DE6917863U

DE6917863U - Stroemungssteuervorrichtung.

Info

Publication number: DE6917863U
Application number: DE19696917863
Authority: DE
Inventors: Richard E Self
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-05-06
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1973-11-15
Also published as: DE1922470A1; CA929826A; DE1922470B2; DE1922470C3; JPS4825333B1; DE1966891A1; DE1966891C2; FR2007946A1; GB1268073A

Description

Unser Zeichens S 2494 χ Richard E. Self

3221 BrimhaU Drive Los Alamitos. California Ü V.St.A.

Strömungssteuervorrichtung \

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungssteuervorrichtung zur Erzielung eines hohen Energieverlusts in einem Druckmittelleitungssystem ohne einen zu Zerstörungen und zu Geräuschbildung führenden Druckabfall·

Bei der Handhabung von strömenden, fluiden Medien , die unter hohem Druck stehen, ist es üblich, Drosselöffnungen mit einem kurzen, verengten Halsquerschnitt oder Ventile zu verwenden, um EnergieVerluste oder hohe Druck abfälle zu erzielen. Wenn das Medium sich im flüssigen Zustand befindet und leicht durch Entspannung verdampft oder auf der Abströmseite der Drosselöffnung oder der Ver>tilöffnung in den gasförmigen Zustand übergeht, kann dieses Medium implosiv kondensieren und dadurch schädliche Stoßwellen erzeugen, Erosionen hervorrufen und dergleichen. Beispielsweise können heißes Wasser

Schw/Ba

6917863 t5.1i.73

oder andere Flüssigkeiten durch Entspannung verdampfen, wenn die Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch den verengten Querschnitt der Drosselöffnung oder durch die Ventilöffnung hindurchgeht, und die Flüssigkeit kann dann stromab mit einer Implosionswirkung wieder kondensieren. Dies führt zu einem Energieverlust, erzeugt jedoch Schockwellen mit sehr hoher Energie, die ganz erheblich den stromab gelegenen Abschnitt eines Rohres oder eines Ventiles beschädigen und erodieren können.

O Die Geschwindigkeit, die durch das strömende Medium erreicht wird, wenn dieses durch das Ventil hindurchströmt, hat besonderen Einfluß auf die Steuerfunktion des Ventiles, sowie auf dessen Lebensdauer und dessen Anwendungsifiöglichkeiten. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Ventil die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in der Leitung übersteigt, so treten verschiedene störende Reaktionen auf.Das größte und unmittelbar auftretende Problem ist die schnelle Erosion des Ventilkörpers durch einen direkten Aufschlag der Flüssigkeit und der suspendierten Fremdstoffteilchen in einem Gas oder in einer Flüssigkeit. Eine zusätzliche Erosion ergibt sich aus der Kavitation, wobei es sich hierbei um eine mit großer Geschwindigkeit erfolgende Implosion des Dampfes gegen die Ausgleichsfläche und das. Gehäuse handelt. Zusätzlich zu den erheblichen Problemen, die sich aus der Erosion ergeben, bewirken erhöhte Geschwindigkeiten, daß die Strömungscharakteristiken des Ventiles unvorhersehbar und unregelmäßig werden. Dieses ist der Fall, v/eil die Geschwindigkeitsänderungen ganz erheblich die Einschnürungswirbel

691786315.11.73

des Ventiles und die Enthalpiewerte des Mediums beeinflussen. Andere nachteilige Probleme, die durch die hohe Geschwindigkeit des Mediums im Ventil hervorgerufen werden, ist die Erzeugung eines erheblichen Geräusches, die Ermüdung des Ventilmaterials und eine mögliche Zersetzung der strömenden Materialien, wie beispielsweise eine Zersetzung von Polymeren.

Diese Probleme, die durch die hohen Innengeschwindigkeiten in Ventilen auftreten, sind der Verrtilindustrie bereits seit Jahren bekannt. Vorgeschlagene Lösungen waren die Verwendung härterer Legierungen und in letzter Zeit eine Beherrschung der Geschwindigkeit. Obwohl dies etwas geholfen hat, wurde das Grundproblem, nämlich die hohe Geschwindigkeit nicht ausgeschaltet.

Nach der Erfindung wird dieses Gcundproblem gelöst durch eine Gruppe von übereinandergestapelten, ringförmigen Scheiben, die mehrere einzelne, allgemein labyrinthförmige Kanäle bilden, die rechtwinklige, geschwindigkeitsreduzierende Biegungen zwischen ihren Einlaßenden und den Auslaßenden aufweisen und derart bemessen sind, daß sie ein Reibungsverluste erzeugendes Verhältnis von effektiver Kanallänge zu Kanalquerschnitt aufweisen.

Mit Hilfe der erfindungsgeraäßen Vorrichtung können Energieverluste in einem unter hohem Druck stehenden, strömenden , fluidenMedium erreicht werden, ohne die Geschwindigkeit und die Reaktionsschockwellen zu vergrößern, so daß Beschädigungen und Erosionen ausgeschaltet werden.

Ferner kann die Geschwindigkeit des Mediums gesteuert und auf Werte begrenzt werden, bei denen bei größtmöglichen Energieverlusten keine Zerstörungen auftreten.

