DE2005916A1 - Steuerventil für ein Hochdruckmedium - Google Patents

Description

Dr.-Ing. Willielia !leiche] " ' · ' "

ipi-Ing, Woligcng Ifcioiiel

Parksiraße 13 . .

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ASSOCIA.TED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England.

Steuerventil für ein Hochäruckmedium

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Steuerventil für ein Hochdruckmedium mit zwei im wesentlichen konzentrischen Kanalöffnungen für zwei parallele Zweige einer zu steuernden Mediumsströmung und einer ringförmigen Trennwand, die eine gemeinsame Grenzwand der Kanäle zwischen den zwei Öffnungen "bildet."Das durch diese Öffnungen aus den Kanälen austretende Medium vermischt sich außerhalb der Öffnungen, um eine vereinigte Strömung zu bilden. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf^Ventilausführungen, in denen eine der zwei Kanalöffnungen durch eine ringförmige Öffnung von einem Kanal gebildet wird, , der zwischen einem Hohlkörper des Ventils und einem rohrförmigen Steuerkörper ausgebildet ist, der in dem Ventilkörper angeordnet ist. Die ' andere von den beiden Kanalöffnungen wird durch eine öffnung von dem Kanal.gebildet, der aus der Bohrung des Steuerkörpers besteht. In Ventilen der zuletzterwähnten Ausführung ist der Mediums-SteuerkÖrper in dem Ventilkörper derart beweglich angeordnet, daß eine Mediumsströmung in wenigstens einem der Kanäle, im allgemeinen beiden, reguliert oder unterbrochen werden kann.

Ein Problem, daß bei Ventilen der oben bezeichneten Art auftritt, besteht darin, daß der Bereich der Me'diums-strömung unmittelbar hintejr oder atrömungsabwärts voryaen zwei Kana!öffnungen, d.h. der Bereich, an dem,die Strömungen aufeinandertreffen, zu? Instabilität neigt, und zwar aufgrund der unter-

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schiedlichen Eigenschaften der Strömungen ^ die die Öffnungen verlassen. Diese Unterschiede können zur Ausbildung einer torroidalen Wirbelschleppe an der Zwischenfläche der zv/ei Strömungen führen, und dieser Wirbel kann in dem dem Ventil zugeordneten Rohrnetz Resonanzschwingungen erzeugen, die man gewöhnlich als "Leitungsdröhnen" (organ-piping) bezeichnet. Dieses "Leitungsdröhnen" hat eine unerwünschte Geräuscherzeugung im Rohrnetz zur SOlge und kann außerdem aufgrund von Druckänderungen in der gesteuerten Mediumsströmung ein fehlerhaftes Arbeiten des Gerätes bewirken, das mit dem Ventil verbunden ist.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der obenbezeichneten Art für ein Hochdruckmedium zu schaffen, in dem die Ausbildung einer Wirbelschleppe in der Mediumsströmung strömungsabwärt von den Kanalöffnungen unterbunden ist.

. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Steuerventil für ein Hochdruckmedium mit zwei im wesentlichen konzentrischen Kanalöffnungen für zwei parallele Zweige einer zu steuernden Mediumsströmung und einer ringförmigen Trennwand, die eine gemeinsame Grenzwand der Kanäle zwischen den α zwei Öffnungen bildet. Das Steuerventil ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenflächen der Trennwand neben den Öffnungen mit einer Anzahl von Hediums-Pührungskanälen versehen sind, die rund um die entsprechenden Flächen in Abstand voneinander angeordnet sind und daß die Kanäle sich im allgemeinen in Richtung der Mediumsströmung erstrecken und so ausgebildet sind, daß sie die Vermischung der Medien anregen oder fördern, die aus den Kanalöffnungen austreten. Die Mediums-Führungskanäle sind vorzugsweise durch Nuten gebildet, die in den Flächen ausgearbeitet sind.

Die Nuten können einen Querschnitt mit gekrümmten oder geradlinigen Seitenwänden aufweisen, und die in der Außenfläche ausgearbeiteten Nuten sind gegenüber denjenigen, die in der

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Innenfläche ausgearbeitet: sind, rund um den Umfang der Trennwand vorzugsweise versetzt.

