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Schwenkklappenventil, z. B. Schnellschlußventil am Eintritt einer
Turbine Auf vielen Gebieten der Technik liegt die wichtige Aufgabe vor, Stoffströme
jeglicher Art in Rohrleitungen oder Kanälen in einer möglichst kurzen Zeit abzusperren.
Dies ist besonders wichtig in solchen Fällen, in denen diese Stoffströme gleichzeitig
Energien träger sind. So ist es z. B. bei Dampfturbinen besonders wichtig, im Falle
eines Lastabwurfes die weitere Dampfzufuhr in möglichst kurzer Zeit zu unterbinden,
um zu verhindern, daß der Maschinensatz auf eine gefährliche überdrehzahl kommt.
Gleichartige Aufgaben liegen auf dem Gebiete der Atomenergie bei verschiedenen Reaktorbauformen
vor. Es kommt also darauf an, Ventile zu bauen und zu verwenden, die eine möglichst
kleine Schließzeit haben, d. h., es muß dafür Sorge getragen werden, daß
die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt des Schließbefehls und dem tatsächlichen Abschluß
des Ventils möglichst gering ist und z. B., und zwar auch für große Ventile kleiner
als 0,2 Sekunden ist. Die erforderliche Schließkraft muß aber nicht nur in möglichst
kurzer Zeit, sondern auch in genügender Größe zur Verfügung stehen. Es ist hierbei
zu beachten, daß die Einschaltung und Inbetriebsetzung der Energiespeicher ebenfalls
eine gewisse Zeit benötigen, weil die betreffenden Massen erst in Gang gesetzt und
beschleunigt werden müssen, wodurch die Schließzeit des Ventils entsprechend vergrößert
wird. Bekannte Ventile, die die genannten jgwünschten Eigenschaften aufweisen, bringen
aber einen großen Energieverlust und/oder sind aufwendig.
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Gemäß der Erfindung soll ein Schnellschlußventil geringen mechanischen
Aufwandes geschaffen werden, das eine sehr kleine Schließzeit aufweist, wobei Drossel-
und Stoßverluste praktisch nicht vorhanden und sonstige Energieverluste sehr gering
sind. Dabei wird von einem Schwenkklappenventil mit einer Schwenkklappe ausgegangen,
die im wesentlichen aus einervon derSchwenkachse weg gerichtetenSchwenkwand am Durchströmkanal
und einer sich daran anschließenden, vom Durchströmkanal weg gerichteten, sektorförmig,-n
Wand besteht, d. h., auf solch ein Ventil bezieht sich die Erfindung. Ein
solches Ventil ist bekannt. Bei dem bekannten Ventil wird die Schwenkklappe geschlossen,
indem Medium ineinen auf der dem Durchströmkanal abgekehrten Seite der Schwenkklappe
befindlichen Gegenraum von dem in Durchströmrichtung vor der Schwenkklappe liegenden
Zuströmteil des Durchströmkanals her strömt. Die Schwenkklappe kann aber nicht schnell
schließen, weil die Schwenkachse in Durchströmrichtung vor der sektorförmigen Wand
und überhaupt vor der ganzen Schwenkklappe liegt und sich infolgedessen beim Schließen
auf der genannten Schwenkwand Druck aufbaut, der durch das Auffüllen des genannten
Gegenraumes überwunden werden muß.
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Es istweiterhin ein selbsttätigerSchiebermit einem Schieberverschlußkörper
am engen Querschnitt eines in den Durchströmkanal des Schiebers eingebauten Venturirohres
bekannt. Dieser Schieber schließt beim überschreiten einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
im Durchströnikanal diesen unter der Wirkung eines in einem Stellzylinder befmdlichen
Stellkolbens ab, dessen eine Seite mit dem weiten und dessen andere Seite mit dem
engen Querschnitt des Venturirohres verbunden ist. Der Stellkolben schaltet bei
der vom Venturidifferenzdruck eingeleiteten Schließbewegung eine neue Kraftquelle
ein, die einen völligen Abschluß des Schiebers bewirkt. Dieser Schieber schließt
sehr langsam, weil das Medium. zum Schließen durch Leitungen zum Stellzylinder geführt
werden muß. Außerdem ist dieser Schieber sehr aufwendig; u. a. sind ein Verschlußkörper
und außerdem ein Stellkolben notwendig.
