EP4264097A1 - Drosselkolben zum reduzieren von fluiddruck in einem stellventil - Google Patents

Drosselkolben zum reduzieren von fluiddruck in einem stellventil

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Publication number
EP4264097A1
EP4264097A1 EP21839031.8A EP21839031A EP4264097A1 EP 4264097 A1 EP4264097 A1 EP 4264097A1 EP 21839031 A EP21839031 A EP 21839031A EP 4264097 A1 EP4264097 A1 EP 4264097A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
throttle piston
channels
chambers
pressure distribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839031.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Eckholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samson AG
Original Assignee
Samson AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samson AG filed Critical Samson AG
Publication of EP4264097A1 publication Critical patent/EP4264097A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K47/00—Means in valves for absorbing fluid energy
    • F16K47/04—Means in valves for absorbing fluid energy for decreasing pressure or noise level, the throttle being incorporated in the closure member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
    • F16K3/22—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution
    • F16K3/24—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with sealing faces shaped as surfaces of solids of revolution with cylindrical valve members
    • F16K3/246—Combination of a sliding valve and a lift valve

Definitions

  • Restrictor spool for reducing fluid pressure in a control valve
  • the invention relates to a throttle piston for reducing fluid pressure in a control valve for a process plant, such as a chemical plant, for example a petrochemical plant, a power plant, for example a nuclear power plant, a food processing plant such as a brewery, or the like.
  • the throttle piston is configured to reduce fluid pressure from a high pressure region to a low pressure region, the throttle piston being translationally movable in an axial direction and defining a radial direction transverse to the axial direction and a circumferential direction related to the axial direction.
  • the potential energy (pressure) of a fluid can generally be converted into kinetic energy (high speed) and, by means of subsequent rapid deceleration (turbulence), converted into heat by friction and thus dissipated.
  • kinetic energy high speed
  • turbulentence rapid deceleration
  • heat heat
  • noise emissions i.e. throttling noises
  • Wear-promoting process conditions occur, for example, when very high local differential pressures occur at a valve. Very high local differential pressures are particularly problematic when there are large mass flows at the same time, and experience has shown that they are independent of the mass flow from a pressure gradient of around 20 bar upwards. Wear-promoting process conditions are also present in multi-phase flows if, in addition to a liquid phase, there is also a solid and/or a gas phase in the process fluid. Depending on the properties of the process fluid, in particular its vapor pressure, cavitation can occur in a process fluid line, which greatly increases wear and noise.
  • cavitation can also occur when a multiphase flow is already present, for example in the form of a vaporous process fluid. If the process requires the fluid pressure to drop below its vapor pressure, this leads to what is known as “flashing operation", in which the process fluid is converted from a single-phase liquid state to a two-phase state with liquid and gas phases, whereby shock waves can also occur in addition to cavitation.
  • a liquid flow control element for high energy losses.
  • a long, cylindrical plug is guided as a control element in a housing section so that it can slide axially back and forth.
  • a head portion of the controller plug is engageable with an annular control shoulder on a seat.
  • a plurality of long, low cross-sectional flow area, frictional suction energy loss channels are provided in the controller plug to divide the fluid flowing through the channel into a plurality of individual streams.
  • the parallel channels can be formed by individual bores or bundled tubes.
  • the individual energy loss channels extend from an area at the periphery to an area at the base end of the plug. High speed or pressure changes are not effected with the control element.
  • DE 2431 322 A1 discloses a control valve with a throttle body in the form of a perforated bush.
  • the throttle body consists of a perforated bush with an H-shaped cross-section.
  • Perforated disks are arranged in the perforated bush.
  • the perforated discs are spaced apart from one another by spacer sleeves.
  • the bottom spacer sleeve is slightly longer than the spacer sleeve above it, which ensures an increase in volume between the perforated disks in the flow direction of the medium.
  • the holes arranged below the edge of the seat on the throttle body in the perforated bush have a diameter that increases with increasing distance from the edge of the seat.
  • the free one grows Cross-section of the holes arranged in the perforated discs from perforated disc to perforated disc in the flow direction of the medium.
  • a different number of perforated discs are involved in throttling the medium pressure.
  • multi-stage control valves are usually used in liquid applications above a certain differential pressure, as disclosed, for example, in WO 2019/152263 A1.
  • the differential pressure is distributed over several stages, so that the pressure drop across the respective stage remains below the critical value above which significant wear occurs or a permissible noise level is exceeded.
  • very high differential pressures can be reduced via the valve with little wear and noise.
  • the pressure relief occurs at the orifice between the plug and the seat ring. Very high temperatures then occur at these points and the flow velocities are very high. Wear occurs on the plug and the seat ring. During maintenance work, the cone and seat rings then have to be replaced.
  • a throttle piston for reducing fluid pressure in a control valve from a high-pressure area to a low-pressure area.
  • the throttle piston is translationally movable in an axial direction and defines a radial direction transverse to the axial direction and a circumferential direction related to the axial direction.
  • the throttle piston can preferably have a body with a cylindrical shape, with the cylinder axis corresponding to the translatory movement axis.
  • the throttle piston comprises a plurality of distribution chambers which are arranged inside the throttle piston and which are connected to one another by at least one transition channel. No mixing chambers are preferably arranged on the outside of the throttle piston, in particular on a first and/or second outside of the throttle piston.
  • the outer peripheral cylindrical sleeve shape of the throttle piston can be formed without a mixing chamber.
  • the plurality of plenum chambers located inside the throttle piston include at least one high pressure plenum chamber and at least one low pressure plenum chamber.
  • the throttle piston has at least one transition channel which fluidly connects at least exactly two mixing chambers or at least two mixing chambers to one another.
  • a transition channel preferably connects several mixing chambers to one another in a fluidic manner.
  • a mixing channel can fluidly connect two to 20, preferably three to ten, particularly preferably five to seven mixing chambers.
  • the throttle piston comprises at least one inlet channel, which leads from the high-pressure distributor chamber to a first, high-pressure area side of the throttle piston outside.
  • the plurality of plenum chambers located within the throttle piston may include a plurality of high pressure plenum chambers.
  • the throttle piston can have two, three or more inlet channels.
  • a throttle piston has at least one high-pressure distribution chamber equipped with a plurality of inlet channels. It may be preferable for a throttle piston to be equipped with a number of inlet channels and a number of high-pressure distributor chambers, with each high-pressure distributor chamber having one or more inlet channels individually assigned to it. It may be preferred that the first throttle piston outside is a radially outside throttle piston peripheral side.
  • a plurality of high-pressure distribution chambers can be arranged offset relative to one another parallel to the first outside, in particular in the axial direction.
  • the inlet channels can define a radial flow direction. Several hundred or several thousand, in particular 10 to 10,000, preferably 20 to 5,000, inlet channels can be provided on the first outside of the throttle piston
  • the throttle piston comprises at least one outlet channel, which leads from the at least one low-pressure distributor chamber to a second, low-pressure area-side throttle piston outside.
  • the plurality of plenum chambers disposed within the throttle piston may include a plurality of low pressure plenum chambers.
  • the throttle piston can have two, three or more outlet channels.
  • a throttle piston has at least one low-pressure distribution chamber equipped with a plurality of outlet channels. It can be preferable for a throttle piston to be equipped with a plurality of outlet channels and a number of low-pressure distribution chambers, with each low-pressure distribution chamber having one or more outlet channels assigned individually to it.
  • the second throttle piston outside is an axial throttle piston end face.
  • a plurality of low-pressure channels can be arranged offset relative to one another parallel to the second outside, in particular in the radial direction and/or circumferential direction.
  • the outlet channels can define an axial flow direction. Dozens, in particular 10 to 10,000, preferably 20 to 2,000, outlet channels can be provided on the second throttle piston outside.
  • the distribution chambers are offset relative to one another in the circumferential direction and/or in the radial direction.
  • the throttle body has fluid-tight walls between different distribution chambers, which walls can be interrupted by one or more transition channels.
  • the at least one transition channel is provided to form a bridge in the radial direction and/or the circumferential direction between one distribution chamber and another distribution chamber.
  • between two or more adjacent distribution chambers are a corresponding number of in particular, at least as many transition channels are provided, which connect the two or more adjacent distribution chambers to one another.
  • At least one transition channel is provided, which leads from a high-pressure distribution chamber to or in the direction of a low-pressure distribution chamber.
  • the throttle piston according to the invention preferably implements a labyrinth formed by the inlet channels, outlet channels, transition channels and distributor chambers.
  • the pressure relief of the process fluid takes place almost exclusively within the labyrinth inside the throttle piston. This ensures an even pressure reduction.
  • the inner flow cross sections are significantly less susceptible to wear than the area at an opening gap of conventional throttles between a valve cone and a valve seat.
  • the reduction in pressure in the distribution chamber/channel labyrinth within the throttle piston avoids signs of wear, particularly on the valve seat and valve housing in the vicinity of the throttle piston.
  • the labyrinthine linking of several channels and distribution chambers allows a large part of the volume of the throttle piston body to be utilized and thus allows the use of a particularly space-saving control valve for significant pressure reduction.
  • the throttle piston further comprises at least one medium-pressure distributor chamber, which is connected to the high-pressure distributor chamber with a first transition channel and/or with the low-pressure distributor chamber with a second transition channel.
  • no inlet or outlet channel leads directly from the medium-pressure distributor chamber to a first or second outside of the throttle piston.
  • the distributor chambers arranged inside the throttle piston can comprise one or more medium-pressure distributor chambers. It should be understood that a medium pressure plenum is provided with at least two transition ducts, one of the transition ducts of the medium pressure plenum leading to or towards a high pressure plenum and the other of the transition ducts of the medium pressure plenum leading to or towards a Low pressure distribution chamber leads.
  • At least one transition channel is provided, which leads from a high-pressure distribution chamber to a medium-pressure distribution chamber and/or from a medium-pressure distribution chamber to a low-pressure distribution chamber.
  • a transition passage leads from a high pressure plenum to a first intermediate pressure plenum
  • a second transition passage leads from a low pressure plenum to a second intermediate pressure plenum
  • further transition passages connect the at least two or more medium pressure distribution chambers inside the throttle piston.
  • Multiple transition passages may be formed by a single throttle spool bore or similar tubular cavity extending transversely through the throttle spool and crossing multiple plenum chambers.
  • the throttle piston may have at least one medium-pressure distribution chamber which is offset in the radial direction and/or circumferential direction with respect to at least one high-pressure distribution chamber and/or at least one low-pressure distribution chamber.
  • the at least one high-pressure distribution chamber, in particular several high-pressure distribution chambers, and the at least one, in particular several, low-pressure distribution chambers are fluidly connected to one another by a three-dimensional network of transition channels.
  • a labyrinthine, three-dimensional network of channels and optionally medium-pressure distribution chambers is formed, through which the process fluid can pave a path from the at least one inlet channel to the at least one outlet channel.
  • the three-dimensional network is formed by a large number of crossing points of transition channels and distribution chambers, in particular medium-pressure distribution chambers.
  • the throttle piston can be penetrated like Swiss cheese by channels and distribution chambers, of which a part formed by inlet and outlet channels is connected to an outside of the throttle piston.
  • the use of a network of channels within the throttle piston allows permanent, low-maintenance operation, because individual defects within the network as a result of local Cavitation phenomena inside the throttle piston do not result in any noticeable impairment of the entire throttle valve.
  • a throttle piston which comprises several medium-pressure distributor chambers, which are located between the at least one high-pressure distributor chamber, in particular the several high-pressure distributor chambers, and the at least one low-pressure distributor chamber, in particular the several low-pressure distributor chambers, in the network of transition channels are involved, in particular third transition channels against each other offset medium-pressure distribution chambers fluidly connect with each other.
  • the throttle piston may have at least two or more medium-pressure distribution chambers which are offset relative to one another in the radial direction and/or in the circumferential direction.
  • the throttle piston can preferably have at least two medium-pressure distribution chambers which are offset in the radial direction and/or circumferential direction both relative to one another and relative to at least one high-pressure distribution chamber and/or relative to at least one low-pressure distribution chamber.
  • the mesh is formed from transition channels with an acute angle relative to the axial direction and from transition channels with an obtuse angle relative to the axial direction.
  • An acute angle is generally between 0° and less than 90°.
  • An obtuse angle is generally between more than 90° and 180°.
