DE4239767A1 - Valve arrangement for pressure setting of steam row - has valve cone with grooved overflow channels of opposing thread directions which intersect and increase in depth - Google Patents
Valve arrangement for pressure setting of steam row - has valve cone with grooved overflow channels of opposing thread directions which intersect and increase in depthInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventil-Ausgestaltung für die Druckeinstellung in flüssigen und/oder gas- bzw. dampfför migen Strömungsmedien mit einem zwischen einem hochdruck seitigen und einem niederdruckseitigen Gehäuseraum angeord neten Ventilsitz, dessen Durchlaßquerschnitt durch einen in bezug auf den Ventilsitz lageverstellbaren Ventilkegel ver änderbar ist.The invention relates to a valve design for the Pressure setting in liquid and / or gas or steam flow media with one between a high pressure sided and a low pressure side housing space Neten valve seat, the passage cross section through a adjustable valve cone with respect to the valve seat is changeable.
Stellventile, in denen der Druck in einem Strömungsmedium entsprechend einem vorgegebenen Druckgefälle abgesenkt wird, arbeiten nach dem Drosselprinzip, d. h. kinetische Energie des strömenden Mediums wird in Wärme umgesetzt, wo raus eine Druckabsenkung resultiert. Insbesondere dann, wenn große Mengen des Strömungsmediums von sehr hohem auf niedrigen Druck entspannt werden sollen, d. h. ein großes Druckgefälle angestrebt wird, verursacht der Drosselvorgang bei den bekannten Ventilen Geräusche, die sowohl vom Lärm pegel als auch der Frequenz her ausgesprochen unangenehm sein können. Die Geräusche können bei gas- und dampfförmi gen Medien durch Schwingungen und bei flüssigen Medien durch Kavitation entstehen. Mit Rücksicht auf die Geräusch belästigung der Umgebung müssen solche Geräusche heute auf bestimmte Maximalwerte beschränkt werden.Control valves in which the pressure in a flow medium lowered according to a predetermined pressure drop will work on the throttle principle, d. H. kinetic Energy of the flowing medium is converted into heat where resulting in a pressure drop. Especially then when large amounts of the fluid flow from very high to low pressure should be released, d. H. a big If the pressure drop is aimed for, the throttling process causes with the known valves noise, both from the noise level and frequency are extremely uncomfortable could be. The noises can be gaseous and vaporous against media due to vibrations and with liquid media caused by cavitation. With respect to the noise Annoyance to the environment must have such noises today certain maximum values are limited.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Ventil-Ausgestaltung anzugeben, welche auch bei hohen Druckgefällen schwingungs- und geräuscharm arbeitet und ei ne hohe Lebensdauer gewährleistet.The invention is based on the object, a Specify valve design, which even at high Pressure drop vibrates and low-noise works and egg ne long life guaranteed.
Ausgehend von einer Ventil-Ausgestaltung der eingangs er wähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch ge löst, daß der Ventilsitz einen im wesentlichen zylindri schen Durchlaßquerschnitt und der Ventilkegel eine im we sentlichen komplementär zylindrische äußere Umfangsfläche aufweist und daß in der zylindrischen Umfangsfläche des Ventilkegels zwei Gruppen von gewindegangartig von der Zu ström- zur Abströmseite des Ventilkegels verlaufende nut artige Überströmkanäle vorgesehen sind, wobei die Über strömkanäle der beiden Gruppen entgegengesetzten Windungs sinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ven tilkegel-Umfangs- und -Längsrichtung zueinander versetzten Kreuzungspunkten schneiden. Der Druckabbau erfolgt also in den nutartigen Überströmkanälen, die vergleichbar mit mehr gängigen Links- und Rechtsgewinden in die zylindrische Um fangsfläche des Ventilkegels eingearbeitet sind. In den Kreuzungspunkten der Überströmkanäle treffen die dort je weils in unterschiedliche Richtungen strömenden Teilströme des Strömungsmediums aufeinander und verwirbeln, wodurch kinetische Energie vernichtet wird. Die Anzahl der nachein ander auf die Teilströme zur Einwirkung kommenden Kreu zungspunkte kann durch die Wahl der Gangzahl und der Stei gung der Überströmkanäle sowie durch die Länge des zylin drischen Ventilsitzes sowie des zylindrischen Ventilkegels verändert werden. D.h. das gesamte Druckgefälle wird somit in einer in weitem Umfange konstruktiv wählbaren Anzahl von Drosselstufen jeweils nach und nach erreicht. Da der Druck abfall in den einzelnen Drosselstufen relativ gering ist, resultiert hieraus eine geringe Schwingungsanregung oder Kavitation und die Ventil-Ausgestaltung arbeitet auch bei hohem Gesamt-Druckgefälle lärmarm.Starting from