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Es ist ferner ein bei Rohrbruch selbsttätig sich schließendes Ventil
bekannt, das gegebenenfalls schnell schließt, aber nur unter der Wirkung einer Geschwindigkeitserhöhung.
Außerdem wird die Schließkraft nur durch einen starken Drosselverlust gewonnen;
die Druckdifferenz zwischen der Abflußseite des Verschlußkörpers, und der Zuflußseite
entsteht durch die Drosselung zwischen Verschlußteil und Ventilsitz.
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Zur Lösung der genannten Aufgabe ist das Schwenkklappenventil, auf
das sich die Erfindung
bezieht, gemäß der Erfindung durch die Vereinigung
folgender Merkmale gekennzeichnet: a) Die Schwenkachse liegt in Durchströmrichtung
hinter der sektorförnügen Wand, b) der Durchströnikanal bildet an der Absperrstelle
eine venturidüsenartige Verengung, c) die Schwenkklappe ist durch den im Bereich
der Verengung auftretenden Sog in Schließrichtung belastet.
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Bei diesem Ventil, bei dem die Schwenkklappe gleichermaßen den Verschlußkörper
und den Stellkolben bildet, sinkt der Druck im Strömungskanal im Bereich der Verengung
während der Schließbewegung der Schwenkklappe noch ab. Bei der durch den Sog in
Schließrichtung belasteten, durch eine äußere Kraft in Offenlage. festgehaltenen
Schwenkklappe wird die Schließkraft latent von der Geschwindigkeit geliefert; die
Schließkraft steht bei geöffnetein Ventil sozusagen an; sie kommt normalerweise
unter dem Einfluß einer Betätigung von außen zur Wirkung, d. h. normalerweise
nicht durch Geschwindigkeitserhöhung. Ferner entsteht der Unterdruck, der die Schließkraft
erzeugt, praktisch ohne Drossel- und Stoßverlust. Das Ventil hat eine äußerst kleine
Schließzeit; es hat keine Zwischenglieder, d. h. besondere zu bewegende feste
Massen oder Flüssigkeitsströme entfallen. Weitere Schließkräfte, z. B. Federkräfte,
sind im allgemeinen überflüssig.
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Insbesondere ist die Schwenkklappe in Offenlage durch Einklinken festgehalten.
Sie wird im Schließfalle dann durch Ausklinken losgelassen. Im Augenblick des Ausklinkens
wird die Schwenkklappe durch den Sog in Schließrichtung bewegt. Bei besonderen Ausführungsformen,
z. B. wenn die Gegenkraft zur Sogkraft das Gewicht der Schwenkklappe ist, braucht
die Schwenkklappe in Offenlage nicht eingeklinkt zu sein. Die in Offenlage beflndliche
Schwenkklappe kann dann z. B. durch Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit des durch
den Durchströrnkanal strömenden Mediums in Schließlage b#ewegbar sein.
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Im Regelfall ist die Schwenkklappe in Offenlage auf ihrer Rückseite
durch Druckmedium belastet, das aus dem in Durchströrnrichtung vor der genannten
Verengung gelegenen Zuströmteil des Durchströmkanals stammt.
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Der offene Durchströnikanal hat vorzugsweise die Form eines Venturirohres
von rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, vor allem der einfachen Dichtung
wegen.
