DE3780537T2 - Drosseleinrichtung fuer ein ventil. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Drosseleinrichtung zur Verwendung in einem System zur Fluidstromsteuerung unter Verwendung eines Drosselventils, das nahe einer oder mehrerer Auslaßöffnungen in einem Fluidzufuhrnetzwerk eingesetzt werden kann, um den Austritt des Fluids an der Auslaßöffnung oder den Auslaßöffnungen zu steuern.
• In der Vergangenheit gab es zahlreiche Probleme in Wasserzufuhrnetzwerken hinsichtlich der Ungleichmäßigkeit und Unregelmäßigkeit des Wasserstroms an den Auslässen des Systems. Die Probleme sind besonders schwerwiegend in kleinen häuslichen Wassernetzwerksystemen, aber auch in größeren Systemen, wo eine Reihe von Auslässen nebeneinander angeordnet ist und ein Auslaß der Reihe nahe der Wasserquelle liegt und die anderen Auslässe der Reihe einen zunehmenden Abstand von dieser Wasserquelle haben. Entlang dieser Auslässe einer nebeneinanderliegenden Anordnung tritt normalerweise ein Druckgradient auf.
• Diese Erscheinung der Unregelmäßigkeit des Drucks tritt all gemein auf, wenn die Reihe der Auslässe vertikal von der Wasserquelle beabstandet ist, wenn beispielsweise ein hochliegender Wassertank Wasser durch Schwerkraft zuführt, oder wenn die Auslässe im erheblichen Maße horizontal von einer Quelle beabstandet sind, wie eine Hauptleitung eines Druckwassertanks. Die Probleme des ungleichen Drucks haben ihren Ursprung in mehreren Wegen, wobei zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung Verteilungsrohrgrößen und Reibungseffekte zwischen dem Wasser und der Rohrwand außer acht bleiben.
• Wenn Wasser aus einer Druckquelle entweder unter Schwerkraft oder unter mechanisch erzeugtem Druck wie einem Stammleitungsdruck austritt und wenn dieses Wasser mehreren Auslässen, die entweder in Serie oder parallel angeordnet sind, bei demselben Quellendruck zugeführt werden muß,erfahren die Auslässe an den Rändern des Zufuhrnetzwerks, wenn alle oder einige Auslässe in Betrieb sind, einen dramatischen Druckabfall, weil das Wasser versucht, durch die stromaufwärtigen Auslässe auszutreten, bevor es die stromabwärtigen Auslässe erreicht. Damit tritt eine Druckänderung bei jedem Auslaß über die Länge der Austrittsleitung auf, mit der die Auslässe verbunden sind.
• Dieselbe Erscheinung tritt auf, gleichgültig ob die Auslässe im wesentlichen horizontal zu der Zufuhrquelle oder im wesentlichen vertikal zu dieser angeordnet sind.
• Eine dramatische Druckreduzierung kann auftreten, wo der Stammleitungsdruck erhebliche Höhen über dem Boden erreichen muß. Dies kann in Hauseinheiten oder mehrstöckigen Gebäuden auftreten, wenn Auslässe auf jedem Stockwerk angeordnet sind. Die Auslässe an den unteren Stockwerken neigen dazu, den Auslässen an den oberen Stockwerken die Flüssigkeit zu entziehen, wodurch eine ungleiche Druckverteilung entsteht.
• In einem gewissen Umfang ist das Problem insbesondere bei Duschen verbessert durch den drosselnden Effekt herkömmlicher Duschebrausen, aber es ist nicht in einem annehmbaren Maße gelöst.
• Wo ein Wassernetzwerksystem Duschen hat, das Wassermischarmaturen enthält, treten üblicherweise Variationen in dem Druck zwischen der Kaltwasserzufuhr und der Heißwasserzufuhr auf. Dies kann auftreten, wenn die Kaltwasserzufuhr unter Stammleitungsdruck erfolgt und beispielsweise die Heißwasserzufuhr durch Schwerkraft stattfindet. Dies kann außerdem auftreten, wenn Verluste in einem Stammleitungsdruck-Heißwassersystem auftreten. Dies führt zum Aufbau eines Rückschlagdrucks in der Leitung des höchsten Drucks in der Mischanlage.
• Wenn der Wasserstrom an dem Duschkopf gedrosselt wird, nimmt der höhere Druck überhand und erschwert eine genaue Steuerung des kombinierten Mischstromes von dem Duschkopf. Wenn der Heißwasserdruck abfällt, kann der Kaltwasserdruck das Heißwasserventil zwangsweise schließen oder einen Rückstrom des Kaltwassers durch das Heißwasserrohr verursachen. Der umgekehrte Effekt tritt auf, wenn der Heißwasserdruck der größere ist.