Die Wirkung der genuteten Trennwand besteht darin,den Bereich der zwei Mediumsströmungen zu-vergrößern, in dem sie aufeinander treffen, um dadurch die Strömungen in einer solchen Weise zu stören oder·zu beeinflussen, daß die kinetische Energie zwischen diesen mit einer hohen G?eselawindigkeit übertragen wird, das . wiederum ein schnelles Vermischen der Strömungen über einen sehr kleinen Abstand strömungsabwärts von der Trennwand zur PoIge hat." Es hat sich herausgestellt, daß die Ausbildung vom Wirbelschleppen die nur ■ an der Zwisehenfläche der zwei .getrennten Strömungen erzeugt werden köaanen, dadurch unterdrückt wird, ■'" und daß das "Leitungsdröhnen'V das durch solche Wirbelschleppen hervorgerufen wird, vermieden ist. -

Anstelle von Nuten können die eine oder beide Seiten der Trennwand mit einer Reihe von Hippen versehen werden, die sich im allgemeinen in Richtung,der Mediumsströmung erstrecken und rund um die entsprechende Fläche in Abstand voneinander angeordnet sind. Die "Vertiefungen" zwischen benachbarten Rippen bilden dann die Mediüms-Führungskanäle."Auch andere Ausführungsformen, die eine ähnliche Steuerung der Mediumsströmung ergeben, können alternativ vorgesehen werden..

Die Erfindung wird nun: anhand der beiliegenden Abbildung ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:¹· _ · . .

Fig. 1 eihön Längsschnitt eines Steuerventils der obenbezeichneten Art; .'"'"' ...""'-

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Pig. 2 eine Teil-Schnittansicht entlang der Linie II-iI in Pig. 1;

Figuren 3 und 4 der Pig. 2 ähnliche Ansichten, die jedoch

zwei alternative Ausführungsformen von liuten für die Trennwand eines Steuerventils der Erfindung veranschaulichen und

Pig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der in Pig. 4 gezeigten Trennv/and.

Es wird nun auf Pig.1 Bezug genommen. Das Steuerventil für ein Hochdruckmedium weist einen hohlen Ventilkörper 1 und einen Steuerkörper in der Porm eines Ventilkopfes 2 auf, der in der Bohrung des Ventilkörpers axial beweglich gelagert ist. Der Ventilkopf ist mittel· dreier radial verlaufender Arme 8 (verl. Pig. 2, 3, 4) an einer Spindel 7 "befestigt. Die Spindel 7 erstreckt sich aus dem unteren Ende des Ventilkörpers heraus unä ist je mit einer passenden Steuervorrichtung axial bewegbar, um den Ventilkopf 2 innerhalb der Bohrung entsprechend zu bewegen. Es sei bemerkt, daß- sich die Hinweise auf das untere und obere Ende des Ventilkörpers auf die Lage des Ventils beziehen, die in Pig. 1 gezeigt ist, und daß das Ventil in der Praxis umgekehrt, mit seiner Achse horizontal liegen oder in jeder anderen erfoderlichen Lage befestigt sein kann. Der Venuilkörper weist eine kreisförmige Einlaßöffnung 3 in seiner Seitenwand und einen Auslaßkanal 4 am oberen Ende auf. Ein erster Strömungskanl 5 von der Einlaßöffnung 3 zum Auslaßkanal 4 liegt zwischen der Wand des Auslaßkanals und der Außenseite des Ventilkopfes 2, und ein zweiter Strömungskanal 6 verläuft durch den Ventilkopf selbst.

