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WO2020193702A1 - Valve device - Google Patents

Valve device Download PDF

Info

Publication number
WO2020193702A1
WO2020193702A1 PCT/EP2020/058555 EP2020058555W WO2020193702A1 WO 2020193702 A1 WO2020193702 A1 WO 2020193702A1 EP 2020058555 W EP2020058555 W EP 2020058555W WO 2020193702 A1 WO2020193702 A1 WO 2020193702A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
valve device
feed section
fluid
fluid flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/058555
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Hellmann
Carsten PÜTTBACH
Viktor Schäfer
Olaf Tebbenhoff
Original Assignee
Welland & Tuxhorn AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Welland & Tuxhorn AG filed Critical Welland & Tuxhorn AG
Publication of WO2020193702A1 publication Critical patent/WO2020193702A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22GSUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00Controlling superheat temperature
    • F22G5/12Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F22G5/123Water injection apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22GSUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00Controlling superheat temperature
    • F22G5/12Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F22G5/123Water injection apparatus
    • F22G5/126Water injection apparatus in combination with steam-pressure reducing valves

Definitions

  • the present application relates to a valve device according to the preamble of claim 1.
  • the valve device comprises a housing in which the other components of the valve device are arranged.
  • the housing extends along a central axis and - apart from connecting lines and the like - is typically at least essentially rotationally symmetrical with respect to the central axis.
  • the valve device comprises a movable piston which is suitable for sealingly cooperating with an associated sealing seat.
  • the piston can be transferable between a closed position and an open position, a flow through the valve device being prevented when the piston is in its closed position and a flow limited by the sealing seat when the piston is in its open position
  • the piston can preferably be locked in any number of intermediate positions relative to the sealing seat, whereby an amount of the fluid flow can be regulated.
  • An injection device by means of which a cooling fluid can be injected into the fluid flow, is arranged inside the housing. Furthermore, the valve device comprises a flow element which comprises a plurality of flow channels.
  • the flow element is preferably designed to be rotationally symmetrical and, as a rule, its axis of symmetry is aligned congruently with the central axis of the housing.
  • the flow channels are preferably arranged in a circumferentially distributed manner on the flow element.
  • the fluid flow is locally constricted at the flow channels, accelerated in the process and passed on through the flow channels.
  • at least part of the fluid flow is accelerated and in this way transferred into a number of atomization flows corresponding to the number of flow channels, the
  • the flow element is arranged relative to the injection device in such a way that the injection of the cooling fluid into the
  • Atomization flows takes place. This is an atomization of the cooling fluid
  • Valve devices of the type described at the outset are already known in the prior art. They are used in particular in power plants as so-called bypass valves in order to circulate a fluid flow, which is typically from a pressurized
  • Steam flow is formed to lead past a turbine of the power plant.
  • the injection of the cooling fluid serves to reduce the thermal energy of the fluid flow, that is to say in particular to lower its temperature.
  • the temperature of the fluid stream is typically in a range between 400 ° C. and 650 ° C. at a pressure of over 50 bar, typically of over 100 bar.
  • Pipelines of the power plant may be the case.
  • individual particles become detached from the pipelines and are then introduced into the fluid flow with and finally into the valve device.
  • Such particles have a highly abrasive effect in the valve device, so that the valve devices are destroyed comparatively quickly.
  • Valve device generally a construction must be produced which is more robust than the previous valve devices. The requirement for greater robustness led to the consideration of reducing the use of parts that could move relative to one another. In valve devices of the prior art, it is common to have a
  • Flow channels that are responsible for generating corresponding atomization flows a proportion of atomizing current can be specifically assigned so that the problem did not occur in the same way.
  • the valve device according to the invention is characterized in that the flow element has a protruding into a flow area of the fluid flow,
  • an inner wall of the housing has a circumferential annular projection assigned to the feed section and extending radially in the direction of the central axis, by means of which at least part of the fluid flow can be directed away from the inner wall of the housing in the direction of the feed section of the flow element.
  • the invention provides that the fluid flow is directed specifically to a feed section of the flow element, which over a plurality of
  • the geometry of the feed section is matched to the formation of the annular projection of the inner wall of the housing, the possibility is now created of the fluid flow to a reliably high proportion of the flow channels
  • Feed section so that the processed by means of the feed section
  • Atomization flow portion of the fluid flow is accelerated appreciably.
  • the atomization flow component is advantageously greater with a relatively low amount of fluid flow than with a larger amount of fluid flow.
  • an absolute mass flow of the atomizing flow component is at least essentially constant regardless of the amount of the total fluid flow. This ensures that the fluid flow is accelerated sufficiently strongly in any case by means of the flow channels of the supply section and consequently provides the desired atomizing effect for the injected cooling fluid.
  • Valve device the annular projection - viewed in the direction of flow of the fluid flow - is designed to be curved or “swung”.
  • This configuration has the advantage that the fluid flow, which flows along the inner wall of the housing at least substantially parallel to the central axis of the housing, when it hits the
  • the ring projection does not suddenly strike a discontinuously protruding wall, but is received as a result of the continuously curved design of the ring projection and is directed to the feed section while maintaining an at least substantially directed flow characteristic.
  • the feed section of the flow element is formed equally curved, the curvature of the feed section preferably the curvature of the
  • the feed section can be locally designed, so to speak, in the shape of a shell, so that it captures the atomization flow portion of the fluid flow directed towards it.
  • the curvature in the area of the feed section - viewed radially in relation to the central axis of the housing - gradually increases from the outside to the inside. The only option for the captured
  • the atomization flow component to leave the feed section in the flow direction is then provided by the flow channels through which the fluid flow is pressed.
  • the described acceleration takes place as desired, so that the atomization flow component leaves the flow channels of the flow element as a plurality of atomization flows.
  • the acceleration effect of the flow channels can in particular lead to that a flow velocity of the fluid flow is accelerated locally by several 100 m / s.
  • Flow element must flow through the valve device in the course of its flow.
  • the flow element adjoins the housing so that there is no possibility for the fluid flow to leave the valve device without flowing through the flow element. In this way it is avoided that the fluid flow “evades” the flow resistances represented by the flow channels.
  • valve device according to the invention is advantageous, in which the annular projection of the housing and the supply section of the
  • End edges thereof are spaced apart from one another. In this way, the end edge of the annular projection and the end edge of the feed section together delimit a flow gap through which a part of the fluid flow passes
  • Execution creates the possibility of temporarily dividing the fluid flow by means of the flow element into two parts, namely a first part which is directed to the feed section (atomization flow part) and a second part which is directed to the
  • Feed section flows past (secondary flow portion).
  • the flow-catching configuration of the feed section is the latter primarily
  • the diameters of the flow channels of the feed section are advantageously larger, in particular at least twice as large, as the diameters of the flow channels that are not assigned to the feed section.
  • the latter can in particular such be designed that they act as a throttle stage for the fluid flow and in this way contribute to a desired pressure and temperature reduction of the fluid flow.
  • the flow channels of the flow element which are assigned to the feed section are advantageously designed such that - viewed in the flow direction of the fluid flow - they extend obliquely in the direction of the central axis of the housing.
  • the flow channels act in such a way that they each impress on the atomization flows generated by their action at least one - in relation to the central axis of the housing - radial directional component.
  • the flow channels are aligned at an angle of approximately 45 ° with respect to the central axis.
  • the inclined configuration of the flow channels of the feed section helps to direct the generated atomization flows in a targeted manner “under” the injection device so that the cooling fluid injected by means of the injection device is injected directly into the atomization flows.
  • the flow element is relative to the
  • Injection device arranged that the flow channels of the feed section the
  • valve device according to the invention further comprises that
  • the cantilever section can in particular adjoin a radially outer end of the feed section and extend from there.
  • the cantilever section together with the inner wall of the housing, delimits an annular space into which the secondary flow portion of the fluid flow can flow.
  • the cantilever section has a multiplicity of flow channels through which the secondary flow component can then pass, starting from the annular space, in the direction of a central space of the flow element.
  • a feed of a portion of the fluid flow to the annular space can in particular take place through a flow gap described above, which is between mutually associated end edges of the annular projection of the
  • the cantilever section is advantageously designed in such a way that it cooperates tightly with the housing at its end remote from the feed section, that is to say, in particular, is connected to the inner wall of the housing in a sealing manner. In this way it is ensured that the secondary flow portion of the fluid flow located in the annular space can leave the annular space exclusively through the flow channels of the cantilever section. A flow around the flow element is therefore prevented.
  • the annular space delimited between the housing and the cantilever section tapers when viewed in the direction of flow of the fluid flow. This tapering can be achieved in particular in that the cantilever section is designed in the form of a truncated cone section which widens conically starting from the feed section.
  • the flow element is arranged downstream of the injection device.
  • the flow element preferably adjoins a lower end of the injection device. It is particularly advantageous if the feed section of the flow element surrounds a lower end of the injection device all the way around, viewed in the direction of flow of the fluid flow. This has the advantage that the flow channels assigned to the feed section are as close as possible to the
  • Atomization flows as close as possible to the injection device. In this way it is achieved that the flow velocity of the atomizing streams in one
  • Injection area in which the cooling fluid mixes with the fluid flow is as large as possible. Accordingly, the atomizing effect of the atomizing streams is as great as possible in the desired manner.
  • such a valve device can also be particularly advantageous in which the inlet connector is assigned a particularly rotationally symmetrical perforated cylinder which surrounds the piston circumferentially and has a large number of flow channels.
  • the perforated cylinder serves to equalize the inflow of the fluid flow through the inlet nozzle, so that the inflow of the piston or the sealing seat is as uniform as possible.
  • this is advantageous, since an asymmetrical flow onto certain areas of the valve device is avoided and consequently a load on the material of the valve device is evened out.
  • Valve device are formed countersunk regardless of their affiliation to individual components of the same.
  • a diameter of a respective flow channel is expanded in a funnel-shaped manner in a front end region, viewed in the direction of flow of the fluid flow.
  • This configuration helps to at least partially provide inner lateral surfaces of the flow channels with a coating that has a resistance of the respective affected component increased against abrasive wear.
  • FIGS. 1 and 2 A schematic detail of a flow element of the valve device according to FIG. 1.
  • An exemplary embodiment which is shown in FIGS. 1 and 2, comprises a valve device 1 according to the invention. This comprises a housing 3 which is at least essentially rotationally symmetrical with respect to a central axis 2 is formed. An inlet nozzle 4 is connected to the housing 3, by means of which the valve device 1 can be supplied with a fluid flow 5.
  • the fluid stream 5 first flows into an inlet space 34, within which an axially movable piston 6 is arranged.
  • Said piston 6 serves to cooperate in a sealing manner with a sealing seat 7 assigned to it.
