DE842568C - Ventil - Google Patents

Ventil

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Publication number
DE842568C
DE842568C DEE711D DEE0000711D DE842568C DE 842568 C DE842568 C DE 842568C DE E711 D DEE711 D DE E711D DE E0000711 D DEE0000711 D DE E0000711D DE 842568 C DE842568 C DE 842568C
Authority
DE
Germany
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valve
flow
valve according
pressure
wall
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Expired
Application number
DEE711D
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English (en)
Inventor
Willy Dr Neumeister
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JOHANNES ERHARD FA
Original Assignee
JOHANNES ERHARD FA
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Publication date
Application filed by JOHANNES ERHARD FA filed Critical JOHANNES ERHARD FA
Priority to DEE711D priority Critical patent/DE842568C/de
Application granted granted Critical
Publication of DE842568C publication Critical patent/DE842568C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/12Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with streamlined valve member around which the fluid flows when the valve is opened

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Valves (AREA)
  • Lift Valve (AREA)

Description

  • Ventil Zur Drosselung von Durchflußmengen werden Ventile mit ringförmiger Hindurchführung des strömenden Mediums um ein festes Einsatzstück sowohl wegen ihrer geringen Verstellkräfte als auch wegen ihrer vorteilhaften Wasserführung verwendet. Bei niedrigem Gegendruck arbeiten jedoch auch sie nicht vollständig kavitationsfrei, insbesondere dann nicht, wenn ihre Lichtweite im Auslaufquerschnitt kleiner ist als die Rohrleitung.
  • Zur Bekämpfung dieser Erscheinung ist es bekannt, derartige Ventile durch ein kleineres Umgehungsventil derselben Bauart zu entlasten. Das Umgehungsventil ermöglicht es, bei kleinen Durchflußmengen das Hauptventil vollkommen zu schließen und so die bei sehr kleinen Durchtrittsspalten am Hauptventil sonst eintretenden Kavitationserscheinungen zu vermeiden, während die Strömung durch das kleine Umgehungsventil kavitationsfrei geregelt werden kann.
  • Auch hat man vorgeschlagen, den Strahl des Hauptventils durch Unterteilung in einzelne kleinere Strahlen aufzulösen, um die Strömungsenergie der durch -das Ventil tretenden Flüssigkeit durch innigere und intensivere Vermischung mit dem umgebenden Totwasser besser zu vernichten, wodurch das Auftreten von Kavitationsräumen weitgehend vermieden wird. Die Strahlenauflösung erfolgt durch eine mit geeignet geformten Schlitzen versehene Büchse, in der .sich der Absperrkörper des Ventils bewegt und den gewünschten Öffnungsquerschnitt einzustellen gestattet. Diese Anordnung ist umständlich und teuer und befriedigt auch sonst nicht vollständig.
  • Bei dem Ventil nach der Erfindung werden die Kavitationserscheinungen dadurch vermieden, daß bei seiner Drosselstellung das Druckgefälle in Rotationsenergie umgesetzt wird. Zu diesem Zweck sind der Erzeugung von Drallströmung dienende Leitschaufeln im äußeren oder äußeren und inneren Teil des Ringraumes auf der Zuflußseite vorgesehen, wobei im letzteren Falle die außenliegenden Schaufeln eine stärkere Krümmung aufweisen als die innenliegenden. Es erfolgt dann durch die Zentrifugalwirkung eine stärkere Anpressung des Was-. sers an die Gehäusewandung des Schieberauslaufs, so daß sich dort. keine Kavitation bilden kann. Im Auslaufrohr des Ventils sowie in der dahinterliegenden Rohrstrecke wird die Rotationsenergie durch Reibung allmählich vernichtet.
