DE2500723A1

DE2500723A1 - Fluiddrosseleinrichtung

Info

Publication number: DE2500723A1
Application number: DE19752500723
Authority: DE
Inventors: Hans Konrad Palmertz; Rolf Erik Strand
Original assignee: Tour Agenturer AB
Current assignee: Tour Agenturer AB
Priority date: 1974-01-11
Filing date: 1975-01-10
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2257830B3; FR2257830A1

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

H. [CNKELDEY

DR.-ΙΝβ.

W. STOCKMAlR

DR.-INS. · AeECCAUTECH)

ο ε: η rt »7 o -a ^κ· ^SCHUMANN

L· 0 U U I L·, si ^DR- ^RER· NAT. - DIPL.-PHYS.

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

OR. RER. MAT. · D1PU.-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEtL

DR. RSR. OEC INS.

LINDAU

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

10. Januar Λ373 P 8902

iDour Agenturer Aktiebolag

Svärdlangsvägen 46 _y 121 72 Johannesnpv, Schweden

Fluiddro s seleinri chtung

Die Erfindung betrifft eine Drosseleinrichtung für Flüssigkeiten oder Gase, die in Leitungen, Ventilen oder dgl. strömen .

Wenn Strömungsmittel gedrosselt werden, treten häufig störende Töne oder Geräusche auf und werden in der Leitung oder dem Ventil an oder dicht Taei den Drossel st eilen häufig Beschädigungen durch Erosion beobachtet. Dies hängt von der

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TELEFON (OBS) 22 28 62 TELEX Ο5-2938Ο TELEGRAMME MONAPAT

ho lien. Strömungsgeschwindigkeit und der gleichzeitigen Verminderung des statischen. Drucks ab, die am der Drosselstelle, d.h. der Einschnürung {vena contracta), auftreten. Gemäß allgemein bekannten, physikalischen Gesetzen ist die Summe der Druckenergie und der kinetischen Energie an Jeder Stolle eines ohne Energieverletst strömenden Mediums konstant. Wenn das Strömungsmedium durch eine Drosselstelle strömt, erhöht sich die Geschwindigkeit des Strömungsmediums und damit der dynamische Druck. Dies hat zur Folge, daß der statische Druck an der Drossel stelle sinkt. Beispielsweise befindet sich in einem Ventil die Drosselstelle bzw. Einschnürung an der Öffnung zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement. "Wenn das, Strömungsmedium eine Flüssigkeit ist, kann der Druck an der Einschnürung auf einen Wert unterhalb des Dampfdrucks absinken, so daß Dampfblasen im Strömungsmittel auftreten. Dadurch tritt das allgemein bekannte Phänomen auf, das als Kavitation bezeichnet wird. Wenn die auf diese Weise gebildeten Hohlräume implodieren, treten Schwingungen und störende Geräusche in den Ventilen oder dem Rohrsystem auf. Es wird starker Verschleiß hervorgerufen und die Lebensdauer der Drosseleinrichtung oder des Ventils erheblich herabgesetzt.

In Fig. 1 ist schematisch eine einstufige Drosselung in einer Leitung dargestellt, durch die eine Flüssigkeit strömt. Die Flüssigkeit durchströmt die Fläche A₁ mit einem Druck P , geht durch die Einschnürung A beim Druck P und setzt die

. ve ve

Strömung durch die Fläche A beim Druck P fort. Im unteren Teil von Fig. T ist die Änderung des statischen Drucks in der Flüssigkeit während der Durchströmung der Drosselstelle dargestellt. In Fig. 1 gibt die senkrechte Achse den statischen Druck und die waagerechte Achse die Rohr länge wieder» Aus dieser Figur zeigt sich, daß der Druck P_T bis unmittelbar vor

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der Drosselstelle verhältnismäßig konstant ist, daß dort der Druck stark auf einen Wert P abfällt, der im darge-

vc

stellten Fall unterhalb des Dampfdrucks P liegt, daß danach der Druck auf einen Reaktionsdruck mit dem Wert P„ ansteigt, nachdem die Flüssigkeit die Einschnürung durchströmt hat, und daß der Druck, nachdem er sich auf einem niedrigeren Wert stabilisiert hat, im wesentlichen beim Wert P konstant gehalten wird.

