öffnung 22 ist hier in derselben horizontalen Ebene wie die Öffnung 21 angeordnet und befindet sich entsprechend der Öffnungsrichtung des Absperrkörpers näher an der durch die Ringdichtung 10 begrenzten „Dichtigkeitsgrenze" als die Hauptöffnung 21. Diese sekundäre Öffnung kann in Abhängigkeit von den erwünschten hydraulischen Charakteristika sehr unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die Größe dieser sekundären Öffnung deutlich geringer als die der Hauptöffnung ist, um zu hohe plötzliche Druckverluste zu vermeiden.
Mit dem Absperrkörper 20, der eine Hauptöffnung 21 und eine sekundäre Öffnung 22, die wie in den 1 und 2 illustriert versetzt angeordnet sind, aufweist, werden drei Fluid-Durchflußphasen A, B und C erhalten, wenn der Absperrkörper bewegt wird. Diese Phasen sowie die Funktionsweise der Vorrichtung nach der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 3a bis 3c und anhand der in 4 dargestellten Kurve 40 der hydraulischen Charakteristik beschrieben. Die in 4 enthaltene Kurve 40 entspricht dem in der Ventilvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel θ des Absperrkörpers festgestellten Druckverlust. Die Werte des Winkels θ liegen zwischen 80–90° (geschlossene Position des Absperrkörpers) und (0°) (geöffnete Position des Absperrkörpers). Die Bewegungsrichtung des Absperrkörpers im Verlauf dieser Phasen ist durch einen Pfeil S angegeben, der die Öffnungsrichtung des Absperrkörpers und somit auch des Ventils zeigt.
In einer ersten Phase A, die den ersten Momenten des Öffnens des Absperrkörpers entspricht, beginnt die sekundäre Öffnung 22 die Ringdichtung 10 wie in der 3a illustriert zu überschreiten. Das bis jetzt im stromaufwärts gelegenen Teil 31 der Leitung 30 blockierte Fluid beginnt zwischen dem stromaufwärts gelegenen Teil 31 und dem stromabwärts gelegenen Teil 32 zu zirkulieren, indem es durch die Hauptöffnung 21 der stromaufwärts gelegenen Seite hindurchfließt und aus der sekundären Öffnung 22 an der anderen Seite der Dichtung 10, d.h. an der stromabwärts gelegenen Seite 32 der Leitung, austritt.
Gemäß 4 entspricht diese erste Phase A einem Druckverlustbeginn in der Leitung, der nur auf die sekundäre Öffnung 22 zurückzuführen ist, da in diesem Stadium lediglich diese Öffnung die Dichtung überschritten hat.
Die folgende Phase ist eine Öffnungsübergangsphase genannte Phase B, in der die Öffnung 22 wie in 3b dargestellt die Dichtung 10 vollständig überschritten hat. Diese Durchflußphase B entspricht einer „Stufe", in der der Fluiddurchfluß weitestgehend konstant ist. Die Größe oder bei dieser Ausführungsform genauer der Durchmesser der Öffnung 22 bestimmt die Höhe der Stufe hinsichtlich des Druckverlusts. Darüber hinaus ist die Länge dieser Stufe von dem Abstand zwischen der sekundären Öffnung 22 und der Hauptöffnung 21 abhängig, der im Fall eines Kugelabsperrkörpers wie dem Absperrkörper 20 durch den zwischen den beiden Öffnungen in einer zur Rotationsachse des Absperrkörpers senkrechten Ebene gebildeten Winkel β ausgedrückt wird.
