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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fluidenergieverteilungsvorrichtungen
und speziell eine Fluiddruckreduziervorrichtung mit lärmarmem
Umwandlungs-Wirkungsgrad für
Gasströme
und auch für
Vorrichtungen mit Antikavitations- und daher lärmarmen Eigenschaften, wie
sie für
Fluiddurchflüsse
ausgebildet sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Überlegungen,
die verschiedene Faktoren im Hinblick auf die vorliegende Erfindung
betreffen, werden weiter unten in separat bezeichneten Abschnitten
erörtert.
In Verbindung mit der Fluiddruckreduziervorrichtung der vorliegenden
Erfindung sind die nachstehend erörterten relevanten Überlegungen
insbesondere (A) aerodynamischer Lärm, (B) Herstellung und (C)
hydrodynamischer Lärm.
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(A) Aerodynamischer Lärm
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Bei
der Steuerung von Fluid in Industrieprozessen wie Öl- und Gasleitungssystemen,
chemischen Prozessen usw. ist es häufig notwendig, den Druck eines
Fluids zu mindern bzw. zu reduzieren. Einstellbare Durchflußbegrenzungsvorrichtungen wie
etwa Durchflußregelventile
und Fluidregler und andere fest angeordnete Fluidbegrenzungsvorrichtungen
wie Diffusoren, Schalldämpfer
und andere Staudruckvorrichtungen werden für diese Aufgabe verwendet.
Der Zweck eines Fluidsteuerventils und/oder einer anderen Fluidbegrenzungsvorrichtung
bei einer gegebenen Anwendung kann die Steuerung der Durchflußrate oder
von anderen Prozeßvariablen
sein, aber die Begrenzung induziert inhärent eine Druckminderung als
Nebenprodukt ihrer Durchflußsteuerfunktion.
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Unter
Druck stehende Fluide enthalten gespeicherte potentielle mechanische
Energie. Bei einer Minderung des Drucks wird diese Energie freigesetzt.
Die Energie manifestiert sich als die kinetische Energie des Fluids – sowohl
die Massenbewegung des Fluids als auch seine turbulente Zufallsbewegung.
Turbulenz ist die chaotische Bewegung eines Fluids. In dieser Zufallsbewegung
gibt es jedoch momentane Strukturen. Es werden turbulente Wirbel (Strudel)
gebildet, zerteilen sich jedoch sehr rasch in kleinere Wirbel, die
ihrerseits wieder aufbrechen, usw. Schließlich klingt durch die Viskosität die Bewegung
der kleinsten Wirbel ab, und die Energie ist in Wärme umgewandelt
worden.
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Mit
dieser turbulenten Fluidbewegung gehen Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen
einher, die auf die Bauelemente des Rohrleitungssystems einwirken
und Schwingungen verursachen. Schwingungen sind unerwünscht, weil
sie (wenn sie ausreichend stark sind) zu einem Ermüdungsbruch
von Druckrückhaltekomponenten
oder anderen Arten von Verschleiß, einer Leistungsverschlechterung
oder einem Ausfall von angebrachten Instrumenten usw. führen können. Selbst
wenn Schwingungen keine physischen Schäden hervorrufen, erzeugen sie
doch Luftschall, was für
den Menschen störend
ist oder das Gehör
schädigen
kann.
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Für die Lärmkontrolle
gibt es drei Grundmethoden:
- 1.) Begrenzen des
ursprünglich
erzeugten Grads der Schwingungen. Da die Energiemenge, die verteilt
wird, durch den Anwendungsfall vorgegeben ist, muß diese
Minderung des Lärmpegels durch
eine Verminderung des Wirkungsgrads der Umwandlung von Fluidenergie
in Schallenergie bewirkt werden.
- 2.) Absorbieren der Schallenergie. Ein typisches Beispiel einer
industriellen Vorrichtung ist ein glasfasergepackter Schalldämpfer.
- 3.) Blockieren der Schallübertragung.
Ein Beispiel wäre
ein dickwandiges Rohr.
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Der
Anteil der Gesamtleistungsmenge, der in Schwingungen umgewandelt
wird, hängt
von der Beschaffenheit des Durchflußfeldes und der Turbulenz zusätzlich zu
dem Ansprechvermögen
oder der Bereitschaft der umgebenden Konstruktion zur Absorption
dieser Energie ab. Der Bruchteil der in Lärm umgewandelten mechanischen
Energie ist als der Schallumwandlungs-Wirkungsgrad bekannt.
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Es
gibt mehrere bekannte Methoden zur Minimierung des Lärms und
der Schwingungen, die durch das Reduzieren von Fluiddruck erzeugt
werden. Bei Gasen sind die vier häufig angewandten Methoden die
folgenden:
- 1.) Man reduziert den Druck in kleinen
Schritten oder Stufen und nicht durch einen einzigen, Turbulenz
erzeugenden Prozeß.
Typischerweise wird eine Druckreduzierstufe durch ein Kontraktions-/Expansions-Durchflußströmungspaar
oder durch eine Richtungsänderung
erhalten. In beiden Fällen
wird ein Fluidstrahl mit höherer
Geschwindigkeit gebildet und ist von einem Bereich niedrigerer Geschwindigkeit
umgeben. Das resultierende turbulente Vermischen erzeugt Lärm. Wenn die
Druckänderung über die
Stufe hinreichend hoch ist, wird der Strahl "blockiert" oder erreicht Schallgeschwindigkeit,
und in dem Durchflußstrom
bilden sich Stöße aus.
Ein Stoß erzeugt eine
abrupte Änderung
des thermodynamischen Zustands des Durchflusses. Beispielsweise
kann der Druck merklich abfallen. Wenn ankommende Turbulenz einen
Stoß durchläuft, wird
außerdem einem
Stoß zugeordneter
Breitbandlärm
erzeugt.
- 2.) Man vermeidet den Kontakt zwischen Hochgeschwindigkeitsstrahlen
und Turbulenz an festen Oberflächen.
Die sogenannten Reynolds-Spannungen in freien Strömungsturbulenzen
sind eine Lärmquelle.
Wenn aber Turbulenzen mit einer festen Oberfläche in Kontakt gelangen, resultieren akustische
Dipolquellen. Dipolquellen sind recht wirkungsvolle Lärmquellen,
wenn die mittlere Strömungsgeschwindigkeit
niedrig ist.
- 3.) Man unterteilt den Durchflußstrom in kleine Ströme. Diese
Strategie erzielt tatsächlich
eine Vielzahl von erwünschten
Ergebnissen. Wegen ihrer kleineren charakteristischen Dimensionen erzeugen
kleine Ströme
eine höherfrequente
Turbulenz, weil die anfänglichen
Wirbel kleiner sind. Die Energie ist in dem Wirbelaufbrechvorgang
vorausbewegt worden, wodurch Gelegenheiten für die Erzeugung von Schwingungen übersprungen wurden.
