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Ventil-Drosseleinrichtung Die Erfindung betrifft eine durch Veränderung
des Drosselquerschnitts lastabhängig einstellbare Ventil-Drosseleinrichtung für
gasförmige Druckmedien.
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Drosselventile für die Druck- oder Mengenreduzierung mit veränderbaren
Drosselquerschnitten sind bekannt. Die Veränderung des Drosselquerschnitts erfolgt
bei den bekannten Ventilen beispielsweise durch einen verschiebbar in einer die
Hoch- von der Niederdruckseite trennenden Trennwand des Ventilgehäuses abgedichtet
eingepassten, an einem Ende geschlossenen Lochzylinder, in dessen Zylinderwandung
eine Vielzahl von beispielsweise spiralförmig angeordneten Drosselbohrungen vorgesehen
ist0 Je nachdem, ob der Ii ochzylinder mehr oder weniger stark in die Hochdruckseite
des Ventils verschoben ist, stehen im Hochdruckraum des Ventilgehäuses eine größere
oder geringere Zahl von Bohrungen, über die das hochdruckseitig zugeführte Druckmedium
über den Zylinderinnenraum und das offene Zylinderende zur Niederdruckseite abströmen
kann. Durch Veränderung des Hubes des Lochzylinders kann daher die Zahl der den
Durchtritt von Druckmedium ermöglichenden Drosselbohrungen, d.ho der Durchtrittsquerschnitt
und damit die Drosselwirkung verändert werden. Es hat sich gezeigt, daß bei der
Entspannung des
Druckmediums Geräusche auftreten, die insbesondere
dann erhebliche Werte annehmen, wenn der Druckabfall von der Hoch- zur Niederdruckseite
das kritische Druckverhaltnis # p-krit überschreitet. Die dabei entstehenden Geräusche
können erheblich stören.
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Man n hat zwar bereits versucht bei solchen überkritischen Druchreduziervorgangen
die beim Drosselvorgang auftretenden Gerausche dadurch zu verringern, daß dem veranderlichen
Drosselquerschnitt unveränderliche Drosseleinrichtungen nachgeschaltet werden, die
den Drosselvorgang auf mehrere Drosselstellen unterteilen, an denen jeweils nur
eine unterkritische Druckentspannung stattfindet. Unveränderliche Drosseleinrichtungen
können jedoch nur für einen Lastpunkt optimal ausgelegt werden. Da in der industriellen
Praxis jedoch in der Regel über größere veränderliche Lastbereiche geregelt werden
muß, treten auch bei diesen be@annten Druckreduziereinrichtungen überkritische Druckgef@lle
auf, und eine wirksame Gerauschminderung wird nur bei Betrieb im Auslegungslastpunkt
erzielt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte
auf unterschiedliche Durchströmmengen einstellb@ren Druckreduziereinrichtungen so
weiterzubilden, daß ihre Gerauschentwicklung auch bei überkritischem Gesamtdruckgefälle
über den gesamten Arbeitsbereich wesentlich verringert ist0 Dadurch soll einerseits
die Umweltbelästigung durch L Lar-l, die -D5i Drosselventilen erhebliche Ausmaße
annehmen kann, und gleichzeitig der durch die hierbei auftretenden Schwingungen
auftretende Verschleiß vermindert werden0 Erfindungsgemäß wird diese Aufga@e dadurch
gelöst, daß die Drosseleinrichtung wenigstens zwei hintereinander geschaltete Drosselstufen
mit synchron veränderbaren Drosseluerschnitten aufweist, wobei die Drosselquerschnitte
jeder Stufe so @emessen sind, daß in jeder Stufe eine
unterkritische
Druckreduzierung erfolgt. Das starke Ansteigen von Geräuschen bei überkritischen
Druckreduziervorgängen wird hierdurch mit Sicherheit vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Drossel stufe
von einem an sich bekannten, mit einer Vielzahl von Drosselbohrungen versehenen,
an einem Ende geschlossenen Lochzylinder gebildet, der in oder auf eine eine zweite
Drosselstufe bildenden feststehenden iochzylinder mit dem geschlossene 1 Ende des
ersten Lochzylinders gegenüberliegendem geschlossenem Ende längsverschieblich angeordnet
ist, wobei Drosselbohrungen jeweils nur in dem an das geschlossene Ende der Lochzylinder
eschließenden Bereich bis etwa zur halben Zylinderlänge vorgesehen sind, während
der am offenen Ende liegende Lochzylinderbereich ununterbrochen ist Hierbei erfolgt
also eine erste Druckreduzierung beim Übergang von der Hochdruckseite in den Zylinderinnenr2,um
der Lochzylinder und eine zweite Druckreduzierung beim Überströmen vom Zylinderinnenraum
zur Niederdruckseite.
