DE6911066U

DE6911066U - PRESSURE REDUCING AND DRAIN VALVE FOR LIQUIDS

Info

Publication number: DE6911066U
Application number: DE19696911066
Authority: DE
Inventors: Hans F Dr Ing Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-03-19
Filing date: 1969-03-19
Publication date: 1973-01-04

Description

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Dr.-Ing. Hans F. MuellerDr.-Ing. Hans F. Mueller

P A T E N T A N I! E L D U K GP A T E N T A N I! E L D U K G

Geräuscharme Druckminderungs- und Auslaufventile für Flüssigkeiten Low-noise pressure reducing and discharge valves for liquids

Die Erfindung betrifft Druckminderungs- und Auslaufventile für tropfbare* Flüssigkeiten, deren gemeinsames Merkmal der relativ hohe Druckunterschied ist, unter denen sie in der Regel arbeiten müssen.The invention relates to pressure reducing and drainage valves for drip * liquids, the common feature of which is the relative high pressure difference under which they usually have to work.

In Abb,1 ist, losgelöst von den durch das Gehäuse auf erlegten Grenzen und den dadurch bedingten Sekundärströmungen, die > Strömungsform der aus dem Ringspalt zwischen Ventilteller a und dem Ventilsitz b austretenden Flüssigkeit dargestellt. Diese Strömungsform ist von der Art der Flüssigkeit unabhängig und daher nicht auf Wasser beschränkt. Die daraus nachstehend abgeleiteten Schlussfolgerungen und Erfindungsansprüche sind daher nicht nur bei Auslaufventilen für Wasserleitungen, sondern ebenso bei allen Druckminderungsventilen für tropfbare Flüssigkeiten aller Art anwendbar. Beim Austritt des scheibenförmigen Ringstrahles aus der Drosselstelle wird dieser durch turbulente Mischung mit der von oben und unten zuströmenden Flüssigkeit in zunehmendem Masse abgebaut. In den turbulenten Wirbelkernen entstehen zunächst mit. Dampf gefüllte Hohlräume- Kavitation - welche durch den seitlich unbegrenzten Zustrom von Flüssigkeit aufgefüllt werden. Die dabei auftretenden Geräusche bleiben gering und stören wegen ihrer niedrigen Frequenzen das menschliche Ohr· nur wenig.In Fig, 1 is detached from the imposed by the housing on Limits and the secondary currents caused by them, the > The flow shape of the liquid emerging from the annular gap between valve disk a and valve seat b is shown. These The shape of the flow is independent of the type of liquid and is therefore not restricted to water. The following derived therefrom Conclusions and claims to the invention are therefore not only applicable to drain valves for water pipes, but also Applicable to all pressure reducing valves for all types of dripping liquids. When the disc-shaped emerges Ring jet from the throttle point is this by turbulent mixing with the liquid flowing in from above and below in increasingly degraded. In the turbulent vortex cores initially arise with. Steam-filled cavities - cavitation - which can be filled by the laterally unlimited inflow of liquid. The noises that occur remain low and because of their low frequencies disturb the human ear only a little.

Ganz anders werden die Strömungszustände, wenn der Tosraum c aus praktischen und wirtschaftlich^Wkeischränkt werden muss.The flow conditions are completely different when the Tosraum c from practical and economical ^ Wkeisch restricts.

