DE1067653B

DE1067653B - Pressure reducing valve with device for reducing noise and vibrations

Info

Publication number: DE1067653B
Application number: DES54098A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eberhard Dipl-Phys; Dr Rer Nat Ernst-Aug Dipl-Phys
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1955-05-28
Filing date: 1955-05-28
Publication date: 1959-10-22

Description

Druckreduzierventil mit Einrichtung zur Verminderung von Geräuschen und Vibrationen Die Erfindung befaßt sich mit einem Druckreduzierventil, das eine geräusch- und vibrationsarme Drosselung von Medien, insbesondere eine Druckreduzierung von Dampf in Dampfreduzier- und Dampfumformventilen auch bei hohen Drücken, Druckgefällen und Durchsätzen gestattet, z. B. bei einem Druck von 150 atü und höher in der Zuleitung, einem Druckverhältnis von 6 : 1 und mehr und bei Durchsätzen von 180 tlh und darüber.Pressure reducing valve with device for reducing noise and vibrations The invention is concerned with a pressure reducing valve, the one Low-noise and low-vibration throttling of media, in particular a pressure reduction of steam in steam reducing and steam converting valves even at high pressures and pressure gradients and throughputs, e.g. B. at a pressure of 150 atmospheres and higher in the supply line, a pressure ratio of 6: 1 and more and with throughputs of 180 tlh and above.

In den üblichen Drosselvorrichtungen wird der zu reduzierende Dampf beim Durchgang durch eine Verengung mit nachfolgendem Expansionsraum entspannt. Bei diesem Reduziervorgang entstehen Geräusche und Vibrationen, die mit wachsendem Durchsatz und wachsendem Druckgefälle erheblich ansteigen können und des öfteren nicht nur zu stärkster akustischer Belästigung, sondern auch zur Zerstörung des Ventils, nachgeschalteter Einbauten und von Rohrleitungen geführt haben. Als Abhilfe wurde bei hohem Druckgefälle eine Aufteilung in Stufen mit kritischem oder fast kritischem Druckgefälle vorgenommen. Die Stufen werden teilweise durch andere Drosselvorrichtungen als Ventile, wie z. B. Lochzylinder, Blenden, Siebe oder Lochplatten, die auch eine gleichrichtende Wirkung haben können, gebildet. Weiterhin wurde versucht, durch Doppelsitzventile mit gegeneinander gerichteten Dampfstrahlen eine Verminderung der Geräusche und Vibrationen zu erreichen.In the usual throttle devices, the steam to be reduced is relaxed when passing through a constriction with subsequent expansion space. During this reduction process, noises and vibrations arise, which increase with the Throughput and increasing pressure gradient can increase significantly and often not only to the strongest acoustic annoyance, but also to the destruction of the Valve, downstream internals and pipelines. As a remedy In the case of a high pressure gradient, a division into stages with critical or almost critical pressure gradient. The stages are partially controlled by other throttling devices as valves, such as B. perforated cylinders, diaphragms, screens or perforated plates, which also have a can have a rectifying effect. Attempts were also made to go through Double seat valves with steam jets directed against each other a reduction of noises and vibrations.

Es ist eine Anordnung bekanntgeworden, die sich auf den Auspuff eines Verbrennungsmotors bezieht. Hierbei soll eine Geräuschdämpfung bewirkt werden, und zwar erfolgt die Schallabsorption mit Hilfe von schallschluckenden Materialien, wie Watte, Filz, Glaswolle usw., die zur Erhaltung der Formbeständigkeit von durchlöcherten Metallhülsen, z. B. in Kugelform, umgeben sind. Der Druckabfall beim Durchströmen soll dabei naturgemäß wegen des damit verbundenen Leistungsverlustes möglichst gering gehalten werden. Somit soll eine Drosselwirkung möglichst vermieden werden.An arrangement has become known that relates to the exhaust of a Internal combustion engine refers. Here, a noise attenuation is to be effected, and Although the sound absorption takes place with the help of sound-absorbing materials, such as cotton wool, felt, glass wool, etc., which help to maintain the dimensional stability of perforated Metal sleeves, e.g. B. in spherical shape, are surrounded. The pressure drop when flowing through should naturally be as small as possible because of the associated loss of performance being held. A throttling effect should thus be avoided as far as possible.

Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Dämpfung von Geräuschen in Druckleitungen bekanntgeworden. Es handelt sich dabei um eine Bauform, bei der dem V erschlußstück ein von Sieben begrenztes Rohrstück vorgeschaltet ist, welches lose Masseteilchen aus festem Werkstoff enthält. Solche Masseteilchen können als Glasperlen ausgebildet sein oder auch aus Schrot oder facettierten Körperchen bestehen. Einrichtungen zur Dämpfung der Turbulenz in der ankommenden Strömung oder auch zum Herausnehmen von Drallbewegungen im Zwischenstrom, also zum Beruhigen der Strömung, werden auch bei Reduzierventilen häufig angewendet. Wie weit sie dabei zu einer Dämpfung der Schallschwingungen beitragen, ist bei der Betrachtung der vorliegenden Erfindung insofern uninteressant, als hierbei von einer der Absperrstelle nachgeschalteten Reduziereinrichtung ausgegangen wird, bei der die Turbulenz in der Reduziereinrichtung nicht gedämpft, sondern gerade zur Druckreduzierung herangezogen werden soll.A device for damping noise in pressure lines has also become known. It is a design in which the closure piece is preceded by a pipe section delimited by sieves, which contains loose mass particles made of solid material. Such mass particles can be designed as glass beads or also consist of shot or faceted bodies. Devices for damping the turbulence in the incoming flow or also for removing swirl movements in the intermediate flow, i.e. for calming the flow, are also often used in reducing valves. How far they contribute to a dampening of the sound vibrations is uninteresting when considering the present invention, as this is based on a reducing device downstream of the shut-off point, in which the turbulence in the reducing device is not attenuated but is used to reduce the pressure.

Schließlich ist noch eine Vorrichtung zum Dämpfen von Stößen strömender Gase oder Flüssigkeiten durch in die Druckmittelleitung eingeschaltete querliegende Leitflächen bekanntgeworden, die das strömende Mittel radial ausbreiten. Eine solche Vorrichtung soll dem Schutze von Rohrleitungen, Manometern usw. vor plötzlichen Druckstößen dienen. Dies wird bei der bekannten Vorrichtung dadurch erreicht, daß die steile Vorderfront eines solchen Druckstoßes im Druckmittel abgebaut wird. Die einander gegenüberliegenden Leitflächen sind dabei mit ineinandergreifenden, quer zur radialen Strömungsrichtung liegenden Wellungen versehen, die die Reibung des strömenden Mittels an den Leitflächen erhöhen und den Strömungsweg zwischen den Leitflächen verlängern. Eine Drosselung ist dabei nicht erwünscht und soll sogar weitgehend vermieden werden.Finally, a device for dampening shocks is more flowing Gases or liquids through transversely installed in the pressure medium line Become known guide surfaces, which spread the flowing medium radially. Such Device is intended to protect pipelines, pressure gauges, etc. from sudden Serve pressure surges. This is achieved in the known device in that the steep front of such a pressure surge is reduced in the pressure medium. the opposing guide surfaces are thereby with interlocking, transversely to the radial direction of flow provided corrugations that reduce the friction of the increasing the flowing medium on the baffles and the flow path between the Extend the guide surfaces. A throttling is not desired and should even be largely avoided.