Das durch die Einlaßöffnung 3 eintretende Medium kann demzufolge in zwei parallelen Strömungen durch den Ventilkörper hindurchtreten, wie durch die Pfeile A und 3 angedeutet ist, um sich im Auulüßkijnal 4 utroaun^Gubwärto von den Offnungen der Xiuialo b und 6 wieder zu vereinigen. Die Geschwindigkeit der iüediums-

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BAD ORIG(NAL

strömung druch die zwei Kanäle 5 und 6 kann dadurch-einreguliert werden, daß der Ventilkopf 2 in axialer Richtung der Bohrung des Ventils bewegt" wird. Durch diese Bewegung v/ird der Bereich verändert , der fürden Durchtritt des Mediums für .jeden der Kanäle zwischen dem Ventilkopf 2 und dem Ventilkörper 1 zur Verfügung steht. Die Außenseite des oberen Endes des Ventilkopfes ist so geformt, daß ein Ventilfläche TO gebildet ist, mit einer Ventilfläche 9 am Eingang zu Auslaßkanal 4 der Ventilbohrung zusammenarbei-tet, und dss. untere Ende, des Ventilkopfes ist mit einer weiteren Ventilfläche 12 versehen, die mit einer weiteren Ventilfläche 11 unterhalb der Einlaßöffnung des Ventilkörpers zusammenwirkt. Der Ventilkopf "2 ist so geformt, daß 'φ die Ventilflächen 9 und 10 in Berührung miteinander gebracht · werden können, ..wodurch-die Mediumsströmung durch den Kanal 5 unterbrochen wird,.während der zweite Strömungskanal 6 offen bleibt, wenngleich mit einer reduzierten Fläche, um für das Medium einen Nebenkanal für den Durchtritt zu bilden.

Wenn jedoch beide Kanäle 5 und 6 geöffnet sind, werden die zwei Mediumsströmungen, wie bereits erwähnt,strömungsabwärts von den-Öffnungen der Kanäle5 und 6 wieder zusammengeführt, und in bisher konstruierten Ventilen dieser Art kann dies in gewissen Fällen zu einem "Leitungsdröhen" führen, was bereits beschrieben wurd. Demgemäß der Erfindung wird dies dadurch ver- äk hindert, daß im Endteil 13 des Ventilkopfes 2 der die Grenze zwischen den zwei Öffnungen bildet, aus denen das Medium in den Auslaßkanal abfließt, eine Reihe von Mediumsführungsflächen in der Form von Nuten vorgesehen wird, die in der inneren und: äußeren Seite des Kopfes ausgearbeitet werden; zwei alternative Ausführungen der Nuten sind in\Fig. 3 und in den Figuren 4 und 5 gezeigt.. - -■-....-

Es wird jedoch zunächst auf Fig. 2 Bezug genommen. Diese zeigt einen Querschnitt durch ein Ventil herkömmlicher Konstruktion, bei dem der Endteil 13 des Ventilkopfes zwischen den zwei Öffnungen der Kanäle 5 und 6 einen einfach gestalteten ringförmigen

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Querschnitt mit glatten, nicht unterbrochenen inneren unä äui3eren Seiten aufweist.

Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Querschnitt einer Aucfuhrungsiorn: eines Ventils gemäß der Erfindung,und bei diesem Ventil ist der Endteil 13 des Ventilkopfes 2 an seiner Innenseite und an seiner Außenseite mit Nuten 14 versehen, die im allgemeinen einen teilweise kreisförmigen Querschnitt aufweisen, eich über ein kurzes Stück vom Ende wegerstrecken und vom Ende wog eine allmählich abnehmende Tiefe haben. Die Muten an der inneren und äußeren Seite sind relativ zueinander versetzt, so daß sie zwischen den Abstützarmen 8 abwechselnd aufeinander folgen.

Das in den Figuren 4 und 5 gezeigte Ventil ist uem in Fig. 3 gezeigten ähnlich, mit der Ausnahme, daß die lauten 14 mit dreieckigem Querschnitt die Nuten der vorangegangenen Figur mit kreisrundem Querschnitt ersetzen. In beiden Anordnungen können sich die Nuten H im wesentlichen parallel zur Achse des Ventilkopfes erstrecken, oder sie'können zu dieser Achse derart geneigt sein, daß sie den Strömungen an ihrer Zwischenflächen strömungsabwärts vom Ventilkopf eine spiralförmige Bewegung erteilen. In jedem Fall führen die Nuten 14 das Medium. , das aus den zwei paralleln Abweigen des Ventils ausströmt,in einer solchen Weise, daß der Bereich der Zwischenfläche, wo sich die Strömungen wieder vereinigen, vergrößert und gestört wird, und die daraus resultierende schnell Übertragung der kinetischen Energie zwischen den Strömungen bewirkt, ein schnelles Vermischen derv_selben über einen sehr kleinen Abstand strömungsabwärts von der Trennwand.