  • Es sind zwar Ventile bekannt, bei denen innerhalb des Ventilgehäuses ebene und angenähert tangential zum Ventilkolbenumfang stehende Führungsplatten für die senkrecht zur Ventilkolbenachse zuströmende Flüssigkeit vorgesehen sind. Jedoch handelt es sich hierbei um Ventile, bei denen die unter Druck stehende Flüssigkeit in einen nicht mit Flüssigkeit gefüllten Raum hineinstürzt, und es wird bezweckt, zur Vermeidung der auf die den Raum umschließenden Wandungen ausgeübten zerstörenden Wirkung des Flüssigkeitsstrahles den massiven Wasserzylinder des Strahles durch Zentrifugalwirkung in einen Hohlkegel aufzulösen. Die kinetische Energie der Flüssigkeit wird dadurch abgeschwächt, ihre Wirkung verteilt sich über eine größere Wandfläche, und es soll so die zerstörende Einwirkung auf die raumbegrenzenden Wandungen beseitigt werden. Die Vermeidung von Kavitationserscheinungen im Sinne vorliegender Erfindung wird auf diese Weise weder beabsichtigt noch erreicht.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich . aus der nachstehenden Beschreibung und aus der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.
  • Fig. i zeigt .einen Längsmittelschnitt durch eine Bänart mit nur im äußeren Ringraumteil angeordnetem Leitschaufelkranz; Fig. 2 ist ein abgewickelter Teilschnitt nach der Linie 1I-11 der Fig. i Fig. 3 veranschaulicht einen senkrechten Längsmittel.schnitt durch eine Ausführungsform mit je im äußeren und inneren Ringraumteil angeordnetem Schaufelkranz; Fig. :I und 5 sind abgewickelte Teilschnitte nach den Linien IV-IV und V-V der Fig. 3; Fig.6 stellt schematisch die Gesamtanordnung einer Druckmindereinrichtung dar.
  • In den Ausführungsbeispielen bezeichnet a die Außenwandung, b den Ringraum, c den Ventilkolben und d den Kolbenantrieb des Ventils. Die Außenwandung ist bei e quer geteilt, um einen Ring f einsetzen zu können, der entweder gemäß Fig. i nur Schaufeln g für den äußeren Ringraumteil oder gemäß Fig.> 3 Schaufeln g, 1e für den lä.tißeren und inneren Ringraumteil aufweist. Die Schaufeln haben die Aufgabe, das ausfließende Wasser in DrallströMung zu versetzen, wodurch seine Außenschicht an die Wandung .des Ventilauslaufes gedrängt wird, so daß sich eine Kavitation nicht bilden kann. Der als Diffusor wirkende Auslauf i besteht vorzugsweise aus einem Rotationshyperboloid, das stetig in die zylindrische Wand des Auslaufrohres übergeht.
  • Die nur eine Verscbaufelung im äußeren Ringraum zeigende Ausführungsform nach Fig. i ist für große Gefälle und kleinen Druckverlust bei voll geöffnetem .Ventil bestimmt; sie eignet sich besonders, wenn die Widerstandshöhe der Rohrleitung bei voller Leistung ihr Gefälle ganz oder größtenteils - aufzehrt: ° Um die Durchflußmenge herabzusetzen, muß dieses Ventil sehr stark gedrosselt werden, so daß das gesamte Wasser durch den verschaufelten Ringraum strömt, weil der unverschaufelte Teil durch den Ventilkolben bei starker Drosselung vollständig abgesperrt wird. Der Drall i-st bei dieser Drosselstellung wesentlich größer als bei voll geöffnetem Ventil.
  • Wenn das Ventil in vollständig geöffneter Stellung einen geringsten Druckverlust auf wei"n@ °sall, wird entsprechend dem gezeichneten Beispiel die Drallströmung am vorteilhaftesten im zylindrischen Ringraum erzeugt, wo der größte Achsabstand vorhanden ist. Infolge .der Aufrechterhaltung des Drehimpulses in einer Strömung genügen dann kleine Umlenkwinkel, um bei einem nicht eingeschnürten Ventil am Übergang in den Auslauf eine gute Wandpressung durch Strömung zu erzeugen. Kleine Umlenkwinkel erlauben auch großen Abstand der Schaufeln, die dann nicht mehr als Leitwand, sondern nur noch nach Art eines Tragflügels zu wirken brauchen.
  • In der Drosselstellung ist dann allerdings der Drall nicht mehr ausreichend. Wenn der Druckverlust im geöffneten Zustand weniger wichtig ist als ein kavitationsfreier Betrieb in Drosselstellungen, müssen die Leitschaufeln g durch eine bis an die Bewegungsbahn des Ventilkolbens .c geführte Ringwand j so abgedeckt werden, daß von einer bestimmten Stellung des Ventilkolbens c ab das Wasser nur noch durch die Leitschaufeln g strömen kann, während es bei stärker geöffnetem Ventil auch vor der Ringwand j, ohne die Schaufeln g zu durchfließen, abströmen kann.