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Dabei kann die Ausgestaltung auch so getroffen sein, daß der verschiebbare
Lochzylinder in den zwischen zwei Lonzentrisch angeordneten festen Lochzylindern
unterschiedlichen Durchllessers gebildeten zylindrischen Zwischenraum eingepasst
ist0 Bei höheren Gesstdruckgefa.llen werden der Drosseleinrichtung weitere Druckreduzierstufen
nachgeschaltet. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß der den verschieblichen
Lochzylinder umgebende feststehende Lochzylinder von einem weiteren Lochzylinder
mit Abstand konzentrisch umgeben ist, der an beiden Enden geschlossen ist und zwischen
den Drosselbohrungen eine Vielzahl von höhenversetzten umlaufenden Stegen aufweist,
die sich dicht an den inneren Lochzylinder anlegen, so daß zwischen jeweils zwei
benachbarten Stegen höhenversetzte gegeneinander
abgedichtete Kammern
gebildet sind. Diese Kammern werden vom Hub des verschiebbaren Lochzylinders in
den. Sinne Wohängig freigegeben, daß mit steigendem Hub eine größere Za1ft von Kammern
vom Druckmedium durchströmt wird. Dadurch ist es möglich, aiich in diesen nachgeschalteten
Druckreduzierstufen ein unterkritisches Druckgefälle einzuhalten, indem mit steigender
Durchströmmenge eine zunehmende Zahl von parallel geschalteten Kammern wirksam wird.
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Bei weiter steigenden Gesamtdruckverhältnissen zwischen Hoch- und
Niederdruckseite können ein oder mehrere weitere @onzentrische, mit höhenversetzte
kammern bildenden Stegen versehene, jeweils konzentrisch zu den die vornergehenden
Drosselstufen angeordnete Lochzylinder vorgesehen sein.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung naher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht
durch eine erfindungsgemaße Drosseleinrichtung mit zweistufiger Druckreduzierung;
Fig. 2 eine der Fig 1 entsprechende Schnittansicht durch eine dreistufige Drosseleinrichtung
gemäß der Erfindung; und Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine fünfstufige Drosseleinrichtung
mit erfindungsgemäßem Aufbau.
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Die in Fig, 1 gezeigte erfindungsgemäße Ventil-Drosseleinrichtung
ist mit lo bezeichnet. Sie weist ein Gehäuse lS mit einem hochdruckseitigen Einlass
14 und einem niederdruckseitigen Ausl&ss 16 auf. Im Gehäuseinnern wird die Hoch-
von der Niederdruckseite durch eine Trennwand ld voneinander getrennt, die in einer
zentrischen Bohrung die erfindungsgemäße, mehrstufige Drosseleinrichtung trägt.
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In Flucht mit der Mittelbohrung der Trennwand 18 weist das Gehäuse
12 an seiner Unterseite einen abnehmbaren Deckel 20
auf, der ebenso
wie ein - nicht gezeigter - fluchtender Deckel an der Gehäuseoberseite die Montage
der Drossel-Organe ermöglicht und die Zugänglichkeit zu ihnen sicherstellt.
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Die Drosselorgane werden von zwei Lochzylindern 22 und 24 gebildet,
von denen der erste im Gehause 12 feststehend in die Bohrung der Trennwand 18 eingesetzt
ist. Ein 1-reisquerschnittförmiger Vorsprung 26 des Gehäusedec@els 20 schließt den
Lochzylinder 22 an der Unterseite. Der Locnzylinder 24 ist verschiebbar ins Innere
des Lochzylinders 22 eingepasst. An seiner Oberseite ist der Lochzylinder 24 durch
eine Stirnwand 28 verschlossen. An der Oberseite der Stirnwand 28 ist ein s6hubstangen-
oder kolbenstangenartiges Betätigungsorgan 30 angeschlossen, das abgedichtet aus
dem Gehäuse 12 bzw. dem an das Gehäuse 12 an der Oberseite abschließenden Deckel
herausgeführt ist. M äußeren Ende des Organs 30 ist ein von Hand oder ein Kraftbetätigtes
Stellorgan, beispielsweise ein pneumatischer Stellzylinder, angeordnet, welcher
eine axiale Verschiebung des Lochzylinders 24 um einen Hub h ermöglicht.