  • the piston 6 can be moved between different positions relative to the sealing seat 7, and depending on the position of the piston 6, an amount of the fluid flow 5 which flows through the valve device 1 can be regulated.
  • Perforated cylinder 22 is arranged, which has a plurality of flow channels 23.
  • the perforated cylinder 22 surrounds both the piston 6 and the sealing seat 7, so that it is only possible to pass through the sealing seat 7 after the flow channels 23 of the perforated cylinder 22 have flowed through.
  • the perforated cylinder 22 acts to a certain extent as a throttle stage, which achieves an equalization of the flow to both the piston 6 and the sealing seat 7. After passing through the sealing seat 7, the fluid flow 5 reaches a central space 35 of the valve device 1, the central space 35 in the example shown being a
  • Throttle stage 28 is assigned. This comprises a plurality of flow channels 29 through which the fluid flow 5 must flow in the course of flowing through the valve device 1.
  • the flow channels 29 cause a pressure reduction and a
  • valve device 1 can be equipped with a plurality of throttle stages 28 in order to achieve a desired one
  • the valve device 1 further comprises an injection device 9, which is provided with a supply channel 24 for supplying a Cooling fluid 31 cooperates.
  • the feed channel 24 adjoins a nozzle housing 25 of the injection device 9, within which an injection nozzle 36 is arranged. This is pressed against a nozzle seat 27 by means of a spring 26, so that the injection nozzle 36, together with the nozzle seat 27, cooperates in a sealing manner when it is in an otherwise force-free state.
  • the injection device 9 is charged with the cooling fluid 31. Under the pressure of the latter, a spring force of the spring 26 is overcome, so that the injection nozzle 36 is pressed out of its nozzle seat 27.
  • Atomization flow portion 33 of the fluid flow 5 is formed.
  • the valve device 1 comprises a flow element 8 which, in the example shown, is pot-shaped.
  • the flow element 8 comprises an upper one
  • Feed section 13 and a lower cantilever section 19 In the example shown, the feed section 13 adjoins a lower end 37 of the injection nozzle 36 of the injection device 9, viewed in the flow direction of the cooling fluid 31, and extends in the radial direction relative to the central axis 2 of the housing 3 outward. In this way, the feed section 13 protrudes to a certain extent into a flow of the fluid flow 5.
  • the cantilever section 19 adjoins a radially outer end of the feed section 13 on the latter and, starting from the feed section 13, extends in a conically widening manner in the flow direction of the fluid flow 5.
  • the feed section 13 of the flow element 8 interacts with an annular projection 15 formed on an inner wall 14 of the housing 3.
  • Fluid flow 5 exerts.
  • a radially inwardly directed directional component is impressed on the fluid flow 5 by means of the annular projection 15.
  • the annular projection 15 is continuously curved, viewed in the direction of flow of the fluid flow 5, that is to say without a discontinuously projecting projection.
  • the fluid flow 5 is deflected away from the inner wall 14 over a steering path, without the fluid flow 5 striking a discontinuously protruding baffle surface and thereby becoming a turbulent one Electricity is converted.
  • the feed section 13 of the flow element 8 is designed to be curved in the same way, the feed section 13 continuing the curvature of the annular projection 15. This can be seen particularly well on the basis of the detail according to FIG. 2.
  • a curvature profile is based on FIG. 2.
  • the feed section 13 is connected directly to the injection device 9 at its radially inner end, with the flowing past
  • Atomization flow portion 33 of the fluid flow 5 at the flow element 8 between the feed section 13 and the injection device 9 is not possible.
  • the feed section 13 interacts with a plurality of flow channels 10 which allow a flow through the flow element 8.
  • the flow channels 10 intentionally narrow a flow cross-section for the atomization flow portion 33 of the fluid flow 5, so that the atomization flow portion 33 is greatly accelerated in the course of the flow through the flow channels 10.
  • a plurality of atomization streams 12 is generated, the flow rate of which is compared to a flow rate of the fluid stream 5 on this side
  • Flow element 8 is greatly increased.
  • the flow channels 10 are oriented obliquely inward relative to the central axis 2 of the housing 3, so that the
  • Atomization streams 12 receive a radial directional component which is directed towards the central axis 2. In this way, the atomization streams 12 are guided directly below the injection device 9. As a result, the cooling fluid 31 is injected directly into the atomization streams 12, in which there is a high flow velocity. What is achieved hereby is that the cooling fluid 31 is very finely atomized, as a result of which very rapid evaporation of the cooling fluid 31 is achieved.
  • the annular projection 15 and the feed section 13 of the flow element 8 are arranged at a distance from one another, with mutually associated end edges 16, 17 of the annular projection 15 or the feed section 13 jointly delimiting a flow gap 18.
  • a portion of the fluid flow 5 can be conducted past the feed section 13 through this flow gap 18. This portion is referred to here as the secondary flow portion 32.
  • the secondary flow portion 32 flows into an annular space 20, which of the
  • the cantilever section 19 is frustoconical here, with an in Has a conically widening cross-section when viewed in the direction of flow of the fluid flow 5.
  • the cantilever section 19 adjoins the inner wall 14 of the housing 3 in a sealing manner at a contact point 30 (or a circumferential contact ring).
  • the secondary flow portion 32 of the fluid flow 5 can flow exclusively through flow channels 11 of the flow element 8 which are assigned to the cantilever section 19.
  • the bypass flow portion 32 is in the radial direction based on the central axis 2 of the housing 3 in a central space 21 of the
  • the interaction of the annular projection 15 and the protruding feed section 13 has the effect that the atomization flow component 33, which is fed to the central space 21 by means of the feed section 13, is relatively independent of an amount of the total
  • Fluid flow 5 remains the same in relation to the secondary flow portion 32.
  • the atomizing flows 12 exert a sufficient atomizing effect on the cooling fluid 31 so that the latter is finely atomized and consequently evaporated quickly.
  • the valve device 1 according to the invention thus achieves the goal of achieving a fine atomization of the cooling fluid 31 without having to adjust the flow element 8.
  • valve device 1 is significantly more robust than known valve devices 1 which use such mechanisms.
  • valve device 1 in the example shown is designed to be coated.
  • all surfaces that interact directly with the fluid flow 5 are provided with a chromium carbide coating.
  • all flow channels 10, 11, 23, 29 valve device 1 are countersunk in a particularly advantageous manner, with a front inflow area of a respective flow channel widened in a funnel shape when viewed in the flow direction of the fluid flow 5.
  • This configuration of the flow channels 10, 11, 23, 29 has proven to be particularly advantageous for coating inner lateral surfaces of the flow channels 10, 11, 23, 29 with a respective coating.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a valve device (1), in particular in the form of a control valve for power plants, comprising a housing (3) extending along a central axis (2), an inlet port (4) for introducing a fluid flow (5) into the housing (3), a movable piston (6), a sealing seat (7) paired with the piston (6), a rotationally symmetrical flow element (8), which is arranged in the housing (3), for treating the fluid flow (5), and an injection device (9) for injecting a cooling fluid. The flow element (8) has a plurality of flow channels (10), through which at least part of the fluid flow (5) can be conducted and in the course thereof can be accelerated and in this manner locally converted into atomizing flows (12). The flow element (8) is arranged relative to the injection device (9) such that the cooling fluid can be injected into the atomizing flows (12). The aim of the invention is to provide a robust valve device by means of which a reliable atomization of the coolant fluid is possible for vastly different fluid flow amounts. According to the invention, this is achieved in that the flow element (8) has a circumferential feed section (13) which protrudes into a flow region of the fluid flow (5) and by means of which part of the fluid flow (5) can be collected and fed to flow channels (10) paired with the feed section (13), and an inner wall (14) of the housing (3) has a circumferential annular protrusion (15) which is paired with the feed section (13), extends radially in the direction of the central axis (2), and by means of which at least part of the fluid flow (5) can be deflected in the direction of the feed section (13) of the flow element (8).

Description

Ventileinrichtung Valve device
Beschreibung description
Einleitung introduction
[01] Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Ventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. [01] The present application relates to a valve device according to the preamble of claim 1.
[02] Die Ventileinrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem die übrigen Bestandteile der Ventileinrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse erstreckt sich entlang einer Mittelachse und ist - abgesehen von Anschlussleitungen und dergleichen - typischerweise zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezogen auf die Mittelachse ausgebildet. Die The valve device comprises a housing in which the other components of the valve device are arranged. The housing extends along a central axis and - apart from connecting lines and the like - is typically at least essentially rotationally symmetrical with respect to the central axis. The
Ventileinrichtung umfasst einen beweglichen Kolben, der dazu geeignet ist, dichtend mit einem zugeordneten Dichtsitz zusammenzuwirken. Insbesondere kann der Kolben zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung überführbar sein, wobei eine Durchströmung der Ventileinrichtung bei Vorliegen des Kolbens in dessen Schließstellung verhindert ist und bei Vorliegen des Kolbens in seiner Offenstellung ein von dem Dichtsitz begrenzter The valve device comprises a movable piston which is suitable for sealingly cooperating with an associated sealing seat. In particular, the piston can be transferable between a closed position and an open position, a flow through the valve device being prevented when the piston is in its closed position and a flow limited by the sealing seat when the piston is in its open position
Strömungsquerschnitt freigegeben ist, sodass ein Fluidstrom durch die Ventileinrichtung hindurch leitbar ist. Vorzugsweise ist der Kolben in beliebig vielen Zwischenpositionen relativ zu dem Dichtsitz arretierbar, wodurch ein Betrag des Fluidstroms regelbar ist. Flow cross-section is released so that a fluid flow can be conducted through the valve device. The piston can preferably be locked in any number of intermediate positions relative to the sealing seat, whereby an amount of the fluid flow can be regulated.