Im Gegensatz zu einem Teil der genannten bekannten Anordnungen, bei denen bereits vorhandener Schall durch Absorption herabgesetzt werden soll, kommt es bei der Erfindung darauf an, bei der Druckreduzierung von gasförmigen Medien das Entstehen von Schall überhaupt zu verhindern. Den geschilderten bekannten Ausführungsformen von Drosselvorrichtungen ist weiterhin gemeinsam, daß Freistrahlen hoher Geschwindigkeiten auftreten, deren kinetische Energie durch Freistrahlvermischung in Wärme übergeführt wird. Die durch den ungeregelten Zerfall des Freistrahls und den Vermischungsvorgang erzeugten Druckschwankungen sind die Hauptquelle der Geräusche und Vibrationen.In contrast to some of the known arrangements mentioned, at which already existing sound is to be reduced by absorption, comes It is important in the invention to reduce the pressure of gaseous media to prevent the generation of sound at all. The described known embodiments of throttling devices is still common that free jets high speeds occur, the kinetic energy of which is caused by free jet mixing is converted into heat. The unregulated disintegration of the free jet and The pressure fluctuations produced by the mixing process are the main source of the noise and vibrations.

Weitere starke Geräusch- und Vibrationsquellen treten bei ungünstigem Aufprall der Freistrahlen auf die Wände des Ventilgehäuses oder auf ungünstig angebrachte Einbauten auf.Other strong sources of noise and vibration occur with unfavorable conditions Impact of the free jets on the walls of the valve housing or on unfavorably placed Internals on.

Eine schließlich noch zu nennende, Beachtung verdienende Störquelle stellen Hohlräume auf der hl iederdruckseite des Ventilgehäuses dar, die durch die obenerwähnten Einbauten geschaffen werden. In diesen Hohlräumen können sich bei ungünstigen Abmessungen Hohlraumschwingungen ausbilden. Befindet sich in der Apparatur ein schwingfähiger Teil mit einer Eigenfrequenz, die in der Nähe einer solchen Hohlraumschwingung liegt, so kann die Apparatur sehr schnell zerstört werden.Finally, a source of interference that deserves attention represent cavities on the low pressure side of the valve housing, which are caused by the Above-mentioned internals are created. In these cavities, unfavorable dimensions develop cavity vibrations. Located in the apparatus a vibratable part with a natural frequency that is close to such a cavity vibration the apparatus can be destroyed very quickly.

Der Erfindung liegen Überlegungen zugrunde, daß das Auftreten von Druckschwankungen, die beim ungeregelten Zerfall von Freistrahlen und beim Vermischungsvorgang erzeugt werden und die Geräusche und Vibrationen hervorrufen, zunächst vermieden werden muß. Die Freistrahlvermischung darf also zur Entspannung des Dampfes nicht mehr herangezogen werden, sondern das strömende Medium wird bei niedriger Geschwindigkeit in einem labyrinthartigen Verzweigungssystem unter ständigen Richtungs- und gegebenenfalls Geschwindigskeitsänderungen durch innere turbulente und molekulare Reibung auf einen vorgegebenen Enddruck entspannt. Die Freistrahlvermischung als Hauptquelle der Störungen wird dabei für die Entspannung des Dampfes gar nicht mehr herangezogen.The invention is based on considerations that the occurrence of Pressure fluctuations caused by the unregulated disintegration of free jets and the mixing process are generated and cause noises and vibrations, initially avoided must become. The free jet mixing must therefore not be used to relax the steam be used more, but the flowing medium is at lower speed in a labyrinth-like branching system under constant directional and possibly Speed changes due to internal turbulent and molecular friction in one given final pressure relaxed. Free jet mixing as the main source of interference is no longer used to relax the steam.

Abgesehen davon, daß als Drosselstrecke ein labyrinthartiges Verzweigungssystem mit den geschilderten Eigenschaften verwendet wird, kommt es darüber hinaus auch noch darauf an, daß sich dieses labyrinthartige Verzweigungssystem unmittelbar an den Ventilsitz des Verschlußstückes anschließt. Das bedeutet also, daß das labyrinthartige Verzweigungssystem nach Möglichkeit so dicht hinter dem Ventilsitz des Verschlußstückes liegt, daß das Auftreten einer Freistrahlwirkung der geschilderten Art vermieden wird.Apart from the fact that a labyrinth-like branching system is used as a throttle section is used with the properties described, it also occurs still on the fact that this labyrinth-like branching system is directly connected connects the valve seat of the closure piece. So that means that the labyrinthine Branch system as close as possible behind the valve seat of the closure piece lies that the occurrence of a free jet effect of the type described avoided will.