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Dr.-Ing. Hans F. Mueller .:. ..* *.,·*.-· ·..· .-' γ> ET Die maximalen Abmessungen der .zur Zeit bekannten Reduzierventile und Auslaufhähne sind in Abb.1 gestrichelt eingezeichnet. Bei einer derart drastischen Beschränkung des Tosraumes wird die Sekundärströmung derart unterbunden, das die mit Dampf gefüllten Wirbeihohlräume nicht mit Flüssigkeit aufgefüllt werden können und an denviel zu nahen Wänden zusammenstürzen. Dabei entstehen harte unelastische Stösse, die vom Ohr als sehr störende hochfrequente Zischgeräusche empfunden werden. Zwar lässt sich die Hohlraumbildung in bekannter Weise durch Erhöhung des Druckes im Tosraum mittels eines nachgeschalteten Strömungswiderstandes teilweise unterdrücken. Dies wird aber mit einer unwirtschaftlichen Verminderung der Ventilkapazität erkauft.Dr.-Ing. Hans F. Mueller.:. .. * *., · * .- · · .. · .- 'γ> ET The maximum dimensions of the currently known reducing valves and drain taps are shown in dashed lines in Fig.1. With such a drastic restriction of the stilling space, the secondary flow is prevented in such a way that the whirling cavities filled with steam cannot be filled with liquid and collapse on the walls that are much too close. This creates hard, inelastic shocks that are perceived by the ear as very annoying, high-frequency hissing noises. It is true that the formation of cavities can be partially suppressed in a known manner by increasing the pressure in the furnace by means of a downstream flow resistance. However, this is paid for with an uneconomical reduction in the valve capacity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ohne den Tosraum unwirtschaftlich gross- zu machen alle praktisch möglichen geometrischen Beziehungen und Formgebungen von Tosraum und Ventilsitz auszuschöpfen, um ein Hochstmass von Geräuschverminderung zu erreichen.The invention is based on the object without the Tosraum uneconomically large - to make all practically possible geometric To exploit the relationships and shapes of the room and valve seat in order to achieve the highest possible level of noise reduction to reach.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Durchmesser Dm des Tosraumes c mindestens so gross zu machen, dass die gesamte Kernenergie des scheibenförmigen Ringstrahles noch vor dem Auftreffen auf die Gehäusewand durch Vermischung mit der zuströmenden Flüssigkeit bei gleichzeitiger Auffüllung der Hohlräume vollständig abgebaut wird. Die radiale Entfernung dieses Ortes von der Entstehungsstelle des Ringstrahles ist nach der turbulenten Mischungstheorie, die experimentell gut verankett ist_r der anfänglichen Strahldicke proportional. Bei einer bestimmten Teilöffnungstellung h des Ventiles beginnt sich der Ringstrahl vom Ventilsits abzulösen, weil dann der Durchflussquerschnitt TtDph den Querschnitt des Zuleitungsrohres vom Durch-The basic idea of the invention is to make the diameter Dm of the furnace room c at least so large that the entire nuclear energy of the disc-shaped ring jet is completely reduced before it hits the housing wall by mixing with the inflowing liquid while at the same time filling the cavities. The radial distance from this point to the origin point of the annular beam is after the turbulent mixing theory, which is experimentally well verankett _r proportional to the initial beam thickness. At a certain partial opening position h of the valve, the ring jet begins to detach itself from the valve seat, because then the flow cross-section TtDph the cross-section of the supply pipe from the through-

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Dr.- Ing. Hans· F. Muellec (θ Dr.- Ing.Hans F. Muellec (θ

messer D. überschreitet. Es ist die Ventilöffnung bei der im wesentlichen schon die Höchstdurchflussmenge erreicht wird, welche sich bei weiterer Öffnung nicht mehr ändert, da die Strahldicke S konstant bleibt. In Abb.1 sind die Strömumgsformen sowohl bei diesem kritischen als auch bei vollem Ventilhub h^ dargestellt. Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass der kritische Mindesttosraum-Durchmesser bei Anwenwendung des turbulenten Mischungsmechanismus durch die Durchmesser des Zuleitungsrohres D₁ und des Ventiltellers D« bestimmt ist, Erfindungsgeraäss wird der Tosraum so gross gemacht, dass nachfolgende Bedingung über seine gesamte axiale Erstreckung erfüllt ist:knife D. exceeds. It is the valve opening at which essentially the maximum flow rate is already reached, which no longer changes with further opening, since the jet thickness S remains constant. In Fig.1, the flow forms are shown both at this critical valve lift and at full valve lift h ^. From what has been said above, it can be seen that the critical minimum dead space diameter when using the turbulent mixing mechanism is determined by the diameter of the supply pipe D ₁ and the valve disk D « is:

DS A Q _£ ir Tl
QI ~ ' »° JJ ^x -"IDS A Q _ £ ir Tl
QI ~ '"° ^x JJ -" I

Die Beachtung dieser Bedingung liefert Toaraumdurchmesser, die einen vollständigen Abbau der Strömungsenrgie des Ringstrah-. les· bis zur Berührung mit der Gehäusewand geräuscharm ermöglichen· Dies setzt voraus, dass der zur Auffüllung der Hohlräume notwendige seitliche Zustrom von Flüssigkeit nirgends merklich I gehindert wird. Die obige Relation ist also zwar eine notwendige aber noch nicht hinreichende Bedingung um die Unterdrückung der Geräusche vol]/w±rksam zu machen. Bei der üblichen Ausbildes Ventiloberteiles, welches den Ventilteller trägt, wird die seitliche Zuströmung bei den erfindungsgemässen Tosraumabmessungen kaum behindert. Fast kein oder nur ungenügender Raum ist bisher auf der Ventilsitzseite für den ungehinderten Zustrom von Auffüllflüssigkeit vorgesehen worden. Erfindungsgemäss genügt ein zusätzlicher Tosraum unterhalb der Austrittskante des Zulaufrohres von der Mindesthöhe The observation of this condition provides toa space diameter, which a complete reduction of the flow energy of the ring jet. enable low-noise until it comes into contact with the housing wall This assumes that the system is used to fill the cavities necessary lateral inflow of liquid is nowhere noticeably hindered. The above relation is therefore a necessary one but not yet a sufficient condition to make the noise suppression fully effective. With the usual training The upper valve part, which carries the valve disk, is the lateral inflow with the inventive space dimensions hardly disabled. So far, there is almost no or only insufficient space on the valve seat side for the unimpeded inflow of replenishment fluid has been provided. According to the invention An additional stilling room below the outlet edge of the inlet pipe from the minimum height is sufficient

H ^ 0,5 D₁
/ -3-H ^ 0.5 D ₁
/ -3-

-4Λ7Ι-4Λ7Ι

Dr.-Ing.. Hans F. MuellerDr.-Ing.Hans F. Mueller

Der Erfindungsgedanke ist somit durch die gleichzeitigeThe idea of the invention is thus through the simultaneous

Erfüllung der zwei obigen Beziehungen formuliert. Es sind imFulfillment of the two above relationships. There are in

wesentlichen untere Grenzen, die nicht unterschritten werden dürfen, soll das Ventil geräuscharm sein.essential lower limits, which must not be fallen below, the valve should be quiet.