  • the transition ducts can be divided into a first group of ducts sloping in a fan-like manner in the axial direction and a second group of ducts running in a fan-like manner against the axial direction. Contrastingly inclined transition channels or transition channel groups which cross one another are provided in the meshwork, with the crossing points in particular being realized in the medium-pressure distribution chambers.
  • the two groups of transition channels can be arranged such that they are in one Diagonal cross-section through the throttle body form a net-like mesh together with the distribution chambers.
  • the distribution chambers have flow cross sections that deviate stepwise from the transition channels.
  • the flow cross sections of the inlet channels are preferably smaller than the flow cross sections of the high-pressure distribution chambers.
  • the flow cross sections of the outlet channels are preferably smaller than the flow cross sections of the low-pressure distribution chamber.
  • the flow cross sections of the transition channels are preferably smaller than the flow cross sections of the high-pressure distribution chamber, low-pressure
  • the distribution chambers are at least partially offset relative to each other in the axial direction.
  • a plurality of high-pressure distribution chambers can be arranged offset in the axial direction along the first outer surface.
  • a plurality of low-pressure distribution chambers can be arranged offset in the axial direction along the second outer surface.
  • the at least one medium-pressure distribution chamber can be offset in the axial direction relative to the at least one low-pressure distribution chamber and/or the at least one high-pressure distribution chamber.
  • the at least two medium-pressure distribution chambers can be offset from one another in the axial direction.
  • the at least two medium-pressure distribution chambers are offset in the axial direction relative to at least one low-pressure distribution chamber, in particular relative to all low-pressure distribution chambers.
  • the at least two medium-pressure distribution chambers are preferably arranged offset in the axial direction relative to at least one high-pressure distribution chamber.
  • At least one distribution chamber extends, ie at least one high-pressure distribution chamber, at least one medium-pressure distribution chamber, and/or at least one low-pressure distribution chamber, annular or spiral.
  • at least one distributor chamber can extend partially or completely in the circumferential direction inside the throttle piston.
  • a plurality of distribution chambers can preferably be ring-shaped or spiral-shaped and/or extend partially or fully around the inside of the throttle piston.
  • the circumferential extension or annular shape is preferably rotational, in particular rotationally symmetrical, with respect to the axis of the throttle piston.
  • at least one distribution chamber can be toroidal.
  • a plurality of distribution chambers are preferably ring-shaped over their entire circumference.
  • all of the medium-pressure distribution chambers, all of the high-pressure distribution chambers and/or all of the low-pressure distribution chambers are annular in their entirety.
  • the distribution chambers are at least partially offset relative to one another in the radial direction and optionally arranged at least partially offset relative to one another in the axial direction in the throttle piston.
  • the high-pressure distribution chambers and the low-pressure distribution chambers are, in particular, ring-shaped over their entire circumference.
  • the Mitteldmck distribution chambers can in particular be ring-shaped over the entire circumference.
  • the distributor chambers are arranged coaxially to one another and, if appropriate, to the axis of the throttle piston.
  • the use of at least one distribution chamber in particular with a full circumference, can cause the process fluid to be distributed from one inlet channel over a larger volume area of the valve piston in order to create a large flow area for a provide a large amount of process fluid and to maximize the throttle volume provided for dissipation with respect to each individual inlet channel.
  • a throttle piston According to one embodiment of a throttle piston, several inlet channels lead from the same high-pressure distributor chamber to the first throttle piston outside. By two or more inlet channels lead into the same high-pressure distribution chamber, where the inflowing process fluid is deflected, the process fluid partial flows of the individual Inlet channels in the high-pressure distribution chamber are directed against each other to dissipate kinetic energy of the process fluid.
  • two inlet areas offset in the axial direction are arranged on the outside of the first throttle piston, with the inlet channels in the first inlet area having a smaller number and/or a smaller cumulative inlet cross section than the inlet channels in the second entry area.
  • the first entry area and the second entry area can be of the same size in the axial direction and in the circumferential direction.
  • the first entry area can in particular first be released in order to provide a small flow cross section in an initial opening area, so that the flow rate can be finely metered.
  • the second entry area can then be released to allow large flow rates.
  • the first throttle piston outside forms a closed surface in the axial direction in front of the first and behind the second inlet area.
  • the closed area in front of the first inlet area can include a section for preferably sealingly gripping a valve seat of the control valve.
  • the section can have a tapering shape, in particular a rounded shape or an oblique shape, for example a truncated cone shape.
  • the closed area behind the second inlet area can surround a mixing area of the throttle piston, in which at least one low-pressure distribution chamber, preferably several low-pressure distribution chambers, and optionally at least one medium-pressure distribution chamber, preferably a large number of medium-pressure distribution chambers, are arranged.
  • a large pressure reduction can be provided within a small throttle piston volume .
  • several outlet channels led from the same low-pressure distributor chamber to the second throttle piston outside.
  • An outer wall through which the outlet channels penetrate is arranged between the low-pressure distribution chamber and the outside of the throttle piston.
  • the low-pressure plenum provides a receiving space in which transient fluid flows from preceding intermediate-pressure plenums and/or at least one high-pressure plenum may be directed toward one another.
  • the at least one outlet channel in particular several outlet channels, leads to at least one outlet diffuser on the second throttle piston outside.
  • the exit diffuser may be circular, annular and/or flower shaped.
  • a plurality of outlet diffusers in particular arranged concentrically to one another, can be arranged.
  • a diffuser can define an outlet cross section that widens conically in order to introduce the emerging fluid flow evenly into the low-pressure region of the control valve.
  • the inlet channels extend in the radial direction to a first throttle piston outside on the radial outer circumference of the throttle piston.
  • the inlet channels are preferably aligned transversely to the axis of the throttle piston and/or transversely to their in particular annular high-pressure distribution chamber.
  • the outlet channels extend in the axial direction from a second outside of the throttle piston on an axial end face of the throttle piston.
  • the outlet channels are preferably aligned parallel to the axis of the throttle piston and/or transversely to their low-pressure distribution chamber, which is in particular annular.
  • a control valve for a process plant, for example a chemical plant such as a petrochemical plant, a power plant, for example a nuclear power plant, a hydrothermal power plant or the like, or a food processing plant such as a brewery.
  • the control valve includes a high-pressure area for receiving a process fluid at a first pressure level and a low-pressure area for discharging the process fluid at a second pressure level below the first pressure level.
  • the pressure difference between the first pressure level and the second pressure level is operationally at least 10 bar, preferably at least 20 bar, in particular more than 30 bar.
  • the control valve also includes a valve housing, which defines a cross section through which flow can take place from an inlet to an outlet, and a valve seat formed on the valve housing and arranged between the high-pressure area and the low-pressure area. Furthermore, the control valve comprises a throttle piston according to the invention guided in the valve seat. The throttle piston according to the invention preferably cooperates with the valve seat. The throttle piston is arranged to be movable in the axial direction relative to the valve housing, in particular the valve seat.
  • the throttle piston can be movable between a first closed position, in which a closing area, in particular a conical section, of the throttle piston cooperates in a sealing manner with a valve seat, and a second flow position, in which all inlet channels and outlet channels of the throttle piston are blocked from the valve housing, in particular the valve seat and/or a valve cage, are released.
  • the throttle piston can be set up to assume one or more intermediate positions between the closed position and the flow position, a different number of inlet channels and/or outlet channels being released depending on the position of the throttle piston in the respective intermediate position in relation to the valve housing.
  • the flow rate of the process fluid through the control valve with the throttle piston can be adjustable depending on the number of released inlet channels and/or outlet channels.
  • the throttle piston is preferably to be accommodated in the process plant according to a so-called “flow-to-close” (FTC) flow direction, with the inlet channels being arranged on a radial outer circumference of the throttle piston and the outlet channels on an axial end face of the throttle piston.
  • FTC flow-to-close
  • the control valve can be accommodated in the process plant according to a so-called “flow-to-open” (FTO) flow direction, with the inlet channels being arranged on an axial end face of the throttle piston and the outlet channels on a radial peripheral side of the throttle piston.
  • FTO valve the number or cumulative outlet area of the released outlet channels is decisive for the flow rate.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a control valve with a throttle piston according to the invention in a flow position
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a throttle piston according to the invention
  • FIG. 3 shows a plan view of an axial end face of the throttle piston according to the invention according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a perspective view of the throttle piston according to the invention according to FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the control valve according to FIG. 1 in an intermediate position
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the control valve according to FIG. 1 in a closed position
  • FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of another control valve.
  • a throttle piston according to the invention is generally given the reference number 1 .
  • the throttle piston 1 according to the invention comprises inlet channels 41, 43, high-pressure distributor chambers 11, 13, transition channels 62, 64, 65, low-pressure distributor chambers 31 and outlet channels 51.
  • the throttle piston 1 can be installed in a control valve 100 during operation.
  • the control valve 100 is provided for the installation of a process engineering system in the flow direction flow-to-close (FTC) according to the arrow shown.
  • FTC flow-to-close
  • the control valve 100 has a housing 103 which surrounds the process fluid-carrying interior.
  • the process fluid-carrying interior of the control valve 1 can be divided into the high-pressure area 104, the low-pressure area 105 and the area of the valve seat 101.
  • Coaxial mounting flanges are provided for connecting inflow or outflow pipes.
  • the flow direction of the process fluid through the control valve 100 corresponds to the radial direction R.
  • the directions of flow at the inlet area 104 and at the outlet area 105 are aligned transversely relative to one another.
  • the flow in the low-pressure area 105 runs parallel to the axial direction A and the flow in the high-pressure area 104 in the radial direction R.
  • valve seat 101 is considered to be part of the valve housing 103 . It is clear that the valve seat 101 can be an individual part that can be detached from the rest of the valve housing 103 .
  • the valve seat 101 is firmly connected to the rest of the valve housing 103 .
  • the valve housing 103 has a cover formed as a lantern 107 in the axial direction A above the valve seat 101 .
  • a particularly pneumatic or electric actuating actuator 109 is attached to the lantern 107 and is connected to the throttle piston 1 in terms of force transmission by means of the actuating rod 111 .
  • a relative position of the throttle piston 1 in relation to the valve housing 103 can be set by actuating the setting actuator 109 .
  • Figure 1 shows the throttle piston 1 in a flow position in which all inlet channels 41, 43 are released.
  • Figures 6 and 7 show a closed position of the throttle piston 1 in the respective control valve 100.
  • Figure 5 shows an intermediate position of the throttle piston 1 in the control valve 100, in which a number of inlet channels 43 are closed by the valve seat 101 and to which a few inlet channels 41 are released. In each control state of the throttle piston 1 in the control valve 100 according to FIG. 1, FIG. 5 or FIG.
  • the throttle piston 1 is described below with reference to FIGS.
  • the throttle piston 1 has a generally cylindrical shape, which defines an axial direction A and a radial direction R transverse thereto, as well as a circumferential direction U related to the axial direction A. Since the throttle piston 1 is essentially rotationally symmetrical, there is no need to distinguish between different radial directions to be hit.
  • Inlet channels 41 , 43 projecting into the interior of the throttle piston 1 and outlet channels 51 leading out of the throttle piston 1 are arranged on two different outer sides 4 , 5 .
  • the designation inlet channels 41, 43 is selected for the channels extending in the radial direction R from the first, radial peripheral outside 4 into the interior of the throttle piston 1.
  • the designation outlet channels 51 is chosen for the channels extending in the axial direction A from the second, axial end face outside 5 into the interior of the throttle piston 1 .
  • the designation inlet channels 41, 43 or outlet channels 51 is chosen within the scope of the present disclosure for easier comprehension with reference to the preferred flow direction shown in the figures.
  • the throttle piston 1 can be formed, in particular as a one-piece body 3, preferably from a solid material.
  • the body 3 of the throttle piston 1 is penetrated by a network 6 of channels and distribution chambers.
  • the process fluid can flow through the throttle piston 1 through the labyrinthine network 6 of distribution chambers and channels.
  • a solid body 3, which is traversed by a chamber and channel network 6 with numerous undercuts, can be produced, for example, by an additive manufacturing process, such as a 3D printing process, a sintering process or the like.
  • radial outside 4 of the throttle piston 1 inputs for the various input channels 41, 43 are provided.
  • the radial outside 4 of the throttle piston 1 can be divided into different areas, as will be described with reference to FIG.
  • a closure area is formed by a closed surface 10 on which a frustoconical projection is provided for sealing engagement with a valve seat 101 of the control valve.