691786315.11.72

III·*· VI ft

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 einen Längsschnitt, einer als Ventil ausgeführten Steuervorrichtung nach der Erfindung, in der ein hoher Energieverlust erzielt wird,

Fig.2 eine vergrößerte Teildräufsieht auf einen Aueschnitt eines scheibenförmigen Prallgitters für eine Steuervorrichtung nach der Erfindung,

(j) Fig.3 einen Schnitt im verkleinerten Maßstab längs der

Linie IH-III der Fig.2,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine der Prallgitterscheiben,

Fig.5 eine vergrößerte Schnittansicht einer Prallgitterscheibe längs der Linie V-V der Fig.4,

Fig.6 eine Draufsicht auf eine andere Prallgitterscheibe,

Fig.7 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie VII-IV der Figs6-

Fig.8 eine Draufsicht auf eine Scheibe, die wenigstens auf einer Oberfläche mit einem Muster von Unterteilungskanälen in Labyrinthform versehen ist, in denen Reibungsverluste auftreten, wobei diese Scheibe anstelle der in Fig.1 dargestellten Scheiben verwendet werden kann,

Fig.9 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform einer mit Nuten-«rsehenen Scheibe, die labyrinthartig angeordnete Kanäle aufweist,

691786315.11.73

Fig.10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines in einen Auspuff oder Schalldämpfer eingebauten Scheibenstapels,

Fig.11 einen Vertikalschnitt eines Scheibenstapels in einem Überströmventil und

Fig.12 eine Ansicht eines Scheibenstapels in einer Ablaßventil- und Schalldämpferanordnung.

Die Erfindung kann bei einem Steuerventil 10 (Fig.1) \J verwendet werden, welches ein Ventilgehäuse 11 aufweist, in dem ein Ventilverschlußkörper 12 montiert ist, der einen Durchlaß 13 steuert, der sich durch die unter einem Winkel angeordneten hohlen Abschnitte 14 und erstreckt. Es sind Flansche 17 und 18 an den offenen Enden des Gehäuses vorgesehen, mit denen das Gehäuse mediumdicht mit anderen Teilen verbunden werden kann, die als Verlängerungen des Durchlasses 13 in einem Strömungssystem dienen, bei welchem ein unter hohem Druck stehendes fluides Medium in das Gehäuse durch den Abschnitt 14 eintreten kann und durch den Abschnitt 15 mit geringerer Geschwindigkeit und/oder mit geringe-/"·> rem Druck austreten kann. Um den Durchlaß oder Kanal zu steuern, ist der Ventilkörper 12 koaxial hin und her beweglich im Gehäuseabschnitt 14 derart gelagert, daß dieser Ventilkörper zwischen einer Schließstellung, in der eine Schulter 19 am Ventilkörper gegen einen Ventilsitz 20 anliegt, der am inneren Ende des Abschnittes des Kanals 13 innerhalb des Gehäuseabschnittes 14 vorgesehen ist, und in einer offenen Stellung beweglich ist, in der der Ventilkörper in einen hohlen FUhrungskopf 21 hineingeführt ist, der sich koaxial von der gegenüberliegenden Seite aus zum Abschnitti4 erstreckt. Die Hin- und Herbewegung des Ventilkörpers

erfolgt mittels einee Ventilecheftes 22, der sich durch eine Stopfbuchse 23 im Kopfende des Kammerabschnitts 21 nach außen erstreckt.

Energieverluste in dem mit hohem Druck strömenden Medium im Kanal ';3,und zwar ohne daß schädliche Geschwindigkeiten und plötzliche Druckabfälle auftreten, werden dadurch erzielt, daß das Medium in eine Vielzahl individueller Ströme von verhältnismäßig geringem Querschnitt aufgeteilt wird und daß diese Ströme durch entsprechende Kanäle hindurchgeleitet werden, f'% die gewundene Bahnen bilden und in denen schnelle Richtungsänderungen in der gleichen oder in verechiedenenen Ebenen auftreten, um Reibungsenergie Verluste zu erzeugen und um die Geschwindigkeit im wesentlichen auf diejenige zu vermindern, mit der das fluide Medium das Ventilgehäuse verlassen soll.

Zu diesem Zweck ist eine Energieverlustkanalbaugruppe 24 Im Durchlaß 13 derart angeordnet, daß diese Baugruppe durch das fluide Medium durchströmt wird. Obwohl diese Baugruppe 24 oder dieser Körper einfach eine Trennwandung von geeigneter Dicke am inneren Ende des Abschnittes des Kanals im Gehäuse 15 sein kann oder C eine Baugruppe , die längs dieses Kanälabschnittes

irgendwo angeordnet sein kann oder sogar im Abschnitt des Kanals innerhalb des rohrförmigen Gehäuseabschnittes 14 und zwar in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der Einrichtung, ist beim dargestellten Steuerventil die Baugruppe 24 derart aufgebaut und angeordnet, daß diese Energievernichtungskanäle aufweist, die praktisch vom Veritilkörper 12 gesteuert werden. Zu diesem Zweck weist die Baugruppe 24 eine innere Oberfläche auf, die derart ausgebildet und angeordnet ist, daß längs dieser der Ventilkörper gleitet. Bei einer

691786315,11.73

vorteilhaften Ausführungsform, bei der - wie dargestellt der Ventilkörper 12 ein zylindrischer Ventilkörper ist, kann die Baugruppe 24 die Form eines Ringes haben und eine derartige Länge, daß diese Baugruppe gegen die gegenüberliegenden Sitze 25 anliegen kann, die im Gehäuse um den Ventilsitz 20 herum und um das innere Ende der Ventilführungsoberfläche im Gehäusekopf 21 vorgesehen sind, wobei diese Baugruppe eine innere zylindrische Oberfläche hat, die eine konzentrische Fortsetzung der Führungsoberfläche ist. Obwohl das Gehäuse 11 in Fig.1 /- als einteiliges Gehäuse dargestellt ist und obwohl der

Ventilkörper 28 als einteiliger Körper dargestellt ist, sei bemerkt, daß Jede bevorzugte mehrteilige Konstruktion entweder für das Gehäuse oder für den Ventilkörper oder für beide vorgesehen sein kann. Der Ventilkörper 24 kann ein Gußkörper oder Formkörper sein, der mit dem Gehäuse zusammengesetzt ist und das Gehäuse kann in geeigneter Weise unterteilt sein, um den Ventilkörper 24 wie gewünscht einzusetzen oder auszubauen.