Die bei der Reduzierung entstehenden Geräusche und Vibrationen hängen stark von der Strömungsgeschwindigkeit und von den geometrischen Abmessungen des labyrinthartigen Verzweigungssystems ab, die wiederum die Strömungsgeschwindigkeit beeinflussen. Als labyrinthartiges Verzweigungssystem wird bei dem Dampfdruckreduzierventil nach der Erfindung eine Anordnung verwendet, die durch Schüttgut oder Packungen gebildet ist. Ein solches Schüttgut oder solche Packungen können regelmäßige Körper, z. B. Kugeln, insbesondere mit einem Durchmesser unter 20 mm, Hohlkugeln, Hohlzylinder, Hohlkegel, Kegel- oder Kugelschalen, unter Umständen mit Durchtrittsöffnungen, enthalten. Es ist aber auch möglich, solches Schüttgut oder solche Packungen durch unregelmäßige Körper, z. B. Stahlwolle oder Stahlspäne, aufzubauen. Schließlich läßt sich ein labyrinthartiges Verzweigungssystem auch durch ein enges Gitter- oder Strebenwerk oder schließlich auch durch Schichten porösen Materials bilden.The noises and vibrations resulting from the reduction hang strongly on the flow velocity and on the geometric dimensions of the labyrinth-like branching system, which in turn increases the flow velocity influence. As a labyrinth-like branching system, the steam pressure reducing valve According to the invention, an arrangement used by bulk material or packs is formed. Such bulk goods or such packages can contain regular bodies, z. B. balls, especially with a diameter of less than 20 mm, hollow balls, hollow cylinders, Contains hollow cones, conical or spherical shells, possibly with openings. But it is also possible to use such bulk material or such packings by irregular Body, e.g. B. steel wool or steel shavings to build up. Finally lets himself in Labyrinth-like branching system also through a narrow lattice or strut structure or, finally, also form porous material by layering.