Die bisherigen Betrachtungen beziehen sich auf erfindungsgemässe Massnahmen zur Geräuschverminderung für Ventilstellungen vom Beginn der Strahlablösung bis zur· grössten Durchflussöffnung hi . Es ist dies der Bereich in vrelchem das Ventil die Höehstaenge durchlässt. Im folgenden werden die Strömungsverhältnisse bei Ventilöffnungen beschrieben, die kleiner sind als die maximal mögliche Ringstrahldicke B . Bei solchen Ventilöffnungen ist also der Ringstrahl selbst noch nicht vom Ventilsitz abgeltet. Die Durchflussmengen liegen dann unterhalb des Höchstwertes. Zwar wird allgemein die Grundforderung erfüllt eine Abrundung des inneren Randes des Einlaufrohres - r, in Abb.3 - vorzusehen. Dadurch soll eine örtliche Ablösung und Wiederanlegung der Strömung an der Innenkante bei kleinen und mittleren Ventilöffnungen verhindert werden. Dies bisher üblichen Abrundungsradien übersteigen aber kaum ein Achtel des Durchmessers des Einlaufrohres. Mit solch schwachen Abrundungen lassen sich aber bei den hohen Geschwindigkeiten örtliche Ablösungen und Wiederanlegung durch Hohlraumbildung nicht vermeiden. Die Folge davon sind Geräuschspitzen _t die bei Ventilen bekannter Bauart den Geräuschpegel bei der Höchstdurchflussmenge beachtlich überschreiten. Um den soeben beschriebenen unerwünschten Strömumgsmechanismus zu verhindern, wird erfindungsgemäss der Abrundungsradius r, so gross gemacht, wie die geometrischen Abmessungen des Zulaufrohres unter Vorsehung einer endlichen ebenen Dichtunsflache zulassen. In Abb.3 entsprechen die Radienverhältnisse ^r2^^r1 ¹^¹¹* ^r3^^r1 ^e^^wa- ^denen der handelsüblichen Ventile. Unter diesen Bedingungen kann einThe previous considerations relate to measures according to the invention for noise reduction for valve positions from the beginning of the jet separation up to the largest flow opening hi. This is the area in which the valve lets the height through. The following describes the flow conditions for valve openings that are smaller than the maximum possible ring jet thickness B. With such valve openings, the ring jet itself has not yet been cut off from the valve seat. The flow rates are then below the maximum value. Although the basic requirement is generally met, the inner edge of the inlet pipe should be rounded - r, in Fig. 3. This is intended to prevent local detachment and reapplication of the flow to the inner edge in the case of small and medium-sized valve openings. The rounding radii that have been customary up to now hardly exceed one eighth of the diameter of the inlet pipe. With such weak roundings, however, local detachments and reconnection due to the formation of cavities cannot be avoided at the high speeds. The result of this are noise peaks _t which in valves of known design considerably exceed the noise level at the maximum flow rate. In order to prevent the undesired flow mechanism just described, according to the invention the radius of curvature r is made as large as the geometrical dimensions of the inlet pipe allow, with the provision of a finite flat sealing surface. In Fig. ^{3 the radius ratios r} 2 ^ ^r 1 ¹ ^ ¹¹ * ^r 3 ^ ^r 1 ^e ^ ^wa - ^{correspond to those of} the commercially available valves. Under these conditions a

-4.1.78 --4.1.78 -

Dr.- Ing. Hans P. Mueller .1.Dr.- Ing.Hans P. Mueller .1.

• ♦ - 1• ♦ - 1

Mindestradius r. von drei Achtel des Rohradius τ* ausgeführt werden. Mit wachsendem Krümmungsradius lässt sich die Dichtungs-'fläche entsprechend verkleinern ohne dass eine bleibende Verformung der Dichtungsscheibe d befürchtet v/erden muss. Wenn man berücksichtigt, dass das heute erhältliche Dichtungsmaterial einen hohen Y/iderstand gegen bleibende Verformungen aufweist, und in die Yentiloberteile eingebaute Verschleissbremsen die Dichtungspressungen wirksam und zuverlässig begrenzen, dann kann man den Aussendurchmesser des Einlaufrohres D, gleich dem Durchmesser D₂ der Dichtungsscheibe machen. Man erhält auf diese Weise den grösstmöglichen Krümmungsradius r. = r₂ - r₁ Der Erfindungsbereich lässt sich somit durch die BeziehungMinimum radius r. of three eighths of the pipe radius τ * . As the radius of curvature increases, the sealing surface can be correspondingly reduced without fear of permanent deformation of the sealing washer d. If one takes into account that the sealing material available today has a high Y / resistance against permanent deformation, and the wear brakes built into the Yentil top parts effectively and reliably limit the sealing pressures, then the outer diameter of the inlet pipe D can be made equal to the diameter D _{2 of} the sealing washer. In this way the largest possible radius of curvature r is obtained. = r ₂ - r ₁ The scope of the invention can thus be defined by the relationship