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Der Lochzylinder 22 ist nur im Bereich seiner unteren Hälfte mit einer
Vielzahl von die Zylinderwandung durchsetzenden Drosselbohrungen 32 versehen, während
der Lochzylinder 24 solche Drosselbohrungen 34 nur im Bereich seiner oberen Hälfte
aufweist. In ganz eingeschobenem Zustand verschließt die untere, nicht mit Drosselbohrungen
versehene Hälfte, des Lochzylinders 24 die Drosselbohrungen 32 des Lochzylinders
22, während die Drosselbohrungen 34 teilweise von der oberen Hälfte des Lochzylinders
22 und zum Teil von einem über dem Lochzylinder 22 fest in der Trennwand 18 angeordneten
ringförmigen Dichtbauteil 36 verschlossen werden. Sobald der Lochzylinder 24 über
das Betätigungsorgan 30 nach o@en verschoben wird, werden von der am
oberen
Ende des Dichtbauteils gebildeten Steuerkante 3o die obersten Drosselbohrungen 34
und von der vom unteren Ende des Lochzylinders 24 gebildeten Steuerkante 40 die
untersten Drosselbohrungen 32 freigegeben. Mit zunehmendem il%ib wird eine inner
größere Zahl von Drosselbohrungen 32 und 34 geöffnet, d.h. der Drosselquerschnitt
wird vergrößert.
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Beim Überströmen von der unter dem Druck Pl stehenden Hochdruckseite
in den im Innern der Lochzylinder gebildeten Innenraum 42 entspannt sich das Druckmedium
auf den Druck P2, wobei durch entsprechende Bemessung und Anordnung der Drosselbohrungen
34 sichergestellt ist, daß die Druckreduziering unter@ritisch bleibt. Vom Innenraum
42 zur Niederdruckseite entspannt sich das Druckmedium dann über die Drosselbohrungen
32 auf den Druck p3, wobei auch in diesem Fall durch die Bemessung und Anordnung
der Drosselbohrungen 32 ein unter@ritisches Druckgefälle sichergestellt ist. Durch
die Betätigung nur eines Drosselorgans, nämlich des Lochzylinders 24, erfolgt also
die gleichzeitige Steuerung @eider Drosselstufen.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ventil-Drosseleinrichtung entspricht der in
Verbindung Mit wig. 1 erörterten Drosselvorrichtung weitgehend. Durch Anordnung
eines zus@tzlichen feststehenden Lochzylinders 46 mit Drosselbohrungen 48 ist die
Ventil-Drosseleinrichtung in diesem Fall dreistufig ausgebildet, wobei die erste
Drosselstufe von den Drosselbohrungen 34 des Lochzylinders 2, die zweite Drosselstufe
von den Drosselbohrungen 43 des Lochzylinders 46 und die dritte Drosselstufe von
den Drosselbohrungen 32 des Lochzylinders 22 gebildet wird. Das die Steuerkante
4c bildende untere Ende des Lochzylinders 24 steuert in diesem Falle also gleichzeitig
die zweite und dritte Drosselstufe.
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Fig. 3 zeigt eine für höhere Gesamtdruckgefälle vorgesehene, fünfstufige
Weiterentwicklung der zuvor beschriebenen Ventil-Drosseleinrichtungen. Zusätzlich
zu den bereits beschriebenen Lochzylindern 22, 24 und 46 wird der feststehende Lochzylinder
22 ronzentriseh von zwei weiteren Lochzylindern 50 und 52 umgeben. Der zwischen
den Lochzylindern 22 und So bzw. So und 52 gebildete Zwischenraum ist am oberen
und unteren Ende geschlossen und wird jeweils durch eine Anzahl von höhenversetzt
angeordneten umlaufenden Stegen 54 und 56 so in höhenversetzte Kammern 58 -und 6o
unterteilt, daß die in den Lochzylindern 50 und 52 vorgesehenen Drosselbohrungen
62 bzw 64 voin Hub des Lochzylinders 24 abhängig nacheinander wirksam werden.
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Die Steuerkante 40 des Lochzylinders 24 steuert also mit Ausnahme
der ersten Drossel stufe sämtliche Drosselstufen.
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Es ist ersichtlich, daß durch Anordnung weiterer Lochzylinder nach
Art der Lochzylinder 50/und 52 weitere Drosselstufen vorgesehen werden können.