a valve configuration he initially mentioned type, this object is ge according to the invention triggers that the valve seat a substantially cylindri the passage cross-section and the valve cone one in the we substantial complementary cylindrical outer peripheral surface has and that in the cylindrical peripheral surface of the Valve plug two groups of thread-like from the closed groove running on the downstream side of the valve cone like overflow channels are provided, the over flow channels of the two groups of opposite turns have meaning, so that they are in a variety of Ven Offset tilkegel circumferential and longitudinal direction to each other Cut intersection points. The pressure reduction therefore takes place in the groove-like overflow channels that are comparable to more common left and right hand threads in the cylindrical um starting surface of the valve cone are incorporated. In the Crossing points of the overflow channels each meet there because partial streams flowing in different directions of the flow medium on each other and swirl, whereby kinetic energy is destroyed. The number of consecutively other cross acting on the partial flows points can be selected by choosing the number of gears and the slope of the overflow channels and the length of the cylinder drischer valve seat and the cylindrical valve cone to be changed. I.e. the entire pressure drop is thus in a constructively selectable number of Throttle levels gradually reached. Because of the pressure drop in the individual throttle levels is relatively low, this results in a low vibration excitation or Cavitation and valve design also works high overall pressure drop low noise.
Die Überströmkanäle werden zweckmäßig so ausgebildet, daß ihre Nuttiefe von der Zuström- zur Abströmseite zunimmt.The overflow channels are expediently designed such that their groove depth increases from the inflow to the outflow side.
Dabei empfiehlt es sich, die in Richtung seiner Längsmit telachse gemessene Länge des Ventilkegels größer als die in gleicher Richtung gemessene Länge des zylindrischen Ven tilsitzes auszubilden. Je nach Längseinstellung des Ventil kegels wirken dann Abschnitte der Überströmkanäle mit grö ßerer oder geringerer Nuttiefe mit dem Ventilsitz zusammen, wodurch die Drosselwirkung und somit die Druckabsenkung im Strömungsmedium veränderbar und damit auch an un terschiedlichen Betriebscharakteristiken von Pumpen anpaß bar ist.It is recommended that in the direction of its longitudinal mit length of the valve cone measured greater than that in length of the cylindrical ven measured in the same direction to train tilsitzes. Depending on the longitudinal setting of the valve cones then act sections of the overflow channels with large greater or lesser groove depth together with the valve seat, whereby the throttling effect and thus the pressure drop in Flow medium changeable and thus also at un adapt to the different operating characteristics of pumps is cash.
In der zylindrischen Begrenzungsfläche des Ventilsitzes wird zweckmäßig wenigstens eine, vorzugsweise mehrere in Richtung der Längsmittelachse zueinander versetzte umlau fende Nut(en) vorgesehen. Diese umlaufenden Nuten haben ei ne bewußt angestrebte Störfunktion, durch welche ein ein seitiger Strömungsdrall verhindert wird.In the cylindrical boundary surface of the valve seat is expediently at least one, preferably several in Umlau offset in the direction of the longitudinal central axis groove (s) provided. These circumferential grooves have egg ne deliberately aimed disturbance function, through which a side flow swirl is prevented.
Der Ventilsitz wird zweckmäßig in einem gesondert herge stellten und in das Gehäuse eingesetzten buchsenartigen Ventilsitz-Bauteil ausgebildet, welches im Gehäuse einge schweißt oder eingelötet sein kann. Alternativ ist auch ei ne demontierbare Anordnung des buchsenartigen Ventilsitz- Bauteils im Gehäuse möglich. Aufgrund der gesonderten Her stellung des Ventilsitz-Bauteils ist es möglich, für den Ventilsitz besonders geeignetes verschleißfestes Material auszuwählen und die Bearbeitung der zylindrischen Sitzflä che sowie der gegebenenfalls vorgesehenen umlaufenden Nuten mit der erforderlichen Genauigkeit durchzuführen.The valve seat is conveniently located in a separate room placed and inserted into the housing bush-like Valve seat component formed, which is in the housing can be welded or soldered. Alternatively, it is egg ne removable arrangement of the socket-like valve seat Possible in the housing. Due to the separate Her position of the valve seat component, it is possible for the Valve seat particularly suitable wear-resistant material select and machining the cylindrical seat che and the possibly provided circumferential grooves perform with the required accuracy.
