DE9219083U1

DE9219083U1 - Ventil-Ausgestaltung für die Druckeinstellung in Strömungsmedien

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Publication number: DE9219083U1
Application number: DE9219083U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2002-11-27
Also published as: DE4239767A1

Description

ZENZ · HELBER · HOSBACH & PARTNER

Patentanwälte · European Patent Attorneys · D-64673 Zwingenberg, Scheuergasse 24

Tel.: 06251/73008 Fax.:06251/73156

Reglerbau Hannemann GmbH & Co. KG, Prof.-Oehler-Str. 10,

40589 Düsseldorf

Ventil-Ausgestaltung für die Druckeinstellung in

Strömungsmedien

Die Erfindung betrifft eine Ventil-Ausgestaltung für die Druckeinstellung in flüssigen und/oder gas- bzw. dampfförmigen Strömungsmedien mit einem zwischen einem hochdruckseitigen und einem niederdruckseitigen Gehäuseraum angeordneten Ventilsitz, dessen Durchlaßquerschnitt durch einen in bezug auf den Ventilsitz lageverstellbaren Ventilkegel veränderbar ist.

Stellventile, in denen der Druck in einem Strömungsmedium 0 entsprechend einem vorgegebenen Druckgefälle abgesenkt wird, arbeiten nach dem Drosselprinzip, d.h. kinetische Energie des strömenden Mediums wird in Wärme umgesetzt, woraus eine Druckabsenkung resultiert. Insbesondere dann, wenn große Mengen des Strömungsmediums von sehr hohem auf 5 niedrigen Druck entspannt werden sollen, d.h. ein großes Druckgefälle angestrebt wird, verursacht der Drosselvorgang bei den bekannten Ventilen Schwingungen, welche sich in

Form von Geräuschen bemerkbar machen, die sowohl vom Lärmpegel als auch der Frequenz her ausgesprochen unangenehm sein können. Außerdem können die Schwingungen Anlaß zu vorzeitigem Verschleiß sein. 5

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ventil-Ausgestaltung anzugeben, welche auch bei hohen Druckgefällen schwingungs- und geräuscharm arbeitet und eine hohe Lebensdauer gewährleistet.

Ausgehend von einer Ventil-Ausgestaltung der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ventilsitz einen im wesentlichen zylindrischen Durchlaßquerschnitt und der Ventilkegel eine im wesentlichen komplementär zylindrische äußere Umfangsflache aufweist und daß in der zylindrischen Umfangsflache des Ventilkegels zwei Gruppen von gewindegangartig von der Zuström- zur Abströmseite des Ventilkegels verlaufende nutartige Überströmkanäle vorgesehen sind, wobei die 0 Überströmkanäle der beiden Gruppen entgegengesetzten Windungssinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ventilkegel-Umfangs- und -Längsrichtung zueinander versetzten Kreuzungspunkten schneiden. Der Druckabbau erfolgt also in den nutartigen Überströmkanälen, die vergleichbar mit mehrgängigen Links- und Rechtsgewinden in die zylindrische Umfangsflache des Ventilkegels eingearbeitet sind. In den Kreuzungspunkten der Überströmkanäle treffen die dort jeweils in unterschiedliche Richtungen strömenden Teilströme des Strömungsmediums aufeinander und verwirbeln, wodurch 0 kinetische Energie vernichtet wird. Die Anzahl der nacheinander auf die Teilströme zur Einwirkung kommenden Kreuzungspunkte kann durch die Wahl der Gangzahl und der Steigung der Überströmkanäle sowie durch die Länge des zylindrischen Ventilsitzes sowie des zylindrischen Ventilkegels 5 verändert werden. D.h. das gesamte Druckgefälle wird somit in einer in weitem Umfange konstruktiv wählbaren Anzahl von Drosselstufen jeweils nach und nach erreicht. Da der

Druckabfall in den einzelnen Drosselstufen relativ gering ist, resultiert hieraus eine geringe Schwingungsanregung und die Ventil-Ausgestaltung arbeitet auch bei hohem Gesamt-Druckgefälle lärmarm.
5

Die Überströmkanäle werden zweckmäßig so ausgebildet, daß ihre Nuttiefe von der Zuström- zur Abströmseite zunimmt.

Dabei empfiehlt es sich, die in Richtung seiner Längsmittelachse gemessene Länge des Ventilkegels größer als die in gleicher Richtung gemessene Länge des zylindrischen Ventilsitzes auszubilden. Je nach Längseinstellung des Ventilkegels wirken dann Abschnitte der Überströmkanäle mit größerer oder geringerer Nuttiefe mit dem Ventilsitz zusatnmen, wodurch die Drosselwirkung und somit die Druckabsenkung im Strömungsmedium veränderbar und damit auch an unterschiedlichen Betriebscharakteristiken von Pumpen anpaßbar ist.