Für jede Drosselstelle oder jedes Ventil gibt es eine Veränderliche t> , die für verschiedene Arten von Drosseleinrichtungen, beispielsweise Ve±ile, und für verschiedene Ausmaße der Öffnung des Ventils unterschiedlich ist. Der fc-Wert kann in folgender Weise definiert werden:

P₁-P

P-P
*1 2

Der t?-Wert ist ein Maß für die Empfindlichkeit für bzw. Wahrscheinlichkeit von Kavitation an der Drosselstelle. Um die Drosselstellen, beispielsweise das Ventil, gegen Beschädigungen durch Erosion und Beschädigungen durch Kavitation zu schützen, wurde vorgeschlagen, Oberflächen, die solchen Angriffen ausgesetzt sind, mit oberflächenharten Materialien zu beschichten, beispielsweise mit der Hartmetallegierung Stellit. Die Beschichtung mit Hartmetall ist jedoch teuer und kompliziert, und die Hartme tallbe schichtung kann selbstverständlich die Erzeugung von Geräusch und Schwingungen nicht verhindern. Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine allmähliche Änderung der Geschwindigkeit des Strömungsmediuras entlang einem längeren Teil der Drosseleinrichtung dadurch möglich zu machen, daß diese mit einer Reihe verhältnismäßig langer paralleler Löcher versehen wird, durch die die Flüssigkeit oder das Gas strömen kann. Die

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Löcher können mit einer konischen oder abgerundeten Eintrittskante versehen sein, und zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften wurde vorgeschlagen, daß die Löcher mit einer reibungserhöhenden Oberfläche versehen werden, beispielsweise dadurch, daß die Löcher mit Gewinden versehen werden. Dies ist keine vollständig befriedigende Lösung für irgendeines der Probleme der Beseitigung .von Kavitation, Geräusch, Schwingungen und Beschädigungen durch Erosion. Trotz dieser Ausbildung der Drosselstelle ergibt sich häufig ein verhältnismäßig hoher h -Wert, was bedeutet, daß die Drosselstelle eine verhältnismäßig niedrige Drosselwirkung ergibt, wie dies bereits erwähnt wurde.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Drosselstelle durch zwei aufeinanderfolgende Drosseleinrichtungen gleicher Auslegung zu bilden. Dadurch ist es möglich, die b-¥erte etwas zu vermindern, wodurch eine etwas erhöhte Drosselwirkung erreicht werden kann. Jedoch auch bei einer solchen Konstruktion der Drosselstelle ist es nicht in gewünschtem Ausmaß möglich, Kavitation zu vermeiden und Geräusch, Schwingungen und Erosion zu vermindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drosseleinrichtung für Strömungsmedien zu schaffen, mittels der eine starke Drosselwirkung erreicht werden kann, ohne daß störende Geräusche und Schwingungen erzeugt werden und ohne daß die Gefahr einer so starken Erosion und Kavitation besteht, wie sie bei bekannten Dr'ös se !einrichtungen auftritt.

Die Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß es möglich ist, eine Verminderung starker Drücke an Drosselstellen für kontinuierliche oder veränderliche Strömungen, beispielsweise an Druckminderungseinrichtungen, Drucker-

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höhungseinrichtungen, Ventilen usw., ohne Kavitation, störende Geräusche, Schwingungen, Geschwindigkeitserosxonen usw, dadurch zu erreichen, daß die Fluidströmung in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Schritten gedrosselt wird, so daß der statische Druck bei jeder Einschnürung auf einen ¥ert vermindert wird, der nicht niedriger als der Druckwert, beispielsweise der Dampfdruck des Fluids,ist, bei dem störende Geräusche, Kavitation und Geschwindigkeitserosxon auftreten. Gemäß eher besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die verschiedenen Drossel stufen der kombinierten Drosselvorrichtung so ausgebildet, daß der statische Druck an der.Einschnürung jeder Drosselstelle im wesentlichen den gleichen Wert hat, wodurch eine optimale Drosselung erreicht wird. Bei Ventilen, die mit der erfindungsgemäßen Drosseleinrichtung versehen sind, sind die Öffnungsflächen für jede Drosselstelle vorzugsweise so ausgebildet, daß eine bestimmte Beziehung zwischen den verschiedenen Öffnungsflächen unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils besteht, so daß der statische Druck an der Einschnürung jeder Drosselstelle unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils den gleichen Wert annimmt. Für die Erfindung ist es wesentlich, daß die Öffnungsflächen bei einem solchen Ventil unter Berücksichtigung des totalen Ό-Wertes des Ventils so ausgebildet sind, daß der statische Druck an der Einschnürung sämtlicher Drosselstufen im wesentlichen ein und denselben Wert annimmt, der, wenn das Ventil bis zur Grenze der Kavitation belastet ist, dem kritischen Druck für das strömende Fluid entspricht, d.h. dem Dampfdruck, wenn das Strömungsmedium eine Flüssigkeit ist.