WSs bereits dargelegt, ist beim Betrieb eines Steuerventils und für die Lebensdauer und die Anwendung eines Steuerventils die hohe Geschwindigkeit ein Hauptproblem, die durch das strömende Medium erreicht wird, wenn es durch das Ventil hindurchgeht. Diese Geschwindigkeitserscheinung kann durch die Gleichung V = Y2gh erläutert werden, in der V die Geschwindigkeit, g die Gravitationskonstante und h der veränderliche statische Druckabfall am Ventilsitz ist. In allen Ventilen ist V eine direkte Funktion des Druckabfalles am Ventilsitz und V nimmt entsprechend mit der Zunahme des Druckabfalls zu.

691786315.11.73

Dadurch, daß die Strömung in eine Vielzahl von klei neren Strömen in den individuell gestalteten Kanälen unterteilt wird, die Windungen und/oder Strömungsbegrenzungen aufweisen, vermindert $eae Windung und Strömungsbegreazung den Druck um eine Geschwindigkeits druckhöhe pro Windung, wodurch die Basisgeschwlndlgkeitsgleichung wie folgt abgeändert wird V =Nfc gh/N. wobei N die Anzahl der Kurven oder Drehungen in der Reihe der individuellen Strömungskanäle darstellt. Dieses Konzept und diese Arbeitsweise ermöglichen, sowohl die Geschwindigkeit als auch den Druck auf jede gewünschte Größe einzusteuern·

Für eine zusätzliche vorteilhafte Anwendung der Prinzi pien der Erfindung bei der Entwicklung eines Widerstan des gegen die Strömung und um eine wirkungsvolle Anpassung an die Expansion von Gasen in den Steuerkanälen • zu erreichen und um die Einrichtung leicht zu reinigen zu können und um einen kompakten Aufbau zu erhalten und um einen Druckabgleich am Ventilkörper zu erzielen,

um die besten Ventilabdichtungstechniken in einfacher Weise verwenden zu können, ist in der Baugruppe 24 eine im allgemeinen labyrinthartige Anordnung von mitEnergie- Γ) Verlusten behafteten Strömungssteuerkanälen vorgesehen und zwar dadurch, daß diese Baugruppe als Stapel von ringförmigen Scheiben aufgebaut ist, die gemeinsam derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese Kanäle gebildet werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist eina skelettartige Pral3.gitterscheibe 27 mit einer komplementären skelettartigen Prallgitterscheibe 28 paarweise angeordnet und jedes Scheibenpaar ist von jedem anderen Scheibenpaar durch eine im wesentlichen undurchlässige Endverschlußscheibe 26 getrennt. Alle diese Scheiben können in wirtschaftlicher Weise als Stanzformteile aus geeigneten Materialien hergestellt werden, obwohl andere

Herstellungsarbeitsgänge, wie beispielsweise Gießen, Formen und dergleichen angewendet werden können.

Beim dargestellten AusfUhrungsbeispiel weisen die Scheiben 27 und 28 entsprechende Verteilungen von Durchbohrungen auf derart, daß, wenn die Scheiben Ubereinandergeschichtet und in richtiger Weise bezüglich der Umfange ausgerichtet sind, um die Durchbohrungen in teilweise überlappende Stellungen zu bringen, Durchlaßkanäle gebildet werden, die sich von Kante zu Kante¹der Baugruppe erptrecken, wodurch gawundene Bewegungsbahnen für Q) die Strömung des fluiden Mediums erzeugt werden. Zu diesem Zweck weist jede der Scheiben 27 ein Gittermuster auf, welches eine sinusförmige Anordnung von langgestreckten, radialen Prallstäben 29 umfaßt, deren innere Enden durch alternierende Paare von in Umfangsrichtung verlaufenden Prallstäben 30 verbunden sind und deren äußere Enden in alternierend versetzter Weise durch Umfangsprallstäbe 31 verbunden sind. Dadurch werden alternierende, im allgemeinen haarnadelartige Prallstababschnitte geschaffen, wobei diese Abschnitte die äußeren Umfangsverbindungsstangen 31 aufweisen, die sich von den entsprechenden Halbmessern aus nach außen öffnen und die Abschnitte , die die inneren Umfangsverbindungsstangen 30 aufweisen, die sich von don Halbmessern aus nach außen erstrecken. Jeder der sich nach innen öffnenden Haarnadelabschnitte weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung quer und raidal im Abstand von einander angeordnete Unterteilungsprallstäbe 32 auf, die die langgestreckten Stäbe 29 verbinden. Beim vorliegenden Bespiel handelt es sich um drei Unterteilungsprallstäbe 32. Der innere Stab 32 ist vom Mündungsende des Abschnittes im Abstand angeordnet und die entsprechenden Stäbe 3? bilden zwischen sich und mit den Stäben 29 und 31 aufeinanderfolgende Durchlässe, die in diesem Beispiel viereckig sind und innerhalb denen

1917863 iB.n.78

• t » » 1

/Ib

die Stäbe Prall- oder Ablenkoberflächen aufweisen. In ähnlicher, jedoch versetzter Beziehung zu den Stäben erstrecken sich quer verlaufende Teilungsprallstangen 33 zwischen den langgestreckten Stangen 29 und sind mit diesen integral ausgebildet und begrenzen die radial nach außen sich öffnenden haarnadelartigen Abschnitte. Die radial äußerste der Stangen 33 ist von der Mündung oder von der Öffnung ihres Abschnittes im Abstand nach innen angeordnet und die Stäbe 33 sind von den anderen und von den inneren Endverschlußstäben 30 im Abstand angeordnet, um offene Querschnitte oder Durchlässe zu bilden, in denen die Stäbe Pralloberflächen aufweisen.