[03] Innerhalb des Gehäuses ist eine Einspritzeinrichtung angeordnet, mittels der ein Kühlfluid in den Fluidstrom einspritzbar ist. Weiterhin umfasst die Ventileinrichtung ein Strömungselement, das eine Mehrzahl von Strömungskanälen umfasst. Das [03] An injection device, by means of which a cooling fluid can be injected into the fluid flow, is arranged inside the housing. Furthermore, the valve device comprises a flow element which comprises a plurality of flow channels. The
Strömungselement ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und in aller Regel mit seiner Symmetrieachse deckungsgleich zu der Mittelachse des Gehäuses ausgerichtet. Die Strömungskanäle sind vorzugsweise umlaufend verteilt an dem Strömungselement angeordnet. An den Strömungskanälen wird der Fluidstrom lokal eingeschnürt, dabei beschleunigt und durch die Strömungskanäle weitergeleitet. Hierbei wird zumindest ein Teil des Fluidstroms beschleunigt und auf diese Weise in eine der Anzahl der Strömungskanäle entsprechende Anzahl von Zerstäubungsströmen überführt, wobei die The flow element is preferably designed to be rotationally symmetrical and, as a rule, its axis of symmetry is aligned congruently with the central axis of the housing. The flow channels are preferably arranged in a circumferentially distributed manner on the flow element. The fluid flow is locally constricted at the flow channels, accelerated in the process and passed on through the flow channels. Here, at least part of the fluid flow is accelerated and in this way transferred into a number of atomization flows corresponding to the number of flow channels, the
Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird. Das Strömungselement ist dabei derart relativ zu der Einspritzeinrichtung angeordnet, dass die Einspritzung des Kühlfluids in die Flow rate is increased. The flow element is arranged relative to the injection device in such a way that the injection of the cooling fluid into the
Zerstäubungsströme erfolgt. Hierdurch wird eine Zerstäubung des Kühlfluids, das Atomization flows takes place. This is an atomization of the cooling fluid, the
typischerweise von Wasser gebildet ist, erzielt. Stand der Technik is typically formed by water. State of the art
[04] Ventileinrichtungen der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der T echnik bereits bekannt. Sie werden insbesondere in Kraftwerken als sog. Bypassventile verwendet, um einen Fluidstrom, der typischerweise von einem unter Druck stehenden, heißen [04] Valve devices of the type described at the outset are already known in the prior art. They are used in particular in power plants as so-called bypass valves in order to circulate a fluid flow, which is typically from a pressurized
Dampfstrom gebildet ist, an einer Turbine des Kraftwerks vorbeizuführen. Die Einspritzung des Kühlfluids dient dazu, die thermische Energie des Fluidstroms abzubauen, das heißt insbesondere seine Temperatur zu senken. Die Temperatur des Fluidstroms bewegt sich typischerweise in einem Bereich zwischen 400 °C und 650 °C bei einem Druck von über 50 bar, typischerweise von über 100 bar. Steam flow is formed to lead past a turbine of the power plant. The injection of the cooling fluid serves to reduce the thermal energy of the fluid flow, that is to say in particular to lower its temperature. The temperature of the fluid stream is typically in a range between 400 ° C. and 650 ° C. at a pressure of over 50 bar, typically of over 100 bar.
[05] In der Praxis hat sich das Problem ergeben, dass der Fluidstrom mit kleinen Partikeln beladen sein kann. Dies kann beispielsweise infolge von Korrosionsprozessen in [05] In practice, the problem has arisen that the fluid flow can be laden with small particles. This can occur, for example, as a result of corrosion processes in
Rohrleitungen des Kraftwerks der Fall sein. Infolge der Korrosion lösen sich einzelne Partikel von den Rohrleitungen ab und werden sodann in dem Fluidstrom mit- und schließlich in die Ventileinrichtung eingetragen. In der Ventileinrichtung wirken derartige Partikel hoch abrasiv, sodass die Ventileinrichtungen vergleichsweise schnell zerstört werden. Pipelines of the power plant may be the case. As a result of the corrosion, individual particles become detached from the pipelines and are then introduced into the fluid flow with and finally into the valve device. Such particles have a highly abrasive effect in the valve device, so that the valve devices are destroyed comparatively quickly.
[06] Daraus ergibt sich, dass zwecks Erhöhung der Standzeit einer jeweiligen [06] It follows that in order to increase the service life of a respective
Ventileinrichtung im Allgemeinen eine Konstruktion hervorgebracht werden muss, die robuster ist als die bisherigen Ventileinrichtungen. Die Forderung nach einer größeren Robustheit führte zu der Überlegung, die Verwendung relativ zueinander beweglicher Teile zu reduzieren. Bei Ventileinrichtungen des Standes der Technik ist es üblich, eine Valve device generally a construction must be produced which is more robust than the previous valve devices. The requirement for greater robustness led to the consideration of reducing the use of parts that could move relative to one another. In valve devices of the prior art, it is common to have a
Regulierung des Fluidstroms mittels einer bestimmten Ausgestaltung des Kolbens zu bewerkstelligen, der in verschiedenen Stellungen relativ zu dem Dichtsitz positionierbar ist. Hierbei wird je nach Stellung des Kolbens bezogen auf den Dichtsitz eine unterschiedliche Querschnittsfläche, die dem Fluidstrom insgesamt zum Passieren des Dichtsitzes zur Verfügung steht, freigegeben. Die Bewegung des Kolbens dient mithin zu Regulierung des Betrages des Fluidstroms durch die Ventileinrichtung. Diese bekannte Lösung hat sich angesichts des hohen abrasiven Verschleißes als ungeeignet erwiesen, da der Kolben, der insbesondere mit einem perforierten Zylinder ausgestattet ist, den abrasiven To achieve regulation of the fluid flow by means of a specific configuration of the piston, which can be positioned in various positions relative to the sealing seat. Here, depending on the position of the piston in relation to the sealing seat, a different cross-sectional area, which is available to the fluid flow as a whole for passing through the sealing seat, is released. The movement of the piston is therefore used to regulate the amount of fluid flow through the valve device. This known solution has proven to be unsuitable in view of the high abrasive wear, since the piston, which is in particular equipped with a perforated cylinder, is the abrasive
Beanspruchungen in Versuchen nicht standzuhalten vermochte. Was not able to withstand stresses in tests.
[07] Mit einem Wegfall der beschriebenen Regulierungsmöglichkeit, auf die sodann verzichtet wurde, hatte es sich als problematisch herausgestellt, für unterschiedliche Beträge des Fluidstroms eine zufriedenstellende Zerstäubung des eingespritzten Kühlfluids bereitzustellen. Mittels der Regulierungsmöglichkeit im Stand der Technik konnte With the abolition of the regulation option described, which was then dispensed with, it had turned out to be problematic to provide a satisfactory atomization of the injected cooling fluid for different amounts of the fluid flow. By means of the regulation option in the prior art,
Strömungskanälen, die zur Erzeugung entsprechender Zerstäubungsströme verantwortlich sind, gezielt ein Zerstäubungsstromanteil zugewiesen werden, sodass das Problem nicht in derselben Weise auftrat. Flow channels that are responsible for generating corresponding atomization flows a proportion of atomizing current can be specifically assigned so that the problem did not occur in the same way.
Aufgabe task
[08] Daher ergab sich die Aufgabe, eine robuste Ventileinrichtung bereitzustellen, mittels der für stark unterschiedliche Beträge des Fluidstroms eine zuverlässige Zerstäubung des Kühlfluids möglich ist. [08] Therefore, the task arose of providing a robust valve device by means of which reliable atomization of the cooling fluid is possible for widely differing amounts of fluid flow.
Lösung solution
[09] Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14. [09] The underlying object is achieved according to the invention by means of a valve device with the features of claim 1. Advantageous refinements result from subclaims 2 to 14.
[10] Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement einen in einen Strömungsbereich des Fluidstroms ragenden, The valve device according to the invention is characterized in that the flow element has a protruding into a flow area of the fluid flow,
umlaufenden Zuleitabschnitt aufweist, mittels dessen ein Teil des Fluidstroms fangbar und gezielt dem Zuleitabschnitt zugeordneten Strömungskanälen zuleitbar ist. Zudem weist eine Innenwandung des Gehäuses einen dem Zuleitabschnitt zugeordneten, sich radial in Richtung der Mittelachse erstreckenden, umlaufenden Ringvorsprung auf, mittels dessen zumindest ein Teil des Fluidstroms von der Innenwandung des Gehäuses weg in Richtung des Zuleitabschnitts des Strömungselements lenkbar ist. has circumferential feed section, by means of which part of the fluid flow can be captured and can be directed specifically to the flow channels assigned to the feed section. In addition, an inner wall of the housing has a circumferential annular projection assigned to the feed section and extending radially in the direction of the central axis, by means of which at least part of the fluid flow can be directed away from the inner wall of the housing in the direction of the feed section of the flow element.
[11] Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, dass der Fluidstrom gezielt einem Zuleitabschnitt des Strömungselements zugeleitet wird, der über eine Mehrzahl von In other words, the invention provides that the fluid flow is directed specifically to a feed section of the flow element, which over a plurality of
Strömungskanälen verfügt. Diese Strömungskanäle dienen dazu, den jeweiligen Anteil des Fluidstroms („ZerstäubungsstromanteN“), der dem Zuleitabschnitt zugeleitet wird, zu beschleunigen und in die Zerstäubungsströme zu überführen. Mittels der Has flow channels. These flow channels serve to accelerate the respective portion of the fluid flow (“atomization flow edge”) that is fed to the feed section and to convert it into the atomization flows. Using the
erfindungsgemäßen Abstimmung der Geometrie des Zuleitabschnitts auf die Ausbildung des Ringvorsprungs der Innenwandung des Gehäuses ist nunmehr die Möglichkeit geschaffen, den Fluidstrom zu einem zuverlässig hohen Anteil den Strömungskanälen des According to the invention, the geometry of the feed section is matched to the formation of the annular projection of the inner wall of the housing, the possibility is now created of the fluid flow to a reliably high proportion of the flow channels
Zuleitabschnitts zuzuleiten, sodass der mittels des Zuleitabschnitts verarbeitete Feed section so that the processed by means of the feed section
Zerstäubungsstromanteil des Fluidstroms nennenswert beschleunigt wird. Die Abstimmung der Geometrien von Innenwandung des Gehäuses und Zuleitabschnitt des Atomization flow portion of the fluid flow is accelerated appreciably. The coordination of the geometries of the inner wall of the housing and the supply section of the
Strömungselements bewirken zudem, dass dem Zuleitabschnitt selbst dann ein Flow elements also cause the feed section itself to be a
ausreichender großer Zerstäubungsstromanteil zugeleitet wird, wenn der Betrag des Fluidstroms insgesamt, der die Ventileinrichtung durchströmt, vergleichsweise gering ist. Somit hat es sich in Versuchen gezeigt, dass der Zerstäubungsstromanteil, der durch die Strömungskanäle des Zuleitabschnitts geleitet wird, unabhängig von dem Betrag des gesamten Fluidstroms oberhalb von 20 % des Fluidstroms gehalten werden kann. a sufficiently large atomization flow component is supplied when the total amount of fluid flow which flows through the valve device is comparatively low. Thus, it has been shown in tests that the atomization flow component caused by the Flow channels of the supply section is passed, regardless of the amount of the total fluid flow can be kept above 20% of the fluid flow.
