DE1550496C - Ventil für große Druckgefälle - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Ventil für große Druck- Vorzugsweise ist das Ventilsitzteil anschließend an gefälle mit in einem Gehäuse angeordneten Ventil- die Abreißkante mit einem konischen Teil versehen, sitzteil und einem axial zu diesem verstellbaren dessen Konuswinkel kleiner ist der Winkel einer Ventilkörper in der Form eines Rotationskörpers, Tangente zum Umriß des Ventilkörpers an seinem der eine Dichtfläche aufweist, welche mit der Dicht- 5 Austrittsende. Dabei kann das an das Ventilsitzteil fläche des Ventilsitzteils zusammenwirkt, wobei der anschließende Teil des Ventilgehäuses bzw. die an Ventilkörper nach der Dichtfläche, in Strömungs- dieses Teil des Gehäuses anschließende Rohrleitung richtung betrachtet, eine gekrümmte Umrißform hat, derart ausgebildet sein, daß eine kontinuierlich aus die sich von der Dichtfläche aus zuerst verjüngt und der konischen Form des Ventilsitzteils in einen dann wieder verdickt, und die. Dichtfläche des io gleichbleibenden Querschnitt übergehende Form ent-Ventilkörpers mit der Achse des Ventilkörpers einen . steht. Eine derartige Ausführung ist für die höchsten größeren Winkel bildet als der in Strömungsrichtung Drücke geeignet, da dabei bei keiner Durchflußnachfolgende Bereich der gekrümmten Fläche des menge ein Strahl unter einem größeren Winkel gegen Ventilkörpers. . eine Wand stößt. Das hat zur Folge, daß bei dieser

Bei den bekannten Ventilen, die der Entspannung 15 Ausführung die Erosion minimal ist.

eines gasförmigen oder flüssigen Arbeitsmittels Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung

dienen, war es üblich, eine Wirbelstrecke vorzusehen, dargestellter schematischer Ausführungsbeispiele er-

in welcher die in kinetische Energie umgewandelte läutert. Es zeigt

Druckenergie des Mediums vernichtet wurde. Der- Fig. 1 einen Teilschnitt einer ersten Ausführung artige Ventile sind z. B. aus der deutschen Auslege- ao eines erfindungsgemäßen Ventils,
schrift 1 020 642 und der deutschen Patentschrift F i g. 2 einen Schnitt des Sitzteils zusammen mit 520 187 bekannt. Wenn derartige Ventile jedoch für dem Ventilkörper in größerem Maßstab,
große Druckgefälle verwendet werden, wie sie z.B. Fig. 3 und 4 zwei verschiedene Ausführungsbei Dampferzeugern mit hohem unterkritischem oder formen des an das Ventil anschließenden Rohres,
überkritischem Druck bestehen, so treten bei diesen as F i g. 5 einen Schnitt einer zweiten Ausführungs-Ventilen starke Beanspruchungen auf, welche eine form des erfindungsgemäßen Ventils. ·
Erosion und Beschädigung durch Ermüdung der In der Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1, dessen Ventilteile und der anschließenden Rohrleitungen zur oberes, den Antrieb enthaltendes Teil weggelassen Folge haben. Außerdem bestehen bei ihnen Instabili- wurde, eine Ventilspindel 2 mit einem Ventilkörper 3 täten der Strömung, welche eine Lärmentwicklung 30 geführt. Der Antrieb, der nicht Gegenstand der Ersowie die Entstehung von Vibrationen zur Folge findung ist, kann von bekannter Bauart sein und haben, welche, die Beschädigung des Ventils be- wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit wegschleunigen, gelassen. Die Führung der Ventilspindel ist mit

Die Erfindung hat die Schaffung eines Ventils Führungs- und Dichtungsteilen 4 versehen; Im zum Ziel, bei welchem auch bei großen Druck- 35 Ventilgehäuse 1 ist ein Sitzteil 5 angeordnet, das auf gefallen die Strömung stabil und daher ruhig und mit einer ebenen Fläche 7 im Gehäuse 1 abgestützt ist geringer Geräuschentwicklung verläuft und bei und durch ein elastisches Teil 8 gegen diese Fläche welchem die Erosion auf ein Mindestmaß herab- gedrückt wird. Das Teil 8 ist mittels einer Schweißgesetzt ist. > naht 9 im Gehäuse befestigt und derart geformt,, daß