Kugelschüttungen waren an sich bereits in der eingangs beschriebenen, bekannten Einrichtung verwendet worden, welche in Druckleitungen einem Verschlußstück vorgeschaltet war, bei der die Strömungsrichtung sich aber im Gegensatz zu dem Dampfdruckreduzierventil nach der Erfindung in umgekehrter Richtung erstreckte. Der Vollständigkeit halber sei weiterhin noch erwähnt, daß ähnliche Kugelschüttungen an sich bereits auch bei einem Dampf-Flüssigkeits-Mischer bekannter Art vorhanden waren, der einen mit Füllkörpern besetzten Mischraum aufweist. Bei diesem bekannten Mischer wird an der Mischungsstelle des Dampfes mit dem Wasser eine bestimmte hohe Dampfgeschwindigkeit angestrebt, um Dampfstöße sowie störende und schädliche Wasserschläge zu vermeiden. Bei dem Mischer handelt es sich um eine Bauart, die einem ganz anderen Verwendungszweck angepaßt ist, als dies bei einem Dampfdruckreduzierventil der Fall ist. Vor allem ist hierbei zu beachten, d.aß bei einem Dampfdruckreduzierventil mit hohen Drücken gearbeitet wird. Drücke, wie sie bei dem geschilderten, beispielsweise für Dampf- und Heizungsanlagen geeigneten Mischventil auftreten, können demgegenüber nicht als hohe Drücke angesprochen werden. Somit tritt bei einem Dampf-Flüssigkeits-Mischer dieser Art, der also nicht für Hochdruck ausgelegt ist, auch nicht die Möglichkeit auf, daß eine Freistrahlentspannung entsteht, welche die oben geschilderten Fälle von Störungen zu bilden vermag.Pebbles were already in the initially described, known device has been used, which in pressure lines a closure piece was connected upstream, but in which the direction of flow is different in contrast to the steam pressure reducing valve according to the invention extended in the opposite direction. For the sake of completeness it should also be mentioned that similar pebbles are already also in a vapor-liquid mixer of known type were present, the one with packing having occupied mixing space. In this known mixer, at the mixing point A certain high steam speed is aimed for between the steam and the water, to avoid bursts of steam as well as disruptive and harmful water hammer. In which Mixer is a type of construction that has a completely different purpose is adapted than is the case with a steam pressure reducing valve. Above all is to be observed here, i.e. with a steam pressure reducing valve with high pressures is being worked on. Pressures, as in the case of the one described, for example for steam mixing valve suitable for heating systems cannot occur can be addressed as high pressures. Thus occurs in a vapor-liquid mixer of this type, which is therefore not designed for high pressure, also not the possibility on that a free jet relaxation arises, which the cases described above of disturbances is able to form.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Wirksamkeit des labyrinthartigen Verzweigungssystems des geschilderten Aufbaues stark von den geometrischen Abmessungen dieses Systems abhängt. Die ständigen Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen werden besonders intensiv und unregelmäßig, wenn das labyrinthartige Verzweigungssystem in besonderer Weise gestaltet ist. Aus diesen Überlegungen heraus besteht die Erfindung darin, daß die in der Schüttung oder Packung im Gitter- oder Strebenwerk oder im porösen Material entstehenden Hohlräume mindestens in zwei zueinander senkrechten Richtungen durchschnittlich kleiner als 20 mm sind.The invention is based on the knowledge that the effectiveness of the labyrinthine The branching system of the structure described depends heavily on the geometric dimensions this system depends. The constant changes in direction and speed become particularly intense and irregular when the labyrinthine branching system is designed in a special way. The invention consists of these considerations in that the bulk or packing in the lattice or struts or in the porous material resulting cavities at least in two mutually perpendicular Directions are on average less than 20 mm.

Wenn man für das Schüttgut eine gitter- oder rostartige Halteeinrichtung vorsieht, so kann es zweckmäßig sein, diese so zu bemessen, daß der freie Durchtrittsquerschnitt der Halteeinrichtung größer als 1/g, zweckmäßig 1/4 der Gesamtfläche ist. Der Querschnitt der Gitter- oder Strebenbauteile wird zweckmäßig kleiner als 300 mm2 bemessen, wobei der gegenseitige Abstand der Teile kleiner als 20 mm ist.If you have a grid-like or grate-like holding device for the bulk material provides, it can be useful to dimension this so that the free passage cross-section of the holding device is greater than 1 / g, appropriately 1/4 of the total area. The cross section of the lattice or strut components is expediently dimensioned smaller than 300 mm2, whereby the mutual distance between the parts is less than 20 mm.

Wie bereits erwähnt, hängen die bei der Reduzierung von Dampf hohen Druckes entstehenden Geräusche und Vibrationen sehr stark von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Sie wachsen mit einer hohen Potenz der Geschwindigkeit an. Durch geeignete Bemessung der Durchtrittsöffnungen und der Abmessungen des Labyrinthsystems läßt sich jedoch die Geschwindigkeit bei maximalem Durchfluß in allen Teilen der gesamten Reduzierapparatur einschließlich der etwa vorhandenen Regelteile unter einer vorgegebenen Geschwindigkeit erhalten. Auf diese Weise können die Geräusche und Vibrationen auf praktisch jedes gewünschte Maß herabgesetzt werden.As mentioned earlier, the levels of steam reduction depend on high levels Noise and vibrations arising from pressure are very much dependent on the flow velocity away. They grow with a high power of speed. By appropriate dimensioning the passage openings and the dimensions of the labyrinth system can, however the speed at maximum flow in all parts of the entire reducing apparatus including any existing control parts below a given speed obtain. This way, the noise and vibration can affect practically anything desired dimension can be reduced.