Vorteilhafterweise ist der Zerstäubungsstromanteil bei einem verhältnismäßig niedrigen Betrag des Fluidstroms größer als bei einem größeren Betrag des Fluidstroms. Idealerweise ist ein absoluter Massenstrom des Zerstäubungsstromanteils unabhängig von dem Betrag des gesamten Fluidstroms zumindest im Wesentlichen konstant. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Fluidstrom mittels der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts in jedem Fall ausreichend stark beschleunigt wird und mithin die gewünschte Zerstäubungswirkung für das eingespritzt Kühlfluid bereitstellt. The atomization flow component is advantageously greater with a relatively low amount of fluid flow than with a larger amount of fluid flow. Ideally, an absolute mass flow of the atomizing flow component is at least essentially constant regardless of the amount of the total fluid flow. This ensures that the fluid flow is accelerated sufficiently strongly in any case by means of the flow channels of the supply section and consequently provides the desired atomizing effect for the injected cooling fluid.
[12] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen In a particularly advantageous embodiment of the invention
Ventileinrichtung ist der Ringvorsprung - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - gekrümmt bzw.„geschwungen“ ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fluidstrom, der entlang der Innenwandung des Gehäuses zumindest im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Gehäuses entlangströmt, beim Auftreffen auf den Valve device, the annular projection - viewed in the direction of flow of the fluid flow - is designed to be curved or “swung”. This configuration has the advantage that the fluid flow, which flows along the inner wall of the housing at least substantially parallel to the central axis of the housing, when it hits the
Ringvorsprung nicht schlagartig auf eine unstetig vorstehende Wandung prallt, sondern infolge der stetig geschwungenen Ausführung des Ringvorsprungs aufgenommen und unter Beibehaltung einer zumindest im Wesentlichen gerichteten Strömungscharakteristik dem Zuleitabschnitt zugelenkt wird. Hierbei kann insbesondere die Bildung von The ring projection does not suddenly strike a discontinuously protruding wall, but is received as a result of the continuously curved design of the ring projection and is directed to the feed section while maintaining an at least substantially directed flow characteristic. In particular, the formation of
Rezirkulationsbereichen und Totwassergebieten reduziert werden. Eine entsprechende Ausgestaltung ergibt sich aus den nachstehend aufgeführten Ausführungsbeispiel. Recirculation areas and dead water areas are reduced. A corresponding configuration results from the exemplary embodiment listed below.
[13] Grundsätzlich unabhängig von der beschriebenen Ausgestaltung des [13] Basically regardless of the design of the described
Ringvorsprungs, gleichwohl in besonders vorteilhafter weise in Kombination mit selbiger, ist der Zuleitabschnitt des Strömungselements gleichermaßen gekrümmt ausgebildet, wobei der Krümmungsverlauf des Zuleitabschnitts vorzugsweise den Krümmungsverlauf des Ring projection, nevertheless in a particularly advantageous manner in combination with the same, the feed section of the flow element is formed equally curved, the curvature of the feed section preferably the curvature of the
Ringvorsprungs fortsetzt. Insbesondere kann der Zuleitabschnitt gewissermaßen lokal schalenförmig ausgebildet sein, sodass er den ihm zugelenkten Zerstäubungsstromanteil des Fluidstroms gewissermaßen einfängt. Vorteilhafterweise nimmt die Krümmung im Bereich des Zuleitabschnitts - radial bezogen auf die Mittelachse des Gehäuses betrachtet - von außen nach innen sukzessive zu. Die einzige Möglichkeit für den eingefangenen Ring projection continues. In particular, the feed section can be locally designed, so to speak, in the shape of a shell, so that it captures the atomization flow portion of the fluid flow directed towards it. Advantageously, the curvature in the area of the feed section - viewed radially in relation to the central axis of the housing - gradually increases from the outside to the inside. The only option for the captured
Zerstäubungsstromanteil, den Zuleitabschnitt in Strömungsrichtung zu verlassen, bieten sodann die Strömungskanäle, durch die hindurch der Fluidstrom gedrückt wird. Hierbei findet wunschgemäß die beschriebene Beschleunigung statt, sodass der Zerstäubungsstromanteil die Strömungskanäle des Strömungselements als eine Mehrzahl von Zerstäubungsströmen verlässt. Die Beschleunigungswirkung der Strömungskanäle kann insbesondere dazu führen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms lokal um mehrere 100 m/s beschleunigt wird. The atomization flow component to leave the feed section in the flow direction is then provided by the flow channels through which the fluid flow is pressed. In this case, the described acceleration takes place as desired, so that the atomization flow component leaves the flow channels of the flow element as a plurality of atomization flows. The acceleration effect of the flow channels can in particular lead to that a flow velocity of the fluid flow is accelerated locally by several 100 m / s.
[14] Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung weiter ausgestaltend wirkt das [14] The valve device according to the invention is further developed
Strömungselement derart mit dem Gehäuse zusammen, dass der Fluidstrom das Flow element together with the housing in such a way that the fluid flow the
Strömungselement im Zuge seiner Durchströmung der Ventileinrichtung durchströmen muss. Mit anderen Worten schließt das Strömungselement dicht an das Gehäuse an, sodass für den Fluidstrom keine Möglichkeit besteht, die Ventileinrichtung zu verlassen, ohne das Strömungselement zu durchströmen. Auf diese Weise wird vermieden, dass der Fluidstrom den durch die Strömungskanäle dargestellten Strömungswiderständen„ausweicht“. Flow element must flow through the valve device in the course of its flow. In other words, the flow element adjoins the housing so that there is no possibility for the fluid flow to leave the valve device without flowing through the flow element. In this way it is avoided that the fluid flow “evades” the flow resistances represented by the flow channels.
[15] Weiterhin ist eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung von Vorteil, bei der der Ringvorsprung des Gehäuses und der Zuleitabschnitt des Furthermore, such a configuration of the valve device according to the invention is advantageous, in which the annular projection of the housing and the supply section of the
Strömungselement nicht unmittelbar aneinander anschließen, sondern stattdessen Do not connect flow elements directly to one another, but instead
Endkanten derselben beabstandet voneinander angeordnet sind. Auf diese Weise begrenzen die Endkante des Ringvorsprungs und die Endkante des Zuleitabschnitts gemeinsam einen Strömungsspalt, durch den hindurch ein Teil des Fluidstroms End edges thereof are spaced apart from one another. In this way, the end edge of the annular projection and the end edge of the feed section together delimit a flow gap through which a part of the fluid flow passes
(„NebenstromanteN“) an dem Zuleitabschnitt vorbeiströmen kann. Vorteilhafterweise kann sodann der Nebenstromanteil, der nicht dem Zuleitabschnitt zugeleitet wird, durch weitere Strömungskanäle des Strömungselements hindurch strömen. Mittels der genannten ("NebenstromanteN") can flow past the supply section. Advantageously, the bypass flow component which is not fed to the feed section can then flow through further flow channels of the flow element. By means of the mentioned
Ausführung wird die Möglichkeit geschaffen, den Fluidstrom mittels des Strömungselements temporär in zwei Anteile zu teilen, nämlich einen ersten Anteil, der dem Zuleitabschnitt zugelenkt wird (Zerstäubungsstromanteil), und einem zweiten Anteil, der an dem Execution creates the possibility of temporarily dividing the fluid flow by means of the flow element into two parts, namely a first part which is directed to the feed section (atomization flow part) and a second part which is directed to the
Zuleitabschnitt vorbeiströmt (Nebenstromanteil). Feed section flows past (secondary flow portion).
[16] Aufgrund der erfindungsgemäß strömungslenkenden Ausgestaltung der Due to the inventive flow-directing design of the
Innenwandung des Gehäuses in Kombination mit der erfindungsgemäß Inner wall of the housing in combination with that according to the invention
strömungsfangenden Ausgestaltung des Zuleitabschnitts wird letzterer primär The flow-catching configuration of the feed section is the latter primarily
gewissermaßen vorrangig mit dem Fluidstrom beschickt, sodass grundsätzlich - und insbesondere weitestgehend unabhängig von einem Betrag des Fluidstroms - ein to a certain extent primarily charged with the fluid flow, so that in principle - and in particular largely independently of an amount of the fluid flow - a
ausreichend ausgeprägter Zerstäubungsstromanteil vorliegt, mittels dessen gemäß obiger Erläuterung im Weiteren die gewünschte Zerstäubung des Kühlfluids möglich ist. Die übrigen Strömungskanäle des Strömungselements, die nicht dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind, stehen dem Fluidstrom zusätzlich zur Verfügung, um das Strömungselement zu passieren. there is a sufficiently pronounced atomization flow component, by means of which, according to the above explanation, the desired atomization of the cooling fluid is subsequently possible. The remaining flow channels of the flow element that are not assigned to the feed section are additionally available for the fluid flow to pass through the flow element.
[17] Vorteilhafterweise sind Durchmesser der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts größer, insbesondere mindestens doppelt so groß, wie Durchmesser der Strömungskanäle, die nicht dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind. Letztere können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie als Drosselstufe für den Fluidstrom wirken und auf diese Weise zu einer gewünschten Druck- und Temperaturreduzierung des Fluidstroms beitragen. [17] The diameters of the flow channels of the feed section are advantageously larger, in particular at least twice as large, as the diameters of the flow channels that are not assigned to the feed section. The latter can in particular such be designed that they act as a throttle stage for the fluid flow and in this way contribute to a desired pressure and temperature reduction of the fluid flow.
[18] Die Strömungskanäle des Strömungselements, die dem Zuleitabschnitt zugeordnet sind, sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - schräg in Richtung auf die Mittelachse des Gehäuses zu erstrecken. Bei einer solchen Ausgestaltung wirken die Strömungskanäle derart, dass sie den mittels ihrer Wirkung erzeugten Zerstäubungsströmen jeweils zumindest einen - bezogen auf die Mittelachse des Gehäuses - radialen Richtungsanteil aufprägen. Idealerweise sind die Strömungskanäle unter einem Winkel von ca. 45° bezogen auf die Mittelachse ausgerichtet. Die schräge Ausgestaltung der Strömungskanäle des Zuleitabschnitts verhilft dazu, die erzeugten Zerstäubungsströme gezielt„unter“ die Einspritzeinrichtung zu lenken, sodass das mittels der Einspritzeinrichtung eingespritzte Kühlfluid unmittelbar in die Zerstäubungsströme eingespritzt wird. Vorzugsweise ist das Strömungselement derart relativ zu der [18] The flow channels of the flow element which are assigned to the feed section are advantageously designed such that - viewed in the flow direction of the fluid flow - they extend obliquely in the direction of the central axis of the housing. In such a configuration, the flow channels act in such a way that they each impress on the atomization flows generated by their action at least one - in relation to the central axis of the housing - radial directional component. Ideally, the flow channels are aligned at an angle of approximately 45 ° with respect to the central axis. The inclined configuration of the flow channels of the feed section helps to direct the generated atomization flows in a targeted manner “under” the injection device so that the cooling fluid injected by means of the injection device is injected directly into the atomization flows. Preferably, the flow element is relative to the
Einspritzeinrichtung angeordnet, dass die Strömungskanäle des Zuleitabschnitts die Injection device arranged that the flow channels of the feed section the
Einspritzeinrichtung umlaufend umgeben und infolge ihrer schrägen Ausgestaltung den Fluidstrom umlaufend radial nach innen unter die Einspritzeinrichtung lenken. Eine entsprechende Ausgestaltung ergibt sich aus dem nachstehenden Ausführungsbeispiel. Surround the injection device circumferentially and, due to its inclined configuration, direct the fluid flow circumferentially radially inward under the injection device. A corresponding configuration results from the exemplary embodiment below.