Da die Ventilvorrichtung nach der Erfindung nur eine einzige Dichtung zwischen dem Absperrkörper und der Fluidzirkulationsleitung umfaßt, ermöglicht bereits eine einzige sekundäre Öffnung, die im Verhältnis zur Hauptöffnung versetzt am Absperrkörper angeordnet ist, eine Kontrolle der Fluiddurchflußmenge und somit eine Durchflußphase, in der der Druckverlust gegenüber dem durch die Hauptöffnung bewirkten Druckverlust reduziert ist, zu erhalten. Denn das Fluid, das an der stromaufwärts gelegenen Seite der Leitung vorhanden ist, ist wie in 3b dargestellt ebenfalls um die Außenwand des Absperrkörpers, die nicht in dem durch die Dichtung 10 der stromabwärts gelegenen Seite begrenzten Bereich enthalten ist, vorhanden. Das Fluid fließt somit an der stromaufwärts gelegenen Seite durch die Hauptöffnung 21 ein und tritt an der stromabwärts gelegenen Seite ausschließlich durch die sekundäre Öffnung 22 aus, wodurch die Durchflußmenge des Fluids im Ventil in dieser Öffnungsphase geregelt wird. Somit kann man nach der Erfindung ein Ventil mit kontrollierter hydraulischer Charakteristik erhalten, indem lediglich eine Seite des Absperrkörpers verändert wird.
Die dritte Phase entspricht der Phase C, in der die Hauptöffnung 21, die eine größere Mündung als die der sekundären Öffnung 22 definiert, wie in 3c dargestellt, die Ringdichtung 10 überschreitet. Der Einfluß des Durchflusses durch die Öffnung 22 wird nun gegenüber dem Hauptdurchfluß durch die Öffnung 21 vernachlässigbar. In dieser Phase hängt die hydraulische Charakteristik hauptsächlich von der Form der Hauptöffnung 21 ab.
So wird die hydraulische Charakteristik der Vorrichtung nach der Erfindung im Unterschied zu der in 12 dargestellten Charakteristik einer Ventilvorrichtung mit klassischem Absperrkörper kontrolliert, so daß zwischen der maximalen Druckhöhe, wenn sich das Ventil in geschlossener Position befindet, und der minimalen Druckhöhe, wenn das Ventil geöffnet ist, mehrere Durchflußphasen erhalten werden.
Die in der Durchflußphase B erhaltene Stufe ist ebenfalls beim Schließvorgang des Absperrkörpers und somit des Ventils vorhanden. Mit anderen Worten, die beim Öffnen des Ventils erhaltenen Durchflußphasen A, B und C sind umgekehrt bei dessen Schließen vorhanden. Somit wird die Ventilvorrichtung nach der Erfindung sowohl bei ihrem Öffnen als auch bei ihrem Schließen hydraulisch kontrolliert.
Im Fall eines Ventils, bei dem die Dichtung 10 an der anderen Seite des Absperrkörpers, d.h. zwischen dem stromaufwärts gelegenen Teil 31 der Leitung und der Außenwand des Absperrkörpers, angeordnet ist, muß die sekundäre Öffnung an der anderen Seite der Hauptöffnung symmetrisch in Bezug auf deren Achse angeordnet werden, so daß dieselben Durchflußphasen wie diejenigen, die anhand eines Ventils, bei dem die Dichtung am stromabwärts gelegenen Teil der Leitung angeordnet ist, beschrieben wurden, erhalten werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilvorrichtung mit einem drehbaren Absperrkörper ausgestattet, der sich zum Beispiel dank eines elektrischen Stellglieds stets in dieselbe Richtung dreht. In dieser Ausführungsform umfaßt ein Absperrkörper 120, wie in den 5a bis 5d dargestellt, eine Hauptöffnung 121 und eine erste und zweite sekundäre Öffnung 122, 123. Die erste und die zweite sekundäre Öffnung 122, 123 sind weitestgehend an einer gleichen Achse in der Ebene der Hauptöffnung 121 ausgerichtet. Diese beiden sekundären Öffnungen können zum Beispiel durch eine einzige Bohrung, die vollständig durch den Absperrkörper hindurchgeht und die Hauptöffnung 121 durchquert, erhalten werden. So kann man mit einer solchen Absperrkörperausbildung und durch das Drehen dieses Absperrkörpers stets in die gleiche Richtung S eine hydraulische Charakteristik beim Schließen erhalten, die sich von der beim Öffnen unterscheidet. Denn unter Bezugnahme auf die 5a bis 5d und auf die in 6 dargestellte Kurve 50 des Druckverlustkoeffizienten, welche vom Öffnungswinkel des Absperrkörpers 120 