In der zylindrischen Begrenzungsfläche des Ventilsitzes wird zweckmäßig wenigstens eine, vorzugsweise mehrere in Richtung der Längsmittelachse zueinander versetzte umlaufende Nut(en) vorgesehen. Diese umlaufenden Nuten haben eine bewußt angestrebte Störfunktion, durch welche ein einseitiger Strömungsdrall verhindert wird.

Der Ventilsitz wird zweckmäßig in einem gesondert hergestellten und in das Gehäuse eingesetzten buchsenartigen Ventilsitz-Bauteil ausgebildet, welches im Gehäuse eingeschweißt oder eingelötet sein kann. Alternativ ist auch eine demontierbare Anordnung des buchsenartigen Ventilsitz-Bauteils im Gehäuse möglich. Aufgrund der gesonderten Herstellung des Ventilsitz-Bauteils ist es möglich, für den Ventilsitz besonders geeignetes verschleißfestes Material auszuwählen und die Bearbeitung der zylindrischen Sitzfläche sowie der gegebenenfalls vorgesehenen umlaufenden Nuten mit der erforderlichen Genauigkeit durchzuführen.

Der Ventilkegel weist zweckmäßig zuströmseitig einen nicht mit Überströmkanälen versehenen umlaufenden zylindrischen Schließabschnitt auf, der gegenüber dem zylindrischen Außendurchmesser des mit Überströmkanälen versehenen restlichen Teils des Ventilkegels auch noch einen etwas vergrößerten Druchmesser haben kann, wobei der Ventilsitz zuströmseitig dann mit einer zum Schließabschnitt komplementären Ansenkung versehen sein kann. Sobald der Schließabschnitt in die Ansenkung eingefahren ist, ist das Ventil dann vollständig abgesperrt.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, welche den Ventilkegel mit dem zugehörigen Betätigungsschaft in einer Seitenansicht und den zugehörigen Ventilsitz und Teile des Gehäuses im Schnitt zeigt.

Von der in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Ventil-Aus-0 gestaltung sind in der Zeichnung nur die für die Druckherabsetzung wesentlichen Funktionsteile im einzelnen dargestellt, während beispielsweise vom Gehäuse nur die unmittelbar an den gesondert hergestellten, die zylindrische Ventilsitzfläche 14 aufweisenden Ventilsitz-Bauteil 16 anschließende Trennwand 12 zwischen der Hochdruckseite p^_ und der Niederdruckseite P2 des Ventilgehäuses dargestellt ist.

In die Ventilsitzfläche 14 taucht der grundsätzlich komplementär zylindrische Ventilkegel 18 ein, an dessen hochdruckseitiger Stirnfläche mittig ein Betätigungsschaft 20 0 angesetzt ist, welcher in üblicher Weise - z.B. durch eine (nicht gezeigte) Stoffbüchse oder eine Faltenbalgdichtung gegen Austritt von Strömungsmedium abgedichtet und in Längsrichtung verschieblich durch einen Gehäusedeckel 22 geführt ist. Durch Verschieben des Betätigungsschafts mittels einer - nicht gezeigten, am ventilkegelabgewandten Ende des Betätigungsschafts 20 vorgesehenen - Handhabe von Hand oder eines Servoaggregats kann der Ventilkegel 18 in

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seiner Lage innerhalb der Sitzfläche verändert und im Extremfall auch ganz aus der Sitzfläche herausgezogen werden. Im dargestellten Fall ist der gesondert hergestellte Ventilsitz-Bauteil 16 in einem Durchlaß in der Trennwand 12 eingeschweißt oder eingelötet, jedoch ist alternativ auch die demontierbare Anordnung des Ventilsitz-Bauteils denkbar.

Über den größeren Teil der Höhe sind in die Umfangsflache des Ventilkegels zwei Gruppen von gewindegangartig von der Zuström- zur Abströmseite verlaufenden nutartigen Überströmkanälen 24a, 24b vorgesehen, wobei die Überströmkanäle der beiden Gruppen entgegengesetzten Windungssinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ventilkegel-Umfangs- und -Längsrichtung zueinander versetzten Kreuzungspunkten 24c schneiden. Die Nuttiefe der Überströmkanäle nimmt von der Hochdruck- oder Zuströmseite zur Niederdruck- bzw. Abströmseite kontinuierlich derart zu, daß der Nutgrund der Überströmkanäle jeweils auf der Hüllfläche 26 eines sich in Durchströmungsrichtung verjüngenden Kegelstumpfs liegt.

Die in Richtung seiner Längsmittelachse gemessene Länge des mit den Überströmkanälen 24a, 24b versehenen Abschnitts des Ventilkegels 18 ist größer als die Längserstreckung der Ventilsitzfläche 14, so daß die Drosselwirkung des Ventilkegeis 18 durch Längsverschiebung des Ventilkegels 18 innerhalb der Sitzfläche 14 veränderbar ist. Am oberen betätigungsschaftseitigen Ende weist der Ventilkegel 18 einen im Durchmesser etwas vergrößerten zylindrischen Abschnitt 28 auf, der frei von Überströmkanälen ist. Wenn die Übergangsfläche dieses Abschnitts 28 bis in Anlage an die hochdruckseitige Begrenzungskante der Ventilsitzfläche 14 in Anlage oder der Abschnitt 2 8 in eine komplementär passende Ansenkung 30 im Ventilsitz-Bauteil eingefahren wird, ist 5 die Hochdruckseite P₁ ganz gegen die Niederdruckseite P2 abgeschlossen, d.h. das Ventil steht in der Schließstellung .

In der Ventilsitzfläche. 14 des Ventilsitz-Bauteils 16 sind noch mit Abstand voneinander umlaufende Nuten 32 eingearbeitet, welche einerseits die Funktion von einer Labyrinthdichtung haben und andererseits aber auch eine einen einseitigen Strömungsdrall verhindernde gewollte Störfunktion haben.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ventil-Ausgestaltung verwirklichbar sind. So ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Ventil-Ausgestaltung sowohl in gesondert hergestellten mit eigenen Gehäusen versehene Ventilen als auch in Form eines Einbauaggregats in entsprechend ausgestalteten Gehäusen, z.B. von Pumpen oder Turbinen anwendbar ist.

Claims

.Schutzansprüche

1. Ventil-Ausgestaltung für die Druckeinstellung in flüssigen und/oder gas- bzw. dampfförmigen Strömungsmedien mit einem zwischen einem hochdruckseitigen und einem niederdruckseitigen Gehäuseraum angeordneten zylindrischen Ventilsitz, dessen Durchlaßquerschnitt durch einen in bezug auf den Ventilsitz lageverstellbaren Ventilkegel veränderbar ist, der eine im wesentlichen komplementär zylindrische äußere Umfangsflache aufweist, in der eine Anzahl von von der Zustöm- zur Abströmseite des Ventilkegels verlaufenden nutartigen Überströmkanälen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei Gruppen von gewindeartig von der Zuström- zur Abströmseite verlaufenden Überströmkanälen (24a; 24b) vorgesehen sind, und

daß die Überströmanäle (24a; 24b) der beiden Gruppen entgegengesetzten Windungssinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ventilkegel-Umfangs- und Längsrichtung zueinander versetzten Kreuzungspunkten (24c) schneiden.

2. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuttiefe der Überströmkanäle {24a,- 24b) von der Zuström- zur Abströmseite derart kontinuierlich zunimmt, daß der Nutgrund der Überströmkanäle jeweils auf der Hüllfläche (26) eines sich in Durchströmrichtung verjüngen-0 den Kegelstumpfes, eines Rotatxonsparaboloids oder eines anderen rotationssymmetrischen Körpers liegt.

3. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung seiner Längsmittelachse gemessene Länge des Ventilkegels (18) größer ist als die in gleicher Richtung gemessene Länge des zylindrischen Ventilsitzes (14) .

4. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Begrenzungsfläche des Ventilsitzes (14) wenigstens eine radial umlaufende Nut {32) vorgesehen ist.

5. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Begrenzungsfläche des Ventilsitzes (14) mehrere in Richtung der Längsmittelachse zueinander versetzte umlaufende Nuten (32) vorgesehen sind.

6. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (14) in einem gesondert hergestellten und in das Gehäuse (12) eingesetzten Ventilsitz-Bauteil (IS) ausgebildet ist.

7. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz-Bauteil (16) im Gehäuse eingeschweißt oder eingelötet ist.

8. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz-Bauteil (16) demontierbar im Gehäuse angeordnet ist.

9. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (18) -zuströmseitig einen nicht mit Überströmkanälen versehenen umlaufenden zylindrischen Schließabschnitt (28) aufweist.

10. Ventil-Ausgestaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schließabschnitt (28) einen gegenüber dem zylindrischen Außendurchmesser des mit den Überströmkanälen versehenen restlichen Teils des Ventilkegeis vergrößerten Durchmesser aufweist.

11. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (14) zuström-

seitig mit einer verschleißhemmenden Panzerung (30) versehen ist.

12. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (18) ein einstückiger Bauteil aus Metall ist, in welchen die Überströmkanäle
(24a; 24b) eingearbeitet sind.

13. Ventil-Ausgestaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (18) aus einer Anzahl von stapelartig aufeinanderliegenden, gegen Drehung relativ zueinander gesicherten Einzelscheiben (18a, 18b,
18c,...) zusammengesetzt ist.