Jede der Scheiben 28 weist ein reguläres Gittermuster auf, in welchem im gleichen Umfangsabstand voneinander angeordnete, langgestreckte , radiale Prallstangen 34 an ihren inneren Enden mit ein*=»r kontinuierlichen ringförmigen inneren Umfangestange 35 verbunden sind und an ihren äußeren Enden mit einer kontinuierlichen ringförmigen äußeren Umfangsstange 37, wodurch radiale Segmente geschaffen werden. Jedes der radialen Segmente ist zwischen den Stangen 35 und 37 durch in Umfangsrichtung sich erstreckende, im radialen Abstand voneinander angeordnete Sätzo vcn in Umfangsrichtung sich erstreckenden Unterteilungsstäben 38 unterteilt, wobei diese in jedem aufeinanderfolgenden radialen Intervall in Umfangsrichtung mit ähnlichen Stangen oder Stäben der anderen ^egmente fluchten, so daß in einem gewissen Sinn diese als kontinuierliche, fortschreitende, aufeinanderfolgend in radialem Abstand voneinander angeordnete Gitterstangen angesehen werden können.

•91786315*11.73

/pt

In der Schichtbaugruppe eines Jeden Paares der skelettartigen Schaben 27 und 28 sind die entsprechenden Gitterstäbe so aufgebaut und in Bezug aufeinander angeordnet, daß Jeder der radialen Stäbe 34 der Scheibe 27 in der Mitte radial länj-s einer der nach innen geöffneten Abschnitte der Scheibe 27 liegt und die radial sich erstreckenden Stäbe 32 der Scheibe 27 erstrecken sich radial zwischen und im Abstand zu den Stäben 34 derart, daß die nach außen sich öffnenden Abschnitte der Scheibe 27 sich radial nach außen in der Mitte relativ zu den zugeordneten Abschnitten der Scheibe 28 öffnen. Ferner ist die doppelte Anzahl von Unterteilungsstäben 38 in jedem der Segmente der Scheibe 27 vorgesehen, als Querunterteilungsstäbe 32 und 33 in den Abschnitten der Scheibe 27 vorgesehen sind, wobei der radiale Abstand der entsprechenden Unterteilungsstäbe der Scheibe so bemessen ist, daß eine fortlaufende Ausfluchtung mit den entsprechenden Stäben der anderen Scheibe in diesem Fall vorhanden ist, um entsprechende alternierende Abblockungen der radial geführten Mediumströme zu schaffen, beispielsweise von dem inneren Umfang der Baugruppe her, wie es durch die Richtungspfeile in Fig*2 gezeigt ist, um die Strömung in einer gewundenen Bahn zuerst in die Öffnungen zu leiten, die durch die nach innen geöffneten Haarnadelabschnitte der Scheibe 27 gebildet werden und dann seitwärts in einen der benachbarten offenen Querschnitte der Scheibe 28 und dann über den innersten der Unterteilungsstäbe 38 in den innersten der offenen Querschnitte des sich nach außen öffnenden Haarnadelabschnittes der Scheibe 27 und dann in die nächste nach außen führende Öffnung, die dem Segment der Scheibe 28 an nächsten liegt. Dann muß das fluide Madium in den innersten stabumschlossenen Querschnitt des Eintritts-IIaarnadelabschnittes hineingehen und dann eine derartige gewundene Strömungsbahn

691786315.11.73

_ -- W

1*1 1*11

- 12 -

wiederholt durchlaufen, bis das fluide Medium aus einer Öffnung der radial nach außen sich öffnenden Haarnadelabschnitte der Scheibe 27 austritt. Wenn sich das fluide Medium längs der herauf und hinunter, vor und zurück führenden, in mehreren Ebenen liegenden, serpentinenartigen, in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Windungen und Biegungen mit Richtungsänderungen in den gewundenen Strömungsbahnen in den Kanälen bewegt, die durch die Gitterscheibe zwischen den entsprechenden Endver-Schlüssen für jedes Gitterpaar vorgesehen sind, treten hohe Energieverluste oder Energievernichtungen auf. Eine fortschreitende Zunahme des Strömungsquerschnitts der Kanäle durch die fortschreitende Verbreiterung und Verlängerung der Gitteröffnungsquerschnitte von innen nach außen hat einen zunehmenden Geschwindigkeitsdämpf ungseffekt.

Um sicherzustellen, daß alle die verschiedenen Scheiben in der Stapelbaugruppe die richtige relative Orientierung haben, können sie mit Markierungen versehen sein, wobei diese Markierungen fluchtende Bohrungen 39 an einer Stelle oder an mehreren Steilen im Randbereich aufweisen und zwar vorzugsweise am inneren Randabschnitt, wobei hier die StSbe der Gitter etwas breiter sein können als am äußeren Umfang , und es kann ein Fixierstift 40 oder es können mehrere Fixierstifte 40 vorgesehen sein, die sich durch die fluchtenden Bohrungen hindurch erstrecken.