Die ejfindungsgemäße Fluiddrosseleinrichtung ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

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Mittels der erfindungsgemäßen Fluiddrosse!einrichtung wird der statische Druck in einer Flüssigkeit oder einem Gas in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Stufen bzw. Schritten vermindert, so daß Töne, Geräusch und Beschädigungen durch Erosion in eitler Leitung oder einem Ventil so weit wie möglich vermieden werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist und daß zahlreiche verschiedene Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Drosselstelle in einem Rohr oder einer Leitung und ein zugehöriges Druckdiagramm für einen Teil der Leitung in der Umgebung der Drosselstelle;

Fig. 2 in Fig. 1 entsprechender Weise eine Leitung mit zwei aufeinanderfolgenden Drosselstellen;

Fig. 3 schematisch ein Ventil mit zwei aufeinanderfolgenden Drosselstufen bzw. Drossel schritten;

Fig. 4 in Fig. 3 entsprechender Weise schematisch ein

Ventil mit drei aufeinanderfolgenden Drossel stufen;

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil mit zwei aufeinanderfolgenden Drosselstufen;

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Fig. 6

eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung; und

· 7 eine ebene Abwicklung bestimmter Strömungsöffnungen des Ventils gemäß Pig. 6.

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Wie bereits erwähnt wurde, zeigt Fig. 1, wie der statische Druck in der Einschnürung (vena contracta) einer Drosselstelle unter einen ¥ert P sinkt, bei dem Dampf entstehen

kann, so daß Kavitaion, störende Geräusche und Beschädigungen durch Erosion auftreten können. In gleicher schematischer Weise ist die Erfindung in Fig. 2 erläutert. Dabei sind zwei Drosselstellen 1 und 2 vorgesehen, die aufeinanderfolgen. Gemäß Fig. 2 erfolgt die Drossellung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten von einem Einlaßdruck P₁, der den gleichen Wert wie der Einlaßdruck P in Fig. 1 hat, auf einen Auslaßdruck P₉, der gleich dem Auslaßdruck P„ in Fig. ist. In der Einschnürung A ₁ der ersten Drosselstelle 1 gemäß Fig. 2 wird der Druck auf einen Wert P ₁ abgesenkt, der höher als der kritische Druck P ist. Im Anschluß an die

Einschnürung der Drosselstelle 1 steigt der Druck auf einen konstanten Druck P„, nachdem er auf einen Reaktionsdruck P. angestiegen war. Danach wird der Druck P in der Einschnürung A ₂ der zweiten Drosselstelle 2 auf einen Wert P ₂ abgesenkt, der ebenfalls höher als der kritische Druck P ist, wonach

ν '

der Druck den Wert des Austrittsdrucks P_ im Anschluß an einen Reaktionsdruck P„ annimmt. Fig. 2 zeigt, daß es durch Verminderung des Drucks in zwei aufeinanderfolgenden Drosselschritten möglich ist, die gleiche Drosselung zu erreichen, wie sie gemäß Fig. 1 in einem einzigen Schritt erreicht wird, und zwar ohne daß der Druck bei einem der beiden Drosselschritte unter den kritischen Druck P absinkt, so daß es demzufolge möglich.ist, Kavitation, Geräusche, Erosion, Beschädigungen und Schwingungen zu vermindern oder zu beseitigen. Damit dieses Ergebnis erzielt wird und damit es möglich ist, die stärkste mögliche Drosselung zu erreichen, ist es erfindungsgemäß wesentlich, daß die Drosselung in den zwei Schritten so erfolgt, daß der Druck P "..in ^d<3^r Einschnürung für die Drosselstelle 1 gleich dem Druck P _q2 in der Ein-

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schnürung für die Drosselstelle 2 ist»

Bei Ventilen sollten die Drücke P ₁ und P „ unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventiles gleich sein. Ferner sollte der Druck in der Einschnürung bei einem optimalen to-Wert nicht unter den kritischen Druck P fallen. Der ^J-¥ert φ₁ für die Drosselstelle bzw. die Drosselstufe 1 und der i?-¥ert Ö_p für die Drosselstelle bzw. die Drosselstufe 2 können verschieden sein, und der totale £?-Wert für eine zweistufige Drossellung sollte die folgende Beziehung erfüllen:

^ total

Wenn der Druck in zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Schritten auf einen im wesentlichen gleichen Druckwert in der Einschnürung der verschiedenen Drosselstufen vermindert wird, muß die Druckverminderung notwendigerweise für jede aufeinanderfolgende Drosselstufe geringer werden. Dies hat unter anderem Blickwinkel zur Folge, daß die Querschnitts- bzw. Öffnungsfläche für jede aufeinanderfolgende Drosselstufe zunehmen muß. Das Ausmaß der Zunahme der Öffnungsfläche für jede aufeinanderfolgende Drosselstufe hängt von mehreren verschiedenen Umständen ab und muß in der Regel durch Versuche oder aufgrund von Erfahrung bestimmt werden.