^r2 - ^r1 - ^r4 = 1 ^r1 ^r 2 - ^r 1 - ^r 4 = 1 ^r 1

Da die Strömungsgeschwindigkeit vom Rohreinlauf bis zur Austrittskante stetig zunimmt, und die absoluten Drücke entsprechend fallen, ist die Gefahr der örtlichen Hohlsogbildung nahe der Austrittskante grosser und macht dort eine Vergrösserung des Krümmungsradius über r.=r- r₁ wünschenswert. Der Idealfall wäre eine Parabelkontur, bei welcher der Krümmungsradius mit dem Abstand von der inneren Rohrwand stetig zunimmt. Im Hinblick auf eine ebene Dichtungsfläche ist es erfindungsgemäss vorteilhafter den Ventilsitz mit zwei Bögen von verschiedenen Radien zu begrenzen, wie dies an dem vergrösserten Ausschnitt der Abb.3 demonstriert ist.Since the flow velocity increases steadily from the pipe inlet to the outlet edge, and the absolute pressures fall accordingly, the risk of local cavitation near the outlet edge is greater and there, an increase in the radius of curvature over r. = R- r _{1 is} desirable. The ideal case would be a parabolic contour in which the radius of curvature increases steadily with the distance from the inner pipe wall. With regard to a flat sealing surface, it is more advantageous according to the invention to delimit the valve seat with two arcs of different radii, as is demonstrated in the enlarged section of FIG.

Wie eingangs bereits ausgführt, lassen sich die Erfindungsgedanken nicht nur bei Auslaufventilen sondern auch bei Druckminderungsventilen analog verwirklichen. Ein erfindungsgemässes Druckminderungsventil ist in Abb.4 dargestellt.As already stated at the beginning, the inventive ideas not only with outlet valves but also with Realize pressure reducing valves analogously. An inventive Pressure reducing valve is shown in Figure 4.

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Claims

Dr.-Ing. Hans P, Mueller utility model registration G 69 110 66.3 Corrected protection claims

1. Geräuscharmes Druokminderungs - und Auelaufventil für Plüsslgkeiten, daduroh gekennzeichnet, daß der Durchmesser Dg des Tosraumes über dessen gesamte aohsiale Bretreokung zu den Durchmessern des Zulaufrohres D₁ und der Dichtungsscheibe D₉ in dem Verhältnis1. Low-noise Druokminderungs - and flow valve for Plüsslgkeiten, daduroh characterized that the diameter Dg of the Tosraumes over its entire aohsiale Bretreokung to the diameters of the inlet pipe D ₁ and the sealing _{washer D 9} in the ratio

stellt und die Oberkante des Zulaufrohres mindestens mit derrepresents and the upper edge of the inlet pipe at least with the

Höheheight

H * 0,5 D₁ H * 0.5 D ₁

in den Tosraum hineinragt·protrudes into the Tosraum

2. Druekminderungs - und Auslaufventil, daduroh gekennzeichnet, daß das mit einer scharfen Auetrittskante versehene Zulaufrohr as seiner Innenseite mit einer Abrundung versehen ist, dessen Krümmungsradius τ. durch die .Beziehung I2. Pressure reducing valve and outlet valve, characterized in that the inlet pipe provided with a sharp outer edge is provided on its inside with a rounding, the radius of curvature τ of which. through the relationship I.

T₃ - P₁ ^ *₄ ■ I ^p₃ - P₁ ) T ₃ - P ₁ ^ * ₄ ■ I ^ p ₃ - P ₁ )

begrenzt ist.is limited.

Druckminderungs - und Auslaufventil, dadurch gekennzeichnet, daßdie Tentilsitzkontur sieh aas einer inneren Krümmung vom Radius (3^ - P₁)Zn und einer anschließenden äußeren Krümmung vom Radius n(P₃-P₁) zusammensetzt, wobei die Kennzahl η sieh zwischen 1,5 und 2,5 bewegt.Pressure reducing and discharge valve, characterized in that the valve seat contour is composed of an inner curvature of the radius (3 ^ - P ₁ ) Zn and a subsequent outer curvature of the radius n (P ₃ -P ₁ ), the number η being between 1, 5 and 2.5 moves.

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