abhängt, stellt man fest, daß die hydraulische Charakteristik 50 in einer ersten, Öffnungsphase genannten Phase, die einer Drehung des Absperrkörpers von einem Winkel von 0°, wie in der 5a dargestellt, bis zu einem Winkel von 90°, wie in der 5c illustriert, entspricht, eine Stufe 51 aufweist, welche auf den Übergang der ersten sekundären Öffnung 122 auf die andere Seite der Dichtung 110, wie in der 5b dargestellt, zurückzuführen ist. In einer zweiten, Schließphase genannten Phase, die einer Drehung des Absperrkörpers von der in 5c dargestellten Position (Öffnungswinkel des Absperrkörpers von 90°) bis zu einer in 5d illustrierten Position (Öffnungswinkel des Absperrkörpers von 180°), die den Kreislauf verschließt, entspricht, erhält man eine klassische hydraulische Charakteristik, die sich von der bei einem Öffnungswinkel des Absperrkörpers von 0° bis 90° erhaltenen unterscheidet. Indem der Absperrkörper stets in die gleiche Richtung S gedreht wird, werden somit die beiden in 6 dargestellten hydraulischen Charakteristika abwechselnd erhalten.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in 7 illustriert ist, umfaßt die Ventilvorrichtung einen Absperrkörper 220 mit einer Hauptöffnung 221 und einer sekundären Öffnung 222, die um eine Länge L parallel zur Hauptöffnung 221 versetzt ist. Die beim Drehen des Absperrkörpers 220 gegenüber der Dichtung 210 erhaltene hydraulische Charakteristik ist weitestgehend die gleiche wie die in 4 illustrierte.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist nicht auf einen Absperrkörper mit einer oder zwei sekundären Öffnungen, die sich in einer äquatorialen Ebene des Absperrkörpers befinden, beschränkt. Denn die Anzahl, die Lage bezogen auf die Hauptöffnung und die Form der sekundären Öffnungen hängen jeweils von der gewünschten Anzahl der Stufen, der gewünschten Länge jeder Stufe und der gewünschten Höhe des Druckverlusts ab.
Die beiden bereits beschriebenen Ausführungsformen können somit nach diesen Parametern verändert werden, um besondere hydraulische Charakteristika zu erhalten.
Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt 8 einen Kugelabsperrkörper 320, der eine Hauptöffnung 321, eine erste und eine zweite sekundäre Öffnung 322 und 323 mit zylindrischer Form und eine dritte sekundäre Öffnung 324 mit parallelepipedischer Form umfaßt. 9 illustriert verschiedene hinsichtlich des Druckverlustkoeffizienten K in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel θ des Absperrkörpers erhaltene hydraulische Charakteristika. Man stellt fest, daß die Kurve 60 der 9 zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position drei Stufen 61, die jeweils dank der sekundären Öffnungen 322, 323 und 324 erhalten wurden, aufweist. Die Höhe dieser Stufen hängt vom Durchmesser oder der Querschnittsfläche jeder sekundären Öffnung ab. Die Länge der Stufen 61 der Kurve 60 hängt vom Abstand, hier in einer senkrecht zur Rotationsachse liegenden Ebene gemessen, der zwischen jeder (sekundären oder Haupt-) Öffnung besteht und beim Öffnen oder Schließen des Absperrkörpers in der Leitung die Länge einer durch eine Öffnung bewirkte Durchflußphase bestimmt, ab. Die verschiedenen erhaltenen Stufen können auch verlängert werden, indem der Absperrkörper in einer Zwischenposition zwischen einer geschlossenen Position und einer geöffneten Position gehalten wird, so daß das Fluid lediglich durch eine oder mehrere sekundäre Öffnungen zirkuliert. Die Steigung
kann über die Form, die Position am Absperrkörper und die Größe der jeweiligen Öffnung kontrolliert werden. Hinsichtlich der Form und der Größe einer Öffnung weist die Kurve 60 zum Beispiel ein starkes Gefälle zwischen den beiden am nächsten an der geöffneten Position gelegenen Stufen auf, das auf das Überschreiten der Dichtung durch die Hauptöffnung 321 mit dreieckiger Form zurückzuführen ist. Durch die dreieckige Form der Hauptöffnung 321 kann die Steigung der Kurve 60 nach der Drehrichtung des Absperrkörpers reduziert oder erhöht werden.