In Fig. 3 ist schematisch ein Ventil dargestellt, das zwei aufeinanderfolgende Drosselstellen 1 und 2 hat und das eine praktische Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Systems darstellt. Bei dieser Ausführungsform hat die Drosselstufe drei Durchlässe bzw. Kanäle 3 und die Drosselstufe 2 sechs Durchlässe bzw. Kanäle k. Die Kanäle 3 und h sind verhältnismäßig lang und können mit einer rauhen Oberfläche oder mit

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Strömungswiderständen, beispielsweise Gewinden oder dgl.,, versehen sein, damit für eine weitere Erhöhung des Strömlings— Widerstandes in den Kanälen gesorgt ist. Ein Ventilkolben ist vor den Einlassen der Kanäle 3 und h auf und ab bewegbar. In Fig. 3 ist der Ventilkolben 5 in. einer solchen Stellung dargestellt, daß Fluid durch zwei Kanäle der ersten Drosselstufe und vier Kanäle 4 der zweiten Drosselstufe strömen kann. Damit eine im wesentlichen konstante Flächenbeziehung zwischen den Kanälen 3 und h bestehen bleibt, weist der Ventilkolben 5 zwei Drosselscheiben 5^a und 5b auf, wobei eine Drosselscheibe '5^a die Einlasse der Kanäle 3 und die andere Drosselscheibe 5b die Einlasse der Kanäle h sperren kann. Unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils ist der Druck in der Einschnürung der jeweiligen Drosselstelle 1 bzw. 2 im wesentlichen gleich, und die Kanäle 3 und K sollten so bemessen sein, daß dann, wenn das Ventil maximal belastet ist bzw. an der Grenze zur Kavitation arbeitet, der Druck in der Einschnürung einen Wert beim oder etwas oberhalb des kritischen Drucks P einnimmt, der dem Dampfdruck entspricht, wenn das strömende Medium eine Flüssigkeit ist.

In Fig. h ist ein weiteres eiftndungsgemäßes Ventil dargestellt, das mit drei Drosselstufen 6, 7 und 8 versehen ist und bei dem die erste Drosselstufe drei Durchlässe bzw. Kanäle, die zweite Drosselstufe fünf Durchlässe bzw. Kanäle und die dritte Drosselstufe neun Durchlässe bzw. Kanäle hat. Die gesamte Strömungsfläche der zweiten Drosselstufe 7 ist größer als die der ersten Drosselstufe 6", und die gesamte Strömungsfläche der dritten Drosselstufe 8 ist wiederum größer als die der zweiten Drosselstufe 7· Der Ventilkolben hat drei Drosselscheiben 5^a> 5b und 5c, von denen jede eine Drosselstufe 6 bzw* 7 bzw. 8 schließen kann.

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In den Figuren 3 und U- ist dargestellt, wie die Strömungsflachen der verschiedenen Drosselstufen durch Erhöhung der Anzahl der Strömungskanäle vergrößert werden können; es liegt jedoch auf der Hand, daß die Erfindung in ihrer einfachsten Ausführungsform lediglich eine Strömungsöffnung für jede Drosselstufe haben kann und daß die Beziehung zwischen den Flächen der Strömungsöffnungen der verschiedenen Drosselstufen dadurch geändert werden kann, daß die Weite der Strömungsöffnung geändert wird. Dies kann jedoch auch auf beliebige andere, geeignete Weise erfolgen.