Das angestrebte Ziel wird dadurch erreicht, daß 40 zwischen ihm und dem Sitzteil 5 ein Zwischenraum sich die gekrümmte Umrißform des Ventilkörpers 10 ausgebildet ist, der stagnierendes Medium, z. B. kontinuierlich verjüngt und dann wieder verdickt und Wasser oder Wasserdampf, enthält. Das in der Fig. 1 daß das Ventilsitzteil, in Strömungsrichtung be- dargestellte Ventil ist mit einem Rohrstutzen 11 zürn trachtet, nach seiner Dichtfläche ein konisches, sich Anschluß an eine Hochdruckleitung versehen sowie verengendes Teil aufweist, welches im wesentlichen 45 mit einem Rohrstutzen 12 zum Anschluß an eine parallel zur am gleichen Durchmesser befindlichen Leitung, durch welche das entspannte Medium abgekrümmten Fläche des Ventilkörpers verläuft, nach geleitet wird.

welchem nach einer Abreißkante ein sich ausweiten- Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, hat der

der Teil folgt. Ventilkörper 3 ein oberes Teil 14 mit einer ebenen

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des 50 Dichtfläche 15. An das Teil 14 · schließt sich ein Teil Ventils wird erreicht, daß die Strömung des Me- 16 an, das die Form eines Rotationshyperboloids hat. diums, insbesondere seines flüssigen Anteils, falls ein Das Sitzteil 5 hat eine ebene Sitzfläche 17 (Fig. 2), solcher vorhanden ist, in der Form einer Schicht die mit der Dichtfläche 15 des Ventilkörpers 3 zuverläuft, die der Form des Ventilkörpers folgt und sammenwirkt. An die Sitzfläche 17 schließt sich über nach dem Verlassen des Ventilkörpers unter einem 55 eine Abrundung 18 ein konisches Teil 20 an, dessen flachen Winkel gegen einen unteren Bereich des lichter Querschnitt sich, in Strömungsrichtung des Ventilsitzteils oder eines daran anschließenden Mediums betrachtet, vermindert. Das konische Teil Rohres stößt. Die schichtförmige Strömung verläuft 20 endet mit einer Abreißkante 21, an die sich ein dabei auch bei verschiedenen Hüben des Ventil- konisches Teil 22 anschließt, das sich in Strömungskörpers sehr stabil und erzeugt keine Schwingungen. 60 richtung des Mediums ausweitet. Der Konuswinkel a

Der Ventilkörper kann vorzugsweise im an die des Teils 22 ist dabei kleiner als der Winkel b der

Dichtfläche anschließenden Teil die Form eines Rota- Tangente zur Umrißlinie des Ventilkörpers 3 an

tionshyperboloids aufweisen oder eine andere Um- dessen Austrittsende.

rißkurve haben, von der vier Ableitungen stetige Wie aus den F i g. 3 und 4 und teilweise auch aus

Funktionen ergeben. Auf diese Weise wird ein 65 der Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Querschnitt des an

Ventilkörper erhalten, bei welchem keine Ablösungen das Sitzteil anschließenden Rohrstutzens und des an

des Flüssigkeitsstrahls durch Diskontinuitäten der das Ventil angeschlossenen Abströmrohres 25,26

Form entstehen können. derart gewählt, daß der Konus kontinuierlich in ein

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Rohr mit gleichbleibendem Durchmesser übergeht. In stabilere Strömungsverhältnisse am Übergang der

der Fig. 3 ist ein Übergang in ein gerades Rohr 25 beiden konischen Flächen 20 und 22 geschaffen. Das

dargestellt, in der Fig. 4 ein Übergang in einen hat einen ruhigeren Betrieb des Ventils zur Folge, als