Zweitens enthalten diese kleineren Wirbel den größten Teil ihrer Energie in
einem Frequenzbereich, der weniger leicht von Rohrleitungskomponenten
absorbiert (und dann als Lärm abgestrahlt)
wird. Somit verbessern kleine Ströme die Wirksamkeit von typischen
industriellen Rohrleitungen zur Blockierung der Übertragung des erzeugten Lärms. Drittens
ist das menschliche Ohr für
hochfrequenten Lärm
weniger empfindlich, und daher tritt eine scheinbare Lärmverringerung ein.
Viertens ist es leichter zu verhindern, daß diese kleinen Strahlen auf
eine feste Oberfläche
treffen, wodurch der Lärm
vom Dipoltyp minimiert wird. Schließlich bleibt, solange Strahlen
jedes Stroms isoliert bleiben, der Lärm eines jeden mit den anderen
unkorreliert, und der Gesamtlärm wird
minimiert ähnlich
der Wirkung der Stufenbildung. Das Zusetzen von Kanälen durch
von dem Fluid mitgeführten
Schutt bildet eine praktikable Untergrenze für die Strömungsgröße aus.
- 4.) Kombinationen der obigen Strategien werden angewandt. Ein
Problem der Stufenbildung bei kompressiblen Durchflüssen ist,
daß mit
der Reduzierung des Drucks das Durchflußvolumen in nachfolgenden Stufen
vergrößert wird.
Bei Anwendungsfällen
mit hohem Druckverhältnis
(Einlaßdruck/Auslaßdruck)
kann die Zunahme des erforderlichen Durchflußquerschnitts erheblich sein. Viele
bekannte Fluiddrosselvorrichtungen verwenden Kanäle mit zunehmendem Durchflußquerschnitt.
Im Fall von kompressiblen Durchflüssen werden diese Drosselvorrichtungen
normalerweise verwendet, so daß der
Durchfluß durch die
ringförmige
Käfigwand
radial auswärts
stattfindet. Dies nutzt den Vorteil der natürlichen Zunahme der Gesamtquerschnittsfläche, um
Raum für einen
größeren Kanalquerschnitt
zu schaffen.
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Die
wesentliche technische Herausforderung bei der Minderung von Lärm und Schwingungen,
die durch eine Reduzierung des Fluiddrucks erzeugt werden, ist die
kostenwirksame Implementierung einer Durchflußbahngeometrie, die den Fluidzustand am
wirksamsten manipuliert.
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(B) Herstellung
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Die
Ausbildung der gewünschten
Kanäle
in lärmarmen
Drosselelementen ist typischerweise sehr teuer. Die geeignete Rohmaterialform
wirkt sich ebenfalls auf Kosten und Lieferung aus. Ringförmige Gußteile oder
Stäbe können verwendet
werden, um die zylindrischen Konstruktionen in vielen der heute verfügbaren Durchflußbegrenzern – Hülsen, Ringen usw. – herzustellen.
Dies verlangt jedoch viele Kombinationen von Durchmesser, Länge und
Dicke des Rohmaterials. Ringförmige
Scheiben mit vielen Innen-/Außendurchmesser-Kombinationen
können aus
einem gemeinsamen Flächenkörper gestanzt und
auf die gewünschte
Höhe gestapelt
werden. Die Wahrscheinlichkeit von Defekten wie etwa Porosität ist bei
gewalzten Formen wie etwa Blech geringer als bei ringförmigen Gußstücken.
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Historisch
werden Scheiben, die in Stapeln zur Bildung eines Käfigs bzw.
Korbs verwendet werden, durch chemisches Ätzen, Fräsen, elektroerosive Bearbeitung
(EDM), Gießen,
Schneiden, Stanzen oder Bohren hergestellt. Chemisches Ätzen ist
ein vielseitiger Vorgang, ist jedoch für Teile von der Größe, die
für Ventilkörbe benötigt werden,
sehr teuer. Außerdem
bilden das Säurebad
und die darin befindlichen gelösten
Metalle ein gesundheitsgefährdendes
Entsorgungsproblem. Fräsen
ist teuer und hat bei kleinen Ausbildungen Beschränkungen
infolge einer praktikablen Untergrenze der Fräsergröße. Drahterodieren (EDM) ist
auf Durchtrennkonstruktionen beschränkt und langsam. Einstech-EDM
kann Konstruktionen vom Ausnehmungstyp herstellen, eignet sich aber
besser für
die Herstellung von Mustern als zur Massenfertigung der Scheiben.
Gießen
ist billig, erfordert jedoch für
jede Version des Designs ein teures Hardwaremodell. Gußteile können Planier- und/oder
Schleifvorgänge
vor dem Zusammenbau des Stapels notwendig machen. Stanzen ist auf
Einstechkonstruktionen begrenzt, erfordert ein spezielles Werkzeug
für jede
gestanzte Gestalt, und die Scheiben sind nach dem Stanzvorgang möglicherweise
nicht flach. Der Werkzeugverschleiß kann die Durchflußmanipulationseigenschaften
der gewünschten
Kanalform verschlechtern. Außerdem sind
kleine Ausbildungen eventuell nicht möglich, und zwar besonders bei
dicken Scheiben. Bohren begrenzt die Kanalgestalt auf achssymmetrische
Löcher
und Konizitäten.
Außerdem
können
durch Bohren keine Radien bzw. Rundungen an der Innenseite einer
ringförmigen
Käfigkonstruktion
angebracht werden.
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Schneidverfahren
umfassen Plasma-, Laser- und erosives Strahlschneiden. Es ist ersichtlich,
daß diese
Verfahren auf Durchstech-Konstruktionen beschränkt sind. Viele der Durchstechkonstruktionen bei
bekannten Durchflußbegrenzern
können
jedoch nicht durch Schneiden auf kostengünstige Weise hergestellt werden.
Beispielsweise erfordern die Skelettscheiben, die bei Self (US-PS
3 513 864) gezeigt sind, eine enorme Anzahl von Start- und Stoppvorgängen von
Brenn-/Licht-/Strahlschneidschritten, während sich der Ablauf von einem
Ausschnittbereich zum nächsten
bewegt. Diese Start- und Stoppschritte ergeben eine erhebliche Maschinenzeit
pro Teil, wodurch die Teilekosten proportional höher werden. Es ist erwünscht, eine
Scheibenkonstruktion anzugeben, die mit einem Schneidprozeß auf effiziente Weise
hergestellt werden kann.