• Ein weiteres Problem besteht in Wassernetzwerksystemen dann, wenn das Öffnen und Schließen des Ventilabsperrglieds in dem Netzwerksystem Druckfluktuationen in anderen Auslässen des Systems hervorruft. In häuslichen Netzwerksystemen ist diese Erscheinung zu bemerken, wenn eine unter der Dusche stehende Person entweder eine Verringerung der Temperatur oder des Drucks oder beides gleichzeitig als Ergebnis der Betätigung eines anderen Ventilabsperrkörpers in demselben Netzwerksystem irgendwo in dem Haus bemerkt.
• Die GB-PS 1 105 795 beschreibt eine komplexe, auf Druck ansprechende Drosseleinrichtung zum Steuern der maximalen Strömungsmenge von Wasser eines Mehrfach-Auslaßsystemes, die Druckunterschiede zwischen verschiedenen Teilen des Systems und bei unterschiedlichen Belastungen des Systems berücksichtigt. Die Vorrichtung enthält eine Drosseleinrichtung an jedem Auslaß der Strömungskanäle, die mehr oder weniger durch ein Ventil blockiert sind, auf die der Wasserdruck unmittelbar stromaufwärts des Auflasses einwirkt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Drosseleinrichtung zur Beschränkung des Durchflusses an einem Auslaß oder an Auslässen einer Fluidzufuhrleitung oder einem Netzwerk von Leitungen vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine im wesentlichen ringförmigen Scheibe mit wenigstens einer Durchgangsbohrung und einem konischen Abschnitt, dessen Oberseite so mit der Scheibe verbunden ist, daß die Mittelachsen des konischen Abschnitts und der Scheibe axial aufeinander ausgerichtet sind.
• Das Einsetzen der Drosseleinrichtungen in das Netzwerk hat die Wirkung, daß eine gleichmäßige Druckverteilung an jeder Auslaßöffnung entsteht, wodurch der Druckgradient fast vollstandig eliminiert ist, der normalerweise auftritt; wenn nicht-gedrosselte Auslässe in Reihe von einer Zufuhrquelle versorgt werden.
• Die Auslaß-Austrittsdrücke sind durch Einsetzen des Drosselventils an jedem Auslaß des Netzwerks so eingestellt, daß sie einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreiten können, und wenn dieser Maximalwert an einer Auslaßöffnung erreicht wird, übertreffen andere Austrittsöffnungen in Reihe mit der erstgenannten Austrittsöffnung nicht den vorbestimmten Maximaldruck, angeachtet der Nähe einer Auslaßöffnung in dem Netzwerk zu der Fluidquelle, wo der Zufuhrdruck üblicherweise am höchsten ist.
• Die Drosseleinrichtung wird vorzugsweise in die Steuerventilabsperrglieder des Netzwerks eingesetzt und insbesondere in die Ventilsitze der Steuerventilabsperrglieder.
• In bevorzugten Ausführungsformen ist die Drosseleinrichtung zum Einsetzen in ein Steuerventil oder Steuerventile in einer Fluidzufuhrleitung oder Leitungen geeignet, die gemeinsam ein Fluidzufuhrnetz bilden, zwischen einer Fluidquelle und einem Fluidauslaß,und die Drosseleinrichtung ist derart ausgebildet, daß beim Einsetzen der Drosseleinrichtung in jedes Steuerventil der Fluidstrom in der oder jeder Zufuhrleitung stromabwärts der Steuerventile und an den Auslässen der Zufuhrleitung so gesteuert ist, daß eine vorbestimmte maximale Auslaßmenge an jedem Auslaß beibehalten wird, wobei der maximale Auslaßdruck unter dem verfügbaren maximalen Fluidzufuhrdruck liegt, wenn das Steuerventil oder die Ventile vollständig geöffnet sind.
• Das Fluidzufuhrnetzwerk kann eine Hauptbeschickungsleitung und mehrere Abzugleitungen von der Hauptbeschickungsleitung aufweisen, die jeweils in einem Auslaß enden, der von der Beschickungslinie abzweigt, wobei die Leitungen in Reihe in einer parallelen Anordnung angeordnet sind und jedes Steuerventil sich stromaufwärts der Auslaßöffnungen, jedoch stromabwärts der Hauptbeschickungsleitung befindet.
• Die vorliegende Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß der Wasserverbrauch und der Energieverbrauch erheblich gesenkt werden, wenn das Drosselventil an oder nahe den Auslässen in einem Netzwerksystem eingebaut ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend in näheren Einzelheiten im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Drosseleinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform;
• Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Drosselventils gemäß Fig. 1, das in einen Ventilabsperrsitz eingesetzt ist;
• Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des Drosselventils, das in den Ventilsitz eines Ventilabsperrglieds eingeschraubt werden kann;
• Fig. 4 das Drosselventil gemäß Fig. 2 in einem Ventilabsperrsitz, der in eine Ventilhahnanordnung eingeschraubt ist und
• Fig. 5 eine Darstellung von Versuchsergebnissen des Einbaus eines Drosselventils in ein einziges Duschnetzwerk.
• Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein Drosselventil 1 einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, welches in einen Ventilhahn oder in Absperrhähne eingebaut werden kann, die in einem Fluidstromnetzwerk angeordnet sind.
• Das Drosselventil 1 enthält eine ringförmige Scheibe 2 und einen im Durchmesser kleineren, kegelstumpfförmigen Abschnitt 3, der an der Scheibe 2 angebracht ist. Die ringförmige Scheibe 2 hat vorteilhafterweise vier Durchgangsbohrungen 4, die alle denselben Durchmesser haben. Außerdem sind die Durchgangsbohrungen 4 vorteilhafterweise gleichmäßig von der Mittelachse des Drosselventils beabstandet. Fig. 1 zeigt das bevorzugte Drosselventil in unterschiedlichen Ansichten, damit seine Form und Anordnung vollständig erkennbar ist.
• Feldversuche haben ergeben, daß die Form und Anordnung des in Fig. 1 abgebildeten Drosselventils sehr wirkungsvoll ist.
• Fig. 2 zeigt das Drosselventil der Fig. 1 in einem Zustand, in dem es in einen Absperrhahnsitz 5 eingebaut ist. Die ringförmige Scheibe 2 der Drosseleinrichtung 1 greift in eine ringförmige Aussparung 6 an der Basis des Ventilsitzes 5 ein. Beim Gebrauch ist der Sitz 5 in einem herkömmlichen Absperrhahn angeordnet, der seinerseits in einem Leitungsnetzwerk vorzugsweise in der Nähe einer Flüssigkeitsauslaßöffnung angeordnet ist.
• Der Sitz 5 ist mit Hilfe eines Gewindes 8 an einem herkömmlichen Hahn oder einer ähnlichen Ventilanordnung (nicht dargestellt) angebracht.
• Beim Gebrauch strömt eine Flüssigkeit aus Zufuhrrohren entlang des Durchlasses 7 durch Löcher 4 in dem Drosselventil 1. Die Anwesenheit des Ventils 1 hemmt den Flüssigkeitsstrom so, daß ungeachtet des Zufuhrdrucks an der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils der Druck an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils so verringert ist, daß dieser einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet. Diese Wirkung wird an jedem Auslaß ungeachtet der Anzahl zusätzlicher Auslässe wiederholt, die in dem Netzwerk angeordnet sein können. Der Druck an jedem Auslaß kann entsprechend der Art des Drosselventils, das nahe einem Auslaß eingesetzt ist, vereinheitlicht werden. Er kann auch verändert werden, indem die Anordnung des Ventils an verschiedenen Auslässen je nach Bedarf geändert wird.
• Fig. 3 zeigt das Drosselventil in einer alternativen Ausführungsform, wobei die ringförmige Scheibe 2 mit einem Gewinde 9 versehen ist, welches in einen Ventilsitz 10 (siehe Fig. 4) eingeschraubt wird. In der Ausführungsform der Fig. 4 ist der Ventilsitz 10 in einem herkömmlichen Absperrhahn 46 eingeschraubt.
• Zur Anwendung dieses Drosselventils kann es in die Gewindebasis des Ventilsitzes 10 eingeschraubt werden. Die Flüssigkeit strömt durch die Löcher 11 in der ringförmigen Scheibe 12 des Drosselventils und fließt anschließend zwischen Konus 13 und der Innenwand des Ventilsitzes 10 durch den Kanal 14. Die Löcher 11 drosseln den Flüssigkeitsstrom und verursachen einen folgenden Druckabfall an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils.
• Bei einer vorgegebenen Strömungsmenge gibt es einen Druckabfall zwischen den Löchern 11 und dem Teil des Flüssigkeitsstromkanals, der mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist. An der Position 15 ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit reduziert.
• Das Drosselventil der vorliegenden Erfindung ist erfolgreich getestet und angewandt worden, um den Flüssigkeitsstrom in mehreren in Reihe angeordneten Apparaturen zu beschränken und auch um den Strom zu beschränken und einen ungewünschten Rückschlagdruck in einer herkömmlichen Flüssigkeitsmischbatterie zu vermeiden.
• Wenn die Ausflußmenge der Flüssigkeit durch die Absperrhähne in einem Wassersystem die erforderliche Strömungsmenge überschreitet, bewirkt dies einen beträchtlichen Druckabfall in dem System insbesondere während Spitzenzeiten, in denen mehrere Anlagen in und außer Benutzung sind.
• Fig. 5 zeigt Versuchsergebnisse nach Einsetzen eines Drosselventils in ein Duschmischsystem mit einem Auslaß. Die Kurve zeigt die dramatische Verringerung des Rückdrucks bei einem Anstieg der Strömungsmenge. Aus der Kurve ist zu ersehen, daß der Einbau des erfindungsgemäßen Drosselventils zu einer fast vollständigen Eliminierung des Rückdrucks in der Mischanlage geführt hat, der anderenfalls dort auftreten würde.
• Ein weiterer Vorteil des Drosselventils besteht darin, daß ein maximales Volumen von gemischtem Wasser festgesetzt werden kann, das durch den Auslaß fließt. Die Strömungsmenge kann reguliert werden, wenn eine Strömung unter dem gewünschten maximalen Volumen liegt.
• Bekannte Drosseleinrichtungen wie die, die beispielsweise an dem Auslaß an einer Duscharmatur angeordnet werden, ermöglichen nicht die gesteuerte Einstellung des Stromes insbesondere dann, wenn Steuerabsperrhähne völlig geöffnet sind, die sich am nächsten bei der Flüssigkeitszufuhr befinden.
• Der Teil der Linie, die mit A bezeichnet ist, kennzeichnet den Drosseleffekt, der von einem Duschkopf hervorgerufen wird. Der mit B bezeichnete Teil bezeichnet den enorm verringerten Rückdruck bei der Installation eines Drosselventils in dem Absperrhahnkörper gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Die Ventile sind in mehreren in Reihe angeordneten Duscharmaturen mit dem Ergebnis getestet worden, daß eine Verringerung des Rückdrucks in jeder Mischeranlage auftrat. Außerdem ist der Druckgradient entlang der Reihen von Duschen enorm verringert.
• Wenn die Ventile in Heißwasserabsperrhähne eingebaut sind, hat dies zur Folge, daß ein konstanter, vorbestimmter Heißwasserstrom erreicht werden kann, wodurch die Energiekosten beträchtlich sinken. Dies wird abgeglichen durch einen variablen Kaltwasserstrom durch die Absperrhähne.
• Bei einer Anwendung wurde ein Drehzahlregler an einer Heißwasserentnahmestelle angeordnet, und Versuche zeigen, daß die Energiekosten erheblich sanken.
• Feldversuche haben gezeigt, daß bei Einbau einer Reihe von Drosselventilen in ein Wassernetzwerk wenigstens 22% Wasser und wenigstens 28% Energie gespart wurde, wobei Variable wie Temperatur des Wassers und Anzahl der Menschen, die das System zu einer bestimmten Zeit nutzten, berücksichtigt wurden.
• In einem Flüssigkeitssteuersystem mit nahe den verschiedenen Auslässen angeordneten Drosseleinrichtungen wird Flüssigkeit und Energie gespart, da jeder Auslaß auf einen maximalen Druck und eine maximale Strömungsmenge beschränkt wird, wobei der Druck unterhalb des Beschickungsdruckes in den Leitungen liegt, die zu den verschiedenen Auslässen führen.
• An jedem Auslaß werden ein relativ konstanter Druck und relativ konstante Temperatur beibehalten, wenn andere Hähne aufgedreht werden. Außerdem wird Rückdruck an den Hähnen oder Absperrgliedern wegen der Steuerung der Strömungsmenge an Mischbatterien ausgeschlossen.
• Es hat sich herausgestellt, daß die Leistungscharakteristik mit der besonderen Form und Anordnung der Drosselventile variiert, die in ein Netzwerk eingebaut sind. Die folgenden Ergebnisse werden bei Verwendung von 3 unterschiedlichen Drosseleinrichtungen erzielt, die jeweils andere Durchmesser haben. Statischer Druck Strömungsmenge Druck im Drosselbereich

Claims (13)

1. Drosseleinrichtung (1) zur Beschränkung des Durchflusses an einem Auslaß oder an Auslässen einer Fluidzufuhrleitung oder einem Netzwerk von Leitungen, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen ringförmige Schreibe (2) mit wenigstens einer Durchgangsbohrung (4) und einem konischen Abschnitt (3), dessen Oberseite so mit der Scheibe verbunden ist, daß die Mittelachsen des konischen Abschnitts und der Scheibe axial aufeinander ausgerichtet sind.

2. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des konischen Abschnitts (3) kleiner ist als der Durchmesser der ringförmigen Scheibe (2), so daß der konische Abschnitt den Durchfluß des Fluids um seinen Rand zuläßt.

3. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 zum Einsetzen in ein Steuerventil oder Steuerventile in einer Fluidzufuhrleitung oder Leitungen, die gemeinsam ein Fluidzufuhrnetzwerk bilden, zwischen eine Fluidquelle und einem Fluidauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung derart ausgebildet ist, daß beim Einsetzen einer Drosseleinrichtung in jedes Steuerventil der Fluidstrom in dem oder jeder Zufuhrleitung stromabwärts der Steuerventile und an den Auslässen der oder jeder Zufuhrleitung so gesteuert ist, daß eine vorbestimmte maximale Auslaßmenge an jedem Auslaß beibehalten wird, wobei der maximale Auslaßdruck unter dem verfügbaren maximalen Fluidzufuhrdruck liegt, wenn das Steuerventil oder die Ventile vollständig geöffnet sind.

4. Drosseleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (2) mindestens vier Durchgangsbohrungen (4) für den Durchlaß eines Fluids aufweist, die so angeordnet sind, daß der Fluidstrom auf die vorbestimmte maximale Auslaßmenge eingestellt wird.

5. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des konischen Abschnitts (3) und die Mittelachse der Scheibe (2) aufeinander ausgerichtet sind, wenn die Oberseite des konischen Abschnitts mit der Scheibe verbunden ist.

6. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des konischen Abschnitts (3) kleiner ist als der Durchmesser der ringförmigen Scheibe (2), so daß der konische Abschnitt den Durchlaß des Fluids um seinen Rand und zwischen seinem Rand und einer Innenwand des Steuerventils zuläßt.

7. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Abschnitt (3) mit einer konischen Aussparung versehen ist.

8. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuerventil wenigstens eine bewegbare Spindel in sich aufweist, die eine Abdichtungseinrichtung in Dichtungseingriff mit einem Dichtungssitz zwängt, wenn das Steuerventil geschlossen ist, und daß sich die Drosseleinrichtung (1) in oder auf dem Dichtungssitz des Steuerventils befindet.

9. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (2) mit abgeschrägten Umfangsrandern versehen ist, damit sie zu einem Durchlaß des Dichtungssitzes paßt.

10. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in den Dichtungssitz eingeschraubt ist.

11. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil verschieblich in einen Durchlaß des Dichtungssitzes eingesetzt ist.

12. Drosseleinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidzufuhrnetzwerk eine Hauptbeschickungsleitung und mehrere Abzugleitungen von der Hauptbeschickungsleitung aufweist, die jeweils in einem äußeren Auslaß enden, der von der Beschickungslinie abzweigt, wobei die Leitungen in Reihe in einer parallelen Anordnung angeordnet sind, und jedes Steuerventil sich stromaufwärts der Auslaßöffnungen, jedoch stromabwärts der Hauptbeschickungsleitung befindet.

13. Drosseleinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zweite Hauptbeschickungsleitung angeordnet ist, die ebenfalls Abzugsleitungen hat, wobei die zweite oder weitere Hauptbeschickungsleitungen im wesentlichen parallel zu der ersten Beschickungsleitung verlaufen.