DE2556989A1 - Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zur Reduzierung eines Gasdruckes, mit einem Rohreinsatz und einem käfigartigen Ventilkörper mit radialen Bohrungsreihen, der gegenüber dem Einsatz verschiebbar an einer Ventilspindel gehalten ist, wobei der Endabschnitt des Käfigs mit dem Gaseintritt und einem geschlossenen Ende in offener Verbindung steht.

Ein Regelventil dieser Art ist aus der US-PS 3 665 96k bekannt. Ventile dieser Art werden häufig in Erdgasstationen verwendet, um den vergleichsweise hohen Vordruck (ca, 70 atm·) auf einen vergleichsweise konstanten niedrigeren Austrittsdruck zu reduzieren (ca· 8 atm)· Dabei ist es »hr wesentlich,

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die Geräuschenergie zu reduzieren. Unter Umständen kommt es in der Praxis sehr häufig vor, daß infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen dem Ventilkörper und dem Einsatz hohe Geräuschenergien (über 100 dB) erreicht werden. In Verbindung mit Frequenzspitzen zwischen 4000 und 8000 Hertz sind die Geräusche so störend, daß die Schmerzschwelle überschritten wird und sie daher eine Gefahr für das menschliche Ohr darstellen. Durch die Ausbildung des Ventilkörpers in Form eines Käfiges mit Perforierungen oder Bohrungen, der in einem Rohreinsatz verschiebbar ist, wird der Geräuschpegel herabgesetzt. E₃ wurde jedoch festgestellt, daß das Gas, welches durch die Öffnungen im Käfig hindurchströmt und den Austritt erreicht, verwirbelt wird, insbesondere dann, wenn das Ventil nur teilweise offen ist. Dadurch wird der Beruhigungseffekt des Käfiges teilweise wieder zunichte gemacht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, den aufgezeigten Nachteil zu vermeiden.

Zur lösung der Erfindungsaufgabe ist das Regelventil der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Ventilkörpers einen vom Einsatz wegweisenden konischen Abschnitt mit einem Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen von etwa 17° aufweist.

Bas cms den Bohrungen des Käfigs anatretende Gas trifft auf

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den ziemlich großen Spalt zwischen dem Ende des Rohrein« satzes und dem konischen Teil des Ventilkörpers. Gasturbulenzen können so verhindert werden, wodurch eine beträchtliche Reduzierung der Geräusche erreicht wird.

Bei dem bekannten Ventil sind die Öffnungen im Käfig kreisförmig angeordnet. Venn dieses Ventil geöffnet wird_/steigt der Gasstrom absatzweise an. Diese Tatsache ist ungünstig für die allmähliche Reduzierung des Gasdruckes; größere Möglichkeiten für die Bildung von Turbulenzen im Austrittsraum des Ventiles sind gegeben.

Zur Erfindung gehört daher auch der Vorschlag, die radialen Bohrungen im Käfig wendelartig anzuordnen.

XTm die Kapazität des erfindungsgemäßen Ventiles zu vergrößern, ist es sinnvoll, einen zweiten Ventilkörper auf der Ventilspindel anzuordnen, wobei dieser Ventilkörper mit einem zweiten Rohreinsatz zusammenarbeitet und einen Endabschnitt aufweist, der in offener Verbindung mit dem Gasaustritt sowie mit einem geschlossenen Endteil in Verbindung steht. Ein solches Regelventil mit zwei Ventilkörpern ist aus der US-PS 3 665 96k bekannt..

Um Turbulenzen durch diesen zweiten Ventilkörper zu verhindern weist die Stirnwand des zweiten Käfigs einen inneren

konischen Abschnitt auf, dessen Oberfläche in etwa einen

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gleichen Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen besitzt wie der konische Abschnitt des ersten Ventilkörpers.

Vorzugsweise sind die radialen Bohrungen im zweiten Käfig ebenfalls wendelartig angeordnet.

Bei vergleichswise niedrigem Vordruck und einer hohen Kapazität ist das Ventil weit geöffnet. Unter diesen Umständen ist der Geräuschpegel bei der bekannten Konstruktion vergleichsweise niedrig. In Anbetracht des zusätzlichen Strömungswiderstandes infolge der Bohrungen im Käfig erscheint es daher günstiger, wenn der Drosseleffekt des Käfiges bei einem weit geöffneten Ventil vermieden wird. Aus diesem Grunde wird daher vorgeschlagen, die axiale Länge des mit den Bohrungen versehenen Teiles zumindest eines der Käfige kleiner als den größten Hub des Käfigs aus zufuhren.

In der größten Öffnungsstellung strömt das Gas durch den breiten Spalt zwischen dem Ventilkörper und dem Einsatz, die Bohrungen im Käfig nehmen an diesem Vorgang nicht teil und bilden daher auch keinen Widerstand.