In den Fällen,, wo die Nuten schräg verlaufen, sind sie vorzugsweise so entgegengesetzt angeordnet, daß sie nicht zusammen ein merkliches Drehmoment am Ventilkopf erzeugen.

Ü3 sei zwar bemerkt, daß zwar in den beschriebenen beioplelen die genutete Trennwand durch das Endteil doa Von LiI-

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kopfes selbst gebildet wird, die Erfindung'jedoch ebensogut in einem Ventil der bezeichneten Art angewendet -werden kann, in dem die Trennwand aus'einem getrennten rohrförmigen Teil besteht·, das am Ventilkopf befestigt ist. ' '

Das Ende des Ventilkopfes ist im allgemeinen mit einem gekrümmten Rand versehen, wie dies sehr deutlich in Fig. 5"gezeigt ist, wobei der äußerste Teil des Randes in einer Ebene quer zur Ventilachse liegt, wenngleich er in manchen Fällen eine kronenartige oder andere gewellte ]?orm haben kann.

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Claims (9)

Patentansprüche

1.!Steuerventil für ein Hochdruckmediuni mit zwei im wesentlichen konzentrischen Kanalöffnungen für zwei parallele Zweige einer zu steuernden Mediumsströmung und einer ringförmigen Trennwand die eine gemeinsame G-renzwand der Kanäle zwischen den zwei öffnungen bildet,

dadurch gekennzeichnet, daß die innere und äußere Seite der Trennwand (13) neben den öffnungen mit einer Vielzahl von Kediuras-Führungskanälen (H) versehen sind, die um die entsprechenden Flächen in Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Kanäle im allgemeinen sich in Richtung der Mediumsströmung erstrecken und so ausgebildet sind, daß sie die Vermischung des Medium^nregen, das aus aen Kanalöffnungen (5, 6) austritt. ·

2. Steuerventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mediums-Führungskanäle (H) aus Nuten bestehen, die in diesen Flächen ausgearbeitet sind.

3. Steuerventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die in der inneren und äußeren Seite der Trennwand (13) ausgearbeiteten Nuten (H) relativ zueinander versetzt sind (Figuren 3,4)

4. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (H) eine gekrümmte Querschnittsform aufweisen (Fig. 3).

BAD

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5. Steuerventil nach Anspruch¹ 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (H) eine dreieckige Querschnittsform aufweisen (Pig.4). . . ' ■

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 "bis 5, ' d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß sich die Nuten (H) in'axialer Sichtung entlang der ringförmigen Trennwand (13) erstrecken.

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7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

d a d u r c h g e k e η η ζ e i' c h η e t , daß die Nuten zur Achse der ringförmigen Trennwand schräg angeordnet sind.

8. Steuerventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das. Ventil einen Ventilkopf (2) enthält, der im Ventil. (1) derart "bewegbar ist, daß er die Abmessungen von wenigstens einem (5) der Strömungskanäle (5,6) durch das Ventil beeinflussen kann.

9. Steuerventil nach Anspruch 8, · ' da durch g. e k e η η ζ e i c h η e t , ; daß der Ventilkopf (2) rohrförmig ist und eine Bohrung aufweist, die einem (6) der Strömungskanäle(5,6) durch das Ventil bildet, daß der zweite Strömungskanal (5) durch eine'Außenseite des Ventilkopfes (2) und.einer Bohrung eines hohlen Ventilkörpers (1) gebildet ist, indem der Ventilkopf (2) in einer axialen Richtung bewegbar ist und daß die Trennwand .(13) innerhalb der Bohrung -des Ventils am dtrömungsabwärtigen Ende des Ventilkopfes (2) angeordnet ist.

TO. Steuerventil nach Anspruch 9, .

d· a d u r c h gv.e k e η η ζ e i c h η e ΐ , daß die Trenn- · wand (13) durch den strömungsabwärtsgelegenen Endteil des Ventilkopfes (2) gebildet ist. ■

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