[19] Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung weiter ausgestaltend umfasst das [19] The valve device according to the invention further comprises that
Strömungselement einen sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - an den Zuleitabschnitt umlaufend anschließenden Kragabschnitt. Der Kragabschnitt kann sich insbesondere an ein radial außen liegendes Ende des Zuleitabschnitts anschließen und sich von dort aus erstrecken. Der Kragabschnitt begrenzt gemeinsam mit der Innenwandung des Gehäuses einen Ringraum, in den Nebenstromanteil des Fluidstroms einströmen kann. Der Kragabschnitt weist eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, durch die hindurch der Nebenstromanteil sodann ausgehend von dem Ringraum in Richtung eines Mittelraums des Strömungselements übertreten kann. Eine Zuleitung eines Anteils des Fluidstroms zu dem Ringraum kann insbesondere durch einen vorstehend beschriebenen Strömungsspalt erfolgen, der zwischen einander zugeordneten Endkanten des Ringvorsprungs des Flow element - viewed in the direction of flow of the fluid flow - circumferentially adjoining the feed section. The cantilever section can in particular adjoin a radially outer end of the feed section and extend from there. The cantilever section, together with the inner wall of the housing, delimits an annular space into which the secondary flow portion of the fluid flow can flow. The cantilever section has a multiplicity of flow channels through which the secondary flow component can then pass, starting from the annular space, in the direction of a central space of the flow element. A feed of a portion of the fluid flow to the annular space can in particular take place through a flow gap described above, which is between mutually associated end edges of the annular projection of the
Gehäuses und des Zuleitabschnitts des Strömungselements vorliegt. Housing and the supply section of the flow element is present.
[20] Vorteilhafterweise ist der Kragabschnitt derart ausgebildet, dass er an seinem dem Zuleitabschnitt abgewandten Ende dicht mit dem Gehäuse zusammenwirkt, das heißt insbesondere dichtend an die Innenwandung des Gehäuses angeschlossen ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der in dem Ringraum befindliche Nebenstromanteil des Fluidstroms den Ringraum ausschließlich durch die Strömungskanäle des Kragabschnitts hindurch verlassen kann. Ein Umströmen des Strömungselements ist mithin unterbunden. [21] Zwecks gleichmäßiger Beschickung sämtlicher Strömungskanäle des Kragabschnitts kann es zudem vorteilhaft sein, wenn der zwischen dem Gehäuse und dem Kragabschnitt begrenzte Ringraum sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - verjüngt. Diese Verjüngung kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass der Kragabschnitt in Form eines Kegelstumpfabschnitts ausgebildet ist, der sich ausgehend von dem Zuleitabschnitt konisch erweitert. [20] The cantilever section is advantageously designed in such a way that it cooperates tightly with the housing at its end remote from the feed section, that is to say, in particular, is connected to the inner wall of the housing in a sealing manner. In this way it is ensured that the secondary flow portion of the fluid flow located in the annular space can leave the annular space exclusively through the flow channels of the cantilever section. A flow around the flow element is therefore prevented. [21] For the purpose of uniform loading of all flow channels of the cantilever section, it can also be advantageous if the annular space delimited between the housing and the cantilever section tapers when viewed in the direction of flow of the fluid flow. This tapering can be achieved in particular in that the cantilever section is designed in the form of a truncated cone section which widens conically starting from the feed section.
[22] In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen In a further advantageous embodiment of the invention
Ventileinrichtung ist das Strömungselement stromabwärts der Einspritzeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise schließt sich das Strömungselement unmittelbar an ein unteres Ende der Einspritzeinrichtung an. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zuleitabschnitt des Strömungselements ein - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - unteres Ende der Einspritzeinrichtung umlaufend umschließt. Dies hat den Vorteil, dass die dem Zuleitabschnitt zugeordneten Strömungskanäle so nah wie möglich an der Valve device, the flow element is arranged downstream of the injection device. The flow element preferably adjoins a lower end of the injection device. It is particularly advantageous if the feed section of the flow element surrounds a lower end of the injection device all the way around, viewed in the direction of flow of the fluid flow. This has the advantage that the flow channels assigned to the feed section are as close as possible to the
Einspritzeinrichtung angeordnet sind, sodass die mittels der Strömungskanäle bewirkte Umwandlung des Zerstäubungsstromanteils des Fluidstroms in einzelne Injection device are arranged so that the conversion of the atomization flow portion of the fluid flow effected by means of the flow channels into individual
Zerstäubungsströme möglichst nah an der Einspritzeinrichtung stattfindet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Zerstäubungsströme in einem Atomization flows as close as possible to the injection device. In this way it is achieved that the flow velocity of the atomizing streams in one
Einspritzbereich, in dem sich das Kühlfluid mit dem Fluidstrom mischt, so groß wie möglich ist. Dementsprechend ist die Zerstäubungswirkung der Zerstäubungsströme in gewünschter Weise so groß wie möglich. Injection area in which the cooling fluid mixes with the fluid flow is as large as possible. Accordingly, the atomizing effect of the atomizing streams is as great as possible in the desired manner.
[23] Unabhängig von der Ausgestaltung des Strömungselements kann zudem eine solche Ventileinrichtung besonders vorteilhaft sein, bei der dem Eintrittsstutzen ein insbesondere rotationssymmetrischer Lochzylinder zugeordnet ist, der den Kolben umlaufend umgibt und eine Vielzahl von Strömungskanälen aufweist. Der Lochzylinder dient dazu, die durch den Eintrittsstutzen erfolgte Einströmung des Fluidstroms zu vergleichmäßigen, sodass die Anströmung des Kolbens bzw. des Dichtsitzes möglichst gleichmäßig erfolgt. Im Hinblick auf eine möglichst robuste Ausgestaltung der Ventileinrichtung ist dies vorteilhaft, da eine asymmetrische Anströmung bestimmter Bereiche der Ventileinrichtung vermieden und mithin eine Belastung des Materials der Ventileinrichtung vergleichmäßigt werden. Regardless of the configuration of the flow element, such a valve device can also be particularly advantageous in which the inlet connector is assigned a particularly rotationally symmetrical perforated cylinder which surrounds the piston circumferentially and has a large number of flow channels. The perforated cylinder serves to equalize the inflow of the fluid flow through the inlet nozzle, so that the inflow of the piston or the sealing seat is as uniform as possible. With regard to the most robust possible design of the valve device, this is advantageous, since an asymmetrical flow onto certain areas of the valve device is avoided and consequently a load on the material of the valve device is evened out.
[24] Zudem kann es besonders von Vorteil sein, wenn die Strömungskanäle der In addition, it can be particularly advantageous if the flow channels of the
Ventileinrichtung ungeachtet ihrer Zugehörigkeit zu einzelnen Bauteilen derselben angesenkt ausgebildet sind. Hierbei ist ein Durchmesser eines jeweiligen Strömungskanals in einem - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - vorderen Endbereich trichterförmig erweitert. Diese Ausgestaltung verhilft dazu, innere Mantelflächen der Strömungskanäle zumindest teilweise mit einer Beschichtung zu versehen, die eine Widerstandsfähigkeit des jeweilig betroffenen Bauteils gegen abrasiven Verschleiß erhöht. Insbesondere ist es denkbar, die einzelnen Bauteile der Ventileinrichtung mit einer Chromcarbid-Beschichtung zu versehen. Valve device are formed countersunk regardless of their affiliation to individual components of the same. Here, a diameter of a respective flow channel is expanded in a funnel-shaped manner in a front end region, viewed in the direction of flow of the fluid flow. This configuration helps to at least partially provide inner lateral surfaces of the flow channels with a coating that has a resistance of the respective affected component increased against abrasive wear. In particular, it is conceivable to provide the individual components of the valve device with a chromium carbide coating.
Ausführungsbeispiele Embodiments
[25] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt: [25] The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment that is illustrated in the figures. It shows:
Fig. 1 : Einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße 1: A schematic cross section through an inventive
Ventileinrichtung und Valve device and
Fig. 2: Ein schematisches Detail eines Strömungselements der Ventileinrichtung gemäß Figur 1. [26] Ein Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1. Diese umfasst ein Gehäuse 3, das zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezogen auf eine Mittelachse 2 ausgebildet ist. An das Gehäuse 3 ist ein Eintrittsstutzen 4 angeschlossen, mittels dessen der Ventileinrichtung 1 ein Fluidstrom 5 zuleitbar ist. Der Fluidstrom 5 strömt dabei zunächst in einen Eintrittsraum 34 ein, innerhalb dessen ein axial beweglicher Kolben 6 angeordnet ist. Besagter Kolben 6 dient dazu, einem ihm zugeordneten Dichtsitz 7 dichtend zusammenzuwirken. Der Kolben 6 ist dabei zwischen verschiedenen Stellungen relativ zu dem Dichtsitz 7 bewegbar, wobei je nach Stellung des Kolbens 6 ein Betrag des Fluidstroms 5, der die Ventileinrichtung 1 durchströmt, regulierbar ist. In dem gezeigten Beispiel ist in dem Eintrittsraum 34 ein 2: A schematic detail of a flow element of the valve device according to FIG. 1. [26] An exemplary embodiment, which is shown in FIGS. 1 and 2, comprises a valve device 1 according to the invention. This comprises a housing 3 which is at least essentially rotationally symmetrical with respect to a central axis 2 is formed. An inlet nozzle 4 is connected to the housing 3, by means of which the valve device 1 can be supplied with a fluid flow 5. The fluid stream 5 first flows into an inlet space 34, within which an axially movable piston 6 is arranged. Said piston 6 serves to cooperate in a sealing manner with a sealing seat 7 assigned to it. The piston 6 can be moved between different positions relative to the sealing seat 7, and depending on the position of the piston 6, an amount of the fluid flow 5 which flows through the valve device 1 can be regulated. In the example shown, there is a in the entry space 34
Lochzylinder 22 angeordnet, der über eine Vielzahl von Strömungskanälen 23 verfügt. Der Lochzylinder 22 umgibt sowohl den Kolben 6 als auch den Dichtsitz 7, sodass ein Passieren des Dichtsitzes 7 nur nach einer Durchströmung der Strömungskanäle 23 des Lochzylinders 22 möglich ist. Der Lochzylinder 22 wirkt dabei gewissermaßen als Drosselstufe, die eine Vergleichmäßigung der Anströmung sowohl des Kolbens 6 als auch des Dichtsitzes 7 erreicht. Nach dem Passieren des Dichtsitzes 7 gelangt der Fluidstrom 5 in einen Mittelraum 35 der Ventileinrichtung 1 , wobei dem Mittelraum 35 in dem gezeigten Beispiel eine Perforated cylinder 22 is arranged, which has a plurality of flow channels 23. The perforated cylinder 22 surrounds both the piston 6 and the sealing seat 7, so that it is only possible to pass through the sealing seat 7 after the flow channels 23 of the perforated cylinder 22 have flowed through. The perforated cylinder 22 acts to a certain extent as a throttle stage, which achieves an equalization of the flow to both the piston 6 and the sealing seat 7. After passing through the sealing seat 7, the fluid flow 5 reaches a central space 35 of the valve device 1, the central space 35 in the example shown being a
Drosselstufe 28 zugeordnet ist. Diese umfasst eine Mehrzahl von Strömungskanälen 29, durch die hindurch der Fluidstrom 5 im Zuge der Durchströmung der Ventileinrichtung 1 strömen muss. Die Strömungskanäle 29 bewirken einen Druckabbau sowie eine Throttle stage 28 is assigned. This comprises a plurality of flow channels 29 through which the fluid flow 5 must flow in the course of flowing through the valve device 1. The flow channels 29 cause a pressure reduction and a
Temperatursenkung des Fluidstroms 5. Je nach Vorgabe kann die Ventileinrichtung 1 mit einer Mehrzahl von Drosselstufen 28 ausgestattet sein, um eine jeweils gewünschte Lowering the temperature of the fluid flow 5. Depending on the specification, the valve device 1 can be equipped with a plurality of throttle stages 28 in order to achieve a desired one
Reduktion von Druck und Temperatur des jeweiligen Fluidstroms 5 zu erzielen. To achieve a reduction in pressure and temperature of the respective fluid flow 5.