Die Zahl der Öffnungen im Käfig hängen im wesentlichen von dem Durchmesser des Käfigs, von den Durckbedingungen und der Kapazität des Ventiles ab. Der Käfig hat mindestens 600 Bohrungen. Ein Käfig mit einem Durchmesser von I5 cm

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besitzt ca, 6OOO Bohrungen. Der Durchmesser der Bohrungen hängt von der Druckreduzierung und der Kapazität des Regelventiles ab und liegt zwischen 0,6 und 2,5 mm.

Die Bohrungen auf den aufeinanderfolgenden Windungen der wendelartigen Anordnung sind vorzugsweise in Form gleichseitiger Dreiecke angeordnet.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand zweier Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit einem einzigen Ventilkörper

und

Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Ventil mit zwei Ventilkörpern.

Das Regelventil entsprechend Figur 1 umfaßt ein Ventilgehäuse 1, welches mit dem Gaseintritt und dem Gasaustritt durch Flansche 2 verbunden ist. Ein Rohreinsatz 3 mit großen Durchflußbohrungen 3a ist in dem Gehäuse gehalten. Die Durchflußbohrungen stehen mit dem Gaseintritt in Verbindung. Eine Ventilspindel k ragt durch den Einsatz 3 und ist mit einem Kolben 5 in dem Einsatz 3 geführt. Der obere Teil der Ventilspindel h ist über Muttern 6 mit einer Membran 8 verbunden, die zwischen zwei Platten 7 eingespannt ist. Eine einstellbare Druckfeder Q

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wirkt auf die Ventilspindel.

Das untere Ende der Ventilspindel h ist mit dem Ventilkörper 10 verbunden, der aus einem Käfig 11 und einem Teil 12 besteht, dessen oberer Abschnitt im vom Einsatz wegweisender konischer Form ausgebildet ist· Der Endabschnitt des Käfigs 11 ist im Bereich des angrenzenden Teiles 12 geschlossen· Offen ist der Käfig jedoch an der Gaseiratrittsseite. Dieser Käfig 11 kann sich in den Einsatz 3 hineinbewegen. In der Abbildung befindet sich der Käfig 11 in der vollständigen Öffnungsstellung des Ventils» Dabei befindet sich der Käfig außerhalb des Einsatzes 3.

Eine große Anzahl radialer Bohrungen 14 sind im Mantel des Käfigs 11 vorgesehen. Diese Bohrungen sind wendelartig angeordnet.

Das untere Ende des Ventilkörpers 10 ist mit Führungsrippen 14 versehen.

Da· Regelventil arbeitet wie folgt:

Gas mit relativ hohem, nicht konstantem Eintrittsdruck P1 (ca. JO atm) strömt über die Versorgungsleitung durch die Eintrittsbohrung 3a in den Einsatz 3. Im Regelventil soll ein im wesentlichen konstanter Wert P2 (ca. 8 atm) des Austx-ittsdruckes erreicht werden.

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Der Austrittsdruck P2 herrscht im Raum unterhalb der Membran 8 über eine nicht gezeigte Verbindung. Über dies·« R&ua wird ein konstanter Bezugsdruck P3 aufrechterhalten· Die abwärts gerichtete Kraft infolge des Druckes P3 auf die Meebran 8 steht während des Betriebes im Gleichgewicht «it der Gesamtkraft der Feder 9 und der aufwärtsgerichteten Kraft auf die Membran infolge des Druckes P2.

Sobald der Druck P2 zu niedrig wird (durch einen starken Gasverbrauch oder durch eine Reduzierung des Eintrittsdruckes) werden die Membran 8, die Ventilspindel h und der Ventilkörper 10 infolge des Druckes P3 nach unten gedrückt, so weit, daß P2 bis zu einem Schließwert ansteigt·

Die Erfindung ist insbesondere gerichtet auf die Form des Ventilkörpers 10 in Verbindung mit dem Rohreinsatz 3·

Wenn sich das Ventil aus der Schließstellung öffnet (in der die Dichtung 15 gegen den Einsatz 3 wirkt), kommen nacheinander eine wachsende Anzahl von Bohrungen 13 in den Bereich unterhalb des unteren Endes des Einsatzes 3· Gas strömt durch diese Bohrungen in den Spalt zwischen dem unteren Ende des Einsatzes 3 und dem konischen Abschnitt 12 des Ventilkörpers und von dort in die Austrittsverbindung mit einem Druck P2»

Die Aufteilung des Durchtrittsquerschnittes in eine Vielzahl

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von kleinen Bohrungen I3 führt zu einer beträchtlichen Reduzierung der Geräuschenergie· Durch den divergierenden Spalt wird das durch die Bohrungen 13 ausströmende Gas nicht oder kaum verwirbelt, wodurch eine erhebliche Reduzierung der Strömungsgeräusche erreicht wird·

Bei einem vergleichsweise niedrigen Druck PI und einem hohen Reduzierungsvermögen wird sich das Ventil stark öffnen· Unter diesen Umständen ist der Geräuschpegel auch bei Verwendung eines Ventilkörpers anderer Form noch niedrig· Da die Aufteilung des Durchtrittsquerschnittes in eine Vielzahl von Bohrungen zu einem zusätzlichen Widerstand führt, würde unter einem kontrolltechnischem Gesichtspunkt unter diesen Umständen ein niedrigerer Druck P1 und ein großes Reduzierungsvermögen nachteilig sein· Deswegen ist die Höhe des Käfiges 11 geringer gewählt als der Hub des Ventiles· In der größten Öffnungsstellung ist der Käfig 11 vollständig aus dem Rohreinsatz herausgezogen· Die Druckreduzierung erfolgte dann nur durch die Funktion des Spaltes zwischen dem Einsatzende und dem Teil 12 des Ventilkörpers·

Bei einer speziellen Ausführungsart ist die Höhe des Käfigs 35 mm und der Ventilhub 50 mm· Der Durchmesser des Käfigs ist I5 cm, wobei ungefähr 2000 radiale Bohrungen mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm am Käfig vorgesehen

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sind« Die Entfernung der Bohrungen in der wendelartigen Anordnung beträgt 2mm· Eine Reduzierung der Geräuschenergie um 15 bis 20 dB wurde erreicht.

Um Turbulenzen im Spalt zwischen dem Einsatzende und dem Teil 12 des Ventilkörpers zu verhindern, soll der Winkel öL zwischen der Wand des konischen Teiles 12 und der Horizontal ungefähr I7 betragen.

Durch die Anordnung der Bohrungen im beweglichen Ventilkörper (nicht im ortsfesten Einsatz) kann der Teil des Ventilkörpers eingesetzt werden, der unter einem Winkel von 17 geneigt ist.

Ein zusätzlicher Vorteil der vorherbeschriebenen Konstruktion ist in den auftretenden niedrigen Schließkräften zu sehen. Verschmutzungen spielen eine untergeordnete Rolle· Die Erfindung ist daher insbesondere für Gaskontrollregelventile einsetzbar, bei denen relativ niedrige Kontrollkräfte verfügbar sind.

Die mit der beschriebenen Ausführungsart korrespondierenden Teile bei der Konstruktion nach Figur 2 sind mit den gleichen Bezugszeiohen versehen· Diese zweite Ausführungeart unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Art dadurch, daß eiiyfcweiter rohrfönniger Ventilkörper 16 auf der Ventilspindel h

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aufgesetzt ist, wobei an diesem Körper ebenfalls wiederum wendelartig Bohrungen 17 vorgesehen sind· Während der erste rohrförmige Einsatz 10 in offener Verbindung mit dem Gaseintritt steht und am anderen Ende geschlossen ist, steht der zweite rohrförmige Einsatz 16 in offener Verbindung mit dem Gasaustritt und ist an seinem gegen den ersten Einsatz gerichteten Ende durch die Stirnwand 18 -verschlossen· Auf diese Weise strömt Gas von außen einwärts durch die Bohrungen 17·

Der nach oben gerichtete Teil der Stirnwand 18 hat eine konische Form und ist unter eimern Winkel^ von ungefähr "*7 gegenüber dem Einsatz geneigt· Die Aufgabe dieses konischen Abschnittes ist ebenfalls die Vermeidung von Turbulenzen·

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Regelventil zur Reduzierung eines Gasdruckes, mit einem Rohreinsatz und einem käfigartigen Ventilkörper mit radialen Bohrungsreihen, der gegenüber dem Einsatz verschiebbar an und einer Ventilspindel gehalten ist, wobei der Endabschnitt des Käfigs mit dem Gaseintritt und einem geschlossenen Ende in offener Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Ventilkörpers (1O) einen vom Einsatz (3) wegweisenden konischen Abschnitt (12) mit einem Neigungswinkel (et) gegenüber der Horizontalen von etwa 1ψ° aufweist·

   Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (13) im Käfig (11 ) wendelartig angeordnet sind·

   3· Ventil nach den Ansprüchen 1 oder 2, bei dem ein zweiter Ventilkörper in Form eines Käfiges an der Ventilspindel angeordnet ist, wobei dieser Ventilkörper mit einem zweiten Rohreinsatz zusammenarbeitet und einen Endabschnitt aufweist, der in offener Verbindung mit dem Gasaustritt sowie alt einem geschlossenen Endteil in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (18) des zweiten Käfigs (16) einen inneren kenischen Abschnitt aufweist, dessen Oberfläche in etwa einen gleichen Neigungswinkel (β ) gegenüber der Horizontalen besitzt wie der konische Abschnitt (12) des ersten Ventilkörpers (1O)·

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   Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (17) des zweiten Käfigs (16) wendelartig angeordnet sind·

   Yentil nach «inea der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des mit den Bohrungen versehenen Teils zunindest eines Käfiges kleiner als der größte Hub des Käfigs ist«

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