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Insbesondere zur weiteren Verminderung der Schließzeit können zwei
Schwenkklappen mit ihren Sogseiten einander gegenüberliegen. Jede Schwenkklappe
legt dann nur den halben Weg zurück, wodurch die Schließzeit verkleinert wird. Vorzugsweise
ist die genannte Verengung mindestens zum Teil durch gewölbte Form der Schwenkklappe
gebildet.
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Um ein gleichmäßiges Schließen zweier genannter Schwenkklappen zu
gewährleisten, sind diese im Sinne der Zurücklegbarkeit gleich großer, zur Mitte
des Absperrquerschnittes symmetrisch liegender Wege gekoppelt. Die Schwenkklappen
sind vorzugsweise über Zahnsektoren oder -segmente gekoppelt. Diese Sektoren oder
Segrnente liegen zweckmäßigerweise außerhalb des Ventilgehäuses.
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In Fig. 1 und 4 bis, 8 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
des Ventils gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Ansicht
des Ventils gemäß Fig. 1 aus Richtung 20. In Fig. 3
ist der Verlauf
des Druckes P längs des Durchströmkanals des Ventils dargestellt. Die drei Teile
des Durchströnikanals, nämlich Zuströmteil, Verengung und Abströmteil, sind mit
30, 31 und 32 bezeichnet.
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Das Ventil gemäß Fig. 1 ist in geöffnetem Zustand dargestellt
und weist eine Schwenkklappe 34 auf, die im wesentlichen aus einer Schwenkwand
162 und einer sektorfönnigen Wand 41 besteht. Die Sogseite 33 dieser
sichelförmigen Schwenkklappe 34 weist in dem Längsschnitt gewölbte Form auf. Die
Sogseite 33 hat dieselbe Form wie die ihr gegenüberliegende Innenbewaridung
des Ventilgehäuses 35. Auf der der Sogseite 33 gegenüberliegenden
Seite der Schwenkklappe 34 ist ein Gegenraum 36 vorgesehen, der von Gehäuseteilen
37 und 38 und von der Schwenkklappe 34 gebildet wird. Dieser Gegenraum
36 ist über einen Zuführkanal 39 mit dem Zuströmteil 30, über
einen Abführkanal 40 mit dem Abströmteil 32 verbindbar. über dem Abführkanal
40 kann der Gegenraum 36
entspannt und damit die Schwenkklappe 34 entlastet
werden, so daß sie leicht geöffnet werden kann oder von selbst öffnet. Die Mantelfläche
163 der Wand 41 ist gegenüber dem Gehäuseteil 38 durch eine Dichtung
42 getrennt. Des weiteren befindet sich zwischen der Schwenkklappenlagerung 43 n-üt
ideeller Schwenkachse 160 und dem Gehäuseteil 37 eine Ab-
dichtung
44. Die Ventillängsachse ist mit 45, die Schließrichtung der Schwenkklappe 34 mit
153, ihre Öffnungsrichtung mit 161 und die Durchströmrichtung mit
50 bezeichnet. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Durchströmkanal
30, 31, 32 im Querschnitt rechteckig ist.
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Das Ventil gemäß Fig. 4 weist zwei einander gegenüberliegende Schwenkklappen
46 und 47 auf. Ihre Sogseiten sind mit 48 und 49 bezeichnet. Die Schließrichtungen
der beiden Schwenkklappen 46 und 47 sind mit 154 und 155 bezeichnet.
Alle weiteren dargestellten Teile entsprechen denen gemäß Fig.
1 und 2.