Dadurch, daß die Freistrahlvermischung als Hauptquelle der Störungen bei dieser Art der Entspannung des Dampfes nicht mehr herangezogen wird, werden die Voraussetzungen für eine weitgehende geräusch-und vibrationsarme Reduzierung geschaffen. Praktische Versuche zeigen, daß die Abmessungen der Hohlräume einen wesentlichen Einfluß auf die Geräusche und Vibrationen haben. Die Störungen werden geringer mit abnehmender Ausdehnung der Hohlräume, was auf die mit der Verkleinerung der Hohlräume einhergehende Frequenzerhöhung des erzeugten Schalls zurückzuführen ist. Bekanntlich nimmt die molekulare Absorption von Schall stark mit der Frequenz zu.Because the free jet mixing is the main source of interference is no longer used in this type of relaxation of the steam the prerequisites for a largely low-noise and low-vibration reduction created. Practical tests show that the dimensions of the cavities one have a significant influence on the noise and vibrations. The disturbances will be lower with decreasing expansion of the cavities, what on the with the reduction in the size of the cavities increases the frequency of the generated sound is due. It is known that the molecular absorption of sound increases sharply with frequency too.

Durch unmittelbares Heranrücken des Labyrinthsystems an die Absperrstelle können die die Wellenlänge der Hohlraumschwingungen bestimmenden Abmessungen so klein gemacht werden, daß für deren Anregung praktisch keine anfachenden Frequenzen mehr in der Strömung vorhanden sind. Wenn man bei Betrachtung des eingangs genannten bekannten Sicherheitsventils, bei dem im Ausflußrohr eine Anzahl Drosselplatten eingesetzt sind, das Zusammenwirken dieser Drosselplatten als Labyrinthsystem ansprechen wollte, so befindet sich dieses nicht unmittelbar hinter dem Ventilsitz des Verschlußstückes, so daß bei der bekannten Anordnung ein Freistrahl auftreten kann und somit mit der Entstehung von Hohlraumresonanzen im hörbaren Bereich zu rechnen ist.By moving the labyrinth system right up to the shut-off point the dimensions that determine the wavelength of the cavity vibrations can thus can be made small that practically no stimulating frequencies for their excitation there are more in the current. If you look at the aforementioned known safety valve, in which a number of throttle plates in the outlet pipe are used, address the interaction of these throttle plates as a labyrinth system wanted, it is not located directly behind the valve seat of the locking piece, so that in the known arrangement a free jet can occur and thus with the The development of cavity resonances in the audible range is to be expected.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pressure reducing valve for low noise and low vibration Throttling of flowing gaseous media, especially to reduce the pressure of Steam, preferably immediately behind the valve seat of the closure piece subsequent throttle section, which od. The like. Existing labyrinth-like branching system is formed, which regular bodies, e.g. B. balls, especially with a diameter smaller than 20 mm, hollow balls, Hollow cylinders, hollow cones, conical or spherical shells (with passage openings if necessary), or irregular bodies, e.g. B. steel wool, steel shavings, etc., or a tight lattice or struts or layers of porous material, characterized in that that the cavities in the labyrinth-like branching system in at least two perpendicular directions are on average less than 20 mm.

2nd valve according to claim 1, characterized in that using a grid or Grate-like holding device for the bulk material, the free passage cross-section this holding device is greater than 1 / s, expediently 1/4 of the total area.

3. Valve according to claim 1, characterized in that the cross section of the lattice or strut components is less than 300 mm2 and the mutual distance between the parts is less than 20 mm. Considered publications: German Patent Nos. 848 731, 808 513, 672575, 281231; Swiss patent no. 261,459; French Patent No. 785 013; British Patent No. 567 044.