  • the throttle piston 1 Adjacent to the closure area 10 in the axial direction A, the throttle piston 1 has a first, progressive inlet area 40 with first inlet channels 41.
  • the density of inlet channels 41 increases in the first inlet area 40 in the axial direction A, ie the inlet channel increases with increasing distance from the closure area 10 -Density.
  • the density of inlet channels 41 can be increased in the axial direction A to a maximum.
  • Further inlet channels 43 are provided in a second, constant inlet area 42 which adjoins the first inlet area 40 in the axial direction A. In the second entry area 42 there is a high, in particular the maximum, entry channel density.
  • the number of inlet channels 41 or 43 in a section of the throttle body 1 in the axial direction A can be referred to as inlet channel density.
  • a throttle body 1 By providing the throttle body 1 with a first inlet area 40 with increasing channel density and a second inlet area 42 with a higher channel density, a throttle body 1 can be implemented which, on the one hand, allows high flow rates when both inlet areas 40, 42 are released, and, on the other hand, precise dosing low flow rates allowed if only a first entry area 40 low channel density is released, in particular only partially.
  • a throttle body can be designed with only a constant or progressive entry area (not shown).
  • the throttle body 1 in the axial connection to the entire inlet area, can be designed with a second closed surface 50, which extends in the axial direction A.
  • a mixing area with numerous distribution chambers 21, 31 and transition channels 62 can be formed inside the throttle body 3.
  • a large number of medium-pressure distribution chambers 21 can be provided in the area of the closed surface 50, which are not directly connected to the high-pressure area 104 or the low-pressure area 105 either by inlet channels 41, 43 or by outlet channels 51.
  • the medium-pressure distributor chambers 21 are connected to one another and to the high-pressure distributor chambers 11, 13 and the low-pressure distributor chambers 31 only via transition channels 62, 64 and 65.
  • the second outer side 5 is formed, at which a large number of outlet channels 51 open into a number of outlet diffusers 53 .
  • the lower outside 5 or end face of the throttle piston 1 is shown in FIG. A circular, central outlet diffuser 53 is provided in the center of the lower outside 5 and is coaxially surrounded by five ring-shaped outlet diffusers 53 .
  • Several, different numbers of outlet channels 51 each open into the various outlet diffusers 53.
  • the number of outlet channels 51 per diffuser 53 increases with increasing radial distance from the axis of the throttle piston 1.
  • the use of the outlet diffusers 53 ensures that the gas emerging from the throttle piston 1 in the axial direction A Process fluid flow is discharged homogeneously in the low-pressure region 105 of the control valve 100 in order to protect the valve housing 103.
  • the network of channels and chambers 6 forms a three-dimensional, multiply linked network structure inside the body 3 of the throttle piston 1 .
  • the inlet channels 41 and 43 lead to the high-pressure distributor chambers 11, 13.
  • the long inlet channels 41 lead to high-pressure distribution chambers 11 at a relatively large distance from the radial outside 4 or a short distance from the axis A. Energy from the process fluid flow can be absorbed in the long inlet channels 41 by wall friction.
  • the first inlet channels 41 are surrounded by relatively thick channel walls formed by the body 3 with a correspondingly high thermal mass.
  • the second inlet channels 43 in the second inlet area 42 are very short and lead to high-pressure distributor chambers 13 close to the radial outside 4 of the throttle body 1. In the short second inlet channels 43 there is little wall friction.
  • the individual, full-circumferential toroidal high-pressure distribution chambers 13 are each equipped with a large number of entry channels 43, so that the fluid flow flows into the high-pressure distribution chamber 13 in a wide variety of entry directions and partial flows are oriented in opposite directions in the individual high-pressure distribution chambers and set up plenty of turbulence to dissipate energy of the process fluid.
  • the various high-pressure distribution chambers 11 and 13 of the throttle piston 1 are arranged in the body 3 of the throttle piston 1 at least partially offset relative to one another in the radial direction and axial direction A. It is conceivable that, in particular in the second entry area 42, a plurality of high-pressure distribution chambers 13 only in the axial direction A relative are offset to each other.
  • the inlet channels 41, 43 have a teardrop-shaped cross section that tapers upwards.
  • the channels 41, 43 can at least partially have a rhombic, triangular, oval and/or round cross-sectional shape. It is clear that the inlet channels 41, 43 can have a different cross-sectional shape.
  • the inlet channels 41, 43 may have the same or different cross-sectional shape and size other than the oval shown.
  • the individual inlet channels 41, 43 can be designed in a straight line or in the manner of a labyrinth, cascade or helical channel or completely freely.
  • the process fluid can flow from the high-pressure distribution chamber 13 into other high-pressure distribution chambers 13 through transition channels 65 on the inlet side, which can stimulate additional vortex formation.
  • the process fluid can flow from the high-pressure distribution chambers 11, 13 through transition channels 65 on the inlet side into the first medium-pressure distribution chambers 21.
  • a large number of transition channels 65 can be formed between the medium-pressure distribution chambers 21 and the high-pressure distribution chambers 11, 13, so that process fluid flow can flow into the medium-pressure distribution chambers 21 with the most varied of orientations, resulting in further oppositely directed flows and turbulences in the Medium-pressure distribution chambers 21 result.
  • the medium-pressure distribution chambers 21 can be tom-shaped over their entirety.
  • several or exclusively partial distribution chambers ie high-pressure distribution chambers 11, 13, low-pressure distribution chambers 31 and/or medium-pressure distribution chambers 21, can be formed.
  • a part-circumferential distribution chamber can, for example, be in the form of a ring section.
  • a part-circumferential chamber is provided with at least two, preferably more than two, channels, at least one of which leads towards the first outer side 4 and at least another towards the second exit side 5 .
  • ⁇ distribution chambers can be provided which are adjacent in the circumferential direction 4 and are separated from one another by radial walls which are not, partially or all of transition channels in Circumferentially penetrated.
  • a plurality of medium-pressure distribution chambers 21 can surround one another coaxially with the axis A of the throttle piston in an axial plane. Different medium-pressure distribution chambers 21 can be arranged offset relative to one another in the axial direction A in different axial planes. Adjacent axial planes can be arranged in the body 3 of the throttle piston 1 with or without axial height overlap.
  • the throttle piston 1 shown in FIG. 1 six different tiers with medium-pressure distributor chambers 21 are formed one above the other in the axial direction A.
  • a further floor with a first high-pressure distribution chamber 11 is arranged above it in the axial direction A.
  • the top floor consists of a single full-circumference, tom-shaped high-pressure distribution chamber 11.
  • no more than one or, for example, no more than two of the first inlet channels 41 open into partial-circumference high-pressure distribution chambers 11 According to the sectional view shown in FIG. 1, three high-pressure distribution chambers 13 are provided in three corresponding axial tiers in the second entry area 42 .
  • Each of the full-circumference high-pressure distribution chambers 13 surrounds a plurality of medium-pressure distribution chambers 21 formed on the same floor.
  • the outlet channels 51 lead to the outlet diffusers 53.
  • the outlet channels 51 have an oval cross section. It is clear that the outlet channels 51 can have a different cross-sectional shape. Alternatively or additionally, the exit channels 51 may have the same or different cross-sectional shape and size other than the oval shown.
  • the individual outlet channels 51 can be designed in a straight line or in the form of a labyrinth, cascade or helical channel or completely freely.
  • the transition channels 62, 64 and 65 together with the distribution chambers 11, 13, 21 and 31 form a mesh 6.
  • the Transition channels form a network-like structure which has its crossing points at the distribution chambers.
  • the transition channels can be divided into 2 different groups, namely a first channel group which is arranged at an acute angle with respect to the axis A and a second group which is arranged at an obtuse angle with respect to the axis A, so that the braid 6 with the in Figure 1 forms the diamond-shaped network structure shown.
  • the transition channels are designed in coaxially aligned subgroups that extend diagonally through the body 3 of the throttle piston 1 (similar to through bores, apart from the fact that the subgroups in the exemplary embodiment shown in Figure 1, for example, without the inlet opening of a typical bore are formed).
  • the transition channels 62, 64, 65 can all have the same, constant cross-sectional shape and size.
  • the flow cross section of the distribution chambers 11, 13, 21, 31 is larger than the cross section of the channels 41, 43, 51, 62, 64, 65. In this way, steps are formed, which promotes the dissipation of energy of the process fluid.
  • the transition channels can have different and/or variable cross-sectional shapes.
  • the individual transition channels can be designed in a straight line or in the form of a labyrinth, cascade or helical channel or completely free.

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Abstract

Niederdruckbereich (103), wobei der Drosselkolben (1) in einer Axialrichtung (A) translatorisch beweglich ist und eine Radialrichtung (R) quer zur Axialrichtung (A) und eine auf die Axialrichtung (A) bezogene Umfangsrichtung (U) definiert, der mehrere im Inneren (3) des Drosselkolbens (1) angeordnete Verteilerkammem (11, 13, 21, 31) umfasst, die durch wenigstens einen Ubergangskanal (62, 64, 65) mit einander verbunden sind, wobei die Verteilerkammern (11, 13, 21, 31) wenigstens eine Hochdruck-Verteilerkammer (11, 13) und wenigstens eine Niederdruck-Verteilerkammer (31) umfassen, wobei wenigstens ein Eintrittskanal (41, 43) von der Hochdruck-Verteilerkammer (11, 13) zu einer ersten, hochdruckbereich(104)-seitigen Drosselkolben-Außenseite (4) führt und wobei wenigstens ein Austrittskanal (51) von der Niederdruck-Verteilerkammer (31) zu einer zweiten, niederdruckbereich(105)-seitigen Drosselkolben-Außenseite (5) führt, sind die Verteilerkammern (11, 13, 21, 31) in Umfangsrichtung (U) und/oder Radialrichtung (R) relativ zu einander versetzt angeordnet.

Description

Drosselkolben zum Reduzieren von Fluiddruck in einem Stellventil
Die Erfindung betrifft einen Drosselkolben zum Reduzieren von Fluiddruck in einem Stellventil für eine prozesstechnische Anlage, wie eine Chemieanlage, beispielsweise eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, beispielsweise ein Nuklearkraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, wie eine Brauerei, oder dergleichen. Der Drosselkolben ist eingerichtet zum Reduzieren von Fluiddruck von einem Hochdruckbereich zu einem Niederdruckbereich, wobei der Drosselkolben in einer Axialrichtung translatorisch beweglich ist und eine Radialrichtung quer zur Axialrichtung und eine auf die Axialrichtung bezogene Umfangsrichtung definiert.
Mit einem Drosselkolben kann im Allgemeinen die potentielle Energie (Druck) eines Fluids in kinetische Energie (hohe Geschwindigkeit) umgeformt und mittels anschließender rascher Verzögerung (Turbulenz) durch Reibung in Wärme gewandelt und so dissipiert werden. Jedoch wird nicht die ganze kinetische Energie in Wärme umgewandelt. Ein gewisser Anteil davon erzeugt Schall-Emissionen, also Drosselgeräusche, womit jedoch ein erhöhter Verschleiß einhergeht.
Drosselkörper werden üblicherweise eingesetzt, um Stellventilgehäuse und -sitz vor starkem Verschleiß zu schützen. Verschleißfördemde Prozessbedingungen treten beispielsweise auf, wenn an einem Ventil sehr hohe lokale Differenzdrücke auftreten. Sehr hohe lokale Differenzdrücke sind besonders bei gleichzeitig großen Massenströmen problematisch sowie unabhängig vom Massenstrom erfahrungsgemäß ab etwa 20 bar Druckgradient. Verschleißfördemde Prozessbedingungen liegen auch bei Mehrphasenströmungen vor, wenn neben einer flüssigen Phase in dem Prozessfluid auch eine Festkörper- und/oder eine Gasphase vorliegt. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Prozessfluids, insbesondere dessen Dampfdruck, kann es in einer Prozessfluidleitung zu Kavitation kommen, wodurch Verschleiß und Lärmentwicklung stark erhöht werden. Kavitation kann aber auch dann auftreten, wenn bereits eine Mehrphasenströmung beispielsweise in Form eines dampfförmigen Prozessfluids vorliegt. Ist prozessbedingt ein Absenken des Fluiddrucks unterhalb dessen Dampfdruck erforderlich, fuhrt dies zum sogenannten "Flashing-Betrieb", bei dem das Prozessfluid aus einem einphasigen Flüssigzustand in einen zweiphasigen Zustand mit Flüssig- und Gasphase überführt wird, wobei neben Kavitation auch Stoßwellen auftreten können.