Fig. 5 zeigt .einen Querschnitt durch ein zweistufiges ,Ventil mit einem Ventilgehäuse 9» das eine Einlaßkammer 10 und eine Auslaßkammer 11 aufweist. Das Ventilgehäuse 9 ist mit einer inneren, zylindrischen Ventilkolbenkammer 12 versehen, in der ein Ventilkolben 13 mittels eines Ventilschaftes 14 auf und ab bewegt werden kann. Die Ventilkü-benkammer 12 wird an der Unterseite des Ventils von einer Bodenplatte 15 und an der Oberseite von einer Kopfplatte 16 abgeschlossen, durch die der Ventilschaft 14 hindurchgeht. Zur Einstellung des Ventilkolbens wird in der Regel eine äußere Einstelleinrichtung benutzt, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Einlaßkammer 10 und die Auslaßkammer 11 sind in herkömmlicher Weise in S-Konfiguration angeordnet, und in der-Auslaßkammer 11 ist eine Büchse 17 so montiert, daß sie einerseits an einer Wand 18 zwischen der Einlaßkammer 10 und der Auslaßkammer 11 und andererseits am Boden des Ventils und der Bodenplatte 15 dichtet. Die Auslaßkammer 11 umfaßt eine Ringkammer 19 um die Büchse 17» und in ähnlicher Weise befindet sich eine Ringkammer 20 um den Ventilkolben 13· Der Ventilkolben 13 ist in der Büchse 17 bewegbar, und zwischen beiden dichtet ein Dichtring 21.

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Der Ventilkolben 13 ist als Buchse ausgebildet, die sowohl oben als auch unten offen ist, so daß Druck innerhalb des Ventilkolbens in gleicher Weise sowohl in der Kammer oberhalb des Ventilkolbens als auch in der Kammer unterhalb des Ventilkolbens wirkt. Dadurch werden Axialkräfte auf den Kolben aufgehoben, die andernfalls eine Einstellung des Ventilkolbens erschweren würden oder sogar eine unbeabsichtigte Selbsteinstellung des Ventilkolbens hervorrufen würden. In einem axialen Abschnitt, der im wesentlichen der Höhe der Ringkammer 20 am ,Einlaßende entspricht, weist der Ventilkolben mehrere Einlaßkanäle 22 auf, durch die das einströmende ,Fluid in das Innere der den Ventilkolben bildenden Buchse eintritt. Dieses wird durch die Büchse 17 nach unten geführt. In einem axialen Abschnitt der Büchse, der im wesentlichen der Höhe der auslaßseitigen Ringkammer 19 entspricht, weist die Büchse in entsprechender Weise mehrere Auslaßkanäle 23 auf, durch die das Fluid zur Auslaßkammer 11 austritt.

Wie zuvor in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 erläutert wurde, übersteigt die gesamte Ströraungsfläche der Auslaßkanäle 23 die Gesamtfläche der Einlaßkanäle 22. Die Beziehung zwischen diesen Flächen ist im wesentlichen konstant, und zwar unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils. In Fig. ist das Ventil in seiner vollständig geöffneten Stellung dargestellt, bei der sich der Ventilkolben in seiner oberen Lage nahe der Kopfplatte 16 befindet. Wenn der Ventilkolben abwärts bewegt wird, schließt die Büchse 17 nacheinander die Einlaßkanäle 22 des Ventilkolbens 13» und in entsprechender Weise schließt ein unterer Abschnitt 24 des Ventilkolbens nacheinander die Auslaßkanäle 23· Die Beziehung zwischen den Flächen der Auslaßkanäle 23 und der Einlaßkanäle 22 ist so gewählt, daß der statische Druck des strömenden Mediums in

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der Einschnürung der Einlaßkanäle 22 und in der Einschnürung der Auslaßkanäle 23 im wesentlichen den gleichen ¥ert annimmt. Ferner sind diese Flächen so gewählt, daß dann, •wenn das Ventil bis zur Grenze der Kavitation belastet ist und es sich beim Strömungsmedium um eine Flüssigkeit handelt, der statische Druck der zwei Kanalsysteme 22 und 23 einen Wert hat, der beim oder etwas oberhalb des kritischen Drucks liegt. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Einlaßkanäle 22 im Ventilkolben 13 und die Auslaßkanäle 23 in einem Teil des Ventilgehäuses ausgebildet; es liegt Jedoch für den Fachmann auf der Hand, daß die Einlaßkanäle und die Auslaßkanäle auf beliebige andere, geeignete Weise im Ventilkolben oder dem Ventilgehäuse ausgebildet sein können, sofern die Einlaßkanäle 22 und die Auslaßkanäle 23 parallel zueinander gedrosselt werden, so daß die gewünschte Beziehung zwischen den Flächen der Kanäle unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils beibehalten wird. Für den Fachmann liegt ferner auf der Hand, daß das Ventil mit drei oder noch mehr Drosselstellen versehen sein kann, wobei die gesamte Strömungsfläche für jede folgende Drosselstelle, durch die das Fluid hindurchströmt, größer als die der vorhergehenden Drosselstelle ist.

In den Figuren 6 und 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Vergleich mit der in Verbindung mit Fig. beschriebenen Ausführungsform etwas abgewandelt ist. In der folgenden Beschreibung werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen benutzt.

Das Ventilgehäuse 9 hat einen Einlaß bzw. eine Einlaßkammer 10 und einen Auslaß bzw. eine Auslaßkammer 11. Eine geneigte Wand 18 verläuft in üblicher Weise durch das Ventil, und durch diese Wand geht ein Loch 18a, das einen Ventilkolben

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aufnehmen kann. Der Ventilkolben 13 ist jedoch nicht direkt in diesem Loch angeordnet, sondern das Loch 18a hat eine Büchse 17» die weiter unten beschrieben werden wird und in die der Venfcilkolben 13 verschiebbar eingesetzt ist. Die Büchse 17 ist fest in das Ventil eingebaut und mittels Dichtungen 17^a gegenüber den verschiedenen Teilen des Ventilgehäuses 9 abgedichtet.

Eine mittels Schrauben gesicherte Kopfplatte 16 schließt den Raum ab, in den die Büchse 17 eingeführt ist. Die Kopfplatte 16 steht über eine Dichtung i6a in Berührung mit dem Ventilgehäus e und umfaßt eine Lagerabstützung i6b für den Ventilschaft i4.

Für die Funktion des Ventils ist es ohne Bedeutung, wie die Kraft vom Ventilschaft 14 zum Ventilkolben 13 übertragen wird. Der Ventilkolben kann so ausgebildet sein, daß mittels des Ventilschaftes lediglich der Vstilkolben bewegt wird; das Ventil kann jedoch auch als Ventil mit ausfahrendem Ventilschaft oder als Ventil mit nicht ausfahrendem Ventilschaft ausgebildet sein. Es ist lediglich von Bedeutung, daß der Ventilkolben in Axialrichtung bewegt wird, wobei es unerheblich ist, ob diese Bewegung mit einer gleichzeitigen Drehbewegung kombiniert ist. Aus Gründen der Einfachheit besteht die Kraftübertragung zwischen dem Ventilschaft 14 und dem Ventilkolben 13 bei der Ausführungsform gemäß Fig. aus einem Stift 13^a» der durch den Ventilkolben 13 geht, und einer Lagerbuchse 13h» in der der Ventilschaft i4 montiert ist.

In der Büchse 17 befinden sich zwei Sätze von Löchern, und zwar ein Satz von Löchern 22, die mit der Einlaßkammer 10 in Verbindung stehen, und ein weiterer Satz von Löchern 23,

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die mit der Auslaßkammer 11 in Verbindung stehen. Diese Löcher können irgendeine spezielle Form haben, damit das Ventil irgendeine besondere Charakteristik erhält. So sind die Einlaßlöcher 22 in der Büchse 17 des Ventils als im wesentlichen Y-förmig dargestellt, wobei die Hauptachse parallel zum Ventilschaft verläuft. Bei Bedarf können auch die Auslaßöffnungen 23 irgendeine spezielle Form haben; in der Regel reicht es jedoch zur Erzielung der gewünschten Fluidcharakteristik, daß ein Satz Löcher, d.h. die Löcher 22 oder die Löcher 23> die erwähnte spezielle Form haben.

Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist die Gesamtfläche der Einlaßlöcher 22 kleiner als die Gesamtfläche der Auslaßlöcher 23, und die Beziehung zwischen diesen Flächen ist so gewählt, daß sowohl für die Einlaßlöcher 22 als auch die Auslaßlöcher 23 in der Einschnürung der gleiche Druckwert erreicht wird. Ferner sind die Fläche und die Form der Löcher so gewählt, daß der niedrigste Druck in der Einschnürung sowohl bei den Einlaßlöchern als auch bei den Auslaßlöchern gleich dem oder etwas höher als der kritische Druck des Ventils ist, wenn dieses im Falle einer Flüssigkeit bis zur Grenze der Kavitation belastet ist.

Das Ventil gemäß Fig. 6 ist in seiner geschlossenen Stellung dargestellt. Der untere Rand 28 des Ventilkolbens 13 liegt dabei tiefer als der tiefste Punkt irgendeines der Löcher 22, und der Ventilkolben umfaßt eine Dichtung 21 , damit keine Fluidleckage auftritt. Der Ventilkolben 12 umfaßt mehrere solcher Dichtungen. Vor der Brücke der Hülse 17, die zwischen deren Sätzen von Löchern 22 und 23 besteht, weist der Ventilkolben 13 ehe Anzahl von Öffnungen 26. auf, zwischen denen sich Stege 27 befinden, die den unteren Teil

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13' und den oberen Teil 13" des Ventilkolbens zusammenhalten. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Ventilkolben 13 rohrförmig, so daß eine freie Verbindung zwischen der oberen Ventilkammer 12a und der unteren Ventilkammer 12b besteht.

Das beschriebene, erfindungsgemäße Ventil arbeitet in folgender Weise: Das Ventil wird durch Hochziehen des.Ventilschaftes 14 geöffnet, wodurch der Ventilschaft aufgrund der Verbindung an der Halterung und dem Stift 13^a den Ventilkolben nach oben bewegt. Sobald der untere Rand 28 des Ventxlkolbens auf eine Linie mit den untersten Teilen der Löcher 22 kommt, wird eine zuvor geschlossene Verbindung zwischen der Einlaßkammer 10 und der unteren Ventilkammer 12b geöffnet. Es ist zu beachten, daß die Einlaßkammer 10 durch eine Ringkammer 20 fortgesetzt wird, die vollständig um die Büchse 17 herumläuft. Daher besteht an allen Einlaßbzw. Drosselkanälen 22 des Satzes dieser Kanäle im wesentlichen der gleiche Druck. Im wesentlichen zur gleichen Zeit, zu der diese Verbxndungsmöglichkeit geöffnet wird, werden die oberen Ränder der Öffnungen 2.6 des Ventilkoltens 13 in eine Stellung oberhalb der unteren Ränder des Satzes von Löchern 23 der Büchse bewegt, wodurch eine Verbindung von der Kammer im Innern des Ventxlkolbens 13 zur Ringkammer 19 hergestellt wird, die eine Fortsetzung der Auslaßkammer 11 ist. In dieser Stellung erfolgt eine gesteuerte Strömung des vom Ventil gesteuerten Mediums. Es liegt auf der Hand, daß durch weiteres-Hochziehen des Ventxlkolbens 13 mittels des ¥entilschaftes Ik die Durchlaßkanäle vergrößert bzw. vermehrt werden. Es dürfte ferner klar sein, daß das Ventil mit jeder gewünschten Steuercharakteristik versehen werden kann, indem dem einen oder anderen Satz von Löchern 22 bzw. 23 der Büchse 17 irgendeine besondere Form gegeben wird.

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Im folgenden wird gleichzeitig auf Fig. 2 Bezug genommen. Es dürfte klar sein, daß in der Einlaßkammer 10 ein Druck herrscht, der dem Druck P₁ entspricht, daß in der Kammer im Inneren des Ventilkolbens ein Druck herrscht, der dem Zwischendruck P entspricht, und daß in der Auslaßkammer 11 ein Druck herrscht, der dem Auslaßdruck P_p entspricht. Der Zwischendruck P„, der im Inneren des Ventilkolbens herrscht, hat keine axiale Komponente, da der Ventilkolben sowohl oben als auch unten offen ist. Daher wirkt diesem Druck einerseits das Ventilgehäuse 9 und andererseits die Kopfplatte 16 des Ventils entgegen, wobei jedoch der Ventilkolben 13 in Axialrichtung nicht beaufschlagt wird. Dagegen wirkt jedoch selbstverständlich auf den Ventilkörper ein radialer Druck; da jedoch angenommen wird, daß der Vettilkörper einen kreisförmigen Querschnitt hat, erfolgt ein vollständiger Ausgleich der verschiedenen Komponenten dieses radialen Druckes.

Dies ist bei automatischer Steuerung des Ventils von großer Bedeutung. Auf den Ventilkolben wirken keinerlei Druckkräfte, die durch eine Steuereinrichtung überwunden werden müssen, die über den Ventilschaft 14 wirkt. Allerdings wirken Reibungskräfte zwischen dem Ventilkolben und der Büchse, die jedoch vernachlässigbar klein sind. Daher ist es auch bei kleinen Kräften auf den Ventilschaft möglich, für eine Bewegung des Ventilkolbens während vollständig ausgeglichener Zustände'und mit einem hohen Maß von Genauigkeit zu sorgen. Durch Unterteilung der Drosselung in zuvor beschriebener Weise auf zwei oder mehr aufeinanderfolgende Schritte bzw. Stufen ist es möglich, eine optimale Drosselung des Strömungsmediums zu erreichen, ohne daß die Gefahr von Kavitation, Geräuschen, Schwingungen oder Beschädigungen durch Erosion besteht. Indem vorgesehen wird, - -wie dies in den

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Figuren 5 bis 7 dargestellt ist -, daß der Druck im oberen Teil der Ventilkolbenkammer 12 im wesentlichen gleich dem Druck in deren unterem Teil ist, können die erforderlichen Stellkräfte für den Ventilkolben auf ein Minimum vermindert werden. Innerhalb der Einlaßkanäle 22 des Ventilkolbens 13 und/oder vor den Auslaßkanälen 23 der Büchse 17 kann eine Einrichtung zur Geschwindigkeit sangleichung, beispielsweise eine Einrichtung 25» angebracht sein, wodurch die Geschwindigkeit des Ehuds in unterschiedlichen Abschnitten der Ventilkolbenkammer 12 vergleichmäßigt wird, so daß das Fluid nach Durchströmen der Einlaßkanäle 22 seine Geschwindigkeit nicht unbehindert erhöhen kann, wodurch die X) -Werte für das Ventil weiter verbessert werden können. Die Einrichtung 25 zur Geschwindigkeit sangleichung hat ferner die Wirkung, daß die Strömung des Fluids gleichmäßig auf die Auslaßkanäle 23 verteilt wird, so daß kein Teil der Büchse 17 stärker als ein anderer Teil belastet wird.

Patentansprüche:

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Claims

Pat entansprüche

. Fluiddrosseleinrichtung, gekennzeichnet durch zwei oder mehr aufeinanderfolgende Drosselstufen (1, 2; 6, 7> 8) ι wobei die Strömungsflache für jede Drosselstufe größer ist als die Strömungs£S.che der vorhergehenden Drosselstufe.
2. Fluiddrosseleinrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die GesamtStrömungsflächen der verschiedenen Drosselstufen (1, 2; 6_r 7» 8) in solchem Verhältnis zueinander stehen,' daß der statische Druck in der Einschnürung (vena contracta) jeder Drossel stufe im wesentlichen den gleichen Wert hat.
3» Pluiddrosseleinrichtung gemäß Anspruch 2 für ein Steuerventil, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsfläche jeder Drosselstufe geändert wird, wenn die Ventilstellung geändert wird, und daß die verschiedenen Drosselstufen ihr gegenseitiges Verhältnis unabhängig vom Ausmaß der Öffnung des Ventils beibehalten.
k* Fluiddrosseleinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsflächen der verschiedenen Drosselstufen (i, 2; 6, 7» 8) derart sind, daß der statische Druck in der Einschnürung bei jeder Drosselstufe einen Wert annimmt, der dem kritischen Druckwert entspricht oder etwas über diesem liegt, wenn das Ventil bis zur Grenze seines kritischen Druckabfalls oder im Falle einer Flüssigkeit bis zur Grenze der Kavitation belastet ist.
5. Fluiddrosseleinrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch

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gekennzeichnet, daß die steuerbare Drosseleinrichtung die Strömungsöffnungen jeder Drosselstufe (1, 2; 6, 7» 8) parallel zueinander drosselt.
6. FluiddrosseIeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß jede Drosselstufe mehrere parallele Löcher (3, k; 22, 23) aufweist, die wesentlich langer als ihr Durchmesser sind.
7« FluiddrosseIeinrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (3, 4; 22, 23) gerillt oder mit Gewinde versehen oder auf andere Weise mit rreibungserhöhenden Oberflächen versehen sind.
8. Fluiddrosseleinrichtung nach einem der Ansprüche.3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Drosseleinrichtung (5) so ausgebildet ist, daß sie nur eine axiale Drosselbewegung ausführen kann, daß sie eine drehende Drosselbewegung ausfüllen kann oder daß sie eine kombinierte axiale und drehende Drosselbewegung ausführen kann.
9· Fluiddrosseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für ein Ventil mit einem Ventilgehäuse, das einen axial bewegbaren Ventilkolben hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstufen im Ventilkolben (13) vorgesehen sind.
10. FluiddrosseIeinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosse.lstufe im Ventilkolben (13) und eine weitere Drosselstufe im Ventilgehäuse (9) oder einem beliebigen anderen Teil (I7) vorgesehen ist, das darin montiert ist.
11. Fluiddrosseleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8,

■ dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Drosselstufen in einem

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fest montierten Teil der Drossel einrichtung vorgesehen sind.
12. Fluiddrosseleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß eine Einrichtung (25) zur Geschwindigkeitsangleichung in Form eines dichtmaschigen Netzes oder einer Drosselplatte zwischen,· vor oder hinter den Drosselstufen vorgesehen ist.

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