[27] Zwecks Abbaus thermischer Energie des Fluidstroms 5 umfasst die Ventileinrichtung 1 ferner eine Einspritzeinrichtung 9, die mit einem Zuleitkanal 24 zur Zuleitung eines Kühlfluids 31 zusammenwirkt. Der Zuleitkanal 24 schließt an ein Düsengehäuse 25 der Einspritzeinrichtung 9 an, innerhalb dessen eine Einspritzdüse 36 angeordnet ist. Diese ist mittels einer Feder 26 gegen einen Düsensitz 27 gedrückt, sodass die Einspritzdüse 36 gemeinsam mit dem Düsensitz 27 bei Vorliegen in einem im Übrigen kraftfreien Zustand dichtend zusammenwirkt. Zur Auslösung der Einspritzdüse 36 wird die Einspritzeinrichtung 9 mit dem Kühlfluid 31 beschickt. Unter dem Druck des letzteren wird eine Federkraft der Feder 26 überwunden, sodass die Einspritzdüse 36 aus ihren Düsensitz 27 gedrückt wird. Hierdurch wird eine Strömungsverbindung von dem Zuleitkanal 24 zu einem Innenraum des Gehäuses 3 freigegeben, woraufhin das Kühlfluid 31 in den Fluidstrom 5 eingespritzt wird. Aufgrund einer konisch zulaufenden Ausgestaltung des Düsensitzes 27 wird das Kühlfluid 31 kegelförmig eingespritzt, wie sich besonders gut anhand von Figur 2 ergibt. [27] For the purpose of reducing thermal energy of the fluid flow 5, the valve device 1 further comprises an injection device 9, which is provided with a supply channel 24 for supplying a Cooling fluid 31 cooperates. The feed channel 24 adjoins a nozzle housing 25 of the injection device 9, within which an injection nozzle 36 is arranged. This is pressed against a nozzle seat 27 by means of a spring 26, so that the injection nozzle 36, together with the nozzle seat 27, cooperates in a sealing manner when it is in an otherwise force-free state. In order to trigger the injection nozzle 36, the injection device 9 is charged with the cooling fluid 31. Under the pressure of the latter, a spring force of the spring 26 is overcome, so that the injection nozzle 36 is pressed out of its nozzle seat 27. This releases a flow connection from the supply channel 24 to an interior space of the housing 3, whereupon the cooling fluid 31 is injected into the fluid flow 5. Due to a conically tapering design of the nozzle seat 27, the cooling fluid 31 is injected in a conical shape, as can be seen particularly well with reference to FIG.
[28] Damit das Kühlfluid 31 möglichst schnell verdampft und auf diese Weise die gewünschte Abkühlung des Fluidstroms 5 erzielt wird, wird das Kühlfluid 31 zerstäubt. [28] So that the cooling fluid 31 evaporates as quickly as possible and in this way the desired cooling of the fluid flow 5 is achieved, the cooling fluid 31 is atomized.
Hierfür wird es in Zerstäubungsströme 12 eingespritzt, der von einem For this purpose, it is injected into atomization streams 12, which is supplied by a
Zerstäubungsstromanteil 33 des Fluidstroms 5 gebildet ist. Um die Zerstäubungsströme 12 zu erzeugen, umfasst die Ventileinrichtung 1 ein Strömungselement 8, das in dem gezeigten Beispiel topfförmig ausgebildet ist. Das Strömungselement 8 umfasst einen oberen Atomization flow portion 33 of the fluid flow 5 is formed. In order to generate the atomization flows 12, the valve device 1 comprises a flow element 8 which, in the example shown, is pot-shaped. The flow element 8 comprises an upper one
Zuleitabschnitt 13 sowie einen unteren Kragabschnitt 19. Der Zuleitabschnitt 13 schließt sich in dem gezeigten Beispiel unmittelbar an ein in Strömungsrichtung des Kühlfluids 31 betrachtet unteres Ende 37 der Einspritzdüse 36 der Einspritzeinrichtung 9 an und erstreckt sich bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 in radiale Richtung nach außen. Auf diese Weise ragt der Zuleitabschnitt 13 gewissermaßen in eine Strömung des Fluidstroms 5 hinein. Der Kragabschnitt 19 schließt sich an ein radial äußeres Ende des Zuleitabschnitts 13 an letzteren an und erstreckt sich ausgehend von dem Zuleitabschnitt 13 in konisch erweiternder Weise in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5. Feed section 13 and a lower cantilever section 19. In the example shown, the feed section 13 adjoins a lower end 37 of the injection nozzle 36 of the injection device 9, viewed in the flow direction of the cooling fluid 31, and extends in the radial direction relative to the central axis 2 of the housing 3 outward. In this way, the feed section 13 protrudes to a certain extent into a flow of the fluid flow 5. The cantilever section 19 adjoins a radially outer end of the feed section 13 on the latter and, starting from the feed section 13, extends in a conically widening manner in the flow direction of the fluid flow 5.
[29] Erfindungsgemäß wirkt der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 mit einem an einer Innenwandung 14 des Gehäuses 3 ausgebildeten Ringvorsprung 15 zusammen. According to the invention, the feed section 13 of the flow element 8 interacts with an annular projection 15 formed on an inner wall 14 of the housing 3.
Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass er radial bezogen auf die Mittelachse 2 nach innen an der Innenwandung 14 vorsteht und auf diese Weise eine Ablenkwirkung auf den This is characterized in that it protrudes radially with respect to the central axis 2 inward on the inner wall 14 and in this way has a deflecting effect on the
Fluidstrom 5 ausübt. Insbesondere wird dem Fluidstrom 5 mittels des Ringvorsprungs 15 ein radial nach innen gerichteter Richtungsanteil aufgeprägt. Der Ringvorsprung 15 ist hierbei in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet stetig gekrümmt, das heißt ohne unstetig vorspringenden Vorsprung, ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass der Fluidstrom 5 über eine Lenkstrecke hinweg von der Innenwandung 14 weggelenkt wird, ohne dass der Fluidstrom 5 auf eine unstetig vorragende Prallfläche trifft und dabei in einen turbulenten Strom umgewandelt wird. Der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 ist in dem gezeigten Beispiel in gleicher weise gekrümmt ausgebildet, wobei der Zuleitabschnitt 13 die Krümmung des Ringvorsprungs 15 fortsetzt. Dies ergibt sich besonders gut anhand des Details gemäß Figur 2. Ein Krümmungsverlauf gestaltet sich ausgehend von der Fluid flow 5 exerts. In particular, a radially inwardly directed directional component is impressed on the fluid flow 5 by means of the annular projection 15. The annular projection 15 is continuously curved, viewed in the direction of flow of the fluid flow 5, that is to say without a discontinuously projecting projection. What is achieved hereby is that the fluid flow 5 is deflected away from the inner wall 14 over a steering path, without the fluid flow 5 striking a discontinuously protruding baffle surface and thereby becoming a turbulent one Electricity is converted. In the example shown, the feed section 13 of the flow element 8 is designed to be curved in the same way, the feed section 13 continuing the curvature of the annular projection 15. This can be seen particularly well on the basis of the detail according to FIG. 2. A curvature profile is based on FIG
Innenwandung 14 bis hin zu einem radial innenliegenden Ende des Zuleitabschnitts 13 in stetig zunehmender Weise, wobei der Zuleitabschnitt 13 im Querschnitt betrachtet gewissermaßen schalenförmig ausgebildet ist und den Fluidstrom 5 auf diese Weise einfängt. Der Zuleitabschnitt 13 ist an seinem radial innenliegenden Ende unmittelbar an die Einspritzeinrichtung 9 angeschlossen, wobei ein Vorbeiströmen des Inner wall 14 up to a radially inner end of the feed section 13 in a steadily increasing manner, with the feed section 13, viewed in cross section, being designed as it were bowl-shaped and capturing the fluid flow 5 in this way. The feed section 13 is connected directly to the injection device 9 at its radially inner end, with the flowing past
Zerstäubungsstromanteils 33 des Fluidstroms 5 an dem Strömungselement 8 zwischen dem Zuleitabschnitt 13 und der Einspritzeinrichtung 9 nicht möglich ist. Atomization flow portion 33 of the fluid flow 5 at the flow element 8 between the feed section 13 and the injection device 9 is not possible.