Der Ventilkegel weist zweckmäßig zuströmseitig einen nicht mit Überströmkanälen versehenen umlaufenden zylindrischen Schließabschnitt auf, der gegenüber dem zylindrischen Au ßendurchmesser des mit Überströmkanälen versehenen restli chen Teils des Ventilkegels auch noch einen etwas vergrö ßerten Durchmesser haben kann.The valve cone expediently does not have one on the inflow side circumferential cylindrical with overflow channels Closing section that opposite the cylindrical Au Outside diameter of the restli provided with overflow channels Chen part of the valve cone also a little larger ßter diameter can have.
Es kann zweckmäßig sein den Ventilsitz zuströmseitig mit einer Panzerung - beispielsweise mit einer durch Auftrags schweißung aufgebrachten Hartmetall-Schicht - zu versehen.It can be useful to have the valve seat on the inflow side an armor - for example with an order welded hard metal layer - to be provided.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:The invention is in the following description of two Exemplary embodiments in connection with the drawing explained, which shows:
Fig. 1 den Ventilkegel mit dem zugehörigen Betäti gungsschaft in einer Seitenansicht und den zugehörigen Ventilsitz und Teile des Gehäuses im Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels; Figure 1 shows the valve cone with the associated actuator stem in a side view and the associated valve seat and parts of the housing in section of a first embodiment.
Fig. 2 einen Teilabschnitt eines abgewandelten, aus Einzelscheiben zusammengesetzten Ventilkegels eines im übrigen der in Fig. 1 gezeigten Ven til-Ausgestaltung entsprechenden Ausführungs beispiels; Fig. 2 shows a partial section of a modified, composed of individual disks valve cone of a Ven til embodiment corresponding embodiment shown in Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht des Teilabschnitts einer Einzel scheibe des Ventilkegels gesehen in Richtung des Pfeils 3 in Fig. 2; und Figure 3 is a view of the portion of a single disc of the valve cone seen in the direction of arrow 3 in Fig. 2. and
Fig. 4 eine Ansicht des Teilabschnitts einer Ein zelscheibe des Ventilkegels gesehen in Rich tung des Pfeils 4 in Fig. 2. Fig. 4 is a view of the section A of the valve plug zelscheibe seen in Rich of the arrow 4 in FIG. 2.
Von der in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Ventil-Aus gestaltung sind in der Zeichnung nur die für die Druckher absetzung wesentlichen Funktionsteile im einzelnen darge stellt, während beispielsweise vom Gehäuse nur die unmit telbar an den gesondert hergestellten, die zylindrische Ventilsitzfläche 14 aufweisenden Ventilsitz-Bauteil 16 an schließende Trennwand 12 zwischen der Hochdruckseite p1 und der Niederdruckseite p2 des Ventilgehäuses dargestellt ist. In die Ventilsitzfläche 14 taucht der grundsätzlich komple mentär zylindrische Ventilkegel 18 ein, an dessen hoch druckseitiger Stirnfläche mittig ein Betätigungsschaft 20 angesetzt ist, welcher in üblicher Weise - z. B. durch eine (nicht gezeigte) Stopfbuchse oder eine Faltenbalgdichtung - gegen Austritt von Strömungsmedium abgedichtet und in Längsrichtung verschieblich durch einen Gehäusedeckel 22 geführt ist. Durch Verschieben des Betätigungsschafts mit tels einer - nicht gezeigten, am ventilkegelabgewandten En de des Betätigungsschafts 20 vorgesehenen - Handhabe von Hand oder eines Servoaggregats kann der Ventilkegel 18 in seiner Lage innerhalb der Sitzfläche verändert und im Ex tremfall auch ganz aus der Sitzfläche herausgezogen werden. Im dargestellten Fall ist der gesondert hergestellte Ven tilsitz-Bauteil 16 in einem Durchlaß in der Trennwand 12 eingeschweißt oder eingelötet, jedoch ist alternativ auch die demontierbare Anordnung des Ventilsitz-Bauteils denk bar.Of the valve design designated in its entirety by 10 are shown in the drawing only the essential functional parts for the Druckher deposition in detail, while, for example, the housing only the directly on the separately manufactured, the cylindrical valve seat surface 14 having valve seat component 16 at closing partition 12 between the high pressure side p 1 and the low pressure side p 2 of the valve housing is shown. In the valve seat 14 , the fundamentally complementary cylindrical valve cone 18 is immersed, on the high pressure-side end face of which an actuating shaft 20 is attached in the center, which in the usual manner - for. B. by a (not shown) gland or a bellows seal - sealed against leakage of flow medium and guided in the longitudinal direction by a housing cover 22 . By moving the actuating shaft by means of a - not shown, provided on the valve cone-facing end of the actuating shaft 20 - handle by hand or a servo unit, the valve cone 18 can be changed in its position within the seat surface and, in extreme cases, can also be pulled completely out of the seat surface. In the case shown, the separately manufactured Ven valve seat component 16 is welded or soldered into a passage in the partition 12 , but alternatively the removable arrangement of the valve seat component is also conceivable.