Es sei bemerkt, daß der Durchmesser, die Di-.ke, die Anzahl und die spezielle Gestaltung der Gitter und dergleichen verändert werden können, was im Rahmen der Erfindung liegt.

691786318.11.73

- 13 -

FUr viele Zwecke kann eine einfache gestapelte Scheibenanordnung vorteilhaft sein, bei der die Körperabschnitte der Scheibe mit Ausnahme einer zentralen öffnung keine öffnungen aufweisen und wobei das labyrinthförmlge Kanalsystem die Form von Nuten aufweist, die sich zwischen den inneren und äußeren Rändern der Scheiben auf einer oder mehreren Oberflächen erstrecken. Ein Ausfüh-

rungsbeispiel einer derartigen Scheibe ist in Fig.8 dargestellt. Eine ringförmige Scheibe D hat auf wenigstens einer Seite eine Anzahl von Strömungsunterteilungs- und

r\ -Steuerungskanälen P in Form von Nuten,wobei ein derartiger Kanal in einer Anzahl von Kreissektorflächen liegt. Diese Kreissektorflächen sind durch die radialen Sektorlinien S gekennzeichnet und bei diesem Beispiel sind drei gleiche Sektoren vorgesehen. Um eine große Expansionskapazität zu erhalten, beginnt jeder Kanal P mit einem Eintritt, der an der inneren Kante der Scheibe D mündet und der Kanal wird durch eine Vielzahl von im wesentlichen rechtwinkligen Biegungen und Abweichungen fortgesetzt und führt zu einer Vielzahl von Auslässen an der äußeren Kante der Scheibe. Im ersten Eintrittsabschnitt des Kanals sind acht aufeinanderfolgende, im wesentlichen rechtwinklige Biegungen vorgesehen, wobei vier Schenkel der Biegungen in

C. Umfangsrichtung liegen und vier in radialer Richtung,

wobei sich ein Schenkel radial nach innen und drei radial nach außen erstrecken. Vom ersten Abschnitt an teilt sich der Kanal in zwei Umfangsrichtungen auf und zwar in einen gebogenen Abschnitt 41, der kürzer ist als der Sektorabschnitt und an Jedem Ende befindet sich eine rechtwinklige Biegung in einer radialen Richtung, wobei diese in Abschnitte 42 führt, in denen acht im wesentlichen rechtwinklige Biegungen vorgesehen sind, die im allgemeinen den Biegungen des ersten Abschnitts entsprechen. Von den Abschnitten 42 verläuft der Kanal in einen gebogenen Abschnitt 43, der eine Länge hat, die im wesentlichen gleich der Breite des

891786815.1173

Sektorabschnittes ist und von dort aus führt der Kanal in eine Anzahl von Winkelabschnitten 44 und zwar beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vier. Jeder dieser Abschnitte 44 weist acht im wesentlichen rechtwinklige Biegungen auf und jeder dieser Abschnitte 44 mündet in einen gebogenen Endabschnitt 45, wobei dieser sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Sektorabschnittes er streckt. In der Endphase weist der Kanal eine Vielzahl von Abschnitten 47 mit acht Biegungen auf, wobei die Anzahl größer ist als die der Abschnitte 4' und beim vorliegenden AusfUhrungsbeispiel handelt es sich um sechs derartige Abschnitte. Die Abschnitte 47 gehen vom gebogenen Abschnitt 45 aus und jeder mündet in die äußere Kante der Seheibe. Zusätzlich zu einer fortschreitenden Zunahme der Anzahl der winkelförmigen Abschnitte kann der Strömungsquerschnitt einer jeden der fortlaufenden Nutenabschnitte gegenüber dem der unmittelbar vorhergehenden Abschnitte vergrößert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (Fig.9) kann eine Scheibe DD auf wenigstens einer ihrer Seiten eine im wesentlichen großeAnzahl von Sektoren aufweisen, die zwischen Sektorlinien S¹ dargestellt sind. Beim dargestellten AusfUhrungsbeispiel handelt es sich um zwölf derartige Sektoren. Jeder Sektor kann eine entsprechende Steuerkanalnut PP aufweisen. Bei dieser Anordnung setzt sich jede Nut in einer im allgemeinen labyrinthförmigen Weise in ihrem Sektor durch aufeinanderfolgende, im allgemeinen rechtwinklige, druckvermindernde Windungen fort und zwar kontinuierlich längs im allgemeinen in Umfangsrichtung liegenden, S-förmigen Abschnitten 48, die mit ähnlichen, jedoch entgegengesetzt sich e streckenden Abschnitten 49 alternieren, wobei diese Abschnitte vom radial inneren Ende zum radial äußeren

Ende des Durchlasses fortschreitend langer werden. Es ist zu erkennen, daß in jedem der Abschnitte 48 und 49 der Mediumstrom acht Wendungen durchführt. Um unzulässige Druckabfälle am Aulaßende des Kanals zu vermeiden, wobei trotzdem auf den Vorteil einer letzten Biegung nicht verzichtet wird, kann der Austritt eine Anzahl Durchlässe 50 aufweisen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um drei Durchlässe.