Andererseits, um den Einfluß der Position einer sekundären Öffnung auf den Absperrkörper zu illustrieren, stellt man fest, daß es zu einer „Vertiefung" 62 der Kurve kommt, wenn der Öffnungswinkel der geschlossenen Position des Absperrkörpers nahe kommt. Eine solche Vertiefung im Verhalten des Druckverlustkoeffizienten kann zum Beispiel durch den Übergang der Öffnung 323, die sich auf einer zur Oberfläche des Absperrkörpers 320 nicht äquatorialen Ebene befindet, in den durch die Dichtung definierten Öffnungsbereich erhalten werden.
Denn beim Drehen des Absperrkörpers 320 gelangt die Öffnung 323, die bezogen auf die äquatoriale Ebene des Absperrkörpers, in der sich die Hauptöffnung 321 befindet, versetzt angeordnet ist, in den durch die Dichtung definierten Öffnungsbereich und bewirkt eine Verringerung des Druckverlustskoeffizienten K. Die Öffnung 323 verläßt anschließend den Öffnungsbereich, während die Hauptöffnung 321 den Öffnungsbereich noch nicht erreicht hat, was zu einer Erhöhung des Druckverlustskoeffizienten K führt Solche sekundären Öffnungen können so in einer nicht äquatorialen Ebene des Absperrkörpers angeordnet werden, wodurch eine Richtungsänderung der hydraulischen Charakteristik wie etwa die „Vertiefung" 62 der Kurve 60 erhalten werden kann.
Die soeben beschriebenen Ausführungsformen einer Ventilvorrichtung nach der Erfindung sind selbstverständlich nicht einschränkend. In Abhängigkeit von den angestrebten Anwendungen wird man ebenso die Anzahl der sekundären Durchflußöffnungen wie die Form der Durchflußöffnungen, die zylindrisch, parallelepipedisch, ovoid oder sonstiger Art sein kann, oder die Lage der Öffnungen am Absperrkörper verändern.
Darüber hinaus kann die Erfindung, obwohl für – insbesondere kryotechnische – Anwendungen die Kugelform des Absperrkörpers vorteilhaft ist, ohne zusätzliche technische Schwierigkeiten bei Ventilvorrichtungen, die entsprechend dem Bedarf einen Absperrkörper mit zylindrischer, konischer oder sonstiger Form umfassen, Anwendung finden.
Andererseits kann die vorliegende Erfindung bei Ventilvorrichtungen linearen Typs umgesetzt werden. 10 zeigt einen Absperrkörper 420, der dazu bestimmt ist, eine Leitung in einer Ventilvorrichtung linearen Typs zu schließen oder zu öffnen. Der Absperrkörper 420 wird durch eine lineare Translationsbewegung abwechselnd von einer geschlossenen Position, in der sein massiver Teil die Leitung des Ventils verschließt, in eine geöffnete Position, in der eine Hauptdurchflußöffnung 421 mit der Leitung zusammenwirkt, bewegt. Eine sekundäre Öffnung 422, die parallel zur Hauptöffnung 421 um eine Länge L versetzt ist, ermöglicht die Kontrolle der hydraulischen Charakteristika der Ventilvorrichtung in gleicher Weise wie bei den oben beschriebenen Ventilvorrichtungen mit kugelförmigem Absperrkörper. Alle angestrebten Ausführungsvarianten hinsichtlich der Eigenschaften der sekundären Öffnungen (Lage, Größe, Form, Anzahl usw.) für die Vorrichtungen mit drehbarem Absperrkörper gelten ebenfalls für die Ventilvorrichtungen linearen Typs.