DE 1 650 196 Al beschreibt ein Flüssigkeitsstromsteuerorgan für hohe Energieverluste. Ein langer, zylindrischer Stopfen ist als Steuerorgan in einem Gehäuseabschnitt axial hin und her beweglich gleitend geführt. Zum Abschalten kann ein Kopfabschnitt des Steuerorganstopfens mit einer ringförmigen Steuerschulter an einem Sitz in Eingriff gebracht werden. Um in dem Strömungsmedium Energieverluste zu erzielen, ist in dem Steuerorganstopfen eine Vielzahl von langen Reibungssog-Energieverlustkanälen mit geringem Querschnittsströmungsbereich vorgesehen, um die durch den Kanal strömende Flüssigkeit in eine Vielzahl von einzelnen Strömen zu unterteilen. Die parallelen Kanäle können durch einzelne Bohrungen oder gebündelte Rohre gebildet sein. Die einzelnen Energieverlustkanäle erstrecken sich zwischen einem Bereich am Umfang bis zu einem Bereich am Fußende des Stopfens. Hohe Geschwindigkeits- oder Druckwechsel werden mit dem Steuerorgan nicht bewirkt.
DE 2431 322 Al offenbart ein Regelventil mit einem Drosselkörper in Form einer Lochbuchse. Der Drosselkörper besteht aus einer im Querschnitt H-förmigen Lochbuchse. In der Lochbuchse sind Lochscheiben angeordnet. Die Lochscheiben sind durch Abstandshülsen voneinander distanziert. Die unterste Abstandshülse ist etwas länger als die darüber befindliche Abstandshülse, wodurch eine Volumenvergrößerung zwischen den Lochscheiben in Fließrichtung des Mediums gewährleistet wird. Die unterhalb der Sitzkante an dem Drosselkörper in der Lochbuchse angeordneten Löcher weisen einen sich mit zunehmender Entfernung von der Sitzkante vergrößernden Durchmesser auf. Ebenso wächst der freie Querschnitt der in den Lochscheiben angeordneten Löcher von Lochscheibe zu Lochscheibe in Fließrichtung des Mediums. Je nach Hubstellung sind unterschiedlich viele Lochscheiben an der Drosselung des Mediumdruckes beteiligt.
Mit den konventionellen Absperrorgan- und Drosselventilen, etwa gemäß DE 1 650 196 Al oder DE 24 31 322 Al, ist eine Geschwindigkeitsreduzierung nur bei Anwendung von niedrigeren Druckabfällen möglich. Herkömmliche Absperr- und Drosselventile zeigen beispielsweise weitgehende Erosionserscheinungen an oder nahe dem Drosselelement und der Sitzbohrung, wenn sie einem hohen Druckabfall ausgesetzt sind. Dabei kann durch kavitierende Flüssigkeiten verursachte Erosion erhebliche Schäden verursachen.
Um einen möglichst geräusch- und verschleißarmen Druckabbau zu realisieren, werden bei Flüssigkeitsanwendungen ab einem gewissen Differenzdruck üblicherweise mehrstufige Stellventile verwendet, wie etwa in WO 2019/152263 Al offenbart. Hierbei wird der Differenzdruck über mehrere Stufen verteilt abgebaut, so dass das Druckgefälle über die jeweilige Stufe unterhalb des kritischen Wertes bleibt, ab dem ein signifikanter Verschleiß oder eine Überschreitung eines zulässigen Schallpegels eintritt. Mit zunehmender Stufenzahl lassen sich so sehr hohe Differenzdrücke verschleiß- und geräuscharm über die Armatur abbauen. Der Druckabbau erfolgt an der Öffnung zwischen dem Kegel und dem Sitzring. An diesen Stellen treten dann sehr hohe Temperaturen auf und die Strömungsgeschwindigkeiten sind sehr hoch. Verschleiß tritt am Kegel und an dem Sitzring auf. Bei Wartungsarbeiten müssen dann die Kegel und Sitzringe getauscht werden. Wartungsarbeiten sind bei Ventilen mit einer Vielzahl an Kegeln sowie Sitzbohrungen mit Sitzringen sehr häufig erforderlich, aufwendig und teuer. Ferner benötigen Drosselsysteme mit mehreren in Reihe geschaltete Drossel el em enten eine große Baulänge, und die Strömungsquerschnitte werden über die einzelnen Stufen stark reduziert, mi der Folge eines erheblich beeinträchtigten Massendurchflusses.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere einen Drosselkörper zum Reduzieren des Fluiddrucks in einer Prozessfluidleitung einer prozesstechnischen Anlage dahingehend zu verbessern, dass bei einer kompakten Bauweise auch bei großem Durchflussvolumen eine starke Reduktion des Fluiddrucks bewirkt wird, wobei Verschleiß des Stellventils, insbesondere aufgrund von Kavitation, weitestgehend vermieden wird.
Demnach ist ein Drosselkolben zum Reduzieren von Fluiddrucks in einem Stellventil von einem Hochdruckbereich zu einem Niederdruckbereich vorgesehen. Der Drosselkolben ist in einer Axialrichtung translatorisch beweglich und definiert eine Radialrichtung quer zur Axialrichtung sowie eine auf die Axialrichtung bezogene Umfangsrichtung. Vorzugsweise kann der Drosselkolben einen Körper mit zylindrischer Gestalt aufweisen, wobei die Zylinderachse zur translatorischen Bewegungsachse korrespondiert. Der Drosselkolben umfasst mehrere im Inneren des Drosselkolben angeordnete Verteilerkammern, die durch wenigstens einen Übergangskanal mit einander verbunden sind. Vorzugsweise sind an äußeren des Drosselkolbens, insbesondere an einer ersten und/oder zweiten Drosselkolben-Außenseite keine Mischkammer angeordnet. Insbesondere kann die außenumfänglichen Zylinderhülsenform des Drosselkolbens frei von einer Mischkammer gebildet sein. Die mehreren im Inneren des Drosselkolbens angeordneten Verteilerkammem umfassen wenigstens eine Hochdruck-Verteilerkammer und wenigstens eine Niederdruck- Verteilerkammer. Der Drosselkolben weist wenigstens einen Übergangskanal auf, der je wenigstens genau zwei Mischkammem oder wenigstens zwei Mischkammer miteinander fluidisch verbindet. Vorzugsweise verbindet ein Übergangskanal mehrere Mischkammern fluidisch miteinander. Insbesondere kann ein Mischkanal zwei bis 20, vorzugsweise drei bis zehn, besonders bevorzugt fünf bis sieben Mischkammer fluidisch miteinander verbinden.
Der Drosselkolben umfasst wenigstens einen Eintrittskanal, der von der Hochdruck- Verteilerkammer zu einer ersten, hochdruckbereichsseitigen Drosselkolben-Außenseite führt. Die mehreren im Inneren des Drosselkolbens angeordneten Verteilerkammern können mehrere Hochdruck-Verteilerkammem umfassen. Der Drosselkolben kann zwei, drei oder mehr Eintrittskanäle aufweisen. Insbesondere weist ein Drosselkolben wenigstens eine Hochdruck- Verteilerkammer auf, die mit mehreren Eintrittskanäle ausgestattet ist. Es kann bevorzugt sein, dass ein Drosselkolben mit mehreren Eintrittskanälen und mehreren Hochdruck- Verteilerkammem ausgestattet ist, wobei jede Hochdruck- Verteilerkammer je einen oder mehrere ihr individuell zugeordnete Eintrittskanäle aufweisen. Es kann bevorzugt sein, dass die erste Drosselkolben-Außenseite eine radial außenseitige Drosselkolben-Umfangsseite ist. Entlang der Drosselkolben-Außenseite können mehrere Hochdruck-Verteilerkammern parallel zu der ersten Außenseite relativ zu einander versetzt angeordnet sein, insbesondere in Axialrichtung. Die Eintrittskanäle können eine radiale Durchflussrichtung definieren. An der ersten Drosselkolben- Außenseite können mehrere hundert oder mehrere tausend, insbesondere 10 bis 10000, vorzugsweise 20 bis 5000, Eintrittskanäle vorgesehen sein
Der Drosselkolben umfasst wenigstens einen Austrittskanal, der von der wenigstens einen Niederdruck-Verteilerkammer zu einer zweiten, niederdruckbereichsseitigen Drosselkolben- Außenseite fuhrt. Die mehreren im Inneren des Drosselkolbens angeordneten Verteilerkammem können mehrere Niederdruck-Verteilerkammem umfassen. Der Drosselkolben kann zwei, drei oder mehr Austrittskanäle aufweisen. Insbesondere weist ein Drosselkolben wenigstens eine Niederdruck-Verteilerkammer auf, mit mehreren Austrittskanäle ausgestattet ist. Es kann bevorzugt sein, dass ein Drosselkolben mit mehreren Austrittskanälen und mehreren Niederdruck-Verteilerkammem ausgestattet ist, wobei jede Niederdruck-Verteilerkammer je einen oder mehrere ihr individuell zugeordnete Austrittskanäle aufweist. Es kann bevorzugt sein, dass die zweite Drosselkolben-Außenseite eine axiale Drosselkolben-Stirnfläche ist. Entlang der zweiten Drosselkolben-Außenseite können mehrere Niederdruck-Kanäle relativ zueinander parallel zu der zweiten Außenseite, insbesondere in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung, versetzt angeordnet sein. Die Austrittskanäle können eine axiale Durchflussrichtung definieren. An der zweiten Drosselkolben- Außenseite können Dutzende, insbesondere 10 bis 10000, vorzugsweise 20 bis 2000, Austrittskanäle vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verteilerkammem in Umfangsrichtung und/oder in Radialrichtung relativ zu einander versetzt angeordnet sind. Zwischen verschiedenen Verteilerkammem weist der Drosselkörper fluiddichte Wände auf, welche durch einen oder mehrere Übergangskanäle unterbrochen sein können. Der wenigstens eine Übergangskanal ist dazu vorgesehen, eine Überbrückung in der Radialrichtung und/oder der Umfangsrichtung zwischen einer Verteilerkammer und einer anderen Verteilerkammer zu bilden. Insbesondere sind zwischen zwei oder mehr benachbarten Verteilerkammem eine entsprechende Anzahl von, insbesondere wenigstens genauso vielen, Übergangskanälen vorgesehen, welche die zwei oder mehr benachbarten Verteilerkammem mit einander verbinden. Es ist zumindest ein Übergangskanal vorgesehen, der von einer Hochdruck- Verteilerkammer zu oder in Richtung zu einer Niederdruck-Verteilerkammer führt.
Der erfindungsgemäße Drosselkolben realisiert vorzugsweise ein durch die Eintrittskanäle, Austrittskanäle, Übergangskanäle und Verteilerkammem gebildetes Labyrinth. Die Druckentspannung des Prozessfluids findet nahezu ausschließlich innerhalb des Labyrinths im Inneren des Drosselkolbens statt. So wird ein gleichmäßiger Druckabbau gewährleistet. Ferner sind die inneren Durchflussquerschnitte wesentlich verschleißunempfmdlicher als der Bereich an einem Öffnungsspalt konventioneller Drosseln zwischen einem Ventilkegel und einem Ventilsitz. Der Druckabbau im Verteilerkammer/Kanal-Labyrinth innerhalb des Drosselkolbens vermeidet Verschleißerscheinungen insbesondere am Ventilsitz und Ventilgehäuse in der Umgebung des Drosselkolbens. Gleichzeitig erlaubt die labyrinthartige Verknüpfung mehrerer Kanäle und Verteilerkammem die Ausschöpfung eines Großteils des Drosselkolben-Körper-Volumens und erlaubt so den Einsatz eines besonders raumsparenden Stellventils zur signifikanten Druckreduktion.