Im Betrieb einer jeden der beschriebenen Einrichtungen oder im Betrieb von anderen Ausführungsformen sind die Beziehungen derart, daß die steuernden, gewundenen, unterteilenden, Energie vernichtenden Kanäle die Wirkung haben, daß die Geschwindigkeit an den Austrittsenden der Kanäle etwa gleich der Geschwindigkeit ist, die stromab vom Steuerkanalkörper erwartet wird. Der größte Teil der Energie oder der Druokhöhe wird auf diese Weise vernichtet und Kavitationen werden ausgeschaltet und Erosionen des Sitzes oder anderer Steuerorgane in einem Ventil werden ebenfalls ausgeschaltet und ferner werden Geräuschentwicklungen, die bei Kavitationen oder hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, verhindert und EinschnU-rungseffekte, die auf die Ventilsteuerung einwirken, werden ebenfalls ausgeschaltet. Weiterhin wird die schädliche Molekülkettentrennung in Polymeren verhindert, die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten in Ventilen erzeugt werden kann.

Mit dem Ventil 10 kann die Steuerung einer Strömungsmenge durchgeführt werden und zwar von einer vollständigen Absperrung bis zur Höchstströmungsmenge mittels einer Einstellung des Ventilkörpers 12 axial innerhalb der axialen zentralen Kammer im Steuergehäuse.

691786315.11.73

Zusätzlich zur Anwendung der Erfindung in Steuerventilen können zahlreiche andere Anwendungen vorgesehen sein, um im hohen Maß hohe Energieverluste bei der Steuerung von fluiden Medien zu erzielen. Beispiele sind: Hochdruckschalter, Überströmventile, Entlüftungsventile, Speisepumpenumlaufsysteme, Heißtankkühlersysteme, Turbinen-bypass-Anlagen, Dampfdruckminderer , Gasregler, Speisevfasser-bypass-Systeme, Wärmespeichersteuerungen, Umlaufpumpendichtungen , Wiedererhitzeranlagen, Dampf ablaßanlagen, Dampf rückdrucks teuerungen, Pumpenlasteteuerungen, Niveau- Γ\ Steuerungen, Temperatureteuerungen, Drucksteueruwgen, Temperaturbelastungssteuerungen, Heißdamp-bypass-Anlagen, Abzüge von Verdampferbehältern, Ammoniakanlagen, Verarbeitungsanlagen von Polymeren, beispielsweise Polyäthylen, Harnstoff und der gleichen.

Beispielsweise ist in Fig.10 ein Hochdruckschalldämpfer oder Auspuff 51 dargestellt, der einen im allgemeinen kegelstumpfförmigen Mantel 52 aufweist, in den hinein sich eine Rohrleitung 53 erstreckt, deren inneres Ende einen radialen Flansch 54 aufweist. Zwischen diesem Flansch und dem schmalen Endverschluß 55 des Mantels ist ein Stapel aus Scheiben 58 montiert, wobei in den Scheiben irgend^v eine der bevorzugten Ausführungsformen der Strömungs-

unterteilungskanäle vorgesehen sein kann, die im vor stehenden beschrieben wurde, wodurch mittels dieser Kanäle das unter hohem Druck stehende fluide Medium aus der Leitung 53 einen hohen Druckabfall erleidet. Weiterhin wird dieses Medium noch durch eine gewundene Bahn in der Expansionskammer geführt, die vom Gehäuse 52 eingeschlossen wird und die sich vom Scheibenstapel 57 zum breiteren Ende des Gehäuses erstreckt. Wenn die sich ausdehnenden fluic'en Medien sich durch das Gehäuse hindurch erstrecken,

8917883fB.il. 78

t t ι »

- 17 -

werden diese weiterhin gedämpft und zwar dadurch, daß sie einen vielfach gewundenen Weg zurücklegen müssen, wenn das fluide Medium aus dem äußeren Umfang des Scheibenstapels 57 austritt. Das fluide Medium strömt, gelenkt durch die Äußere Wandung, axial auf einem Prallblech 59, welches sich von der Gehäusewandung nach innen erstreckt und welches im Abstand um das Rohr 53 herum verläuft.Es wird eine Umlenkung der Strömung zu einem zweiten Prallblech 60 hin durchgeführt, welches sich radial vom Rohr weg er-

/-Λ streckt und im Abstand stromab vom Prallblech 59 angeordnet ist und welches einen kleineren Durchmesser als das umgebende Gehäuse hat, so daß das fluide Medium wieder gezwungen wird, zur Gehäusewandung hinzuströmen, wo das fluide Medium wiederum zu einem dritten Prallblech 61 hin umgelenkt wird, das sich von der Gehäusewandung nach innen erstreckt und im axialen Abstand vom Prallblech 60 angeordnet ist. Die Bewegung des sich ausdehnenden fluiden Mediums wiederholt lie Bewegung, die durch das Prallblech 59 erzeugt wird und ein nachfolgendes inneres Prallblech 62 läßt im wesentlichen die Bewegung wiederholen, die durch das Prallblech erzeugt wurde und zum Schluß bewegt sich das fluide Medium zu einem Endprallblech 63 an der Gehäusewandung hin und

(3 dann zu einem äußeren Ablenkblech 64, welches vom Rohr in einem gewünschten Abstand vom breiteren Ende des Gehäuses und vom Prallblech 63 getragen wird. Das gedämpfte und expandierte fluide Medium strömt aus dem Spalt zwischen den Prallblechen 63 und 64 um den Dämpfer 61 herum nach außen, wobei sich der Dämpfer innerhalb einer Anlage einer industriellen Einrichtung befinden kann oder vobei der Dämpfer sich in der Atmosphäre

«91786318.«. 73

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Hochdrucküberströmventil ist in Fig.11 dargestellt und weist einen Stapel 67 auf, der aus Scheiben 68 besteht, wobei die Scheiben wenigstens eine der Ausführungsformen der Kanäle haben, die im vorstehenden beschrieben wurden. In diesem Fall bildet der Scheibenstapel 67 einen Teil des Ventilgehäuses, wobei hier gegenüberliegende Endflansche 69 und 70 vorgesehen sind,die miteinander verbunden sind, um den Scheibenst&pel einzuspannen. Die Verbindung erfolgt mittels Zug- r \ bolzen 71· Dadurch bleiben der innere Umfang und der äußere Umfang des Scheibenstapels frei, damit gesteuertes fluides Medium durchströmen kann.