Über den größeren Teil der Höhe sind in die Umfangsfläche des Ventilkegels zwei Gruppen von gewindegangartig von der Zuström- zur Abströmseite verlaufenden nutartigen Über strömkanälen 24a, 24b vorgesehen, wobei die Überströmkanäle der beiden Gruppen entgegengesetzten Windungssinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ventilkegel-Umfangs- und -Längsrichtung zueinander versetzten Kreuzungspunkten 24c schneiden. Die Nuttiefe der Überströmkanäle nimmt von der Hochdruck- oder Zuströmseite zur Niederdruck- bzw. Ab strömseite kontinuierlich derart zu, daß der Nutgrund der Überströmkanäle jeweils auf der Hüllfläche 26 eines sich in Durchströmungsrichtung verjüngenden Kegelstumpfs, eines Rotationsparaboloids oder eines anderen rotationssymmetri schen Körpers liegt.Over the greater part of the height in the circumferential surface of the valve cone two groups of thread-like from the inflow to the outflow side extending groove-like overflow channels 24 a, 24 b are provided, the overflow channels of the two groups having opposite turns, so that they are in a variety Cut from intersections 24 c offset in the circumferential and longitudinal direction of the valve cone. The groove depth of the overflow channels increases continuously from the high pressure or inflow side to the low pressure or downflow side in such a way that the bottom of the overflow channels lies on the envelope surface 26 of a truncated cone tapering in the flow direction, a paraboloid of revolution or another rotationally symmetrical body.
Die in Richtung seiner Längsmittelachse gemessene Länge des mit den Überströmkanälen 24a, 24b versehenen Abschnitts des Ventilkegels 18 ist größer als die Längserstreckung der Ventilsitzfläche 14, so daß die Drosselwirkung des Ventil kegels 18 durch Längsverschiebung des Ventilkegels 18 in nerhalb der Sitzfläche 14 veränderbar ist. Am oberen betä tigungsschaftseitigen Ende weist der Ventilkegel 18 einen im Durchmesser etwas vergrößerten zylindrischen Abschnitt 28 auf, der frei von Überströmkanälen ist. Wenn die Über gangsfläche dieses Abschnitts 28 bis in Anlage an die mit einer zweckmäßig durch Hartmetall-Auftragsschweißung er zeugten Panzerung 30 versehene hochdruckseitige Begren zungskante der Ventilsitzfläche 14 eingefahren wird, ist die Hochdruckseite p1 ganz gegen die Niederdruckseite p2 abgeschlossen, d. h. das Ventil steht in der Schließstel lung.Measured in the direction of its longitudinal central axis length of the transfer ports 24 a, 24 b provided portion of the valve cone 18 is greater than the longitudinal extent of the valve seat surface 14 so that the throttle effect of the valve plug 18 by longitudinal displacement of the valve cone 18 in nerhalb the seat surface is variable 14 . At the upper end of the actuation shaft, the valve cone 18 has a cylindrical section 28 which is somewhat enlarged in diameter and is free of overflow channels. If the transition surface of this section 28 is brought into contact with the armor 30 which is expediently provided with hard metal cladding, the high-pressure side limitation edge of the valve seat surface 14 is retracted, the high-pressure side p 1 is completely closed against the low-pressure side p 2 , ie the valve is stopped in the closed position.
In der Ventilsitzfläche 14 des Ventilsitz-Bauteils 16 sind noch mit Abstand voneinander umlaufende Nuten 32 eingear beitet, welche eine einen einseitigen Strömungsdrall ver hindernde gewollte Störfunktion haben.In the valve seat surface 14 of the valve seat component 16 circumferential grooves 32 are also machined at a distance from one another, which have a one-sided flow swirl preventing undesired malfunction.