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Das Ventil gemäß Fig. 5 weist eine Einrichtung auf, die die
durch die Sogkraft im Gebiet der Verengung 31 hervorgerufene Schließbewegung
zweier Schwenkklappen 51 und 52 unterstützt oder zum gewaltsamen Schließen
der Vorrichtung herangezogen werden kann. Dim Einrichtung weist Gewichte
53
und 54 auf, die durch Winkelhebel 55 und 56 und Stangen
57 und 58 bei gezeichneter Stellung einer Achse 59 in Ruhe
gehalten werden. Durch Drehen der Achse 59 z. B. in Richtung 60 wird
die Einrichtung in dem Sinne in Tätigkeit gesetzt, daß die Gewichte 53 und
54 sich in Richtungen 61 und 62 bewegen. Diese Bewegungen erfolgen
infolge der Schwerkraft. Die Winkelhebel 55 und 56 sind mit den Schwenkklappen
51 und 52 gekoppelt und bewegen die letztgenannten nach innen. Die,
beschriebene Einrichtung liegt vorzugsweise außerhalb des Gesamtgehäuses
63 des Ventils. Die Sogseiten der Schwenkklappen 51 und
52 sind mit 64 und 65 bezeichnet.
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In Fig. 6 bis 8 ist noch einmal ein Ventil gemäß Fig.
1. dargestellt. Den Fig. 6 bis 8 ist zu entnehmen, wie die
Resultierende der auf die Schwenkklaplr- 34 wirkenden Mediumdruckkräfte gerichtet
sind. Übeer den Zuführkanal 39 ist Druckmedium aus dem Zuströmteil
30 in den Gegenraum 36 geleitet worden (Fig. 6). Das Ventil
ist bereit zum Schließen. Die sich aus dem statischen Druck im Gegenraum
36 und
dem statischen Druck im Gebiet der Verengung
31
ergebende Resultierende 67 bewegt die Schwenkklappe 34 nach Auslösen
derselben in Schließrichtung. Das Ventil ist nun geschlossen (Fig. 7). Im
geschlossenen Zustand wirkt die Resultierende 68 in der gezeichneten Richtung.
Die auf die Rückseite der Schwenkklappe 34 wirkende Last des im Gegenraum
36 befindlichen Druckmediums ist zum Öffnen der Schwenkklappe 34 durch Ableiten
dieses Druckmediums zum Abströmteil 32 hin wegnehmbar.
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Nachdem der Zuführkanal 39 geschlossen und der Abführkanal
40 geöffnet worden ist, das Druckmedium also aus dem Gegenraum 36 in den
Abströmteil 32 geströmt ist, ergibt sich für die geschlossene Schwenkklappe
34 die in Fig. 8 dargestellte Resultierende 69, die einen sehr geringen
Abstand von der Schwenkachse 160 hat. Der Hebelarm 70,
an dem die Resultierende
69 angreift, ist also sehr Mein. Dadurch ergibt sich, daß nur ein kleines
Moment zum öffnen der Schwenkklappe 34 erforderlich ist. Die Resultierende
69 kann die Schwenkachse 160 auch schneiden.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ist die, bei der der Zuführkanal
39 und der Abführkanal 40 im umgekehrten Sinne zwangläufig schließ- und öffenbar
sind; der Abfährkanal 40 wird also in dem Augenblick geöffnet, in dem der Zuführkanal
39 ge-
schlossen wird, und umgekehrt.
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Es kann die Schwenkklappe durch eine zusätzliche Schließkraft, zusätzlich
zur Sogkraft, belastet sein, die auch zum Steuern der Öffnungsstellung der Schwenk-klappe
verwendet werden kann; im letztgenannten Falle ist das Ventil sowohl ein Schnellschlußventil
als auch ein Regelventil. Es kann sich dabei um Druckkräfte eines hydraulischen
Mittels, Gewichtskräfte oder Federkräfte oder eine Kombination dieser Kräfte handeln.
Diese weiteren Kräfte können z. B. bei einem Verklemmen der beweglichen Organe des
Ventils zum gewaltsamen Schließen verwendet werden. Solche Kräfte können auch zum
öffnen des Ventils verwendet werden. Die Schwenkklappe kann in diesem Sinne zusätzlich
durch kraftkolbenbeaufschlagendes Druckmedium in Schließrichtung und/oder öffnungsrichtung
bewegbar sein.