Das Überströmventil 65 ist ein automatisches Schaltventil, welches einen Ventilkörper 72 aufweist, der mittels einer Feder 73 in die Schließlage gegen einen Sitz 7*» gedrückt ist. Dieser Sitz 74 ist in das innere Ende eines Einlaßkanals 75 im Gehäuse 70 eingesetzt und zwar konzentrisch zur Bohrung im Scheibenstapel 67. Um die Kompression und damit den Druck einzustellen, mit dem die Feder 73 den Ventilkörper 72 andrückt, erstreckt sich ein Ende der Feder über den Ventilkörper O hinweg in eine Kammer , die in einer Kappe 77 des Flansches 69 vorgesehen ist. Ein KompressLonsflansch 78 drückt gegen das Ende der Feder und weist einen Gewindeansatz 79 auf, der in den Endverschlußabschnitt der Kappe 77 eingeschraubt ist, so daß die Feder 73 auf den gewünschten Ansprechdruck eingestellt werden kann. Wenn der Druck über den Ansprechdruck zunimmt und der Ventilkörper 72 fortschreitend vom Sitz Ik abgehoben wird, steht eine fortschreitend größere Fläche des Scheibenstapels 67 direkt dem fluiden Medium zur Verfügung, welches durch die Steuerkanäle

891786315» 11.73

in den Scheiben 68 hindurchgeht, wie es durch die Richtungspfeile angedeutet ist und es tritt hier der gleiche Effekt auf, wie er im vorstehenden beschrieben wurde. In einerKombination eines Überstrom- oder Entlüftnngsventils und eines Dämpfers 80 (Fig.12) ist ein im allgemeinen kegelstuinpfförmiges Dämpfergehäuse 81 vorgesehen, wobei am schmalen Endabschnitt ein Ringstapel aus Scheiben 83 vorgesehen ist. Diese Scheiben tragen die entsprechenden einzelnen Kanäle, um hohe Reibungsverluste im fluiden Medium zu erzielen, welches dem inneren Endabschnitt der Bohrung des Stapels durch O ein Einlaßrohr 84 zugeführt wird. Dieses Einlaßrohr ist am Einlaß eines Flanschbauteiles 85 befestigt und mittels eines Armkreuzes 87 ist die ganze Baugruppe an der Innenseite des Gehäuses befestigt.Die Steuerung des fluiden Mediums vom Einlaß durch den ^btapel erfolgt mittels eines Ventilkörpers 88, der in der Bohrung des Scheibenstapels gleitet. Dieser Ventilkörper wird mittels eines Ventilschaftes 89 hin und her bewegt, der mit dem Ventilkörper über ein Armkreuz 90 verbunden ist. Der Ventilkörper 88 ist relativ zum Scheibenstapel in einer teilweise geöffneten Stellung dargestellt. Dieser Ventilkörper kann zwischen einer vollständig geöffneten Stellung und einer vollständig geschlossenen Stellung mittels des Schaftes 89 bewegt werden. In der vollständig geschlossenen Stellung liegt ein radial nach außen sich erstreckender konischer Flansch 91 am inneren Ende des Ventilkörpers 88 gegen einen komplementären Sitz 92 an der innersten Scheibe des Stapels an und eine Verschlußfläche 93 am äußeren Ende des Ventilkörpers liegt gegen einen komplementären Sitz Sk am Flanschbauteil 95 an, wobei dieser Flanschbauteil 95 gegen das äußere Ende des Stapels 82 anliegt und in abnehmbarer Weise mittels eines Einspannflansches 97 gehalten wird« Dieser Einspannilansch v/ird mittels Schrauben 98 am Befestigungsflansch 99 gehalten. Die Betätigung des Ventil-

8317863 is. 1173

• » Il ·> ·ιι>

••'III ·

■II»

< t IS ·

- 20 -

schaftes 89 zur Steuerung der Lage des Ventilkörpers erfolgt mittels einer Steuerung, beispielsweise über eine Betätigungseinrichtung 100, die einen auf einen Druck ansprechenden Kolben aufweisen kann, die ein Solenoid sein kann oder dergleichen. Wie dargestellt, ist die Betätigungsvorrichtung 100 auf einer FUhrungsverlfingerung 101 für einen Kolben 102 montiert, der sich von der Vorrichtung fort erstreckt und an welchem der Ventilschaft 89 befestigt ist· Die Hontage der Führung 101 am Flansch 95 erfolgt durch eine ρ, zentrale Flansdi Verlängerung 103» wobei eine Stopfbüchse 104 vorgesehen ist, durch die hindurch sich der Schaft 89 erstreckt·

Bei einer öffnung des Ventilkörpers 88 strömt das fluide Medium unter Energievernichtung durch den Stapel 82 hindurch und in die Dämpferkammer hinein strömt längs einer gewundenen Bahn durch diese Kammer hindurch und tritt im wesentlichen in der gleichen Weise aus, wie es für den Dämpfer 51 beschrieben wurde. Die Strömung wird fortschreitend im Winkel umgelenkt und zwar nach innen durch ein erstes Prallblech 105 und dann nach außen durch ein zweites Prallblech 107, dann erfolgen ("; weitere Ablenkungen über ein drittes Prallblech 108 und ein viertes Prallblech 109 und dann wird die Strömung nach innen zum Auslaß hin umgelenkt, und zwar durch ein Prallblech 110 am breitesten Ende des Gehäuses. Wenn die Strömung aus dem Auslaß des Gehäuses austritt, wird die expandierte Strömung radial nach außen durch ein ringförmiges Prallblech 111 abgelenkt, welches an der Leitung 84 befestigt ist und welches im Abstand vom Auslaß des Dämpfers angeordnet ist.