Der Ventilkegel 18 ist in Fig. 1 als einstückig mit dem Be tätigungsschaft 20 und dem von Überströmkanälen freien Ab schnitt 28 hergestellter Bauteil dargestellt, in welchen die die Überströmkanäle 24a, 24b spanend eingearbeitet sind. The valve cone 18 is shown in FIG. 1 as one piece with the actuation shaft 20 and the section 28 made of overflow channels free component in which the overflow channels 24 a, 24 b are machined.
Alternativ kann der Ventilkegel auch in der in den Fig. 2 bis 4 veranschaulichten Weise aus stapelartig aufeinander liegenden und gegen Relativdrehung zueinander gesicherten Einzelscheiben zusammengesetzt sein, von denen in Fig. 2 nur drei übereinander angeordnete Einzelscheiben 18a, 18b und 18c dargestellt sind. Die Überströmkanäle 24a und 24b entstehen dabei durch in gleichmäßiger Teilung in den äuße ren Randbereich der ursprünglich kreisscheibenförmig oder zylindrisch ausgebildeten Einzelscheiben eingearbeitete, in den Fig. 3 und 4 ersichtliche Ausschnitte 19, welche bei geeigneter Ausrichtung zueinander die Überströmkanäle 24a, 24b mit den Kreuzungspunkten 24c bilden. Die Veränderung der Tiefe der Überströmkanäle von der Zuström- in Richtung zur Abströmseite wird dabei einfach durch entsprechend tie fere Ausbildung der Ausschnitte 19 in aufeinanderfolgenden Einzelscheiben 18a, 18b, 18c etc. erreicht.Alternatively, the valve cone can also be composed, in the manner illustrated in FIGS . 2 to 4, of individual disks lying one on top of the other and secured against relative rotation, of which only three single disks 18 a, 18 b and 18 c are shown in FIG. 2 . The transfer ports 24 a and 24 b are formed here by uniform spacing in the äuße ren edge region of the originally circular disc-shaped or cylindrically shaped individual panes incorporated, in Figs. 3 and 4 apparent cutouts 19 which, with suitable alignment with each other, the transfer ports 24 a, 24 b form with the crossing points 24 c. The change in the depth of the overflow channels from the inflow towards the outflow side is simply achieved by correspondingly deep design of the cutouts 19 in successive individual disks 18 a, 18 b, 18 c etc.
Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ventil- Ausgestaltung verwirklichbar sind. So ist darauf hinzuwei sen, daß die erfindungsgemäße Ventil-Ausgestaltung sowohl in gesondert hergestellten mit eigenen Gehäusen versehenen Ventilen als auch in Form eines Einbauaggregats in entspre chend ausgestalteten Gehäusen, z. B. von Pumpen oder Turbi nen anwendbar ist.It can be seen that within the scope of the inventive concept Modifications and developments of the described valve Design can be realized. So it should be pointed out sen that the valve design according to the invention both in separately manufactured with their own housings Valves as well as in the form of a built-in unit Chend designed housing, for. B. of pumps or turbos NEN is applicable.
Claims (14)
daß der Ventilsitz (14) einen im wesentlichen zylindrischen Durchlaßquerschnitt und der Ventilkegel (18) eine im we sentlichen komplementär zylindrische äußere Umfangsfläche aufweist, und
daß in der zylindrischen Umfangsfläche des Ventilkegels (18) zwei Gruppen von gewindeartig von der Zuström- zur Ab strömseite des Ventilkegels (18) verlaufenden nutartigen Überströmkanälen (24a; 24b) vorgesehen sind, wobei die Überströmkanäle der beiden Gruppen entgegengesetzten Win dungssinn haben, so daß sie sich in einer Vielzahl von in Ventilkegel-Umfangs- und -Längsrichtung zueinander ver setzten Kreuzungspunkten (24c) schneiden.1. Valve configuration for pressure adjustment in liquid and / or gaseous or vaporous flow media with a valve seat arranged between a high-pressure side and a low-pressure side housing space, the passage cross section of which can be changed by a valve cone that is positionally adjustable with respect to the valve seat, characterized in that
that the valve seat ( 14 ) has a substantially cylindrical passage cross section and the valve cone ( 18 ) has a substantially complementary cylindrical outer peripheral surface, and
that in the cylindrical circumferential surface of the valve cone ( 18 ) two groups of thread-like from the inflow to the downstream side of the valve cone ( 18 ) extending groove-like overflow channels ( 24 a; 24 b) are provided, the overflow channels of the two groups having opposite sense of application, so that they intersect in a variety of ver in the valve cone circumferential and longitudinal direction set crossing points ( 24 c).
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