[30] Der Zuleitabschnitt 13 wirkt in dem gezeigten Beispiel mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen 10 zusammen, die eine Durchströmung des Strömungselements 8 ermöglichen. Die Strömungskanäle 10 bewirken hierbei vorsätzlich eine Verengung eines Strömungsquerschnitts für den Zerstäubungsstromanteil 33 des Fluidstroms 5, sodass im Zuge der Durchströmung der Strömungskanäle 10 der Zerstäubungsstromanteil 33 stark beschleunigt wird. Hierdurch wird mittels der Mehrzahl von Strömungskanälen 10 eine Mehrzahl von Zerstäubungsströmen 12 erzeugt, deren Strömungsgeschwindigkeit gegenüber einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluidstroms 5 diesseits des [30] In the example shown, the feed section 13 interacts with a plurality of flow channels 10 which allow a flow through the flow element 8. The flow channels 10 intentionally narrow a flow cross-section for the atomization flow portion 33 of the fluid flow 5, so that the atomization flow portion 33 is greatly accelerated in the course of the flow through the flow channels 10. As a result, by means of the plurality of flow channels 10, a plurality of atomization streams 12 is generated, the flow rate of which is compared to a flow rate of the fluid stream 5 on this side
Strömungselements 8 stark erhöht ist. Die Strömungskanäle 10 sind dabei bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 schräg nach innen ausgerichtet, sodass die Flow element 8 is greatly increased. The flow channels 10 are oriented obliquely inward relative to the central axis 2 of the housing 3, so that the
Zerstäubungsströme 12 einen radialen Richtungsanteil erhalten, der auf die Mittelachse 2 zugerichtet ist. Auf diese Weise werden die Zerstäubungsströme 12 unmittelbar unter die Einspritzeinrichtung 9 geführt. Dies hat zur Folge, dass die Einspritzung des Kühlfluids 31 direkt in die Zerstäubungsströme 12 erfolgt, in denen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Hierdurch wird erreicht, dass das Kühlfluid 31 sehr fein zerstäubt wird, wodurch eine sehr schnelle Verdampfung des Kühlfluids 31 erzielt wird. Atomization streams 12 receive a radial directional component which is directed towards the central axis 2. In this way, the atomization streams 12 are guided directly below the injection device 9. As a result, the cooling fluid 31 is injected directly into the atomization streams 12, in which there is a high flow velocity. What is achieved hereby is that the cooling fluid 31 is very finely atomized, as a result of which very rapid evaporation of the cooling fluid 31 is achieved.
[31] Der Ringvorsprung 15 und der Zuleitabschnitt 13 des Strömungselements 8 sind beabstandet voneinander angeordnet, wobei einander zugeordnete Endkanten 16, 17 des Ringvorsprungs 15 bzw. des Zuleitabschnitts 13 gemeinsam einen Strömungsspalt 18 begrenzen. Durch diesen Strömungsspalt 18 hindurch kann ein Anteil des Fluidstroms 5 an dem Zuleitabschnitt 13 vorbeigeführt werden. Dieser Anteil wird hier als Nebenstromanteil 32 bezeichnet. Der Nebenstromanteil 32 strömt in einen Ringraum 20 ein, der von dem The annular projection 15 and the feed section 13 of the flow element 8 are arranged at a distance from one another, with mutually associated end edges 16, 17 of the annular projection 15 or the feed section 13 jointly delimiting a flow gap 18. A portion of the fluid flow 5 can be conducted past the feed section 13 through this flow gap 18. This portion is referred to here as the secondary flow portion 32. The secondary flow portion 32 flows into an annular space 20, which of the
Gehäuse 3 und dem Kragabschnitt 19 des Strömungselements 8 begrenzt ist. Der Housing 3 and the cantilever portion 19 of the flow element 8 is limited. Of the
Kragabschnitt 19 ist hier kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei er einen sich in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet konisch erweiternden Querschnitt aufweist. An einem dem Zuleitabschnitt 13 abgewandten Ende schließt der Kragabschnitt 19 an einer Kontaktstelle 30 (bzw. einem umlaufenden Kontaktring) dichtend an die Innenwandung 14 des Gehäuses 3 an. Infolgedessen kann der Nebenstromanteil 32 des Fluidstroms 5 ausschließlich durch Strömungskanäle 11 des Strömungselements 8 hindurchströmen, die dem Kragabschnitt 19 zugeordnet sind. Hierbei wird der Nebenstromanteil 32 in radiale Richtung bezogen auf die Mittelachse 2 des Gehäuses 3 einem Mittelraum 21 des The cantilever section 19 is frustoconical here, with an in Has a conically widening cross-section when viewed in the direction of flow of the fluid flow 5. At an end facing away from the supply section 13, the cantilever section 19 adjoins the inner wall 14 of the housing 3 in a sealing manner at a contact point 30 (or a circumferential contact ring). As a result, the secondary flow portion 32 of the fluid flow 5 can flow exclusively through flow channels 11 of the flow element 8 which are assigned to the cantilever section 19. Here, the bypass flow portion 32 is in the radial direction based on the central axis 2 of the housing 3 in a central space 21 of the
Strömungselements 8 zugeleitet. Flow element 8 supplied.
[32] Das Zusammenspiel von Ringvorsprung 15 und vorragendem Zuleitabschnitt 13 bewirkt, dass der Zerstäubungsstromanteil 33, der mittels des Zuleitabschnitts 13 den Mittelraum 21 zugeleitet wird, relativ unabhängig von einem Betrag des gesamten The interaction of the annular projection 15 and the protruding feed section 13 has the effect that the atomization flow component 33, which is fed to the central space 21 by means of the feed section 13, is relatively independent of an amount of the total
Fluidstroms 5 in Relation zu dem Nebenstromanteil 32 gleichbleibt. Insbesondere wird erreicht, dass selbst bei einem vergleichsweise geringen Betrag des Fluidstroms 5 die Zerstäubungsströme 12 eine ausreichende Zerstäubungswirkung auf das Kühlfluid 31 ausüben, sodass letzteres fein zerstäubt und infolgedessen schnell verdampft wird. Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1 erreicht damit das Ziel, eine feine Zerstäubung des Kühlfluids 31 zu erreichen, ohne dass eine Verstellung des Strömungselements 8 erfolgen muss. Insbesondere kann darauf verzichtet werden, relativ zueinander bewegliche Teile vorzusehen, mittels derer eine Zuweisung von Strömungsanteilen des Fluidstroms zu bestimmten Strömungskanälen erzwungen wird, um unabhängig von einem Betrag des Fluidstroms eine ausreichende Beschleunigung des Fluidstroms inklusive einer dadurch bedingten feinen Zerstäubung Kühlfluids zu erzielen. Die erfindungsgemäße Fluid flow 5 remains the same in relation to the secondary flow portion 32. In particular, it is achieved that even with a comparatively small amount of the fluid flow 5, the atomizing flows 12 exert a sufficient atomizing effect on the cooling fluid 31 so that the latter is finely atomized and consequently evaporated quickly. The valve device 1 according to the invention thus achieves the goal of achieving a fine atomization of the cooling fluid 31 without having to adjust the flow element 8. In particular, it is possible to dispense with providing parts that are movable relative to one another, by means of which an allocation of flow components of the fluid flow to specific flow channels is forced in order to achieve sufficient acceleration of the fluid flow, including the resulting fine atomization of cooling fluid, regardless of the amount of the fluid flow. The inventive
Ventileinrichtung 1 ist ohne solche relativ zueinander beweglichen Teile deutlich robuster als bekannte Ventileinrichtungen 1 , die sich derartiger Mechaniken bedienen. Without such parts that can move relative to one another, valve device 1 is significantly more robust than known valve devices 1 which use such mechanisms.
[33] Um die Robustheit der Ventileinrichtung 1 gegenüber abrasivem Verschleiß weiter zu verbessern, ist die Ventileinrichtung 1 in dem gezeigten Beispiel beschichtet ausgebildet. Insbesondere sind alle Oberflächen, die unmittelbar mit dem Fluidstrom 5 Zusammenwirken, mit einer Chromcarbid-Beschichtung ausgestattet. Hierzu sind in besonders vorteilhafter Weise sämtliche Strömungskanäle 10, 11 , 23, 29 Ventileinrichtung 1 angesenkt ausgebildet, wobei ein in Strömungsrichtung des Fluidstroms 5 betrachtet vorderer Einströmbereich eines jeweiligen Strömungskanals trichterförmig erweitert ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung der Strömungskanäle 10, 11 , 23, 29 hat sich für eine Beschichtung von inneren Mantelflächen der Strömungskanäle 10, 11 , 23, 29 mit einer jeweiligen Beschichtung als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bezugszeichenliste In order to further improve the robustness of the valve device 1 with respect to abrasive wear, the valve device 1 in the example shown is designed to be coated. In particular, all surfaces that interact directly with the fluid flow 5 are provided with a chromium carbide coating. For this purpose, all flow channels 10, 11, 23, 29 valve device 1 are countersunk in a particularly advantageous manner, with a front inflow area of a respective flow channel widened in a funnel shape when viewed in the flow direction of the fluid flow 5. This configuration of the flow channels 10, 11, 23, 29 has proven to be particularly advantageous for coating inner lateral surfaces of the flow channels 10, 11, 23, 29 with a respective coating. List of reference symbols
1 Ventileinrichtung 1 valve device
2 Mittelachse 2 central axis
3 Gehäuse 3 housing
4 Eintrittsstutzen 4 inlet nozzles
5 Fluidstrom 5 fluid flow
6 Kolben 6 pistons
7 Dichtsitz 7 tight fit
8 Strömungselement 9 Einspritzeinrichtung 8 flow element 9 injection device
10 Strömungskanal 11 Strömungskanal 12 Zerstäubungsstrom 13 Zuleitabschnitt 14 Innenwandung10 flow channel 11 flow channel 12 atomization flow 13 feed section 14 inner wall
15 Ringvorsprung15 ring projection
16 Endkante 16 end edge
17 Endkante 17 end edge
18 Strömungsspalt 19 Kragabschnitt 18 flow gap 19 cantilever section
20 Ringraum 20 annulus
21 Mittel raum 21 Middle room
22 Lochzylinder 22 perforated cylinders
23 Strömungskanal 24 Zuleitkanal 23 flow channel 24 supply channel
25 Düsengehäuse 25 nozzle housings
26 Feder 26 spring
27 Düsensitz 28 Drosselstufe27 nozzle seat 28 throttle level
29 Strömungskanal29 flow channel
30 Kontaktstelle 30 contact point
31 Kühlfluid 31 cooling fluid
32 Nebenstromanteil32 Bypass flow
33 Zerstäubungsstromanteil33 Part of atomization flow
34 Eintrittsraum 34 Entry room
35 Mittel raum 35 Middle room
36 Einspritzdüse 36 injector
37 Ende 37 end

Claims

Patentansprüche Claims
1. Ventileinrichtung (1), insbesondere in Form eines Regelventils für Kraftwerke, umfassend 1. Valve device (1), in particular in the form of a control valve for power plants, comprising
ein sich entlang einer Mittelachse (2) erstreckendes Gehäuse (3), einen Eintrittsstutzen (4) zur Einleitung eines Fluidstroms (5) in das a housing (3) extending along a central axis (2), an inlet connection (4) for introducing a fluid flow (5) into the
Gehäuse (3), Housing (3),
einen beweglichen Kolben (6) sowie einen dem Kolben (6) a movable piston (6) and a piston (6)
zugeordneter Dichtsitz (7), assigned sealing seat (7),
ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes, rotationssymmetrisches a rotationally symmetrical one arranged in the housing (3)
Strömungselement (8) zur Behandlung des Fluidstroms (5), sowie eine Einspritzeinrichtung (9) zur Einspritzung eines Kühlfluids (31), wobei mittels des Kolbens (6) in Zusammenwirkung mit dem Dichtsitz (7) der Fluidstrom (5) regulierbar ist, Flow element (8) for treating the fluid flow (5) and an injection device (9) for injecting a cooling fluid (31), the fluid flow (5) being adjustable by means of the piston (6) in cooperation with the sealing seat (7),
wobei das Strömungselement (8) eine Mehrzahl von Strömungskanälen (10) aufweist, durch die hindurch zumindest ein Teil des Fluidstroms (5) leitbar, im Zuge dessen beschleunigbar und auf diese Weise lokal in wherein the flow element (8) has a plurality of flow channels (10) through which at least a part of the fluid flow (5) can be guided, accelerated in the course of this and in this way locally in
Zerstäubungsströme (12) überführbar ist, Atomization streams (12) can be transferred,
wobei das Strömungselement (8) derart relativ zu der Einspritzeinrichtung (9) angeordnet ist, dass das Kühlfluid in die Zerstäubungsströme (12) einspritzbar ist, wherein the flow element (8) is arranged relative to the injection device (9) in such a way that the cooling fluid can be injected into the atomization flows (12),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Strömungselement (8) einen in einen Strömungsbereich des Fluidstroms (5) ragenden, umlaufenden Zuleitabschnitt (13) aufweist, mittels dessen ein Teil des Fluidstroms (5) fangbar und dem Zuleitabschnitt (13) zugeordneten Strömungskanälen (10) zuleitbar ist, the flow element (8) has a circumferential feed section (13) protruding into a flow area of the fluid flow (5), by means of which part of the fluid flow (5) can be caught and flow channels (10) assigned to the feed section (13) can be fed,
wobei eine Innenwandung (14) des Gehäuses (3) einen dem Zuleitabschnitt (13) zugeordneten, sich radial in Richtung der Mittelachse (2) erstreckenden, umlaufenden Ringvorsprung (15) aufweist, mittels dessen zumindest ein Teil des Fluidstroms (5) in Richtung des Zuleitabschnitts (13) des wherein an inner wall (14) of the housing (3) has a peripheral annular projection (15) assigned to the feed section (13) and extending radially in the direction of the central axis (2), by means of which at least part of the fluid flow (5) in the direction of the Feed section (13) of the
Strömungselements (8) lenkbar ist. Flow element (8) is steerable.
2. Ventileinrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ringvorsprung (15) - in Strömungsrichtung des Fluidstroms (5) betrachtet - gekrümmt ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Zuleitabschnitt (13) des Strömungselements (8) einen Krümmungsverlauf des Ringvorsprungs (15) fortsetzend ausgebildet ist. 2. Valve device (1) according to claim 1, characterized in that the annular projection (15) - viewed in the direction of flow of the fluid flow (5) - is curved, with the feed section (13) of the flow element (8) preferably having a curvature of the annular projection ( 15) is designed to be continued.
3. Ventileinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungselement (8) derart mit dem Gehäuse (3) zusammenwirkt, dass der Fluidstrom (5) im Zuge seiner Durchströmung der Ventileinrichtung (1) das Strömungselement (8) durchströmen muss. 3. Valve device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the flow element (8) cooperates with the housing (3) in such a way that the fluid flow (5) as it flows through the valve device (1) the flow element (8) must flow through.
4. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 4. Valve device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized
gekennzeichnet, dass eine Endkante (16) des Ringvorsprungs (15) und eine ihr zugeordnete Endkante (17) des Zuleitabschnitts (13) beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass sie gemeinsame einen Strömungsspalt (18) begrenzen, durch den ein Teil des Fluidstroms (5) an der Innenwandung (14) des Gehäuses (3) entlang an dem Zuleitabschnitt (13) vorbeiströmen kann. characterized in that an end edge (16) of the annular projection (15) and an associated end edge (17) of the feed section (13) are arranged at a distance from one another, so that they jointly delimit a flow gap (18) through which part of the fluid flow (5) can flow past the inner wall (14) of the housing (3) along the feed section (13).
5. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5. Valve device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest die dem Zuleitabschnitt (13) des characterized in that at least the supply section (13) of the
Strömungselements (8) zugeordneten Strömungskanäle (10) - in Flow channels (10) assigned to flow element (8) - in
Strömungsrichtung des Fluidstroms (5) betrachtet - sich schräg in Richtung auf die Mittelachse (2) des Gehäuses (3) zu erstrecken. The direction of flow of the fluid flow (5) viewed - to extend obliquely in the direction of the central axis (2) of the housing (3).
6. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch 6. Valve device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass das Strömungselement (8) einen sich - in characterized in that the flow element (8) has a - in
Strömungsrichtung des Fluidstroms (5) betrachtet - an den Zuleitabschnitt (13) umlaufend anschließenden Kragabschnitt (19) aufweist, der gemeinsam mit der Innenwandung (14) des Gehäuses (3) einen Ringraum (20) begrenzt, wobei der Kragabschnitt (19) eine Vielzahl von Strömungskanälen (11) aufweist, durch die hindurch der Fluidstrom (5) ausgehend von dem Ringraum in einen Mittelraum (21) des Strömungselements (8) übertreten kann. The direction of flow of the fluid flow (5) viewed - has a cantilever section (19) which adjoins the feed section (13) and which, together with the inner wall (14) of the housing (3), delimits an annular space (20), the cantilever section (19) having a plurality of flow channels (11) through which the fluid flow (5), starting from the annular space, can pass into a central space (21) of the flow element (8).
7. Ventileinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 7. Valve device (1) according to claim 6, characterized in that the
Strömungselement (8) an einem dem Zuleitabschnitt (13) abgewandten Ende des Kragabschnitts (19) dicht an die Innenwandung (14) des Gehäuses (3) angeschlossen ist. The flow element (8) is tightly connected to the inner wall (14) of the housing (3) at an end of the cantilever section (19) facing away from the feed section (13).
8. Ventileinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Innenwandung (14) des Gehäuses (3) und dem Kragabschnitt (19) des Strömungselements (8) begrenzte Ringraum (20) sich - in 8. Valve device (1) according to claim 6 or 7, characterized in that the between the inner wall (14) of the housing (3) and the cantilever portion (19) of the flow element (8) limited annular space (20) - in
Strömungsrichtung des Fluidstroms (5) betrachtet - sukzessive verjüngt, wobei vorzugsweise der Kragabschnitt (19) in Form eines Kegelstumpfabschnitts ausgebildet ist, der sich - in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet - ausgehend von dem Zuleitabschnitt (13) konisch erweitert. Viewed in the direction of flow of the fluid flow (5), it gradually tapers, with the cantilever section (19) preferably being designed in the form of a truncated cone section which, viewed in the flow direction of the fluid flow, widens conically starting from the feed section (13).
9. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch 9. Valve device (1) according to one of claims 6 to 8, characterized
gekennzeichnet, dass Strömungskanäle (10) des Zuleitabschnitts (13) jeweils einen größeren Durchmesser aufweisen als Strömungskanäle (11) des characterized in that flow channels (10) of the feed section (13) each have a larger diameter than flow channels (11) of the
Kragabschnitts (19), wobei vorzugsweise der Durchmesser eines jeweiligen Strömungskanals (10) des Zuleitabschnitts (13) mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser eines jeweiligen Strömungskanals (11) des Kragabschnitts (19). Cantilever section (19), the diameter of a respective flow channel (10) of the feed section (13) preferably being at least twice as large as the diameter of a respective flow channel (11) of the cantilever section (19).
10. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch 10. Valve device (1) according to one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass das Strömungselement (8) stromabwärts der characterized in that the flow element (8) downstream of the
Einspritzeinrichtung (9) angeordnet ist, vorzugsweise sich unmittelbar an ein unteres Ende der Einspritzeinrichtung (9) anschließt. Injection device (9) is arranged, preferably directly adjoins a lower end of the injection device (9).
11. Ventileinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuleitabschnitt (13) dem unteren Ende der Einspritzeinrichtung (9), insbesondere einem unteren Ende (37) einer Einspritzdüse (36) der Einspritzeinrichtung (9), zugeordnet ist, sodass eine mittels der Einspritzeinrichtung (9) erfolgende Einspritzung des Kühlfluids (31) unmittelbar in die mittels der Strömungskanäle (10) des Zuleitabschnitts (13) erzeugten Zerstäubungsströme (12) einspritzbar ist. 11. Valve device (1) according to claim 10, characterized in that the feed section (13) is assigned to the lower end of the injection device (9), in particular a lower end (37) of an injection nozzle (36) of the injection device (9), so that an injection of the cooling fluid (31) carried out by means of the injection device (9) can be injected directly into the atomization streams (12) generated by means of the flow channels (10) of the feed section (13).
12. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch 12. Valve device (1) according to one of claims 1 to 11, characterized
gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (10) in einem radial innenliegenden Randbereich des Zuleitabschnitts (13) angeordnet sind. characterized in that the flow channels (10) are arranged in a radially inner edge region of the feed section (13).
13. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen dem Eintrittsstutzen (4) zugeordneten, rotationssymmetrischen 13. Valve device (1) according to one of claims 1 to 12, characterized by a rotationally symmetrical one assigned to the inlet connection piece (4)
Lochzylinder (22), der den Kolben (6) umlaufend umgibt und eine Vielzahl von Strömungskanälen (23) aufweist, wobei vorzugsweise der Fluidstrom (5) zur Durchströmung der Ventileinrichtung (1) den Lochzylinder (22) durchströmen muss. Perforated cylinder (22) which surrounds the piston (6) and has a plurality of flow channels (23), the fluid stream (5) preferably having to flow through the perforated cylinder (22) to flow through the valve device (1).
14. Ventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strömungskanal (10, 11 , 23, 29), vorzugsweise sämtliche Strömungskanäle (10, 11 , 23, 29), angesenkt ausgebildet sind, vorzugsweise in ihren Einströmbereichen. 14. Valve device (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least one flow channel (10, 11, 23, 29), preferably all of the flow channels (10, 11, 23, 29), are countersunk, preferably in their inflow areas.
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