Schutzansprüche

8917863 i 6» tt.73

Claims

Schutzansprüche

1. Strömungssteuervorrichtung zur Erzielung eines hohen Energieverlustes in einem Druckmittelleitungssystem ohne einen zu Zerstörungen und zu Geräuschbildung führenden Druckabfall, gekennzeichnet durch eine Gruppe (24, 57, 67, 82) von Ubereinandergestapelten, ringförmigen Scheiben (27, 28, D, DD, 58, 68, 83), die mehrere einzelne, allgemein labyrinthförmige Kanäle (P, PP,) bilden, die rechtwinklige, geschwindigkeitsreduzierende Biegungen (42, 44, 47, 48, 49) zwischen ihren Einlaßenden und den Auslaßenden (50) aufweisen und derart bemessen sind, daß sie ein Reibungsverluste erzeugendes Verhältnis von effektiver Kanallänge zu Kanalquerschnitt aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (27, 28, D, DD, 58, 68, 83) ringförmig sind und daß die Kanaleinlaßenden an einer Kante und die Kanalauslaßenden an der anderen Kante angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der Kanäle $P, PP) fortschreitend zwischen den Einlaß- und Auslaßenden zunehmen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungen (42, 44, 47, 48, 49) Richtungsänderungen in verschiedenen Ebenen erzeugen.

5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle Richtungsänderungs-Prallflachen (30 bis

38) in ihrer Längserstreckung aufweisen.

1917883111171

I I I I | I

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben miteinander verbunden*», komplementäre Abschnitte der Kanäle aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (27» 28) als Prallgitter mit Öffnungen ausgebildet sind, die zur Bildung der Kanäle gegeneinander versetzt sind und sich teilweise überlappen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5, ^ oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Scheiben (27» 26) übereinandergestapelt sind und daß zu beiden Seiten jedes Scheibenpaares zum Abschließen der Kanäle nichtdurchbrochene Verschlußflächen (26) angebracht sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dfiß eine der Scheiben (27) eines jeden Paares ein Gitterstabmustsr von alternierenden Haarnadelabschnitten aufweist, daß alternierende Abschnitte sich an einer Kante der Scheibe (27) öffnen und die verbleibenden Abschnitte sich an der anderen Kante der Scheibe (27) öffnen, daß die Abschnitte langgestreckte Stäbe und Querstäbe (30 bis 38) haben, die zwischen den Abschnitten verlaufen und im Abstand von den offenen Enden angeordnet sind, daß die andere Scheibe (28) des Paares ein Gitterstabmuster hat, das langgestreckte Stäbe und Verteilerstäbe aufweist, daß die langgestreckten Stäbe relativ zu den langgestreckten Stäben der Harrnadelabschnitte versetzt sind, und daß die Verbindungs- und Querstäbe der Scheibe (28) zusammen mit den langgestreckten Stäben die Kanäle bilden.

6917863 ti. ii. 73

L ■ ■

- 23 -

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (P, PP) Nuten in nicht mit Öffnungen versehenen Bereichen der Scheiben (D, DD) sind und Abschnitte zwischen den Biegungen (41 _y 44, 47, 48, 49) aufweisen, die sich sowohl radial als auch in Umfangsrichtung erstrecken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten auf Kreissektorabschnitten (S-S, S^f-S') der Scheiben (D, DD) angeordnet sind und gewundene Bahnen zwischen ihren Enden und quer über die Sektor-

O flächen hinweg beschreiben, wobei diese Bahnen zahlreiche Biegungen für jeden sich in Umfangsrichtung von radial inneren zu radial äußeren Enden jedes Sektorabschnittes verbreiternden Kanal bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die von Nuten gebildeten Kanäle (P, PP) aus mehreren aufeinanderfolgenden Abschnitten bestehen, die jeweils die gleiche Anzahl von Biegungen aufweisen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der von Nuten gebildeten Kanäle (P, PP) sich in Umfangsrichtung erstreckende Abschnitte aufweist, die mit aufeinanderfolgenden, radial angeordneten Abschnitten verbunden sind, wobei die Zahl der Abschnitte, in der die Biegungen angebracht sind, fortschreitend zunimmt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende jedes der von Nuten gebildeten Kanäle (P, PP) eine Anzahl von Öffnungen (50) aufweist.

8817863 is. 1W3

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibengruppe (24, 67) in einem Ventilgehäuse(11) angebracht ist und daß

in der Scheibengruppe (24, 67) ein Steuerschieber relativ zu den Kanaleinlaßenden beweglich angebracht ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -14) dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenbaugruppe (57, 82) in einem Dämpfergehäuse (52, 81) untergebracht ist, und daß in dem Dämpfergehäuse (52, 81) mehrere Prall-

O bleche (59 bis 63, 105 bis 110) angebracht sind, die

die Strömung des Druckmittels in einer gewundenen Bahn nach dem Verlassen der Scheibengruppe (57, 82) führen.

891786316.1173