  • Dadurch ist ein gewisser zusätzlicher Druckverlust unvermeidlich. Die Drallenergie besitzt dann ihren Höchstwert, wenn der Kolben c des Ventils den Leitschaufelkranz g vollständig freigibt, den übrigen Durchflußquerschnitt jedoch vollständig abriegelt. Bei stärkerer Drosselung geht die Drallenergie in der Strömung wieder zurück. Bei richtiger Wahl der Leitschaufelhöhe ist jedoch die Durchflußmenge dann ebenfälls schon so gering, daß der Ringstrahl sich nicht mehr an der Austrittsstelle an die Wand anzulegen braucht.
  • Infolge des Umlenkwiderstandes ist zwar die Energie der wandnahem Schichten kleiner als die <les iibrigen Strahles, die :lbsol,utwerte sind jedoch hei vollständig geöffnetem Ventil so klein, daß der Zusammenhang der beiden Strömungen im engsten Querschnitt und im Auslauf gewahrt bleibt. Durch den (,riterdruck zwischen den beiden Ströpnungen wird der mit geringer Rotationsenergie versehene innere Strahl zur Divergenz veranlaßt, ohne daß jedoch wie beim gewöhnlichen Diffusor die Randschichten durch ihren Energieverlust in der Grenzschicht zur Rückströmung veranlaßt werden. Die Grenzschicht an der Rohrwandung erhält durch die 1)rallströmung dauernd neue Energie zugeführt, so daß auch dort keine Rückströmung stattfinden kann.
  • Dafür die Durchflußmenge nur die axiale Komponente maßgeblich ist, die Reibung jedoch vom Quadrat der resultierenden Geschwindigkeit abhängt, steigt die Oberflächenreibung der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber einer rein axialen Durchströmung entsprechend an. Die Oberflächenreihung ist jedoch gering gegenüber dem durch Wirbelablösung hzw. Rückströmung im Diffusor hervorgerufenen Energieverlust. Dies zeigen die sehr guten :\usflußzahlen von geeignet geformien Düsen, bei denen der Druckverlust 2% und weniger der Geschwindigkeitshöhe ist, während die Difftisoren Druckverluste von io bis 200/0 besitzen.
  • Vom Standpunkt der Oberflächenreibung aus gesehen, inüßte das Verhältnis umgekehrt sein, da die Geschwindigkeiten im Diffusor an der Wandung verhältnismäßig kleiner sind als in der Einlaufdüse. 'Maßgeblich für den Energieverlust sind die Vorgänge in der Grenzschicht; im Diffusor erhält diese infolge der Divergenz der Stromlinien keine Energie von den benachbarten Linien, so daß der Druckanstieg im Diffusor die wandnahen Schichten, die ihre axiale Strömungsenergie eingebüßt haben, zur Rückströmung veranlaßt.
  • Da der Druckanstieg bis weit hinter den Diffusor sich erstreckt, bildet sich eine entsprechend große ringförmige Walze aus, in der ständig durch Impulsaustausch Energie verzehrt wird, die den 1?nergieverlust durch Oberflächenreibung ganz wesentlich übersteigt. Die Rotation der äußeren Schichten vermeidet nun bei der erfindungsgemäßen Anordnung das Auftreten dieser Rückströmungen.
  • Im gedrosselten Zustande wird der Anteil der Drallströmung im Ventil immer größer, da der nuersclinitt der inneren Strömungsschichten immer mehr abgedeckt wird. Dadurch bildet sich je nach der Höhe des Gegendruckes mit zunehmender Drosselung ein Hohlraum zwischen diesen beiden Strömungen aus, der jedoch nirgends eine Wandung erreicht.
  • An der Oberfläche dieses Hohlraumes, der in der Mitte der Strömung aufsteigt, findet kein Energieverlust statt, da ja keine reibende Wand vorhanden ist. Diese freie Oberfläche bildet sich immer dann aus, wenn gemäß dem Satz von der Erhaltung des Impulsmomentes die Rotation der achsnahen Schichten so hoch ansteigt, daß die Dampfspannung des Wassers unterschritten wird. Die axiale Energie c1es Wassers erfährt dabei keine Veränderung und dient zur Abfuhr des Wassers in die Rohrleitung. Steigt der Druck beispielsweise infolge einer Überdruckwelle im Ventil an, ,so verengt sich dieser Hohlraum so lange, bis das Gleichgewicht zwischen Zentrifugalpressung und statischem Druck wiederhergestellt ist. Die Druckwellen werden somit durch den Hohlraum teilweise reflektiert, so daß ein Teil der Energie zurückgeworfen wird, der übrige Teil in die Rohrleitung hinter dem Ventil albwandert.