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Außerdem hat
die allgemeine Verfügbarkeit von
CNC-Maschinen, CAD-Systemen und automatisierten Zwischenschnittstellen
den relativen Kostenvorteil von Software (CNC-Schneiden) gegenüber physischen, auf Modellen
basierenden Fertigungsprozessen (Gießen) dramatisch verlagert.
Diese softwarebasierten Werkzeuge sind besonders vorteilhaft für Anwendungsgebiete
unter erschwerten Bedingungen, die Begrenzungen vom Lärmkontrolltyp
erfordern, die häufig
für den
speziellen Anwendungsfall eigens ausgebildet sind.
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Typischerweise
werden Scheibenstapel durch Hartlöten oder Verschrauben zusammengehalten.
Manchmal werden Verbindungsstellen zwischen Scheiben einzeln verschweißt.
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Zusätzlich zu
den Kosten des Begrenzerelements beeinflußt die Größe des Elements für eine gegebene
Durchflußkapazität die Größe des erforderlichen
Ventilkörpers,
was wiederum die Ventilgesamtkosten erheblich beeinflußt.
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Herkömmliche
Einstellungen mit kurvenreichen Bahnen haben absichtlich ineffiziente
Durchflußkanäle, um die
Druckminderung zu verteilen. Daher ist die Durchflußrate pro
Querschnittsflächeneinheit
geringer als beispielsweise für
eine Zweistufenvorrichtung. Infolgedessen muß ein herkömmlicher Begrenzer, der auf
kurvenreichen Bahnen basiert, deutlich größer sein, um sowohl den zusätzlichen
Kanalbereich als auch die zusätzlichen
Stufen pro Kanal aufnehmen zu können.
Diese Zunahme der Begrenzergröße führt zu einem
sehr großen,
schweren und teuren Ventilkörper,
der zur Betätigung
des Ventils eine große
Betätigereinheit
benötigt.
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(C) Hydrodynamischer Lärm
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Die
physikalischen Phänomene,
die für
die Erzeugung von hydrodynamischem Lärm bei der Flüssigkeitsdruckreduzierung
verantwortlich sind, sind zwar unterschiedlich, aber die Fertigungstechniken
der vorliegenden Erfindung sind auch für den Gebrauch in Flüssigkeitsdurchflußkanälen vorteilhaft. Bei
industriellen Anwendungen ist die Hauptquelle für Lärm und Schwingungen infolge
der Druckminderung die Kavitation. Kavitation wird in einer Strömung verursacht,
wenn das Fluid eine Zone durchströmt, in welcher der Druck unterhalb
seines Dampfdrucks liegt. Dampfblasen bilden sich und kollabieren
dann, nachdem sie stromabwärts
in eine Zone gelangt sind, in welcher der Druck den Dampfdruck übersteigt.
Der Vorgang des Kollabierens kann Lärm, Schwingungen und einen
Angriff auf Material verursachen.
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Eine
Methode zur Vermeidung dieses Problems ist die Ausbildung eines
Durchgangs, in dem der Druck niemals unter den Dampfdruck fällt. Ebenso
wie bei Gasströmen
werden häufig
eine Vielzahl von Stufen verwendet. Die erforderliche Anzahl hängt von
dem Umfang der Druckreduzierung, der jedes Stufe zugeordnet ist,
und dem kleinsten Druck in jeder Stufe im Vergleich mit der Gesamtdruckänderung,
d. h. dem Umfang des Druckrückgewinnung, ab.
Eine geringe Druckrückgewinnung
ist erwünscht. Stufen
auf des Basis von rechtwinkligen Krümmungen, die man häufig in
Stapelplatten-Durchflußbegrenzern
findet, zeigen eine Druckrückgewinnung. Infolgedessen
sind mehr Krümmungen
erforderlich; dadurch weiden die Komplexität, die Größe und die Kosten der Ventilanordnung
erhöht.
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Vom
Gesichtspunkt der praktischen Ausführbarkeit ist es vorteilhaft,
den größten Druckabfall
in der ersten Stufe (wo der statische Druck am höchsten ist) und fortlaufend kleinere
Druckabfälle
in nachfolgenden Stufen vorzusehen. Diese Vorgehensweise wird auch
als ein Durchflußweg
mit zunehmender Querschnittsfläche
beschrieben, wenn sie auf Stufen angewandt wird, die auf einer Richtungsänderung basieren.
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Ebenso
wie bei kompressiblen Durchflüssen ist
eine kleine Kanalgröße günstig. Es
ist häufig
zulässig,
unter Bedingungen zu arbeiten, die ein geringes Maß an Kavitation
erzeugen. Eine Gruppe von kleinen isolierten Zweiphasenstrahlen
ist weniger wirksam bei der Erregung von Schwingungen als ein großer Zweiphasenstrahl.
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Als
theoretisches Prinzip ist die Steuerung der Geschwindigkeit ein
indirektes Mittel zur Steuerung von Schwingung und Lärm in Flüssigkeiten.
Der Zweck der Geschwindigkeitssteuerung ist es, den Bernoulli-Effekt
zu minimieren, der den lokalen statischen Druck eines Fluids aufgrund
seiner gesamten Massenbewegung reduziert. Dieser relativ höhere statische
Druck minimiert wiederum den Bereich von Druckzuständen, die
zu Kavitation führen.
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Es
ist daher erwünscht,
eine Fluiddruckreduziervorrichtung anzugeben, die einen geringen Schallumwandlungs-Wirkungsgrad
oder hydrodynamischen Lärm
aufweist und auf sehr effiziente Weise hergestellt werden kann,
um die Fertigungskosten zu senken.
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US-A-4
335 744, die den nächstkommenden Stand
der Technik repräsentiert,
betrifft lärmarme Entlastungsventile,
die sowohl Feder- als auch Luftvorspanneinrichtungen aufweisen,
und zeigt speziell eine Fluiddruckreduziervorrichtung, die eine
Vielzahl von gestapelten kreisförmigen
Scheiben aufweist, die einen Umfang und hohle Mitten haben, die
entlang einer Längsachse
ausgefluchtet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist durch den Patentanspruch 1 definiert und
betrifft eine Fluiddruckreduziervorrichtung, die folgendes aufweist: eine
Vielzahl von gestapelten Scheiben, die einen Umfang und hohle Mitten
haben, die entlang einer Längsachse
ausgefluchtet sind. Jede Scheibe hat folgendes: (a) Fluideinlaßstufenschlitze,
die sich teilweise von der Scheibenmitte zu dem Scheibenumfang hin
erstrecken; und (b) Fluidauslaßstufenschlitze,
die sich teilweise von dem Scheibenumfang zu der Scheibenmitte hin
erstrecken, und (c) mindestens einen Plenumschlitz, der sich durch
die Scheibe hindurch erstreckt. Die Scheiben sind in dem Stapel selektiv
positioniert, um einen Fluiddurchfluß von den Fluideinlaßstufenschlitzen
in einer Scheibe zu den Plenumschlitzen in benachbarten Scheiben
und zu den Fluidauslaßstufenschlitzen
in mindestens der einen Scheibe zu ermöglichen, wobei die Fluiddurchflußbahn geteilt
ist in zwei anfängliche
Axialrichtungen, dann in die Plenumschlitze mit einer Vielzahl von
radialen Durchflußrichtungen
und dann verteilt ist durch eine Vielzahl von Auslaßstufenschlitzen
in mindestens der einen Scheibe. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Eine
Fluiddruckreduziervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist die folgenden Betriebscharakteristiken und Vorteile auf:
- 1) Sie minimiert die aerodynamische Lärmerzeugung
durch Ausbildung einer Durchflußbahngeometrie,
welche die Charakteristiken der Durchflußtrennung, der Ausbildung von
Stößen, der Druckrückgewinnung
und von Fluidturbulenzen auf vorteilhafte Weise steuert.
- 2) Für
Flüssigkeitsströmungen wird
die Kavitationsneigung durch die Ausbildung der Durchflußbahngeometrie
minimiert, welche die Strömungstrennung
und Druckrückgewinnung
steuert.
- 3) Diese vorteilhafte Durchflußbahngeometrie wird mit einer
Standardrohmaterial-Form implementiert, um die Lagerbestände zu verringern
und die Lieferzeit zu verkürzen.
- 4) Diese vorteilhafte Durchflußbahngeometrie wird in einer
Vorrichtung implementiert, die kostenwirksam mittels moderner Techniken
herstellbar ist – CNC-gesteuertes
Laser- oder Wasserstrahlschneiden
usw.
- 5) Die Ventilgesamtkosten werden minimiert, indem die Größe des Druckreduzierelements
gegenüber
den heute verwendeten Ausbildungen, die nach dem Prinzip der gekrümmten Bahnen geformt
sind, stark verringert wird.
- 6) Es wird ein Fluidsteuerventil mit einem gleichmäßig änderbaren
Widerstandselement in bezug auf die Stopfenposition bereitgestellt,
um das Steuerungsverhalten zu verbessern.
- 7) Es wird eine kostenwirksame Möglichkeit geschaffen, einen
Scheibenstapel während
der Fertigung und des Gebrauchs starr zusammenzubauen, wobei zu
Reparatur- oder Reinigungszwecken auch eine Demontage möglich ist.
- 8) Es wird ein Fluidsteuerelement bereitgestellt, das ohne hohe
Werkzeugkosten an spezielle Anwendungsfälle angepaßt werden kann.
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Ferner
ist zu beachten, daß einige
herkömmliche
Druckreduziervorrichtungen den Fluiddurchfluß in einer dreidimensionalen
gekrümmten
Durchflußbahn
wie etwa einer radialen Zickzackbahn führen, wobei das Fluid auf einem
Auslaßstellenniveau
austritt, das von dem Einlaßstellenniveau
verschieden ist. Dagegen sehen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung
eine dreidimensionale Strömungsbewegung
vor, wobei sich die Auslaßstelle
auf dem gleichen Niveau wie die Einlaßstelle befindet.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert,
in denen gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren jeweils mit
den gleichen Bezugszeichen versehen sind; die Zeichnungen zeigen
in:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Fluidsteuerventils, das eine Ventileinstelleinrichtung
in Form gestapelter Scheiben aufweist, die eine Fluiddruckreduziervorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung
bilden;
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2 eine
Draufsicht auf eine kreisförmige Scheibe,
die jede der gestapelten Scheiben in 1 bildet;
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3 eine
Perspektivansicht von vier Scheiben gemäß 2, die in
einer Vier-Scheiben-Unterbaugruppe gemäß der Erfindung selektiv positioniert sind;
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4 eine
perspektivische Teilansicht der gestapelten Scheiben von 1 mit
einer schematischen Darstellung der sie durchsetzenden Fluiddurchflußbahn;
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5 ein
Durchflußschema,
das die Durchflußbahn
durch die gestapelten Scheiben als Seitenansicht zeigt;
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6 ein
Durchflußschema,
das die Fluiddurchflußbahn
durch die gestapelten Scheiben als Draufsicht zeigt;
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7 eine
Draufsicht auf eine andere Scheibenausführungsform mit alternierenden
Schlitzen und Kammern;
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8(A) u. 8(B) jeweilige
Draufsichten zur Veranschaulichung einer anderen Scheibenausführungsform,
wobei sämtliche
Schlitze in der einen Scheibe und sämtliche Kammern in der anderen Scheibe
vorgesehen sind;
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9 eine
Draufsicht auf eine weitere Scheibenausführungsform mit Schrauben, um
die Scheiben in einer Stapelkonfiguration zu halten;
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10 eine
Draufsicht auf noch eine andere Scheibenausführungsform mit einer Vielzahl
von Fluidverarbeitungsstufen; und
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11 eine
Perspektivansicht eines Teilbereichs von vier Scheiben, jeweils
gemäß 10,
die in einer Vier-Scheiben-Unterbaugruppe in einer Vielstufenausführungsform
der Erfindung selektiv positioniert sind.
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Genaue Beschreibung
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1 zeigt
eine Fluiddruckreduziervorrichtung nach den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung in Form eines Ventilkorbs 10, der eine Vielzahl
von gestapelten Scheiben hat und in einem Fluidsteuerventil 12 angebracht
ist. Das Fluidsteuerventil 12 weist einen Ventilkörper 14 auf,
der einen Fluideinlaß 16,
einen Fluidauslaß 18 und
einen Verbindungskanal 20 durch den Ventilkörper aufweist.
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Ein
Sitzring 22 ist in dem Ventilkörperkanal 20 angebracht
und wirkt mit einem Ventilbetätigungselement 24 zusammen
zur Steuerung des Fluidstroms in das Innere und durch das Äußere des
Ventilkorbs 10. Der Ventilkorb 10 kann in dem
Ventil mit herkömmlichen
Befestigungsmitteln wie etwa einem Korbhalter 26 und Anbringschrauben 28 gehalten werden,
die auf bekannte Weise mit dem Ventildeckelbereich des Ventils in
Eingriff sind.
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Der
Ventilkorb 10 weist eine Vielzahl von gestapelten Scheiben
auf, die jeweils mit einer in 2 gezeigten
Scheibe 30 identisch sind. Die Scheibe 30 hat
einen hohlen Mittenbereich 32 und einen Kreisumfang 34.
An einer Seite der Scheibe 30 sind eine Vielzahl von Fluideinlaßstufenschlitzen 36,
die sich jeweils teilweise von der Scheibenmitte 32 zu dem Scheibenumfang 34 hin
erstrecken, und eine Vielzahl von Fluidauslaßstufenschlitzen 38,
die sich jeweils teilweise von dem Scheibenumfang 34 zu
der Scheibenmitte 32 hin erstrecken, vorgesehen.
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An
der Umfangsseite der Scheibe gegenüber den Fluideinlaß- und Fluidauslaßstufenschlitzen sind
ein oder mehr Plenumschlitze 40 vorgesehen, die sich vollständig innerhalb
der Scheibe von einem Ende 42, das einem Ende der Fluideinlaß- und Fluidauslaßschlitze
benachbart ist, zu einem gegenüberliegenden
Plenumende 44, das dem entgegengesetzten Ende der Fluideinlaß- und Fluidauslaßschlitze
benachbart ist, erstrecken. Das Plenum 40 erstreckt sich
außerdem
zwischen einem inneren Scheibenbereich 41 benachbart dem
hohlen Mittelbereich 32 und einem äußeren Scheibenbereich 43, der
in dem Scheibenumfang 34 endet. Eine kleine Stützbrücke 45 verbindet
die Scheibenbereiche 41, 43 und unterteilt das
Plenum 40 in zwei Plenumabschnitte.
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Wie 2 zeigt,
sind an jeder Scheibe zwei gegenüberliegende
Löcher 46 gebildet.
Die Löcher 46 durch
jede Scheibe 30 nehmen ein Paar von Orientierungsstiften
auf, um jede Scheibe 30 innerhalb der gestapelten Konfiguration
zu orientieren. Wie in 2 zu sehen ist, ist der Durchtritt
der Orientierungsstifte durch die Anbringlöcher 46 in jeder Scheibe 30 auf
solche Weise vorgesehen, daß der
Fluiddurchfluß durch
den Ventilkorb 10 nicht beeinträchtigt wird. Eine Serie von
Schweißperlen 48,
wie in 1 zu sehen ist, an der Außenseite des Ventilkorbs 10 hält die Scheiben 30 sicher
in einem zusammengebauten Stapel.
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Jeder
der Fluideinlaßstufenschlitze 36 ist
mit Eckenrundungen 50 ausgebildet, was dazu beiträgt zu verhindern,
daß sich
der Fluiddurchfluß von
der Scheibenoberfläche
ablöst,
wenn er die erste Einlaßstufe
passiert. Ferner bilden verjüngte
Seitendurchgänge 52 in
jedem der Schlitze 36 eine hohe Rückgewinnungsstufe für jede der
Fluideinlaßstufen.
Als Beispiel sind die gegenüberliegenden
Seitendurchgänge 52 verjüngt und
divergieren radial nach außen
unter einem Öffnungswinkel
von ungefähr
15°. Am Ende
jedes der Fluideinlaßstufenschlitze 36 ist
ein hinterer Schlitzbereich 54 begrenzter Größe vorgesehen,
die jedoch ausreicht, um Fluid in benachbarten Kammern 40 in
benachbarten oberen und unteren Scheiben in Verbindung zu bringen,
wie noch beschrieben wird.
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Jeder
Fluidauslaßstufenschlitz 38 ist
mit einem vorderen Schlitzbereich 56 ausgebildet, dessen Größe ausreicht,
um mit einem Plenum 40 in benachbarten oberen und unteren
Scheiben zu kommunizieren. Konvergente Seitendurchgänge 58 konvergieren von
dem vorderen Schlitzbereich 56 in Richtung zum Scheibenumfang 34 nach
außen
und bilden eine niedrige Rückgewinnungsstufe
für jeden
der Fluidauslaßstufenschlitze 38.
Die Einlaßstufen
mit hoher Rückgewinnung
und die Auslaßstufen
mit niedriger Rückgewinnung
sind dazu ausgebildet, für
eine geringe Lärmerzeugung
zu sorgen.
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Es
kann Bezug genommen werden auf die Veröffentlichung Coefficients and
Factors relating to Aerodynamic Sound Level Generated by Throttling Valves
von Hans D. Baumann in dem Noise Control Engineering Journal, Januar-Februar
1984. Der Inhalt dieses Dokuments zeigt den Stand der Technik in bezug
auf den Schallwirkungsgrad als Funktion der Druckrückgewinnung.
Nach diesem Dokument ist es anerkannt, daß der Schallwirkungsgrad (anders
ausgedrückt
das Lärmerzeugungsvermögen) sich
als eine Funktion des Grads der Druckrückgewinnung (FL-Faktor) über einen
Bereich von Druckverhältnissen
(für Einlaß- und Auslaßventile) ändert. Stromliniendurchgänge haben
niedrige FL-Faktoren, und ein abrupter Auslaßbereich hat einen hohen FL-Faktor, der
nahe 1,0 sein kann. Durch Vorsehen eines kleinen Querschnitts am
Einlaß und
einer verjüngten Durchflußbahn zum
Auslaß hin
wird ein niedriger FL erhalten. Ein solcher niedriger FL ist für hohe Druckverhältnisse über die
Stufe, die oberhalb von 2:1 sind, vorteilhaft, weil dadurch ein
niedriger Schallwirkungsgrad erzeugt wird, typischerweise 5–10 dB gegenüber demjenigen
eines hohen FL-Durchgangs. Wenn jedoch das Druckverhältnis klein
ist (unterhalb 2:1), wird ein hoher FL für einen niedrigeren Schallwirkungsgrad
bevorzugt, typischerweise 5–10
dB niedriger. Somit kann ein Bereich von Schlitzgrößen und
-konfigurationen angewandt werden, um einen lärmarmen Auslaßabschnitt
maßgerecht
an die gegebenen Druckbedingungen des Ventils in seinem normalen
Betriebsbereich anzupassen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es erwünscht,
daß jede
der Einlaßstufen 36 mit
hoher Rückgewinnung
mit einem Druckverhältnis
oberhalb etwa zwei arbeitet, um die Lärmerzeugung gewollt zu verringern.
Außerdem
ist es erwünscht,
daß jede
der Vielzahl von Auslaßstufen 38 mit
niedriger Rückgewinnung
mit einem Druckverhältnis
unterhalb etwa zwei arbeitet, um die Lärmerzeugung gewollt zu verringern.
Das ermöglicht
es dem Ventilkorb 10, eine Hochleistungs-Fluiddruckreduzierung
bei geringer Lärmerzeugung
zu erbringen.
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In 2 ist
zu erkennen, daß ein
Bezugszeichen A an der einen Seite der Scheibe 30 und ein
Bezugszeichen B an der entgegengesetzten Seite der Scheibe 30 vorhanden
ist. Diese Bezugszeichen A, B sind nützlich für das Verständnis der Orientierung der Scheiben 30 innerhalb
der gestapelten Scheibenanordnung gemäß der Erfindung. Ferner ist
aus 2 ersichtlich, daß die Fluideinlaßstufenschlitze 36 nicht symmetrisch
in bezug auf das Plenum 40 an der Scheibe angeordnet sind.
Speziell erkennt man, daß der
letzte Fluideinlaßstufenschlitz 36 an
der linken Seite von 2 dem Plenumende 42 benachbart
viel näher
an dem Plenumende 42 ist als der entgegengesetzte rechte
letzte Fluideinlaß-stufenschlitz 36 in bezug
auf das gegenüberliegende
Plenumende 44. Die gleiche asymmetrische Konfiguration
ist in bezug auf die Fluidaunlaßstufenschlitze 38 und
die Plenumenden 42, 44 ersichtlich. Dies ist ein
wichtiges Merkmal der Erfindung, um sicherzustellen, daß dann,
wenn die Scheiben 30 in der gestapelten Scheibenanordnung
auf die in 3 gezeigte selektive Weise angeordnet
sind, kein direkter, ununterbrochener axialer Fluiddurchfluß durch
die Schlitze erfolgt. Dementsprechend verläuft im wesentlichen der gesamte
Fluiddurchfluß von
den Fluideinlaßstufenschlitzen 36 durch
das Plenum 40 und schließlich aus den Fluidauslaßstufenschlitzen 38 hinaus.
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3 zeigt
eine Unterbaugruppe von vier identischen Scheiben 30 in
einer Explosionsansicht, so daß die
Beziehung und selektive Positionierung jeder Scheibe leichter beschrieben
und gezeigt weiden kann. Es versteht sich, daß der Ventilkorb 10 gestapelte
Scheiben enthält,
die Gruppen oder Unterbaugruppen von vier Scheiben 30 entsprechend 3 aufweisen,
die jeweils aufeinandergestapelt sind.
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In 3 ist
die unterste Scheibe 30a in der gleichen Position wie die
Scheibe 30 von 2, wobei das Bezugszeichen B
an der oberen Scheibenoberfläche
sichtbar ist. Die nächste
Scheibe 30b ist positioniert, indem die Scheibe um 180° gedreht
ist, so daß das
Bezugszeichen A über
dem Bezugszeichen B der unteren Scheibe 30a sichtbar ist.
Die nächste
Scheibe 30c ist positioniert, indem die Scheibe 30 von 2 genommen
und umgedreht wird, so daß das
Bezugszeichen B nicht mehr sichtbar ist, und über dem sichtbaren Bezugszeichen
A der darunter befindlichen Scheibe 30b positioniert wird. Schließlich ist
die oberste Scheibe 30d positioniert durch Umdrehen der
Scheibe 30 von 2 derart, daß das Bezugszeichen A nicht
mehr sichtbar ist und im wesentlichen in einer Linie mit dem unsichtbaren Bezugszeichen
B der Scheibe 30c, dem sichtbaren Bezugszeichen A der Scheibe 30b und
dem sichtbaren Bezugszeichen B der untersten Scheibe 30a ist.
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Wie
bereits gesagt wurde, sind die Fluideinlaßstufenschlitze 36 und
die Fluidauslaßstufenschlitze 38 an
der Scheibe asymmetrisch in bezug auf die Orientierungsstiftlöcher 46 und
insbesondere in bezug auf die Plenumenden 42, 44 konfiguriert.
Diese asymmetrische Konfiguration der Schlitze 36, 38 zusammen
mit der selektiven Positionierung der Scheiben 30a–d gemäß 3 verhindert,
daß in
der gestapelten Scheibenanordnung ein ununterbrochener axialer Durchflußweg vorhanden
ist. Außerdem
verhindert dieses Merkmal die Erregung einer Schallsäulenresonanz,
die bei einer hindernisfreien axialen Kammer auftreten könnte.
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Die 4, 5 und 6 zeigen
die Art und Weise, wie sich die Fluiddurchflußbahn als eine dreidimensionale
Durchflußbewegung
durch den Ventilkorb 10 erstreckt. Zur Erleichterung der
Beschreibung der Durchflußbahn
sind in den 3 und 4 die unterste
Scheibe 30a und die darauf folgenden oberen Scheiben 30b, 30c und 30d gleich bezeichnet,
was auch für
die 5 und 6 in dem angesichts der dortigen
schematischen Darstellung möglichen
Umfang gilt. Zuerst tritt der Fluidstrom an dem hohlen Mittelbereich 32 in
jeden der Fluideinlaßstufenschlitze 36 ein.
Zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung wird die
dreidimensionale Durchflußbahn
durch einen der Fluideinlaßstufenschlitze 36 zu
einer Vielzahl von Fluidauslaßstufenschlitzen 38 beschrieben.
Speziell ist zu beachten, daß trotz
einer dreidimensionalen Durchflußbewegung durch die gestapelten
Scheiben der Auslaß dennoch
vorteilhaft auf demselben Niveau wie der Einlaß liegt.
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Beispielhaft
tritt Fluid in den Fluideinlaßstufenschlitz 36a in
der Scheibe 30b ein. Der Fluidstrom verläuft zwischen
den verjüngten
Kanälen 52 und
zu dem hinteren Schlitzbereich 54 und verläuft axial
aufwärts
sowie axial abwärts
durch den hinteren Schlitzbereich 54 und in die Kammern 40 der
unteren Scheibe 30a sowie der oberen Scheibe 30c.
Nach Aufteilung in zwei anfängliche
Axialrichtungen verläuft
der Fluiddurchfluß nunmehr
in einer Vielzahl von radialen Durchflußrichtungen innerhalb des Plenums 40a der Scheibe 30a sowie
in dem Plenum 40c der Scheibe 30c.
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Als
nächstes
trifft der Fluiddurchfluß auf
eine Vielzahl von jeweiligen vorderen Schlitzbereichen 56 von
jeweiligen Fluidauslaßstufenschlitzen 38.
Als Beispiel trifft jede der Fluiddurchflußbahnen in den Kammern 40a und 40c auf
einen vorderen Schlitzbereich 56a, so daß die Fluidströme jeweils
axial aufwärts
und axial abwärts
durch den vorderen Schlitzbereich 56a und aus dem jeweiligen
Fluidauslaßstufenschlitz 38a der
Scheibe 30b ausströmen.
Es versteht sich, daß dies
nur ein Beispiel des Fluiddurchflusses aus den Kammern ist, der
durch einen Auslaßschlitz
strömt.
In der Praxis wird der Fluiddurchfluß in dem Plenum 40a und
dem Plenum 40c umfangsmäßig durch
eine Vielzahl von radialen Fluidauslaßstufenschlitzen 38 verteilt.
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Unter
beispielsweiser Bezugnahme auf 5 erkennt
man, daß der
anfängliche
Fluideinlaßstrom
in die Scheibe 30b zuerst in zwei anfängliche Axialrichtungen aufgeteilt
wird, um die untere Scheibe 30a und die obere Scheibe 30c zu
erreichen, und danach in einer Vielzahl von radialen Durchflußrichtungen
in dem jeweiligen Plenum 40a und 40c verläuft. An
den Auslaßstufen
verläuft
beispielsweise der Durchfluß in
dem Plenum 40c axial abwärts durch mehrere vordere Schlitzbereiche 56 des
jeweiligen Fluidauslaßstufenschlitzes 38 (siehe 6)
in der unteren Scheibe 30b sowie axial aufwärts durch eine
weitere Vielzahl von vorderen Schlitzbereichen 56 jeweiliger
Fluidauslaßstufenschlitze 38 in
der oberen Scheibe 30d. Es ist zu beachten, daß die Vielzahl von
radialen Durchflußrichtungen
innerhalb des Plenums 40a ebenfalls in eine obere Scheibe 30b sowie eine
untere Scheibe (in 5 nicht markiert) aufgeteilt
ist.
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6 zeigt,
daß in
jeder der jeweiligen Scheiben 30d, 30c und in
der nicht markierten Scheibe von 5 der Durchfluß umfangsmäßig durch
die und schließlich
aus der Vielzahl von radialen Auslaßschlitzen 38 verteilt
wird. Beispielsweise wird der Durchfluß aus dem Plenum 40c umfangsmäßig durch
viele vordere Schlitzbereiche (etwa 56a, b, c usw.) zu
einer Vielzahl von Auslässen
in den Scheiben 30b wie etwa 38a, b, c usw. verteilt.
Da also die großen
Kammern gemäß der vorliegenden
Erfindung viele in dem Ventilkorb 10 vorgesehene Auslaßschlitze
speisen, kann ein Zusetzen oder Blockieren von einem oder einigen
der Fluidauslaßstufenschlitze das
Betriebsverhalten dieser Vorrichtung nicht wesentlich ändern. Das
ist ein deutlicher Vorteil gegenüber
herkömmlichen
Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, die eine gekrümmte Durchflußbahn verwenden,
wobei eine Blockade in irgendeinem einzelnen Durchgang der Bahn
den Durchfluß vollkommen unterbrechen
kann. Auch ist zu beachten, daß die
bevorzugte Ausführungsform
eine gleichmäßige lineare Charakteristik
hat, weil jede Scheibe 30 sowohl Einlässe als auch Auslässe hat
und keine "Totpunkte" wie bei bekannten
Vorrichtungen mit gekrümmten Durchflußbahnen
vorhanden sind. Weitere erwünschte
Charakteristiken von nichtlinearen Durchfluß- gegenüber Bewegungs-Charakteristiken
könnten
erzielt werden, indem die Zahl von Einlässen und Auslässen bei
einigen Scheiben variiert wird.
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Wie
aus der Ausführungsform
von 2 ersichtlich ist, sind die komplementären Schlitzmuster in
zwei Gruppen angeordnet und nicht in alternierender Weise um den
Scheibenumfang herum verteilt. Ferner können Plenumkammern gleichen
Drucks in einer einzigen großen
Kammer vereinigt sein, wodurch viele Start- und Stoppvorgänge einer
Schneidflamme/eines Schneidlichtstrahls/eines Druckstrahls während der
Fertigung eliminiert werden. Dadurch wird auch der Umfang (die Schneidlänge) erheblich reduziert.
Wie zu sehen ist, führt
die Zusammenfassung von komplementären Schlitzmustern zu Gruppen
zu einem einzigen Scheibenlayout 30 für den kompletten Ventilkorb 10.
Eine vollständige
Durchflußbahn
ist durch die richtige Sequenzierung von Scheibenorientierungen
bestimmt. Es können
zwei oder mehr Gruppen an einer einzigen Scheibe verwendet werden.
Eine Zwei-Gruppen-Scheibe wie in 2 führt zu einer
Vierlagen-Korb-Unterbaugruppe, wie 3 zeigt,
wogegen eine Drei-Gruppen-Scheibe zu einer Sechslagen-Korb-Unterbaugruppe
führt. Vorteilhafte
Fluidlayoutmerkmale der Schlitzdurchgänge verringern die Anzahl Stufen,
die für
eine gegebene Dämpfung
notwendig sind, wodurch Größe und Komplexität der Elemente
minimiert werden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, daß die Scheibe 30 sämtliche
Schlitze 36, 38 an der einen Hälfte der Scheibe und die Plenumkammern 40 an
der anderen Hälfte
enthält.
Eine in 7 gezeigte alternative Scheibe 60 enthält abwechselnde
Gruppen von Schlitzen, d. h. Einlaßschlitzen 62 und
Auslaßschlitzen 64,
und Plenumkammern 66 um den gesamten Scheibenumfang herum.
Ein Plenum 66 ist für
jede Gruppe von Einlaß- und Auslaßschlitzen
vorgesehen. Die Verwendung der Scheibe 60 mit dem abwechselnden
Schlitz- und Plenummuster gemäß 7 verlangt
eine Korbuntergruppe von zwei Scheiben 60 in einer gestapelten
Sequenz, so daß eine
dreidimensionale Durchflußbewegung
erhalten wird und der Fluidauslaß immer noch auf demselben Niveau
wie der Fluideinlaß ist.
Bei der Ausführungsform
von 7 ist es jedoch schwierig, auf wirksame Weise
das asymmetrische Schlitzmuster zu implementieren, das einen ununterbrochenen
axialen Durchfluß blockiert.
Der Vorteil der Schlitz- und Plenumkonfiguration von 7 ist,
daß sie
erheblich größere Steifigkeit
als eine Konfiguration bietet, die längere Plenumkammern wie in
den 2 und 8 hat. Daher
wird der zulässige
Druckabfall gesteigert.
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Wie
in 7 zu sehen ist, hat ferner jede der Fluidauslaßstufen 64 gerade
Seiten 65 in den Schlitzen anstelle der abgeschrägten Seiten 58 der
Scheibe 30. Die geradseitigen Schlitze in der Auslaßstufe 64 sind
nicht so wirkungsvoll wie die abgeschrägten Seiten in bezug auf den
Erhalt eines niedrigen Schallumwandlungs-Wirkungsgrads der Vorrichtung.
Aber die geraden Seiten sind leichter mit herkömmlichen Schneidverfahren herzustellen
als die abgeschrägten
Seiten. Es versteht sich selbstverständlich, daß anstelle der geradseitigen
Schlitze die schrägseitigen Schlitze
wie etwa in der Scheibe 30 verwendet werden können, um
eine effizientere Stufe niedriger Rückgewinnung für die Fluidauslaßstufe 64 zu
bilden, falls das gewünscht
wird.
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Die 8(A) und 8(B) zeigen
eine andere alternative Konfiguration einer Scheibenstruktur nur zum
Zweck der Veranschaulichung. In 8(A) enthält die Scheibe 68 sämtliche
Fluideinlaßschlitze 70 und
Fluidauslaßschlitze 72,
die um den Umfang der Scheibe 68 herum in einem Muster
von vier Gruppen angeordnet sind (d. h. vier jeweilige Gruppen von Einlaß- und Auslaßschlitzen).
In 8(B) ist zu sehen, daß die zugehörige Scheibe 74 vier
Plenumkammern 76 hat, die um den Scheibenumfang herum angeordnet
sind. Die Verwendung der Scheiben 68 und 74 erfordert
eine Korb-Unterbaugruppe von vier Scheiben, um eine dreidimensionale
Durchflußbewegung
zu erhalten, wobei der Fluidaustritt auf demselben Niveau wie der
Einlaß liegt
und die Unterbrechungen des axialen Durchflusses wie bei den bereits
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung erhalten werden.
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Die 8(A) und 8(B) erfordern
die Herstellung und Stapelung von zwei unterschiedlichen Scheiben
anstatt der einzigen Scheibe der anderen Ausführungsformen. Außerdem ist
kein sich gleichmäßig ändernder
Durchflußwiderstand
gegeben, weil der Ventilstößel im Gegensatz
zu den anderen Ausführungsformen,
die eine gleichmäßige lineare
Charakteristik haben, stoßweise
arbeitet.
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Es
ist zu beachten, daß das
Schlitzmuster an aufeinanderfolgenden Scheiben variiert werden kann,
um den Druckabfall durch die Vorrichtung und die Durchflußkapazität zu ändern, falls
das gewünscht
wird. Beispielsweise können
an einer oder mehreren Scheiben weniger Einlaßschlitze im Vergleich mit
den nachfolgenden Scheiben in der Durchflußsequenz vorgesehen sein. Der
Vorteil einer einzigen erforderlichen Scheibe oder von zwei erforderlichen
Scheiben kann zwar verlorengehen, aber die Fähigkeit, die Ventildurchflußcharakteristik
(Durchfluß zu
Bewegung) zu ändern,
kann vielleicht vorteilhafter sein.
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9 zeigt
eine alternative Scheibe 78 mit Fluideinlaßstufenschlitzen 80,
Fluidauslaßstufenschlitzen 82 und
Plenumkammern 84 und weist ferner vier Öffnungen 86 auf. Die Öffnungen 86 sind so
ausgebildet, daß sie
eine jeweilige Schraube 88 aufnehmen, die durch jede der Öffnungen 86 in
jeder der Scheiben 78 einer gestapelten Scheibenkonfiguration
eingesetzt werden kann, um die gestapelten Scheiben miteinander
verschraubt zu halten. Die Verwendung einer verschraubten Anordnung
beseitigt die Notwendigkeit für
die Schweißperlen 48 von 1.
Es ist zu beachten, daß die
Serie von Schrauben 88 die Durchflußkapazität der gestapelten Scheibenanordnung
nicht proportional verringert, und zwar wegen der gemeinsamen Plenumposition
der vorliegenden Erfindung.
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Bei
jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
wird eine Zweistufen-Konstruktion verwendet, wobei das Fluid durch eine
Einlaßstufe
strömt
und durch ein Plenum mit einer Auslaßstufe gekoppelt wird. Alternativ
können dort,
wo das erwünscht
ist, eine Vielzahl von Druckreduzierstufen vorgesehen sein.
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Ein
Beispiel eines Vielfachstufenmusters gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in der Draufsicht von 10 zu
sehen, die eine Scheibe 90 mit sieben Stufen zeigt, sowie
in der Perspektivansicht von 11, die
eine Korbunterbaugruppe aus vier Scheiben 90 zeigt. Gemäß 10 weist
die Scheibe 90 eine Serie von Erststufeneinlaßschlitzen 92,
Plenumkammern 94, Zweitstufenschlitzen 96, Plenumkammern 98 usw.
auf, die zu den letzten, siebten Auslaßstufenschlitzen 100 führen. Wie
aus 10 zu sehen ist, haben die Schlitze 92, 96, 100 eine
Gestalt, die mehr als eine Fluiddurchgangs-Kontraktion/Expansion
pro Schlitzlänge
bildet.
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Es
wird auf 11 Bezug genommen, in der die
Perspektivansicht die Kopplung von Fluid aus dem Einlaßschlitz 92 durch
den dreidimensionalen Durchfluß durch
die Vierer-Untergruppe von Scheiben 90 bis zum letztendlichen
Austritt an der Auslaßstufe 100 auf
demselben Niveau wie die Einlaßstufe 92 zeigt.
Es versteht sich natürlich,
daß der
Fluiddurchfluß durch
die sieben Stufen, die in der gestapelten Scheibenkonfiguration
von 11 integriert sind, der gleiche wie der Durchfluß durch
die vorher beschriebene Zweistufenkonfiguration ist, d. h. von einer
Stufe zur nächsten
mittels der komplementären Schlitz-
und Plenummuster von benachbarten Scheiben.
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Diese
Siebenstufen-Ausführungsform
ist besonders nützlich
für Anwendungen
mit Flüssigkeitsströmen. In
Anbetracht der Vielzahl von Stufen kann jedoch ein erheblicher überlappter
Schlitzbereich vorhanden sein, der einen unerwünschten, ungehemmten axialen
Durchfluß durch
den Stapel zuläßt, und
daher kann eine dünne
Abstandsscheibe periodisch in die Stapelsequenz eingefügt werden,
um dieses Problem zu vermeiden. Gemäß der vorliegenden Lehre können vom
Fachmann auf diesem Gebiet alternative Ausführungsformen mit drei bis sechs
Stufen (und mehr als sieben Stufen) vorgesehen werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Fluiddruckreduziervorrichtung
der vorliegenden Erfindung in einem Fluidbegrenzungssteuerventil
vorzusehen; es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht darauf
beschränkt
ist. Die Vorrichtung kann als fest eingebaute Drossel in einer Rohrleitung entweder
auf- oder abstromseitig von einem Steuerventil implementiert werden,
oder sie kann vollständig
unabhängig
von der Lage eines Steuerventils verwendet werden.
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Die
vorstehende genaue Beschreibung dient nur dem guten Verständnis, und
es sollen keine unnötigen
Beschränkungen
daraus abgeleitet werden, da Modifikationen im Rahmen der Patentansprüche für den Fachmann
offensichtlich sind.