Claims

Ventilvorrichtung (1) umfassend einen Ventilkörper (2), der eine Leitung (30) zur Zirkulation von Flüssigkeiten begrenzt, wobei die Leitung einen stromaufwärts gelegenen (31) und einen stromabwärts gelegenen Teil (32) aufweist, zwischen denen ein Absperrkörper (20) angeordnet ist, welcher eine Hauptdurchflußöffnung (21) aufweist, wobei der Absperrkörper zwischen einer ersten Position, in der die Hauptdurchflußöffnung (21) mit der Zirkulationsleitung zusammenwirkt, und einer zweiten Position beweglich ist, in welcher der Absperrkörper die Leitung schließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine einzige Ringdichtung (10) aufweist, welche die Abdichtung zwischen der Leitung und der Außenwand des Absperrkörpers gewährleistet, und daß der Absperrkörper ferner mindestens ein sekundäres Durchflußmittel (22) aufweist, das in Bezug auf die Hauptabflußöffnung derart versetzt angeordnet ist, daß, wenn der Absperrkörper sich in einer Zwischenposition zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position befindet, sich lediglich das sekundäre Durchflußmittel im Raum innerhalb der Dichtung befindet, so daß die Flüssigkeit ausschließlich durch das sekundäre Durchflußmittel an einer Seite der durch die Dichtung definierten Dichtungsgrenze und durch die Hauptöffnung an der anderen Seite der Grenze fließt.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung zwischen der Außenwand des Absperrkörpers und dem stromabwärts gelegenen Teil (32) der Leitung (30) angeordnet ist, wobei das sekundäre Durchflußmittel an der Seite des stromabwärts gelegenen Teils der Leitung in den Absperrkörper eingelassen ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung zwischen der Außenwand des Absperrkörpers und dem stromaufwärts gelegenen Teil (31) der Leitung (30) angeordnet ist, wobei das sekundäre Durchflußmittel an der Seite des stromaufwärts gelegenen Teils der Leitung in den Absperrkörper eingelassen ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Durchflußmittel eine Form und Größe aufweist, die in Abhängigkeit vom gewünschten Druckverlust eingestellt werden.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Abstands ( ; L) zwischen dem sekundären Durchflußmittel (22; 122, 123; 322, 323, 324; 422) und der Hauptdurchflußöffnung (21; 121; 221) auf der Ebene der Absperrkörperbewegung von der Dauer der durch das sekundäre Durchflußmittel bewirkten Durchflußphase abhängt.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Durchflußmittel eine Öffnung (22) aufweist, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptdurchflußöffnung (21) definierten Vertiefung angeordnet ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Durchflußmittel eine erste und eine zweite Öffnung (122,123) aufweist, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptdurchflußöffnung (121) definierten Vertiefung angeordnet sind, wobei die erste und die zweite Öffnung weitestgehend an einer durch den Durchmesser des Absperrkörpers (120) definierten Achse ausgerichtet sind.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Durchflußmittel mehrere Öffnungen (322, 323, 324) aufweist, die zwischen der Außenfläche des Absperrkörpers und der durch die Hauptdurchflußöffnung (321) definierten Vertiefung angeordnet sind.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundäre Durchflußmittel in einer geneigten Ebene im Verhältnis zu der durch die Hauptdurchflußöffnung definierten Ebene angeordnet ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper (20) kugelförmig ausgebildet ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper zylinderförmig ausgebildet ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkörper kegelförmig ausgebildet ist.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Drehen des Absperrkörpers (20, 120, 220, 320) aufweist, um den Absperrkörper zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position zu bewegen.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drehen des Absperrkörpers den Absperrkörper in einer beständigen Drehrichtung bewegen.
Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Leitung zur Zirkulation von Flüssigkeiten angewendet wird.