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig.3 kommt für Verbindungsleitungen zweier Druckzonen in Frage. Der äußere Ringraum stellt den größeren Teil des gesamten Durchlaßquerschnittes dar. Seine Schaufeln g sind stärker gekrümmt und in größerer Anzahl vorhanden als die Schaufeln h des inneren Ringraumes. In der Achse der Rohrleitung tritt hierbei hinter dem voll geöffneten Ventil die vorstehend erwähnte., durch gestrichelte Linien ange-, deutete Hohlraumbildung auf, die einen weichen, stoßfreien Ausgleich für die noch verbleibenden Unregelmäßigkeiten in der Strömung ermöglicht. Der Hohlraum ist nämlich durch Stromlinien mit großer Drallkomponente begrenzt, so daß der zum Zusammenpressen des Hohlraumes auf einen kleineren Durchmesser erforderliche Druck im umgekehrten Verhältnis mit dem Quadrat des Durchmessers ansteigt. Die Länge des Hohlraumes hängt von der Energievernichtung in der Rohrleitung hinter dem Ventil ab. Normalerweise wird man die Drallströmung vor dem Eintritt in die Niederdruckleitung durch Staurippen abschwächen bzw. vernichten.
  • Die Gesamtanordnung einer solchen Druckmindereinrichtung zeigt Fig. 6, in der k die Hochdruck- und m die Niederdruckleitung bezeichnet. In der Verbindungsleitung n ist das Ventil a eingebaut. Bei wenig geöffnetem Ventilkolben bildet sich eine stark drehende Ringströmung an der Rohrwandung hinter dem Ventil aus, während der verbleibende kreisförmige Querschnitt von einer sich drehenden Wassersäule ausgefüllt ist. Die Wasserwalze verhält sich ungefähr wie ein starrer Körper. Mit zunehmender Öffnung des Ventils wird sie immer kleiner und geht sogar je nach dem Gegendruck in einen Hohlraum über. Vor dem Eintritt in die Niederdruckleitung m befinden sich zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichter o zur Vernichtung der Drallströmung. Die Durchflnl3-fähcgkeit des Ventils ist von der Bemessung des inneren Schaufelkranzes lc abhängig.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ventil mit ringförmiger Hindurchführung des strömenden Mediums; niedrigem Durchflußwiderstand und kavitationsfreiem Betrieb in Drosselstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugung von Drallströmung dienende Leitschaufeln im äußeren oder äußeren und inneren Teil des Ringraumes auf der Zuflußseite vorgesehen sind, wobei im letzteren Falle die außenliegenden Schaufeln eine stärkere Krümmung aufweisen als die innenliegenden.
  2. 2. Ventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß .der im äußeren Ringraumteil angeordnete Leitschaufelkranz (g) durch eine vorzugsweise bis zur Ventilkol'benbahn reichende Ringwand (1) von den im inneren Ringraumteil fließenden Stromschichten getrennt ist.
  3. 3. Ventil nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rimgraumteil den größeren Durchflußquerschnitt aufweist und mehr Schaufeln enthält als der innere Ringraumteil.
  4. 4. Ventil nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch die Drallströmung wieder axial richtende Wände (o) im Ventilauslaufrohr.
  5. 5. Ventil nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Diffusor (i) aus einem Rotationshyperboloid besteht, .das stetig in die zylindrische Wand des Abflußrohres übergeht. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 391 407.
DEE711D 1943-09-21 1943-09-21 Ventil Expired DE842568C (de)

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DE (1) DE842568C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1119594B (de) * 1954-03-03 1961-12-14 Eta Corp G M B H Ventil fuer Brennkraftmaschinen
DE3137710A1 (de) * 1981-09-22 1983-04-07 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Stellventil, insbesondere zur steuerung und regelungvon dampfturbinen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1119594B (de) * 1954-03-03 1961-12-14 Eta Corp G M B H Ventil fuer Brennkraftmaschinen
DE3137710A1 (de) * 1981-09-22 1983-04-07 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Stellventil, insbesondere zur steuerung und regelungvon dampfturbinen

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