Gemäß einer Ausführung umfasst der Drosselkolben ferner wenigstens eine Mitteldruck- Verteilerkammer, die mit einem ersten Übergangskanal mit der Hochdruck-Verteilerkammer und/oder mit einem zweiten Übergangskanal mit der Niederdruck-Verteilerkammer verbunden ist. Insbesondere führt kein Eintritts- oder Austrittskanal unmittelbar von der Mitteldruck- Verteilerkammer zu einer ersten oder zweiten Drosselkolben- Außenseite. Die im Inneren des Drosselkolbens angeordneten Verteilerkammern können eine oder mehrere Mitteldruck- Verteilerkammem umfassen. Es sei klar, dass eine Mitteldmck-Verteilerkammer mit wenigstens zwei Übergangskanälen ausgestattet ist, wobei einer der Übergangskanäle der Mitteldmck-Verteilerkammer zu oder in Richtung zu einer Hochdmck-Verteilerkammer führt und wobei der andere der Übergangskanäle der Mitteldmck-Verteilerkammer zu oder in Richtung zu einer Niederdmck-Verteilerkammer führt. Es ist zumindest ein Übergangskanal vorgesehen, der von einer Hochdmck-Verteilerkammer zu einer Mitteldmck-Verteilerkammer und/oder von einer Mitteldmck-Verteilerkammer zu einer Niederdmck-Verteilerkammer führt. Bei einem Drosselkolben, der zahlreiche Mitteldruck-Verteilerkammem aufweist, führt ein Übergangskanal von einer Hochdruck-Verteilerkammer zu einer ersten Mitteldruck- Verteilerkammer, ein zweiter Übergangskanal fuhrt von einer Niederdruck-Verteilerkammer zu einer zweiten Mitteldruck-Verteilerkammer, und weitere Übergangskanäle verbinden die wenigstens zwei oder mehr Mitteldruck-Verteilerkammem innerhalb des Drosselkolbens. Mehrere Übergangskanäle können durch eine einzige Bohrung oder ähnliche rohrförmige Aushöhlung des Drosselkolbens gebildet sein, welche sich quer durch den Drosselkolben erstreckt und mehrere Verteilerkammem kreuzt. Der Drosselkolben kann wenigstens eine Mitteldruck-Verteilerkammer aufweisen, die gegenüber wenigstens einer Hochdruck- Verteilerkammer und/oder wenigstens einer Niederdruck-Verteilerkammer in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung versetzt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die wenigstens eine Hochdruck-Verteilerkammer, insbesondere mehrere Hochdruck-Verteilerkammer, und die wenigstens eine, insbesondere die mehreren, Niederdruck-Verteilerkammern durch ein dreidimensionales Geflecht aus Übergangskanälen miteinander fluidisch verbunden. Im Inneren des Drosselkolbens ist ein labyrinthartiges, dreidimensionales Geflecht aus Kanälen sowie gegebenenfalls Mitteldruck- Verteilerkammem gebildet, durch welches sich das Prozessfluid einen Weg von dem wenigstens einen Eintrittskanal zu dem wenigstens einen Austrittskanal bahnen kann. Das dreidimensionale Geflecht ist gebildet durch eine Vielzahl von Kreuzungsstellen von Übergangskanälen und Verteilerkammern, insbesondere Mitteldmck-Verteilerkammem. Sinnbildlich gesprochen kann der Drosselkolben wie ein Schweizer Käse von Kanälen und Verteilerkammer durchdrungen sein, von denen ein durch Eintritts- und Austrittskanäle gebildeter Teil mit einer Außenseite des Drosselkolbens verbunden ist. Ein Drosselkolben mit einem darin gebildeten dreidimensionalen Geflecht aus Übergangskanälen und Verteilerkammern, insbesondere Mitteldruck-Verteilerkammern, zeigt besonders bei sehr hohen Druckdifferenzen zwischen dem Hochdruckbereich an der ersten Drosselkolben- Außenseite und dem Niederdruckbereich an der zweiten Drosselkolben-Außenseite hervorragende schalldämpfende und vibrationsarme Eigenschaften. Ferner erlaubt die Verwendung eines Geflechts aus Kanälen innerhalb des Drosselkolbens einen dauerhaften, wartungsarmen Betrieb, weil einzelne Fehlstellen innerhalb des Geflechts infolge von lokalen Kavitationserscheinungen im Inneren des Drosselkolbens keine merkliche Beeinträchtigung des gesamten Drosselventils zur Folge haben. Insbesondere hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass das Auftreten lokaler Kavitationserscheinungen innerhalb des Drosselkolbens anders als Kavitationserscheinungen an einem Öffnungsspalt zwischen Ventilkolben und Ventilsitz eines herkömmlichen Drosselventils nicht zu einer exponentiellen Schadensentwicklung mit raschem Ventilversagen führt.
Gemäß einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Drosselkolbens, der mehrere Mitteldruck-Verteilerkammem umfasst, die zwischen der wenigstens einen Hochdruck- Verteilerkammer, insbesondere den mehreren Hochdruck- Verteilerkammer, und der wenigstens einen Niederdruck-Verteilerkammer, insbesondere den mehreren Niederdruck- Verteilerkammern, in das Geflecht aus Übergangskanälen eingebunden sind, wobei insbesondere dritte Übergangskanäle gegen einander versetzte Mitteldruck-Verteilerkammern mit einander fluidisch verbinden. Der Drosselkolben kann wenigstens zwei oder mehr Mitteldruck- Verteilerkammern aufweisen, die relativ zueinander in Radialrichtung und/oder in Umfangsrichtung versetzt sind. Vorzugsweise kann der Drosselkolben wenigstens zwei Mitteldruck-Verteilerkammem aufweisen, die sowohl relativ zueinander als auch relativ zu wenigstens einer Hochdruck-Verteilerkammer und/oder relativ zu wenigstens einer Niederdruck-Verteilerkammer in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung versetzt sind.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Geflecht gebildet aus Übergangskanälen mit einem spitzen Winkel relativ zur Axialrichtung und aus Übergangskanälen mit einem stumpfen Winkel relativ zur Axialrichtung. Ein spitzer Winkel hat im Allgemeinen zwischen 0° und weniger als 90°. Ein stumpfer Winkel hat im Allgemeinen zwischen mehr als 90° und 180°. Die Übergangskanäle können unterteilt werden in eine erste Gruppe fächerartig in Axialrichtung schräg verlaufender Kanäle und in eine zweite Gruppe fächerartig entgegen der Axialrichtung schräg verlaufender Kanäle. In dem Geflecht sind gegensätzlich geschrägte Übergangskanäle beziehungsweise Übergangskanal-Gruppen vorgesehen, die einander kreuzen, wobei insbesondere die Kreuzungsstellen in den Mitteldruck-Verteilerkammem realisiert sind. Die zwei Gruppen Übergangskanäle können derart angeordnet sein, dass sie in einem Diagonalquerschnitt durch den Drosselkörper ein netzartiges Geflecht gemeinsam mit den Verteilerkammem bilden.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Verteilerkammem stufenartig von den Übergangskanälen abweichende Durchströmungsquerschnitte auf. Vorzugsweise sind die Durchströmungsquerschnitte der Eintrittskanäle kleiner als die Durchströmungsquerschnitte der Hochdmck-Verteilerkammern. Vorzugsweise sind die Durchströmungsquerschnitte der Austrittskanäle kleiner als die Durchströmungsquerschnitte der Niederdruck-Verteilerkammer. Vorzugsweise sind die Durchströmungsquerschnitte der Übergangskanäle kleiner als die Durchströmungsquerschnitte der Hochdruck- Verteilerkammer, Niederdruck-
Verteilerkammem und/oder Mitteldruck-Verteilerkammern. Durch eine insbesondere stufenförmig unterschiedliche Querschnittsgestalt der Kanäle und Verteilerkammem wird bei den vielen Übergängen zwischen Kanälen und Verteilerkammem mittels Verwirbelungen des Prozessfluids Energie dissipiert.
Gemäß einer Ausführung sind die Verteilerkammern zumindest teilweise relativ zueinander in Axialrichtung versetzt. Beispielsweise können mehrere Hochdruck- Verteilerkammer in Axialrichtung versetzt entlang der ersten Außenfläche angeordnet sein. Alternativ können mehrere Niederdruck-Verteilerkammem in Axialrichtung versetzt entlang der zweiten Außenfläche angeordnet sein. Die wenigstens eine Mitteldruck-Verteilerkammer kann relativ zu der wenigstens einen Niederdmck-Verteilerkammer und/oder der wenigstens einen Hochdruck- Verteilerkammer in Axialrichtung versetzt angeordnet sein. Die wenigstens zwei Mitteldruck-Verteilerkammem können in Axialrichtung zueinander versetzt sein. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Mitteldruck- Verteilerkammem in Axialrichtung relativ zu wenigstens einer Niederdmck-Verteilerkammer, insbesondere relativ zu allen Niederdruck- Verteilerkammern, versetzt angeordnet. Vorzugsweise sind die wenigstens zwei Mitteldruck- Verteilerkammem in Axialrichtung wenigstens zu relativ einer Hochdruck-Verteilerkammer versetzt angeordnet.
Gemäß einer Ausführung erstreckt sich wenigstens eine Verteilerkammer, d. h. wenigstens eine Hochdruck- Verteilerkammer, wenigstens einer Mitteldmck-Verteilerkammer, und/oder wenigstens eine Niederdruck-Verteilerkammer, ring- oder spiralförmig. Alternativ oder zusätzlich kann sich wenigstens eine Verteilerkammer im Inneren des Drosselkolbens in Umfangsrichtung teil- oder vollumfänglich erstrecken. Vorzugsweise können mehrere Verteilerkammem ring- oder spiralförmig sein und/oder sich im Inneren des Drosselkolbens teilumfänglich oder vollumfänglich erstrecken. Die umfängliche Erstreckung beziehungsweise Ringform ist vorzugsweise auf die Achse des Drosselkolbens bezogen rotatorisch, insbesondere rotationssymmetrisch. Beispielsweise kann wenigstens eine Verteilerkammer torusförmig sein. Vorzugsweise sind mehrere Verteilerkammem vollumfänglich ringförmig. Insbesondere sind alle Mitteldruck-Verteilerkammern, alle Hochdruck- Verteilerkammer und/oder alle Niederdruck-Verteilerkammern vollumfänglich ringförmig. Bei einer Ausführung mit ausschließlich vollumfänglich ringförmigen Verteilerkammem sind die Verteilerkammern zumindest teilweise in Radialrichtung relativ zueinander versetzt sowie gegebenenfalls zumindest teilweise in Axialrichtung relativ zu einander versetzt in dem Drosselkolben angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Hochdmck-Verteilerkammem und die Niederdruck- Verteilerkammem insbesondere vollumfänglich ringförmig. Zusätzlich können auch die Mitteldmck-Verteilerkammem insbesondere vollumfänglich ringförmig sein. Insbesondere sind die Verteilerkammem koaxial zueinander, sowie gegebenenfalls zu der Achse des Drosselkolbens angeordnet. Ausgehend von einem radialen oder axialen, stichbohrungs-artigen Eintrittskanal an der ersten Außenseite des Drosselkolbens kann die Verwendung wenigstens einer insbesondere vollumfänglich ringförmigen Verteilerkammer eine Verteilung des Prozessfluides von dem einen Eintrittskanal über eine größeren Volumen-Bereich des Ventilkolbens bewirken, um eine große Durchströmungsfläche für eine große Menge Prozessfluid bereitzustellen und um das zur Dissipation bereitgestellt Drosselvolumen bezüglich jedes einzelnen Eintrittskanal zu maximieren.
Gemäß einer Ausführung eines Drosselkolbens führen mehrere Eintrittskanäle von derselben Hochdruck- Verteilerkammer zur ersten Drosselkolben-Außenseite. Indem zwei oder mehr Eintrittskanäle in dieselbe Hochdmck-Verteilerkammer führen, wo eine Umlenkung des einströmenden Prozessfluides erfolgt, können die Prozessfluidteilströmungen der einzelnen Eintrittskanäle in der Hochdruck-Verteilerkammer gegeneinander gelenkt werden, um kinetische Energie des Prozessfluids zu Dissipieren.
Bei einer bevorzugten Ausführung, die mit den vorigen Ausführungen kombinierbar ist, sind an der ersten Drosselkolben-Außenseite zwei in Axialrichtung versetzte Eintrittsbereiche angeordnet, wobei die Eintrittskanäle in dem ersten Eintrittsbereich eine geringere Anzahl und/oder einen geringeren kumulierten Einlassquerschnitt haben als die Eintrittskanäle dem zweiten Eintrittsbereich. Insbesondere können der erste Eintrittsbereich und der zweite Eintrittsbereich in Axialrichtung und Umfangsrichtung gleich groß sein. Bei einer translatorischen Bewegung des Hubkolbens in der Axialrichtung kann insbesondere zunächst der erste Eintrittsbereich freigegeben werden, um in einem anfänglichen Öffnungsbereich einen geringen Durchflussquerschnitt bereitzustellen, sodass die Durchflussmenge fein dosierbar ist. Anschließend kann der zweite Eintrittsbereich freigegeben werden, um große Durchflussmengen zu gestatten.
Gemäß einer Weiterbildung bildet die erste Drosselkolben-Außenseite in Axialrichtung vor dem ersten und hinter dem zweiten Eintrittsbereich je eine geschlossene Fläche. Die geschlossene Fläche vor dem ersten Eintrittsbereich kann einen Abschnitt zum vorzugsweise abdichtenden Ergreifen eines Ventilsitzes des Stellventils umfassen. Insbesondere kann der Abschnitt eine sich verjüngende, insbesondere abgerundete oder schräge, beispielsweise kegelstumpfförmige, Form aufweisen. Die geschlossene Fläche hinter dem zweiten Eintrittsbereich kann einen Mischbereich des Drosselkolbens umgeben, in dem wenigstens eine Niederdruck-Verteilerkammer, vorzugsweise mehrere Niederdruck-Verteilerkammern, sowie gegebenenfalls wenigstens eine Mitteldruck-Verteilerkammer, vorzugsweise eine Vielzahl von Mitteldruck-Verteilerkammern, angeordnet sind. Durch die Verwendung eines sich in Axialrichtung erstreckenden Mischbereichs ohne Eintrittskanäle und ohne Austrittskanäle, innerhalb dessen eine Vielzahl von in Axialrichtung sowie in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung zumindest paarweise relativ zueinander versetzten Verteilerkammern angeordnet sind, kann innerhalb eines kleinen Drosselkolben-Volumens eine große Druckreduktion bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführung fuhren mehrere Austrittskanäle von derselben Niederdruck- Verteilerkammer zur zweiten Drosselkolben-Außenseite. Zwischen der Niederdruck- Verteilerkammer der Drosselkolben- Außenseite ist eine Außenwand angeordnet, durch welche die Auslasskanäle dringen. Die Niederdruck-Verteilerkammer stellt einen Aufnahmeraum bereit, in dem Übergangs-Fluidströmungen von vorangehenden Mitteldruck-Verteilerkammern und/oder wenigstens einer Hochdruck-Verteilerkammer gegeneinander gerichtet sein können.
Bei einer Ausführung eines Drosselkolbens, die mit den vorherigen kombinierbar ist, führt der wenigstens eine Austrittskanal, insbesondere mehrere Austrittskanäle, zu wenigstens einem Ausgangsdiffusor an der zweiten Drosselkolben-Außenseite. Der Ausgangsdiffusor kann kreisförmig, ringförmig und/oder blütenförmig sein. An der zweiten Drosselkolben- Außenseite können mehrere insbesondere konzentrisch zueinander angeordnete Ausgangsdiffusoren angeordnet sein. Ein Diffusor kann einen sich konusförmig aufweitenden Ausgangsquerschnitt definieren, um die austretende Fluidströmung gleichmäßig in den Niederdruckbereich des Stellventils einzuleiten.
Insbesondere erstrecken sich bei einer Ausführung des Drosselkolbens die Eintrittskanäle in Radialrichtung zu einer ersten Drosselkolbenaußenseite am radialen Außenumfang des Drosselkolbens. Vorzugsweise sind die Eintrittskanäle quer zu der Drosselkolben-Achse und/oder quer zu ihrer insbesondere ringförmigen Hochdruck- Verteilerkammer ausgerichtet. Alternativ oder zusätzlich erstrecken sich die Austrittskanäle in Axialrichtung von einer zweiten Drosselkolben-Außenseite an einer axialen Stirnfläche des Drosselkolbens. Vorzugsweise sind die Austrittskanäle parallel zu der Drosselkolben Achse und/oder quer zu ihrer insbesondere ringförmigen Niederdruck-Verteilerkammer ausgerichtet.
Erfindungsgemäß ist ein Stellventil für eine prozesstechnische Anlage vorgesehen, beispielsweise eine chemische Anlage, wie eine petrochemische Anlage, ein Kraftwerk, beispielsweise ein Nuklearkraftwerk, ein hydrothermisches Kraftwerk, oder dergleichen, oder eine lebensmittelverarbeitende Anlage, wie eine Brauerei. Das Stellventil umfasst einen Hochdruckbereich zum Empfangen eines Prozessfluids mit einem ersten Druckniveau und einen Niederdruckbereich zum Abgeben des Prozessfluids mit einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus. Die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckniveau und dem zweiten Druckniveau beträgt betriebsgemäß wenigstens 10 bar, vorzugsweise wenigstens 20 bar, insbesondere mehr als 30 bar. Das Stellventil umfasst ferner ein Ventilgehäuse, welches einen von einem Eingang zu einem Ausgang durchströmbaren Querschnitt definiert, und einen an dem Ventilgehäuse ausgebildeten, zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich angeordneten Ventilsitz. Ferner umfasst das Stellventil einen in dem Ventilsitz geführten erfindungsgemäßen Drosselkolben. Vorzugsweise kooperiert der erfindungsgemäße Drosselkolben mit dem Ventilsitz. Der Drosselkolben ist relativ zu dem Ventilgehäuse, insbesondere dem Ventilsitz, in Axialrichtung beweglich angeordnet. Insbesondere kann der Drosselkolben beweglich sein zwischen einer ersten geschlossene Stellung, in welcher ein Schließbereich, insbesondere ein kegelförmiger Abschnitt, des Drosselkolbens, abdichtend mit einem Ventilsitz kooperiert, und einer zweiten Durchflussstellung, in welcher sämtliche Eintrittskanäle und Austrittskanäle des Drosselkolbens von Ventilgehäuse, insbesondere dem Ventilsitz und/oder einem Ventilkäfig, freigegeben sind. Der Drosselkolben kann dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der Durchflussstellung einzunehmen, wobei abhängig von der Lage des Drosselkolbens in der jeweiligen Zwischenstellung in Relation zu dem Ventilgehäuse eine verschieden große Anzahl von Eintrittskanälen und/oder Austrittskanälen freigegeben sind. Die Durchflussrate des Prozessfluids durch das Stellventil mit dem Drosselkolben kann in Abhängigkeit von der Anzahl der freigegebenen Eintrittskanäle und/oder Austrittskanäle einstellbar sein.
Vorzugsweise ist der Drosselkolben gemäß einer sogenannten „Flow-To-Close“ (FTC) Fließrichtung in der prozesstechnischen Anlage unterzubringen, wobei insbesondere die Eintrittskanäle einem radialen Außenumfang des Drosselkolbens und die Austrittskanäle an einer axialen Stirnseite des Drosselkolbens angeordnet sind. Bei den FTC-Ventil ist für die Durchflussrate die Anzahl beziehungsweise kumulierte Eintrittsfläche der freigegebenen Eintrittskanäle maßgeblich. Alternativ kann das Stellventil gemäß einer sogenannten „Flow-to- Open“ (FTO) Fließrichtung in der prozesstechnischen Anlage untergebracht sein, wobei insbesondere die Eintrittskanäle an einer axialen Stirnseite des Drosselkolbens und die Austrittskanäle an einer radialen Umfangsseite des Drosselkolbens angeordnet sind. Bei dem FTO-Ventil ist für die Durchflussrate die Anzahl beziehungsweise kumulierte Austrittsfläche der freigegebenen Austrittskanäle maßgeblich.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Stellventils mit einem erfindungsgemäßen Drosselkolben in einer Durchflussstellung;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drosselkolbens;
Figur 3 eine Draufsicht auf eine axiale Stirnfläche des erfindungsgemäßen Drosselkolbens gemäß Figur 2;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Drosselkolbens gemäß Figur 2;
Figur 5 eine schematische Querschnittsansicht des Stellventils nach Figur 1 in einer Z wi schenstellung;
Figur 6 eine schematische Querschnittsansicht des Stellventils nach Figur 1 in einer Schließstellung; und
Figur 7 eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Stellventils.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der Figuren werden für dieselben oder ähnliche Komponenten verschiedener Ausführungen dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet. Ein erfindungsgemäßer Drosselkolben ist im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der erfindungsgemäße Drosselkolben 1 umfasst Einlasskanäle 41, 43, Hochdruck- Verteilerkammem 11, 13, Übergangskanäle 62, 64, 65, Niederdruck-Verteilerkammem 31 und Austrittskanäle 51.
Wie in Figur 1 zu erkennen, kann der Drosselkolben 1 betriebsgemäß in einem Stellventil 100 eingebaut sein. Das Stellventil 100 ist für den Einbau einer prozesstechnischen Anlage in der Strömungsrichtung Flow-to-Close (FTC) entsprechend dem dargestellten Pfeil vorgesehen.
Das Stellventil 100 hat ein Gehäuse 103, welches den Prozessfluid-führenden Innenraum umgibt. Der Prozessfluid-führende Innenraum des Stellventils 1 lässt sich unterteilen in den Hochdruckbereich 104, den Niederdruckbereich 105 und den Bereich des Ventilsitzes 101. bei der ersten Ausführung eines Stellventils 100 gemäß der Figuren 1, 5 und 6 sind am Eingang und am Ausgang des Gehäuses 103 koaxiale Befestigungsflansche zum Anbinden von Zuflussbeziehungsweise Abflussrohren vorgesehen. Die Flussrichtung des Prozessfluids durch das Stellventil 100 korrespondiert zu der Radialrichtung R.
Bei der Ausführung eines Stellventils 100 gemäß Figur 7 sind die Strömungsrichtungen am Eingangsbereich 104 und am Ausgangsbereich 105 quer relativ zu einander ausgerichtet. Die Strömung im Niederdruckbereich 105 verläuft parallel zu der Axialrichtung A und die Strömung im Hochdruckbereich 104 entsprechend der Radialrichtung R.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird der Ventilsitz 101 als Teil des Ventilgehäuses 103 betrachtet. Es sei klar, dass der Ventilsitz 101 eine von dem übrigen Ventilgehäuse 103 lösbares Einzelteil sein kann. Im betriebsgemäßen Verwendungszustand des Stellventils 100 ist der Ventilsitz 101 fest mit dem übrigen Ventilgehäuse 103 verbunden. Das Ventilgehäuse 103 weist eine als Laterne 107 gebildete Abdeckung in Axialrichtung A oberhalb des Ventilsitzes 101 auf. An der Laterne 107 ist ein insbesondere pneumatischer oder elektrischer Stellaktor 109 angebracht, der mittels der Stellstange 111 kraftübertragungsgemäß mit dem Drosselkolben 1 verbunden ist. Durch eine Betätigung des Stellaktors 109 kann eine Relativstellung des Drosselkolbens 1 in Bezug auf das Ventilgehäuse 103 eingestellt werden. Figur 1 zeigt den Drosselkolben 1 in einer Durchflussstellung, in der alle Eintrittskanäle 41, 43 freigegeben sind. Figur 6 und 7 zeigen eine Schließstellung des Drosselkolbens 1 in dem jeweiligen Stellventil 100. In Figur 5 ist eine Zwischenstellung des Drosselkolbens 1 in dem Stellventil 100 dargestellt, in dem eine Reihe von Eintrittskanälen 43 durch den Ventilsitz 101 verschlossen sind und dem einige wenige Eintrittskanäle 41 freigegeben sind. In jedem Stellzustand des Drosselkolbens 1 in dem Stellventil 100 gemäß Figur 1, Figur 5 oder Figur 6 ist am Eingang des Stellventils 101 ein Hochdruckbereich 104 und am Ausgang des Stellventils 100 ein Niederdruckbereich 105 vorgesehen.
Der Drosselkolben 1 wird nachfolgend bezugnehmend auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben. Der Drosselkolben 1 hat eine im Allgemeinen zylindrische Gestalt, durch welche eine Axialrichtung A sowie quer dazu eine Radialrichtung R definiert ist, wie auch eine auf die Axialrichtung A bezogene Umfangsrichtung U. Da der Drosselkolben 1 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, braucht keine Unterscheidung zwischen verschiedenen Radialrichtung getroffen werden. An zwei unterschiedlichen Außenseiten 4, 5 sind in das Innere des Drosselkolbens 1 ragende Eintrittskanäle 41, 43 beziehungsweise aus dem Drosselkolben 1 heraus führende Austrittskanäle 51 angeordnet.
Bei den vorliegenden exemplarischen Ausführungen ist gemäß der Prozessfluid- Strömungsrichtung FTC die Bezeichnung Eintrittskanäle 41, 43 für die sich in Radialrichtung R von der ersten, radialen Umfangs- Außenseite 4 ins Innere des Drosselkolbens 1 erstreckende Kanäle gewählt. Dazu korrespondierend es für die hier dargestellten exemplarischen Ausführungen gemäß der Prozessfluid-Strömungsrichtung FTC die Bezeichnung Austrittskanäle 51 für die sich in Axialrichtung A von der zweiten, axialen Stirnfläche- Außenseite 5 ins Innere des Drosselkolbens 1 erstreckenden Kanäle gewählt. Die Bezeichnung Eintrittskanäle 41, 43 beziehungsweise Austrittskanäle 51 ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zur einfacheren Verständlichkeit unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellte bevorzugte Fließrichtung gewählt. Es sei klar, dass abhängig von der Prozessfluid- Strömungsrichtung bei einer alternativen (nicht näher dargestellt) Ausführung die radialen Kanäle als Austrittskanäle und die axialen Kanäle als Eintrittskanäle realisieren würden. Der Drosselkolben 1 kann als insbesondere einstückiger Körper 3 vorzugsweise aus einem Vollmaterial gebildet sein. Der Körper 3 des Drosselkolbens 1 ist von einem Geflecht 6 aus Kanälen und Verteilerkammern durchdrungen. Durch das labyrinthartige Geflecht 6 aus Verteilerkammern und Kanälen kann das Prozessfluid durch den Drosselkolben 1 strömen. Ein Vollmaterial-Körper 3, der von einem Kammer- und Kanal-Geflecht 6 mit zahlreichen Hinterschnitten durchzogen ist, kann beispielsweise durch ein generatives Herstellungsverfahren, wie ein 3 -D-Druck- Verfahren, eine Sinter- Verfahr en oder dergleichen hergestellt sein.
An der ersten, radialen Außenseite 4 des Drosselkolbens 1 sind Eingänge für die verschiedenen Eingangskanäle 41, 43 vorgesehen. Die radiale Außenseite 4 des Drosselkolbens 1 kann in verschiedene Bereiche unterteilt werden, wie bezüglich Figur 4 beschrieben werden soll. An dem in Axialrichtung A obersten Teil des Drosselkolbens 1 ist ein Verschlussbereich durch eine geschlossene Fläche 10 gebildet, an der ein kegelstumpfförmiger Vorsprung zum abdichtenden in Eingriff bringen mit einem Ventilsitz 101 des Stellventils vorgesehen ist.
In Axialrichtung A benachbart zu dem Verschlussbereich 10 hat der Drosselkolben 1 einen ersten, progressiven Eintrittsbereich 40 mit ersten Eintrittskanälen 41. Die Dichte von Eintrittskanälen 41 nimmt in dem ersten Eintrittsbereich 40 in Axialrichtung A zu, d.h. mit zunehmendem Abstand von dem Verschlussbereich 10 steigt die Eintrittskanal-Dichte. Die Dichte von Eintrittskanälen 41 kann in Axialrichtung A bis zu einem Maximum erhöht werden. Weitere Eintrittskanäle 43 sind in einem zweiten, konstanten Eintrittsbereich 42 vorgesehen, der sich in Axialrichtung A an den ersten Eintrittsbereich 40 anschließt. In dem zweiten Eintrittsbereich 42 herrscht eine hohe, insbesondere die maximale, Eintrittskanal-Dichte. Mit Eintrittskanal-Dichte kann die Anzahl an Eintrittskanäle 41 oder 43 in einem Abschnitt des Drosselkörpers 1 in Axialrichtung A bezeichnet werden. Indem der Drosselkörper 1 mit einem ersten Eintrittsbereich 40 steigender Kanaldichte und einem zweiten Eintrittsbereich 42 hoher Kanaldichte ausgestattet ist, kann eine Drosselkörper 1 realisiert werden, der sowohl einerseits hohe Durchflussmengen erlaubt, wenn beide Eintrittsbereiche 40, 42 freigegeben sind, und der andererseits eine präzise Dosierung geringer Durchflussmengen erlaubt, wenn ausschließlich ein erster Eintrittsbereich 40 geringer Kanaldichte, insbesondere nur teilweise, freigegeben ist. Alternativ kann ein Drosselkörper mit nur einem konstanten oder progressiven Eintrittsbereich ausgeführt sein (nicht dargestellt).
Im axialen Anschluss an den gesamten Eintrittsbereich kann der Drosselkörper 1, wie vorliegend dargestellt, mit einer zweiten geschlossenen Fläche 50 ausgestaltet sein, welche sich in Axialrichtung A erstreckt. Im Bereich der zweiten geschlossenen Fläche 50 kann im Inneren des Drosselkörpers 3 ein Mischbereich mit zahlreichen Verteilerkammem 21, 31 und Übergangskanälen 62 gebildet sein. Insbesondere können im Bereich der geschlossenen Fläche 50 eine Vielzahl von Mitteldruck-Verteilerkammem 21 vorgesehen sein, welche weder durch Eintrittskanäle 41, 43 noch durch Austrittskanäle 51 direkt mit dem Hochdruckbereich 104 oder dem Niederdruckbereich 105 direkt verbunden sind. Die Mitteldruck-Verteilerkammem 21 sind nur über Übergangskanäle 62, 64 und 65 mit einander und mit den Hochdruck- Verteilerkammem 11, 13 und den Niederdruck-Verteilerkammern 31 verbunden. Durch die Verwendung mehrerer Mitteldruck-Verteilerkammem 21 werden im Inneren des Körpers 3 des Drosselventils 1 eine Vielzahl von Prozessfluid-Strömungs-Kreuzungsstellen realisiert, an denen Energie des Prozessfluids dissipiert werden kann, um einen großen Druckgradient zwischen der Hochdruck-Bereich 104 und dem Niederdruckbereich 105 einzustellen. Selbst wenn es an einer Kreuzungsstelle im Inneren des Drosselventilkörpers 3 zu Schäden infolge von Kavitation oder ähnlichem kommt, bleiben die übrigen Kreuzungsstellen hiervon unbeeinträchtigt. Dadurch kann der Drosselkolben 1 für lange Zeit wartungsfrei eingesetzt werden. Schäden am Ventilsitz 101 werden praktisch vollständig vermieden
Am in Axialrichtung A unteren Ende des Drosselkolbens 1 ist die zweite Außenseite 5 gebildet, an der eine Vielzahl von Austrittskanälen 51 in mehrere Ausgangsdiffusoren 53 münden. Die untere Außenseite 5 beziehungsweise Stirnseite des Drosselkolbens 1 ist in Figur 3 abgebildet. An der unteren Außenseite 5 ist mittig ein kreisförmiger, zentraler Ausgangsdiffusor 53 vorgesehen, der koaxial von fünf ringförmigen Ausgangsdiffusoren 53 umgeben ist. In die verschiedenen Ausgangsdiffusoren 53 münden je mehrere, unterschiedlich viele Austrittskanäle 51. Die Menge der Austrittskanäle 51 pro Diffusor 53 nimmt mit zunehmendem radialen Abstand zur Achse des Drosselkolbens 1 zu. Durch den Einsatz der Austrittsdiffusoren 53 ist sichergestellt, dass die in Axialrichtung A aus dem Drosselkolben 1 austretende Prozessfluidströmung homogen in den Niederdruckbereich 105 des Stellventils 100 abgeführt wird, um das Ventilgehäuse 103 zu schonen.
Wie in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, bildet das Kanal- und Kammer-Geflecht 6 im Inneren des Körpers 3 des Drosselkolbens 1 eine dreidimensionale, vielfach verknüpfte Netzstruktur. Von der ersten, radialen Außenseite 4 des Drosselkolbens 1 führen die Eintrittskanäle 41 und 43 zu den Hochdruck-Verteilerkammem 11, 13. Im ersten Eintrittsbereich 40 sind, bezogen auf die Gesamtzahl der Eintrittskanäle 41 und 43 verhältnismäßig wenige, in Radialrichtung R lange Eintrittskanäle 41 vorgesehen. Die langen Eintrittskanäle 41 führen zu Hochdruck-Verteilerkammem 11 mit relativ großem Abstand zu radialen Außenseite 4 beziehungsweise geringem Abstand zur Achse A. In den langen Eintrittskanälen 41 kann durch Wandreibung Energie der Prozessfluidströmung aufgenommen werden. Die ersten Eintrittskanäle 41 sind von relativ dicken durch den Körper 3 gebildeten Kanalwandungen mit einer entsprechend hohen thermischen Masse umgeben.
Im zweiten Eintrittsbereich 42 ist eine sehr hohe Anzahl Eintrittskanäle 43 bezogen auf die Gesamtzahl der Eintrittskanäle 41 und 43 vorgesehen, sodass ein großer kumulierter Durchströmungsquerschnitt realisierbar ist. Die zweiten Eintrittskanäle 43 im zweiten Eintrittsbereich 42 sind sehr kurz und führen zu Hochdruck-Verteilerkammem 13 nahe der radialen Außenseite 4 des Drosselkörpers 1. In den kurzen zweiten Eintrittskanälen 43 findet wenig Wandreibung statt. In dem zweiten Eintrittsbereich 42 sind die einzelnen, vollumfänglichen tomsförmige Hochdmck-Verteilerkammem 13 je mit einer Vielzahl von Eintrittskanälen 43 ausgestattet, sodass die Fluidströmung mit verschiedensten Eintrittsrichtungen in die Hochdruck-Verteilerkammer 13 hineinströmt und sich in den einzelnen Hochdruck-Verteilerkammer entgegen einander orientierte Teil Strömungen und viele Verwirbelungen einstellen, damit Energie des Prozessfluids dissipiert wird.
Die verschiedenen Hochdmck-Verteilerkammer 11 und 13 des Drosselkolbens 1 sind in Radialrichtung und Axialrichtung A zumindest teilweise relativ zueinander versetzt im Körper 3 des Drosselkolbens 1 angeordnet. Es ist denkbar, dass insbesondere in dem zweiten Eintrittsbereich 42 mehrere Hochdmck-Verteilerkammem 13 nur in Axialrichtung A relativ zueinander versetzt sind. Die Eintrittskanäle 41, 43 haben bei der hier dargestellten exemplarischen Ausführung einen tropfenförmigen, nach oben verjüngten Querschnitt. Alternativ können die Kanäle 41, 43 zumindest teilweise eine rautenförmige, dreieckige, ovale und/oder runde Querschnittsform haben. Es sei klar, dass die Eintrittskanäle 41, 43 eine andere Querschnittsform aufweisen können. Alternativ oder zusätzlich können die Eintrittskanäle 41, 43 dieselbe oder unterschiedliche andere als die abgebildeten ovalen Querschnittsform und - große aufweisen. Die einzelnen Eintrittskanäle 41, 43 können geradlinig oder labyrinth-, kaskaden- bzw. schraubenkanalartig oder völlig frei gestaltet sein.
Durch eingangsseitige Übergangskanäle 65 kann das Prozessfluid von den Hochdruck- Verteilerkammer 13 in andere Hochdruck-Verteilerkammer 13 strömen, was zu zusätzlicher Wirbelbildung anregen kann. Insbesondere kann das Prozessfluid aus den Hochdruck- Verteilerkammer 11, 13 durch eingangsseitige Übergangskanäle 65 in erste Mitteldruck- Verteilerkammern 21 hineinströmen. Zwischen den Mittel druck-Verteilerkammem 21 und den Hochdruck-Verteilerkammern 11, 13 können eine Vielzahl von Übergangskanälen 65 gebildet sein, sodass in den Mitteldruck-Verteilerkammem 21 wiederum Prozessfluidströmung mit unterschiedlichsten Orientierungen hineinströmen kann, was weitere entgegengesetzt zu einander gerichtete Strömungen und Verwirbelungen in den Mitteldruck-Verteilerkammem 21 zur Folge hat.
Im Inneren des Drosselkolbens 1 ist eine Vielzahl verschiedener Mitteldruck-Verteilerkammern 21 vorgesehen. Die Mitteldruck-Verteilerkammem 21 können vollumfänglich tomsförmig sein. In dem Drosselkolben 1 können mehrere oder ausschließlich teilumfängliche Verteilerkammern, d.h. Hochdruck-Verteilerkammer 11, 13, Niederdruck-Verteilerkammer 31 und/oder Mitteldmck-Verteilerkammem 21, gebildet sein. Eine teilumfängliche Verteilerkammer kann beispielsweise ringabschnittsförmig sein. Eine teilumfängliche Kammer ist mit wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, Kanälen ausgestattet, von denen wenigstens einer in Richtung der ersten Außenseite 4 und wenigstens ein anderer in Richtung zur zweiten Ausgangsseite 5 führt. Beispielsweise können in dem Drosselkolben mehrere in Umfangsrichtung 4 benachbarte Verteilerkammem vorgesehen sein, die durch radiale Wände voneinander getrennt sind, die nicht, teilweise oder alle von Übergangskanälen in Umfangsrichtung durchdrungen sind. Mehrere Mitteldruck-Verteilerkammem 21 können einander koaxial zu der Achse A des Drosselkolbens in einer axialen Ebene umgeben. Verschiedene Mitteldruck-Verteilerkammern 21 können in Axialrichtung A relativ zueinander versetzt in verschiedenen axialen Ebenen angeordnet sein. Benachbarte axiale Ebenen können mit oder ohne axiale Höhenüberschneidung im Körper 3 des Drosselkolbens 1 angeordnet sein.
In dem in Figur 1 abgebildeten Drosselkolben 1 sind in Axialrichtung A übereinander sechs verschiedene Etagen mit Mitteldruck-Verteilerkammem 21 gebildet. In Axialrichtung A darüber ist eine weitere Etage mit einer ersten Hochdruck-Verteilerkammer 11 angeordnet. Die oberste Etage besteht aus einer einzigen vollumfänglichen, tomsförmigen Hochdruck- Verteilerkammer 11. Anstelle einer einzigen vollumfänglichen tomsförmigen Hochdruck- Verteilerkammer 11 ist es denkbar, das nicht mehr als einer oder nicht mehr als beispielsweise zwei der ersten Einlasskanäle 41 in teilumfänglich Hochdruck-Verteilerkammem 11 münden. In dem zweiten Eintrittsbereich 42 sind gemäß der in Figur 1 dargestellten Schnittansicht drei Hochdmck-Verteilerkammem 13 in drei entsprechenden axialen Etagen vorgesehen. Jede der vollumfänglichen Hochdmck-Verteilerkammer 13 umgibt mehrere in derselben Etage gebildete Mitteldruck-Verteilerkammern 21.
Unterhalb der Mitteldmck-Verteilerkammem 21 ist eine zusätzliche Etage mit sämtlichen Niederdmck-Verteilerkammem 31 angeordnet. Die Niederdruck-Verteilerkammem 31 sind mit zweiten Übergangskanälen 62 mit der untersten Etage von Mitteldmck-Verteilerkammem 21 verbunden. Ausgehend von den Niederdmck-Verteilerkammem 31 führen die Austrittskanäle 51 zu den Ausgangsdiffusoren 53. Die Austrittskanäle 51 haben bei der hier dargestellten exemplarischen Ausführung einen ovalen Querschnitt. Es sei klar, dass die Austrittskanäle 51 eine andere Querschnittsform aufweisen können. Alternativ oder zusätzlich können die Austrittskanäle 51 dieselbe oder unterschiedliche andere als die abgebildeten ovalen Querschnittsform und -große aufweisen. Die einzelnen Austrittskanäle 51 können geradlinig oder labyrinth-, kaskaden- bzw. schraubenkanalartig oder völlig frei gestaltet sein.
Wie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 zu erkennen ist, bilden die Übergangskanäle 62, 64 und 65 zusammen mit den Verteilerkammem 11, 13, 21 und 31 ein Geflecht 6. Die Übergangskanäle bilden eine netzartige Struktur, welche an den Verteilerkammem ihre Kreuzungsstellen hat. Die Übergangskanäle können unterteilt werden in 2 verschiedene Gruppen, nämlich eine erste Kanalgruppe die bezüglich der Achse A in einem spitzen Winkel angeordnet ist und eine zweite Gruppe, die bezüglich der Achse A in einem stumpfen Winkel angeordnet ist, sodass sich das Geflecht 6 mit der in Figur 1 abgebildeten rautenförmigen Netzstruktur bildet.
Die Übergangskanäle sind bei der hier exemplarisch dargestellten Ausführung in koaxial fluchtenden Untergruppen ausgeführt, die sich diagonal durch den Körper 3 des Drosselkolbens 1 erstrecken (ähnlich wie Durchgangsbohrungen, abgesehen davon, dass die Untergruppen bei der beispielsweise in Figur 1 dargestellten exemplarischen Ausführung ohne die Eintrittsöffnung einer typischen Bohrung gebildet sind). Wie hier exemplarisch dargestellt, können die Übergangskanäle 62, 64, 65 alle dieselbe, konstante Querschnittsform und -große aufweisen. Der Durchströmungsquerschnitt der Verteilerkammern 11, 13, 21, 31 ist größer als der Querschnitt der Kanäle 41, 43, 51, 62, 64, 65. Auf diese Weise sind Stufen gebildet, was Dissipation von Energie des Prozessfluids begünstigt. Es sei klar, dass die Übergangskanäle verschiedene und/oder variable Querschnittsformen haben können. Die einzelnen Übergangskanäle können geradlinig oder labyrinth-, kaskaden- bzw. schraubenkanalartig oder völlig frei gestaltet sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichen
1 Drosselkolben
3 Körper
4 erste Außenseite
5 zweite Außenseite
6 Geflecht
10 geschlossene Fläche
11, 13 Hochdruck-Verteilerkammer
21 Mitteldruck- V erteilerkammer
31 Niederdruck- V erteilerkammer
40 erster Eintrittsbereich
42 zweiter Eintrittsbereich
41, 43 Eintrittskanal
50 geschlossene Fläche
51 Austrittskanal
53 Austrittsdiffusor
62, 64, 65 Übergangskanal
100 Stellventil
101 Ventilsitz
103 Ventilgehäuse
104 Hochdruckbereich
105 Niederdruckb er ei ch
107 Laterne
109 Aktor
A Axialrichtung
R Radialrichtung
U Lfrnfangsri chtung

Claims

24 Ansprüche
1. Drosselkolben (1) zum Reduzieren von Fluiddruck in einem Stellventil (100) von einem Hochdruckbereich (104) zu einem Niederdruckbereich (105), wobei der Drosselkolben (1) in einer Axialrichtung (A) translatorisch beweglich ist und eine Radialrichtung (R) quer zur Axialrichtung (A) und eine auf die Axialrichtung (A) bezogene Umfangsrichtung (U) definiert, umfassend mehrere im Inneren des Drosselkolbens (1) angeordnete Verteilerkammem (11, 13, 21, 31), die durch wenigstens einen Übergangskanal (62, 64, 65) mit einander verbunden sind, wobei die Verteilerkammem (11, 13, 21, 31) wenigstens eine Hochdruck- Verteilerkammer (11, 13) und wenigstens eine Nieder druck- Verteilerkammer (31) umfassen, wobei wenigstens ein Eintrittskanal (41, 43) von der Hochdruck- Verteilerkammer (11, 13) zu einer ersten, hochdruckbereich(104)-seitigen
Drosselkolben- Außenseite (4) fuhrt und wobei wenigstens ein Austrittskanal (51) von der Niederdruck-Verteilerkammer (31) zu einer zweiten, niederdruckbereich(105)- seitigen Drosselkolben- Außenseite (5) führt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verteilerkammem (11, 13, 21, 31) in Umfangsrichtung (U) und/oder Radialrichtung (R) relativ zu einander versetzt angeordnet sind.
2. Drosselkolben (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens eine Mitteldruck- Verteilerkammer (21), die mit einem ersten Übergangskanal (64) mit der Hochdruck- Verteilerkammer (11, 13) und/oder mit einem zweiten Übergangskanal (65) mit der Niederdmck-Verteilerkammer (31) verbunden ist, wobei insbesondere kein Eintrittsoder Austrittskanal unmittelbar von der Mitteldruck-Verteilerkammer (21) zu einer ersten oder zweiten Drosselkolben- Außenseite (4, 5) führt. Drosselkolben (1) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend wenigstens eine, insbesondere mehrere, Hochdruck- Verteilerkammer (11, 13) und wenigstens eine, insbesondere mehrere, Nieder druck- Verteilerkammer (31), die durch ein dreidimensionales Geflecht aus Übergangskanälen (62, 64, 65) mit einander fluidisch verbunden sind. Drosselkolben (1) nach den Ansprüchen 2 und 3, ferner umfassend mehrere Mitteldruck-Verteilerkammem (21), die zwischen der Hochdruck-Verteilerkammer (11, 13), insbesondere den mehreren Hochdruck-Verteilerkammem (11, 13), und der Niederdruck-Verteilerkammer (31), insbesondere den mehreren Niederdruck- Verteilerkammem (31), in das Geflecht aus Übergangskanälen (62, 64, 65) eingebunden sind, wobei insbesondere dritte Übergangskanäle (62) gegen einander versetzte Mitteldruck-Verteilerkammern (21) mit einander fluidisch verbinden. Drosselkolben (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Geflecht gebildet ist aus Übergangskanälen mit einem spitzen Winkel relativ zur Axialrichtung (A) und Übergangskanälen mit einem stumpfen Winkel relativ zur Axialrichtung (A) Drosselkolben (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Verteilerkammem (11, 13, 21, 31) stufenartig von den Übergangskanälen (62, 64, 65) abweichende Durchströmungsquerschnitte haben. Drosselkolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verteilerkammem (11, 13, 21, 31) zumindest teilweise relativ zu einander in Axialrichtung (A) versetzt sind. Drosselkolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich wenigstens eine Verteilerkammer (11, 13, 21, 31) ring- oder spiralförmig ist und/oder sich im Inneren des Drosselkolbens (1) in Umfangsrichtung (U) teil- oder vollumfänglich erstreckt. Drosselkolben (1) nach Anspruch 8, wobei die Hochdruck- Verteilerkammer (11, 13) und die Niederdruck-Verteilerkammer (31) sowie gegebenenfalls die Mitteldruck- Verteilerkammer (21) ringförmig sind, wobei die Verteilerkammem insbesondere koaxial angeordnet sind. Drosselkolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an der ersten
Drosselkolben- Außenseite (4) zwei axial versetzte Eintrittsbereiche (40, 42) angeordnet sind, wobei die in Eintrittskanäle (41) in dem ersten Eintrittsbereich (40) eine geringere Anzahl und/oder einen geringeren kumulierten Einlassquerschnitt haben als die Eintrittskanäle (43) in dem zweiten Eintrittsbereich (42). Drosselkolben (1) nach Anspruch 10, wobei die erste Drosselkolben- Außenseite (4) in Axialrichtung (A) vor dem ersten und hinter dem zweiten Eintrittsbereich (40, 42) eine je geschlossene Fläche (10, 50) bildet, wobei insbesondere die geschlossene Fläche (50) hinter dem zweiten Eintrittsbereich (42) einen Mischbereich des Drosselkolbens (1) umgibt, in dem wenigstens eine Niederdruck-Verteilerkammer (51) sowie gegebenenfalls wenigstens eine Mitteldruck- Verteilerkammer (21) angeordnet ist und/oder wobei insbesondere die geschlossene Fläche (10) vor dem ersten Eintrittsbereich (40) einen Abschnitt zum vorzugsweise abdichtenden Ergreifen eines Ventilsitzes (101) des Stellventils (100) umfasst. Drosselkolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Austrittskanal, insbesondere mehrere Austrittskanäle (51), zu wenigstens einem Ausgangsdiffusor (53) an der zweiten Drosselkolben-Außenseite (5) führen, wobei insbesondere der Ausgangsdiffusor (53) kreisförmig, ringförmig oder blütenförmig ist. Stellventil (100) für eine prozesstechnische Anlage, umfassend einem Hochdruckbereich (104) zum Empfangen eines Prozessfluids mit einem ersten Druckniveau, einen Niederdruckbereich (105) zum Abgeben des Prozessfluids mit einem zweiten Druckniveau unterhalb des ersten Druckniveaus, einen zwischen Hochdruckbereich (104) und Niederdruckbereich (105) angeordneten Ventilsitz (101) und einen in dem Ventilsitz (101) angeordneten Drosselkolben (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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