Rohrbogen 26 mit dem Radius R. wenn z. B. der Übergang mittels einer Abrundung

Wird bei unter hohem Druck von z. B. 250 atü 5 erfolgen würde. Durch die beschriebene Wahl der stehendem Ventil dessen Ventilkörper von der Sitz- Winkel α und b der konischen Fläche 22 und des fläche des Sitzteils 5 abgehoben, so erfolgt eine Strö- Austrittsendes des Ventilkörpers wird erzielt, daß der mung des zugeführten flüssigen Anteils des Mediums Strahl der den Ventilkörper umströmenden Flüssigentlang des Umrisses des Ventilkörpers 3. Die Strö- keit gegen die Konusfläche 22 des Sitzteils gerichtet mung erfolgt in der Form einer Schicht, die sich er- io wird. Dadurch werden die auftretenden Erosionen weitert und gegen das untere Teil der konischen minimal gehalten und, wie dies beim Auf treffen auf Fläche 22 des Sitzteils 5 stößt. Darauf erfolgt eine die Fläche 22 der Fall ist, auf ein leicht auswechsel-Strömung in Form eines Flüssigkeitsfilms bzw. einer bares Teil beschränkt. Dabei kann die Form der Schicht entlang der konischen Fläche 22 des Sitzteils Rohrleitung 25 bzw. 26 nach den Fi g. 3 und 4 An- und der Wand des Rohrstutzens 12 bzw. des ange- 15 Wendung finden. Durch diese Form, die einen schlossenen Rohres 25 oder 26. Diese Strömung ist kontinuierlichen Übergang eines sich ausweitenden sehr stabil, und zwar auch bei verschiedenen Hüben Querschnitts in ein Rohr mit konstantem Querschnitt des Ventilkörpers. Das hat zur Folge, daß auch bei bildet, wird ein Anschmiegen der Flüssigkeitsden höchsten Drücken keine bzw. minimale Ge- strömung an die Wand des Rohres erreicht, und zwar rausche und Schwingungen durch die Strömung ent- ao auch bei geringfügigen Diskontinuitäten der Rohrstehen. Die Erosion ist dabei ebenfalls minimal, da wand, wie z. B. Schweißstellen, rauhen Stellen usw.
bei keiner Durchflußmenge ein scharfer Strahl gegen In der F i g. 5 ist eine Anwendung der Erfindung eine Rohrwand stößt. Die am meisten beanspruchten bei einem Ventil für niedrigere Drücke von z.B. Teile des Ventils, der Ventilkörper 3 und das Sitz- 180 atü dargestellt.

teil 5, können einen Überzug eines Hartmetalls, wie 25 In einem Gehäuse 30 ist ein Sitzteil 31 angeordnet, z.B. Stellit, erhalten. Außerdem ist das Sitzteil3 bei das mit einem Ventilkörper32 zusammenwirkt. Der der dargestellten Art der Befestigung durch das Ventilkörper ist mit einer Ventilspindel 33 verelastische Anpreßteil 8 leicht auswechselbar. bunden, die nach unten zu einem nicht dargestellten

Durch die Trennung der eigentlichen Dichtfläche Betätigungsmechanismus führt. Die Ventilspindel ist 15 des Ventilkörpers 3 von dessen Teil 16 wird eine 30 bei dieser Ausführung stromabwärts des Ventilbestmögliche Schonung der Dichtfläche 15 und der körpers 32 angeordnet. Der Ventilkörper ist mit Sitzfläche 17 vor Erosion durch das durchströmende einem Führungszapfen 34 versehen, der in einem Medium erzielt, da die Drosselung der Strömung Führungsteil 35 geführt ist. Das Gehäuse ist auf der nicht zwischen den Dichtflächen erfolgt. Dabei ist, Seite des Führungsteils mit einem Verschlußteil 36 wie in der F i g. 2 strichpunktiert dargestellt, die 35 versehen_t das z. B. im Gehäuse 30 eingeschraubt ist. Form der konischen Fläche 20 des Sitzteils und der Die Ausführung des Ventilsitzes, dessen Befestigung, auf gleichem Durchmesser befindlichen Außenfläche wie auch des Ventilkörpers ist in diesem Fall im des Ventilkörpers 3 derart, daß sie in geschlossenem wesentlichen gleich wie bei der Ausführung nach der Zustand des Ventils im wesentlichen parallel zuein- Fig. 1. Der Eintritt des zu entspannenden Mediums ander und in geringem Abstand voneinander ver- 40 erfolgt durch einen Rohrstutzen 37, von dem nur die laufen (strichpunktierte Darstellung in der Fig. 2). öffnung sichtbar ist und der an eine nicht dargestellte Dadurch wird insofern eine weitere Schonung, des Rohrleitung angeschlossen ist. Der Austritt des entVentilsitzes erreicht, als sich der drosselnde, engste spannten Mediums erfolgt durch Rohrstutzen 38.
Querschnitt des Ventils im Bereich der Abreißkante Bei einem Anheben des Ventilkörpers vom Ventilbefindet. 45 sitz erfolgt bei dieser Ausführungsform des erfin-

Was den Umriß des Ventilkörpers betrifft, so er- dungsgemäßen Ventils die Strömung durch den

füllt im Prinzip die erfindungsgemäßen Bedingungen Zwischenraum, zwischen dem Sitzteil und dem Ventil-

auch eine Form, die sich nach einem ande.ren Gesetz körper in der gleichen Weise wie beim Ventil nach

verjüngt und darauf wieder ausweitet, als die er- der Fig. 1. Nach der Umströmung des Ventilkörpers

wähnte hyperbolische Form. 5° erfolgt in diesem Fall jedoch nicht eine An-

Die hyperbolische Form ist jedoch für die höchsten schmiegung der im Medium enthaltenen Flüssigkeit

Ansprüche vorteilhaft, da sie bezüglich höherer Ab- in Form eines Flüssigkeitsfilmes an eine Rohrwand,

leitungen stetig ist und daher keine Ablösungen des sondern die Flüssigkeit prallt gegen eine untere

Flüssigkeitsstrahls infolge Diskontinuitäten der Form Stirnwand 40 im Gehäuse 30. Von dort wird die

entstehen können. Außerdem ist die hyperbolische 55 Flüssigkeit zusammen mit dem gegebenenfalls im

Form auch auf einer Drehbank leicht herstellbar. Medium enthaltenen Dampf durch die Rohrstutzen

Es gibt jedoch Fälle, wo die Verwendung einer 38 abgeleitet.

hyperbolischen Form aus konstruktiven Gründen Die Ausführungsform nach der Fig. 5 ist „für

nicht möglich ist. So kann die Umrißkurve z.B. niedrigere Drücke und Temperaturen als die nach

durch zwei Endpunkte und Tangenten in diesen 60 der Fig. 1 geeignet, bei denen die Gefahr einer

Punkten gegeben sein. Die günstigste Kurve, welche Erosion durch den Flüssigkeitsstrahl in geringerem

diese Punkte verbindet, kann dann durch das be- Maße besteht. Die erfindungsgemäße Ausführung hat

kannte mathematische Verfahren bestimmt werden, dabei hauptsächlich den Vorteil eines geräuscharmen

das als Ausglätten der Ableitungen bezeichnet wird. und vibrationsfreien Betriebes bei allen öffnungs-

Im allgemeinen genügt es für die Praxis, wenn vier 65 bereichen des Ventils. Mechanisch hat sie den Vorteil

Ableitungen (Differentialquotienten) der Kurve einer einfacheren Zugänglichkeit des Ventilsitzes und

stetige Funktionen bilden. des Ventilkörpers. Es sind Kontrollen und Revi-

, Beim Sitzteil werden durch die Abreißkante 21 sionen des Ventils ohne Demontage des Betätigungs-

mechanismus, nur nach einem Abnehmen des Verschlusses 36i möglich.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   L· Ventil für große Druckgefälle mit in: einem Gehäuse angeordneten Ventilsitzteil und einem axial zu; diesem verstellbarer Ventilkörper in der Form eines Rotationskörpers, der eine Dichtfläche aufweist, welche mit der Dichtfläche des Ventilsitzteils zusammenwirkt, wobei der Ventilkörper nach der Dichtfläche, in Strömungsrichtung betrachtet, eine gekrümmte Umrißform hat, . die sich von der Dichtfläche aus zuerst verjüngt und danrii wieder verdickt, und die Dichtfläche des Ventilkörpers, mit der Achse des Ventilkörpers einen größeren Winkel bildet als der in Strömungsrichtung nachfolgende Bereich der gekrümmten Fläche des Ventilkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der Umrißform des Ventilkörpers (3, 32) eine kontinuierlich verlaufende: Kurve ohne Unstetigkeitsstellen ist und daß: das. VentilsitzteiL (5,31), in Strömungsriehtung betrachtet, nach seiner Dichtfläche: (15) ein konisches^ sich, verengendes Teil (20) aufweist,, welches im- wesentlichen parallel zur am gleichen Durchmesser befindlichen gekrümmten Fläche (16) des Ventilkörpers (3, 32) verläuft, nach welchem nach einer Abreißkante

   (21) ein sich erweiterndes Teil folgt. ■
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (3, 32) im an die Dichtfläche (15) ■ anschließenden Teil (16) die Form eines Rotationshyperbolids aufweist.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (3,32) eine Umrißkurve hat, von der vier Ableitungen stetige Funktionen ergeben.
4. 4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das; Ventilsitzteil (5, 31) anschließend an die Abreißkante (21) ein konisches Teil

   (22) aufweist, dessen Konuswinkel (a) kleiner ist als der Winkel (b) einer Tangente zum Umriß des Ventilkörpers (3,32) an seinem Austrittsende.
5. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an das Ventilsitzteil (5) anschließende Teil des Ventilgehäuses (1) bzw. die an dieses Teil des Gehäuses (1) anschließende Rohrleitung (25,26) kontinuierlich aus der konischen: Form des Ventilsitzteils (5) in eine Form mit gleichbleibendem Querschnitt übergeht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen