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Dokumentenidentifikation DE69732657T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000954711
Titel VENTIL MIT INNENDIFFUSOR
Anmelder Dresser, Inc., Addison, Tex., US
Erfinder LEINEN, M., Chris, Austin, US;
HODGSON, S., Stephen, Houston, US
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69732657
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.12.1997
EP-Aktenzeichen 979524840
WO-Anmeldetag 15.12.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/US97/23253
WO-Veröffentlichungsnummer 0098031957
WO-Veröffentlichungsdatum 23.07.1998
EP-Offenlegungsdatum 10.11.1999
EP date of grant 02.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse F16K 47/04
IPC-Nebenklasse F16K 5/10   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Strömungen in Rohren und Regelventilen und genauer auf die Dämpfung von Vibration, Kavitation und Schallentstehung in Durchflußregelventilen, die einen internen Diffusor verwenden.

Durchflußregelventile werden verwendet, um eine Fluidströmung durch Einführen eines Druckabfalls in einen Fluidstrom zu regulieren, wobei die Strömung durch Verändern des Druckabfalls reguliert wird. Unter bestimmten Bedingungen können örtlich begrenzte hohe Druckabfälle auftreten, die Vibrations- und Schallentstehungsprobleme in einem Gasdienst oder Kavitation in einem Flüssigkeitsdienst verursachen. Es sind Anstrengungen unternommen worden, um örtlich begrenzte hohe Druckabfälle durch Verteilen eines Gesamtdruckabfalls unter verschiedenen Komponenten des Ventils zu verhindern.

Zur Kavitations- oder Schallentstehungsdämpfung ist es erwünscht, den durch ein Ventil aufgenommenen Druckabfall über so viele Komponenten in dem Ventil wie möglich zu verteilen. Jede Komponente weist ein Druckabfallverhältnis auf, ein Verhältnis des Druckabfalls dividiert durch den Einlaßdruck zu dieser Komponente. Ein Ventil muß den Durchfluß unter vorgegebenen Bedingungen drosseln, was einen Gesamtdruckabfall zur Folge hat. Dieser Gesamtdruckabfall wird unter den verschiedenen Komponenten in dem Ventil aufgeteilt, die zu der Durchflußdrosselung und somit zu dem Gesamtdruckabfall beitragen. Je mehr Komponenten es in einem Ventil zur Aufnahme von Druckabfällen gibt, desto niedriger ist das Druckabfallverhältnis für jede Komponente.

In dem U.S.-Patent Nr. 5,437,305 ist ein Einlaßdiffusor in einem Einlaß zu einem Ventilkörper angeordnet. Der Einlaßdiffusor weist eine Vielzahl von Bohrungen oder eine Vielzahl von Zähnen oder Zinken auf, die sich in eine Einlaßbohrung erstrecken. Ein Teil des Druckabfalls durch das Ventil wird über dem Einlaßdiffusor aufgenommen. Diametral entgegengesetzt zu dem Einlaßdiffusor ist ein Ventilkanaleinlaßdiffusor angeordnet, der sich nach innen in eine Bohrung in einem Ventilelement erstreckt. Wenn das Ventil gedrosselt wird, steht der Ventilkanaleinlaßdiffusor mit dem Einlaßdiffusor in Eingriff, um den Durchfluß durch das Ventil zu drosseln. Der Druckabfall durch das Ventil wird weiter über das Ventil verteilt, indem ein Ventilkanalaunlaßdiffusor aufgenommen wird. Auch wenn Verbesserungen wie diese in Ventilen vorgenommen worden sind, um Vibration, Kavitation und Schallentstehung zu dämpfen, bleibt ein Bedarf für weitere Verbesserungen bestehen.

US-A-3,860,032 offenbart eine Scheibe, die in einer Bohrung eines Kugelventilelements angeordnet ist, was ein kombiniertes Kugel- und Drosselventil bereitstellt. Das Drosselventil dieses Dokuments wird in herkömmlicher Weise als Drosselklappenventil bezeichnet. Somit wird ein Kugelelement für hauptsächlich offene oder geschlossene Durchflußregelung bereitgestellt, und ein Drosselklappenventilelement in dem Kugelventil dient zum Drosseln oder Regulieren der Durchflußgeschwindigkeit eines Fluids durch das Kugelelement.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.

In einem Ventil mit einem Ventilkörper und einem in dem Ventilkörper angeordneten Ventilelement ist der interne Diffusor in einer Ausführungsform in der Bohrung des Ventilelements angeordnet. Der interne Diffusor weist eine Diffusorstange auf, die in dieser Ausführungsform koaxial zu einer Ventilstange ist, die zum Drehen des Ventilelements vorgesehen ist, aber in anderen Ausführungsformen ist die Diffusorstange nicht koaxial. Das Ventilelement ist in Bezug auf den internen Diffusor drehbar. Jedoch kann der interne Diffusor in Bezug auf den Ventilkörper fixiert sein, oder er kann in Bezug auf den Ventilkörper drehbar sein. Wenn der interne Diffusor in Bezug auf den Ventilkörper fixiert und in der Bohrung des Ventilelements angeordnet ist, bewirkt eine Drehung des Ventilelements in Richtung auf eine geschlossene Position, daß Fluid durch in dem internen Diffusor vorgesehene Öffnungen getrieben wird und der interne Diffusor auf diese Weise den Durchfluß drosselt. Diese Durchflußdrosselung stellt eine zusätzliche Komponente in dem Ventil zur Aufnahme eines Druckabfalls bereit.

In einer weiteren Ausführungsform ist der interne Diffusor in der Ventilbohrung entweder stromaufwärts oder stromabwärts von dem Ventilelement vorgesehen. In einem Fall, in dem der interne Diffusor in Bezug auf den Ventilkörper drehbar ist, ist eine Diffusorbetätigungsvorrichtung zum Drehen des internen Diffusors vorgesehen, wobei der interne Diffusor an einer Diffusorstange befestigt ist, die sich zur Verbindung mit der Diffusorbetätigungsvorrichtung durch den Ventilkörper erstreckt. Eine Ventilbetätigungsvorrichtung ist vorgesehen, um das Ventilelement in Bezug auf den internen Diffusor sowie in Bezug auf den Ventilkörper zu drehen. Ein Steuersystem enthält die Ventilbetätigungsvorrichtung und die Diffusorbetätigungsvorrichtung und beeinflußt beide, um ein erwünschtes Ziel zu erreichen, wie zum Beispiel eine Durchflußregelung oder eine Schallentstehungsdämpfung.

Der interne Diffusor drosselt den Fluiddurchfluß und weist jegliche Anordnung für diesen Zweck auf. Beispielanordnungen umfassen Lochscheiben oder ungelochte Scheiben, parallele Lochscheiben, eine Lochscheibe, die exzentrisch mit einer Diffusorstange montiert ist, eine Lochscheibe, die Vorsprünge quer zu einer Lochplatte hat, und einen kugelförmigen Ball von Rohren mit Bohrungen durch Seitenwände der Rohre, so daß Fluid durch die Bohrungen strömen kann.

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann erzielt werden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet wird, die wie folgt beschrieben sind.

1 ist ein Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine Querschnitt des Ventils aus 1, gesehen entlang der Linien 2-2.

3 zeigt das Ventilelement aus 2 in einer teilweise geöffneten Position.

4 zeigt das Ventilelement aus 2 in einer vollständig geschlossenen Position.

5 ist ein teilweiser Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

6 ist eine Ansicht von oben des Ventils aus 5 und stellt Betätigungsvorrichtungen zum Drehen von sowohl dem Ventilelement als auch dem internen Diffusor dar.

7 ist ein Querschnitt eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung.

8 ist ein Querschnitt des Ventils aus 7, gesehen entlang der Linien 8-8.

9 ist ein teilweiser Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

10 zeigt das Ventil aus 9 mit dem Ventilelement in einer vollständig geschlossenen Position.

11 ist ein teilweiser Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

12 zeigt das Ventil aus 11 mit dem Ventilelement in einer nahezu geschlossenen Position.

13 ist ein Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor.

14 ist eine Ansicht von oben des Ventils aus 13 und stellt eine unabhängige Drehung des Ventilelements und des internen Diffusors dar.

15 ist ein teilweiser Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

16 ist ein Querschnitt des Ventils aus 15, gesehen entlang der Linien 16-16.

17 ist ein teilweiser Querschnitt eines Ventils mit Strömungsdiffusoren und einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

18 ist das Ventil aus 17, gesehen entlang der Linien 18-18.

19 ist ein Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

20 ist ein Querschnitt des Ventils aus 19, gesehen entlang der Linien 20-20.

21 ist ein Querschnitt eines Ventils mit einem internen Diffusor gemäß der vorliegenden Erfindung.

22 ist eine Ansicht von unten des Ventils aus 21, wobei eine Diffusorabdeckplatte entfernt ist, um ein Zahnradsystem zum Drehen des internen Diffusors zu zeigen.

23 ist ein Querschnitt des Ventils aus 21, gesehen entlang der Linien 23-23, der das Ventilelement und den internen Diffusor in einer vollständig geöffneten Position zeigt.

24 zeigt eine teilweise geöffnete Position für das Ventilelement und den internen Diffusor aus 23.

25 zeigt eine Position für das Ventil aus 23, in der das Ventilelement geschlossen, aber noch nicht abgedichtet ist, und zeigt eine vollständig geschlossene Position für den internen Diffusor.

26 zeigt eine Position für das Ventil aus 23, in der das Ventilelement vollständig geschlossen und abgedichtet ist, und zeigt, daß der interne Diffusor sich über seine vollständig geschlossene Position hinaus dreht.

Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist ein Drehkugelventil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch im Querschnitt gezeigt. Das Ventil 10 weist einen Körper 12 auf, wobei der Körper 12 eine Bohrung 14, einen Einlaß 16 und einen Auslaß 18 aufweist. Der Ventilkörper 12 weist eine Ventilelementaussparung 20 und eine Öffnung 22 zur Aufnahme eines Ventilelements 24 auf. Eine Ventilstange 26 stellt einen Vorsprung zum Drehen des Ventilelements 24 bereit, was typischerweise durch eine Betätigungsvorrichtung erfolgt. Das Ventilelement 24 dreht sich in einer herkömmlichen Weise über einen 90°-Bogen zwischen einer vollständig geöffneten Position, wie sie in 1 dargestellt ist, und einer vollständig geschlossenen Position, wie sie in 4 dargestellt ist, wobei dazwischen Zwischenpositionen liegen, wie es in 3 dargestellt ist. Der Ventilkörper 12 weist einen Einlaßkanal 14' und einen Auslaßkanal 14'' auf.

Das Ventilelement 24 weist eine Bohrung 28 auf, die zur Schaffung eines Fluiddurchgangs wahlweise mit der Bohrung 14 des Körpers 12 in Ausrichtung gebracht werden kann. In der Bohrung 28 des Ventilelements 24 ist ein interner Diffusor 30 vorgesehen. Der interne Diffusor 30 weist für eine Fluidströmung durch den internen Diffusor 30 Öffnungen 32 auf. Der interne Diffusor 30 ist zum Zwecke der Darstellung durch Bolzen 36 an einer Diffusorstange 34 befestigt. Das Ventilelement 24 weist eine in es gebohrte Bohrung 38 zur Aufnahme der Diffusorstange 34 auf. Der Ventilkörper 12 weist eine Diffusorstangenöffnung 40 zum Zulassen des Einbaus der Diffusorstange 34 in das Ventilelement 24 auf. Um die Diffusorstange 34 ist ein Diffusorlager 42 zur Drehung des Ventilelements 24 um die Diffusorstange 34 vorgesehen. Eine Ringscheibe 32 mit einem größeren Durchmesser als dem der Diffusorstangenöffnung 40 ist zum Abstützen des Ventilelements 24 und des Diffusorlagers 42 vorgesehen. Eine Diffusorabdeckplatte 46, die durch eine Dichtung 48 abgedichtet und durch Bolzen 50 befestigt ist, hält die Diffusorstange 34 in einer in Längsrichtung fixierten Position. Die Diffusorstange 34 weist eine Federnut 52 zur Aufnahme einer Feder 54 auf. Die Feder 54 steht mit der Federnut 52 in Eingriff, um eine Drehung der Diffusorstange 34 zu verhindern. Auf diese Weise wird die Diffusorstange 34 relativ zu dem Ventilkörper 12 in einer fixierten Position gehalten, jedoch ist das Ventilelement 24 frei, um sich um die Diffusorstange 34 zu drehen.

Nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 ist das Ventil 10 gezeigt, wie es entlang der Linien 2-2 in 1 gesehen wird. Wenn das Ventilelement 24 in einer vollständig geöffneten Position mit der Bohrung 28 in Ausrichtung mit der Bohrung 14 ist, dann stellt der interne Diffusor 30 eine minimale Drosselung für den Fluiddurchfluß durch das Ventil 10 bereit. Es sind Strömungslinien als Pfeile gezeigt, wobei sich die Strömung aufspaltet und auf jeder Seite des internen Diffusors 30 vorbeiströmt (2). Der interne Diffusor 30 ist hier an einer gefrästen Seite der Diffusorstange 34 befestigt gezeigt, aber alternativ kann der interne Diffusor 30 zum Beispiel eine Bohrung zur Aufnahme der Diffusorstange 34 haben.

Wenn das Ventilelement 24 in eine Zwischenposition zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen gedreht wird, strömt Fluid durch die Öffnungen 32 in dem internen Diffusor 30 (3). Auf diese Weise stellte der interne Diffusor 30 eine zusätzliche Komponente in dem Ventil 10 zur Aufnahme des Druckabfalls bereit, was den Gesamtdruckabfall durch das Ventil 10 über eine zusätzliche Komponente in dem Ventil verteilt. Indem der interne Diffusor 30 dabei hilft, die Strömung abzubremsen, verringert er die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines örtlich begrenzten hohen Druckabfalls, der Vibration oder Kavitation in dem Ventil 10 verursachen kann. Weil der interne Diffusor 30 mit seinen Öffnungen 32 eine zusätzliche Komponente zur Aufnahme des Druckabfalls in dem Ventil 10 bereitstellt, dämpft der interne Diffusor 30 Vibration, Kavitation und Schallentstehung und findet Anwendung sowohl in Gas- als auch in Flüssigkeitsdiensten. In dieser Ausführungsform dreht sich das Ventilelement 24 um die Diffusorstange 34 und den internen Diffusor 30. Wenn sich das Ventilelement 24 in Richtung auf seine geschlossene Position dreht, nimmt die durch den internen Diffusor 30 bereitgestellte Durchflußdrosselung zu. Wenn das Ventilelement 24 in einer vollständig geöffneten Position ist (2), nimmt der interne Diffusor 30 einen minimalen Druckabfall auf. Wenn sich das Ventilelement 24 jedoch in einer Zwischenposition befindet (3), nimmt der interne Diffusor 30 einen größeren Druckabfall auf. Der interne Diffusor 30 stellt seine größte Durchflußdrosselung bereit, wenn sich das Ventilelement 24 in einer nahezu geschlossenen Position befindet.

Nun auf 5 Bezug nehmend ist ein Ventil 100 in teilweisem Querschnitt gezeigt, und eine Ansicht von oben des Ventils 100 ist in 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform und in nachfolgenden Ausführungsformen, die unten beschrieben werden, werden gleiche Zahlen mit Buchstabenanhängen verwendet, um ähnliche Komponenten oder Komponenten zu kennzeichnen, die eine ähnliche Funktion erfüllen. Somit ist ein interner Diffusor 30a ähnlich zu dem internen Diffusor 30, der in den 1 bis 4 gezeigt ist. Das Ventil 100 weist einen Ventilkörper 12a, der eine Bohrung 14a durch ihn hat, einen Einlaß 16a und einen Auslaß 18a auf. Das Ventil 100 weist eine Ventilelementaussparung 20a und eine Öffnung 22a zur Aufnahme eines Ventilelements 24a auf. Das Ventilelement 24a weist eine Ventilstange 26a und eine Bohrung 28a auf. Der interne Diffusor 30a kann Öffnungen 32a haben, oder er kann eine massive Scheibe mit einem Durchmesser sein, der geringer als der Durchmesser der Bohrung 28a ist.

Das Ventilelement 24a weist einen Ventilstangenvorsprung 102 auf, und der Ventilkörper 12a weist eine Ventilstangenvorsprungaussparung 104 zur Aufnahme des Ventilstangenvorsprungs 102 auf. In der Ventilstangenvorsprungaussparung 104 ist ein Zapfenlager 106 zum Bereitstellen einer Lagerfläche für den Ventilstangenvorsprung 102 vorgesehen. Das Ventilelement 24a liegt an einer Ringscheibe 44a benachbart zu dem Zapfenlager 106 an. Der Ventilstangenvorsprung 102 dreht sich in dem Zapfenlager 106.

Die Ventilstange 26a und das Ventilelement 24a weisen eine Bohrung 108 zur Aufnahme einer Diffusorstange 34a auf. Die Diffusorstange 34a paßt konzentrisch in die Ventilstange 26a und bildet einen Ringraum 110 zwischen einer Außenfläche der Diffusorstange 34a und einer Innenfläche der Ventilstange 26a. In dem Ringraum 110 ist an einem unteren Ende der Bohrung 108 ein unteres Lager 112 angeordnet. Ein oberes Lager 114 ist in dem Ringraum 110 in Richtung auf ein oberes Ende des Ventilelements 24a vorgesehen. Das untere Lager 112 und das obere Lager 114 stellen Lagerflächen bereit, so daß der interne Diffusor 30a und die Diffusorstange 34a sich drehen können, wobei die Diffusorstange 34a sich in der Ventilstange 26a dreht.

In 6 ist eine Betätigungsanordnung für das Ventil 100 gezeigt. Ein Arm 116 ist an einer Außenfläche der Ventilstange 26a befestigt, was typischerweise durch Schweißen erfolgt. Der Arm 116 weist einen Vorsprung 118 auf, und der Vorsprung 118 weist eine Bohrung (nicht gezeigt) zur Aufnahme eines Stiftes 120 auf, der einen Ansatz 122 hält. An dem Ansatz 122 ist eine Kolbenstange 124 befestigt, und ein Zylinder 126 treibt die Kolbenstange 124 hin und her an. Der Zylinder 126 und die Kolbenstange 124 sind herkömmliche Mittel zur Drehung eines Kugelventilelements. Eine Platte 128 ist mit Hilfe von Bolzen 127 an einer Kappe 129 befestigt. Ein Bolzen 130 befestigt den Zylinder 126 an der Platte 128. Der Zylinder 126 dreht das Ventilelement 24a durch die Kolbenstange 124 und den Arm 116 zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position. Ein Stellungsregler 132 kann verwendet werden, um das Ventilelement 24a in Zwischenpositionen zu positionieren. Der Stellungsregler 132 ist ein herkömmlicher Stellungsregler, der einen Rückkopplungsmechanismus zu dem Zylinder 126 bereitstellt, um das Ventilelement 24a in einer gewünschten Position zu positionieren und die Bohrung 28a des Ventilelements 24a wahlweise mit der Bohrung 14a des Ventilkörpers 12a in Ausrichtung zu bringen. Somit kann das Ventilelement 24a in einer relativ konventionellen Weise gedreht werden.

Der interne Diffusor 30a wird unabhängig von dem Ventilelement 24a gedreht. An der Diffusorstange 34a ist ein Arm 134 befestigt, was typischerweise durch Schweißen erfolgt. Eine Platte 136 ist an der Ventilstange 26a befestigt, was typischerweise durch Schweißen erfolgt, wie es durch die Perlen 138 angedeutet ist. Die Platte 136 dreht sich mit der Ventilstange 26a, da die Platte 136 an der Ventilstange 26a befestigt ist. Der Arm 134 weist einen Vorsprung 136 auf, der eine Bohrung (nicht gezeigt) zur Aufnahme eines Stiftes 140 hat. Ein Ansatz 142 ist durch den Stift 140 an dem Vorsprung 138 befestigt. Eine Kolbenstange 144 steht mit dem Ansatz 142 in Verbindung, und ein Zylinder 146 treibt die Kolbenstange 144 hin und her an. Ein Bolzen 148 befestigt den Zylinder 146 an der Platte 136. Somit ist der Zylinder 146 an der Platte 136 befestigt und kann den internen Diffusor 30a durch Ausfahren oder Zurückziehen der Kolbenstange 144 drehen. Für den Zylinder 146 ist ein Stellungsregler 150 vorgesehen, der eine Rückmeldung für die Position der Diffusorstange 34a relativ zu der Ventilstange 26a liefert. Somit kann die Diffusorstange 34a und dementsprechend der interne Diffusör 30a in eine gewünschte Position gedreht werden, und diese Position kann unter Verwendung des Stellungsreglers 150 beibehalten werden. Wenn die Kolbenstange 144 festgehalten wird, dann dreht sich der interne Diffusor 30a bei einer Drehung des Ventilelements 24a gleichzeitig mit dem Ventilelement 24a, wobei er eine konstante relative Position zu dem Ventilelement 24a hält, obwohl sich der interne Diffusor 30a relativ zu dem Ventilkörper 12a dreht.

Mit dem Ventil 110 kann der interne Diffusor 30a verwendet werden, um einen variablen Strömungswiderstand für eine Fluidströmung durch die Bohrung 14a des Ventilkörpers 12a und die Bohrung 28a des Ventilelements 24a bereitzustellen. Das Ventil 100 schafft ein großes Maß an Flexibilität zur Reaktion auf verschiedene Strömungsbedingungen und zum Dämpfen von Schallentstehung, während der Durchfluß durch das Ventil 100 verringert wird. Während das Ventilelement 24a sich in einer Zwischenposition mit der Bohrung 28a in teilweiser Ausrichtung mit der Bohrung 14a befindet, kann der interne Diffusor 30a um volle 90 Grad zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position oder in Zwischenpositionen gedreht werden. Der interne Diffusor 30a kann in eine relative Position in Bezug auf das Ventilelement 24a gedreht und dort gelassen werden, oder eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um den relativen Ort des internen Diffusors 30a in Bezug auf das Ventilelement 24a in Abhängigkeit von Fluidströmungsbedingungen einzustellen, um abhängig davon, ob der Dienst Gas oder Flüssigkeit betrifft, Vibration bzw. Kavitation zu minimieren. Die Steuereinrichtung kann ein Strömungssignal zur Einstellung der Position des internen Diffusors 30a empfangen, oder sie kann zum Beispiel ein Vibrationssignal zur Einstellung des internen Diffusors 30a empfangen, um Vibration zu minimieren.

Es können andere oder zusätzliche Parameter zur Aufnahme in eine Regelstrategie zum Beeinflussen der Position des internen Diffusors 30a erfaßt werden. In jedem Fall stellt der interne Diffusor 30a eine weitere Komponente in dem Ventil 100 zur Verringerung des Durchflusses durch Aufnahme eines Druckabfalls bereit. Durch Verteilen des Druckabfalls über so viele Komponenten in dem Ventil 100 wie möglich wird die Spitzenfluidgeschwindigkeit minimiert. Auf diese Weise dämpft das Ventil 100 Vibration und Kavitation. Dies ist in Gasströmungsanwendungen nützlich, in denen das Ventil einem hohen Druckabfallverhältnis ausgesetzt ist, wobei das Druckabfallverhältnis als Druckabfall geteilt durch Einlaßdruck definiert ist. Dies ist auch zur Minimierung von Kavitation in Flüssigkeitsströmungsanwendungen nützlich, da die Prinzipien ähnlich sind.

Nun auf die 7 und 8 Bezug nehmend ist ein Ventil 200 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch im Querschnitt gezeigt. Das Ventil 200 weist einen Ventilkörper 12b auf, und der Ventilkörper 12b weist eine Bohrung 14b, einen Einlaß 16b und einen Auslaß 18b auf. Der Ventilkörper 12b weist eine Ventilelementaussparung 20b und eine Öffnung 22b auf, die einen Zugang zu der Ventilelementaussparung 20b bereitstellt. Ein Ventilelement 24b ist in der Ventilelementaussparung 20b aufgenommen. Das Ventilelement 24b weist eine Ventilstange 26b und einen Ventilstangenvorsprung 102b auf, und der Ventilkörper 12b weist eine Aussparung 104b zur Aufnahme des Ventilstangenvorsprungs 102b auf und läßt es auf diese Weise zu, daß sich das Ventilelement 24b in dem Ventilkörper 12b dreht.

Ein interner Diffusor 30b mit Öffnungen 32b ist in einer Bohrung 28b in dem Ventilelement 24b angeordnet. Eine Diffusorstange 34b trägt den internen Diffusor 30b, wobei Bolzen 36b den internen Diffusor 30b an der Diffusorstange 34b befestigen. Der Ventilkörper 12b weist zur Aufnahme eines Endes der Diffusorstange 34b eine Aussparung 202 auf, und an einem gegenüberliegenden Ende der Diffusorstange 34b weist eine Kappe 204 eine D-förmige Aussparung 206 zur Aufnahme eines D-förmigen Endes 208 der Diffusorstange 34b auf. Die D-förmige Aussparung 206 nimmt das D-förmige Ende 208 passend auf, so daß die Diffusorstange 34b in ihrer Position fixiert ist und sich nicht drehen kann.

Wie am besten in 8 zu sehen ist, ist eine Aussparung 210 in dem Ventilelement 24b zur Aufnahme der Diffusorstange 34b vorgesehen, da die Diffusorstange 34b nicht koaxial zu der Ventilstange 26b ist. Die Aussparung 210 weist eine radiale innere Ecke 212 auf, und die Diffusorstange 34b weist eine Außenfläche 214 auf. Die radiale innere Ecke 212 greift passend an der Außenfläche 214 der Diffusorstange 34b an, so daß dann, wenn sich das Ventilelement 24b in einer geschlossenen Position befindet, wie es durch Linien 216 angegeben ist, die radiale innere Ecke 212 anliegend um die Außenfläche 214 der Diffusorstange 34b paßt. Der Durchmesser der Bohrung 28b in dem Ventilelement 24b ist kleiner als der in einem herkömmlichen Ventil, so daß sich das Ventilelement 24b über einen 45-Grad-Bogen und nicht einen 90-Grad-Bogen in eine geschlossene Position dreht. In dieser Weise sind die Diffusorstange 34b und der interne Diffusor 30b in der Bohrung 28b des Ventilelements 24b untergebracht. Der interne Diffusor 30b befindet sich relativ zu dem Ventilkörper 12b in einer fixierten Position, aber das Ventilelement 24b dreht sich um den internen Diffusor 30b.

Das Ventil 200 veranschaulicht eine von vielen Anordnungen zur Anordnung eines internen Diffusors in einem Ventil. Der interne Diffusor 30b ist in dem Ventil 200 in der Bohrung 28b des Ventilelements 24b angeordnet, aber ist nicht koaxial zu der Ventilstange 26b und dem Ventilstangenvorsprung 102b. In dieser Anordnung ist die Diffusorstange 34b parallel zu der Ventilstange 26b und dem Ventilstangenvorsprung 102b angeordnet. Durch Vorsehen der Aussparung 210 kann sich das Ventilelement 24b um den internen Diffusor 30b drehen.

Ein Ventil 300 mit einem internen Diffusor 30c gemäß der vorliegenden Erfindung ist schematisch in teilweisem Querschnitt in den 9 und 10 dargestellt. Das Ventil 300 weist einen Körper 12c auf, und der Körper 12c weist eine Bohrung 14c auf, die zwischen einem Einlaß 16c und einem Auslaß 18c verläuft. In dem Körper 12c ist zwischen dem Einlaß 16c und dem Auslaß 18c ein Ventilelement 24c angeordnet. Ähnlich wie bei der in 5 dargestellten Ausführungsform weist das Ventil 300 eine Diffusorstange 34c auf, an der der interne Diffusor 30c befestigt ist. Das Ventilelement 24c dreht sich um den internen Diffusor 30c. Der interne Diffusor 30c kann entweder relativ zu dem Körper 12c fixiert oder relativ zu dem Körper 12c drehbar sein. In dem Fall, in dem der interne Diffusor 30c relativ zu dem Ventilkörper 12c fixiert ist, kann eine Anordnung verwendet werden, die ähnlich zu der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen ist. In dem Fall, in dem der interne Diffusor 30c in dem Ventilkörper 12c drehbar ist, kann eine Anordnung verwendet werden, die analog zu der unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen ist. In jedem Fall ist der interne Diffusor 30c in der Bohrung des Ventils 300 angeordnet, und das Ventilelement 24c ist in Bezug auf den internen Diffusor 30c drehbar. Der interne Diffusor 30c kann in Bezug auf den Ventilkörper 12c drehbar sein oder nicht, wobei dies optional ist und die Wahl von einer speziellen Anwendung abhängt.

Der interne Diffusor 30c weist eine erste Diffusorplatte 30c' und eine zweite Diffusorplatte 30c'' auf, die beide Öffnungen 32c' und 32c'' haben. Die Öffnungen 32c' und 32c'' können unausgerichtet sein, um einen gewundeneren Strömungsweg bereitzustellen. Jede Diffusorplatte 30c' oder 30c'' stellt eine Komponente in dem Ventil 300 zum Bereitstellen eines Druckabfalls bereit. Jede zusätzlich Komponente in einem Ventil zur Aufnahme eines Druckabfalls verteilt den durch das Ventil aufgenommenen Gesamtdruckabfall über mehr Komponenten in dem Ventil. Das Vorhandensein einer zusätzlichen Komponente in dem Ventil zur Aufnahme eines Druckabfalls verteilt den Gesamtdruckabfall in dem Ventil gleichmäßiger und verringert auf diese Weise das Druckabfallverhältnis für jede Komponente, die zum Gesamtdruckabfall beiträgt. Somit verringert dies die Größe von Bereichen örtlich begrenzten hohen Druckabfalls oder Zonen hohen Druckabfallverhältnisses, was die örtlich begrenzte Geschwindigkeit verringert, um Vibration oder Kavitation in einem Ventil zu dämpfen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Ventil 400 einen internen Diffusor 30d auf, der exzentrisch an einer Diffusorstange 34d angeordnet ist, wie es in den 11 und 12 gezeigt ist. Das Ventil 400 weist einen Ventilkörper 12d auf, und der Ventilkörper 12d weist eine Bohrung 14d und einen Einlaß und einen Auslaß 16d bzw. 18d auf. In dem Ventilkörper 12d ist zwischen dem Einlaß 16d und dem Auslaß 18d ein Ventilelement 24d angeordnet. Das Ventilelement 24d weist eine Bohrung 28d auf, die wahlweise mit der Bohrung 14d in dem Ventilkörper 12d in Ausrichtung gebracht werden kann. Das Ventilelement 24d weist eine Ventilstange 26d (nicht gezeigt) zur Drehung des Ventilelements 24d zwischen einer geöffneten Position (11) und einer geschlossenen Position (nicht gezeigt) mit Zwischenpositionen dazwischen (12) auf.

Die Diffusorstange 34d verläuft durch jedes geeignete Mittel, einschließlich der oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen Anordnungen, durch das Ventilelement 24d in der Bohrung 28d. An der Diffusorstange 34d ist ein Befestigungsarm 402 zur Befestigung des internen Diffusors 30d an der Diffusorstange 34d vorgesehen. Der interne Diffusor 30d weist Öffnungen 32d auf, durch die Fluid in der Bohrung 28d gelangen kann. Der interne Diffusor 30d weist eine Kante 404 auf, und die Bohrung 28d weist eine Innenwand 406 auf. Der interne Diffusor 30d ist so dimensioniert, daß sich das Ventilelement 24d in eine geschlossene Position drehen kann, ohne daß die Kante 404 des internen Diffusors 30d die Innenwand 406 der Bohrung 28d berührt.

Das Ventilelement 24d dreht sich um den internen Diffusor 30d und die Diffusorstange 34d. Der interne Diffusor 30d kann fixiert sein, wie es unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, oder der interne Diffusor 30d kann in dem Ventilkörper 12d drehbar sein, wie es unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde. In jedem Fall dreht sich das Ventilelement 24d in Bezug auf den internen Diffusor 30d. Ferner stellt der interne Diffusor 30d in jedem Fall eine zusätzliche Komponente in dem Ventil 400 zur Aufnahme eines Druckabfalls eines durch das Ventil 400 strömenden Fluids bereit. Auf diese Weise stellt das Ventil 400 eine Schallentstehungsdämpfung für Gasanwendungen bereit und minimiert Kavitation in Flüssigkeitsanwendungen.

Nun auf die 13 und 14 Bezug nehmend, die nicht Teil der Erfindung bilden, wie sie beansprucht ist, ist ein Ventil 500 dargestellt. Das Ventil 500 weist einen Ventilkörper 12e auf, und der Ventilkörper 12e weist eine Bohrung 502 auf, die sich über die Länge des Ventils von einem Einlaß 16e zu einem Auslaß 18e erstreckt. Die Bohrung 502 stellt einen Durchgang für Fluid bereit, um durch das Ventil 500 zu strömen. Der Ventilkörper 12e weist eine Ventilelementaussparung 20e und eine Öffnung 504 zur Schaffung eines Zugangs zu der Ventilelementaussparung 20e auf. In der Ventilelementaussparung 20e ist zwischen dem Einlaß 16e und dem Auslaß 18e ein Ventilelement 24e angeordnet. Das Ventilelement 24e weist eine Bohrung 506 auf, die wahlweise mit der Bohrung 502 in Ausrichtung gebracht werden kann und koaxial zu dieser ist. Das Ventilelement 24e weist eine Ventilstange 26e und einen Ventilstangenvorsprung 26e' auf, und der Ventilkörper 12e weist eine Aussparung 104e zur Aufnahme des Ventilstangenvorsprungs 26e' auf. Ein interner Diffusor 30e mit Öffnungen 32e ist in der Bohrung 502 angeordnet und an einer Diffusorstange 34e befestigt. Der Ventilkörper 12e weist eine Aussparung 508 zur Aufnahme eines unteren Endes der Diffusorstange 34e auf. Eine Kappe 510 weist eine Bohrung 512 zur Aufnahme eines oberen Endes der Diffusorstange 34e auf. Lager 514 und 516 erlauben es der Diffusorstange 34e, sich leicht zu drehen, und eine Dichtung 518 stellt eine fluiddichte Dichtung um die Diffusorstange 34e bereit. Bolzen 520 halten die Kappe 510 an ihrem Platz, die das Lager 516 und die Dichtung 518 an ihrem Platz hält.

Wie am besten in 14 zu sehen ist, ist ein Arm 522 an der Ventilstange 26e befestigt, was typischerweise durch Schweißen erfolgt. Entfernt von der Ventilstange 26e weist der Arm 522 ein Schwenkende 524 auf, das eine Bohrung 526 (nicht gezeigt) zur Aufnahme eines Drehstiftes 528 zur drehbaren Befestigung eines Ansatzes 530 an dem Arm 522 hat. Eine Kolbenstange 532 ist mit dem Ansatz 530 verbunden, und die Kolbenstange 532 wird an einem gegenüberliegenden Ende durch einen Zylinder 534 aufgenommen. Ein Platte 536 ist durch Bolzen 520 an der Kappe 510 befestigt. Der Zylinder 534 ist durch einen Bolzen 538 an der Platte 536 befestigt. Konventionelle Fluidleitungen und eine konventionelle Steuereinrichtung sind zum Hin- und Herbewegen der Kolbenstange 532 mit dem Zylinder 534 vorgesehen. Das Ventilelement 24e ist in seiner vollständig geöffneten Position gezeigt, und die Kolbenstange 532 ist vollständig aus dem Zylinder 534 ausgefahren. Wenn die Kolbenstange 532 vollständig in den Zylinder 534 zurückgezogen ist, befindet sich das Ventilelement 24e in einer vollständig geschlossenen Position (nicht gezeigt). Zwischenpositionen werden bereitgestellt, indem die Kolbenstange 532 in Zwischenpositionen zwischen vollständig ausgefahren und vollständig zurückgezogen ausgefahren wird. Ein herkömmlicher Stellungsregler 540 stellt einen Rückkopplungsmechanismus zur Positionierung des Ventilelements 24e in einer gewünschten Position bereit.

An der Diffusorstange 34e ist ein Arm 542 befestigt, was typischerweise durch Schweißen erfolgt. Der Arm 542 weist ein Schwenkende 544 auf, das eine Bohrung (nicht gezeigt) hat. Ein Stift 546 befestigt einen Ansatz 548 an dem Schwenkende 544 des Arms 542. Eine Kolbenstange 550 ist an dem Ansatz 548 befestigt, und ein Zylinder 552 nimmt die Kolbenstange 550 an einem von dem Ansatz 548 entfernten Ende auf. Ein Platte 554 ist durch Bolzen 556 an der Kappe 510 befestigt. Ein Bolzen 558 befestigt den Zylinder 552 an der Platte 554. Ein Stellungsregler 560 stellt eine Rückkopplungssteuerung zum Drehen der Diffusorstange 34e und des internen Diffusors 30e in eine gewünschte Ausrichtung bereit.

Mit dem Zylinder 552, der Kolbenstange 550 und der Diffusorstange 34e kann eine herkömmliche Steuereinrichtung vorgesehen sein, um den internen Diffusor 30e in einer gewünschten Ausrichtung zu positionieren. Die Kolbenstange 550 kann durch Ausüben eines Druckes in dem Zylinder 552 hin- und herbewegt werden. Der Zylinder 552 kann eine Feder verwenden, um die Kolbenstange 550 in eine drucklose Position zurückzubewegen, und kann Druck in dem Zylinder 552 verwenden, um die Kolbenstange 550 und dementsprechend den internen Diffusor 30e in alternative Positionen zu bewegen, wobei Energie in der Feder gespeichert wird, die bei Abbau des Druckes die Kolbenstange 550 und den internen Diffusor 30e in ihr ursprüngliche Position zurückbewegt. Auch wenn hier eine Zylinder- und Kolbenanordnung gezeigt worden ist, kann jedes andere Mittel zum Drehen des Ventilelements 24e und des internen Diffusors 30e verwendet werden.

Somit ist der interne Diffusor 30e in dem Ventil 500 in Bezug auf den Ventilkörper 12e drehbar, und das Ventilelement 24e ist in Bezug auf den internen Diffusor 30e drehbar. Der interne Diffusor 30e kann unabhängig von dem Ventilelement 24e gedreht werden. Anders als bei dem in 6 gezeigten Ventil 100 ist bei dem Ventil 500 in 14 der Zylinder 552 mit der Kappe 510 verankert, so daß die Diffusorstange 34e unabhängig von der Ventilstange 26e gedreht werden kann. Für das Ventil 500 kann ein externes Steuerungssystem vorgesehen werden, um das Ventilelement 24e und den internen Diffusor 30e unabhängig zu bewegen, um die gewünschten Parameter beizubehalten. Es können Sensoren verwendet werden, um diese gewünschten Parameter zur Eingabe in das Steuersystem zu messen, und das Steuersystem kann Ausgangssignale zur Beeinflussung der Position des Ventilelements 24e und des internen Diffusors 30e liefern. Zum Beispiel kann eine Durchflußmessung als ein Eingang für eine Regelstrategie geliefert werden, in der das Ventilelement 24e beeinflußt wird, um eine bestimmte Durchflußrate beizubehalten. Ein Vibrationssensor kann als ein Eingang zu einer Regelstrategie bereitgestellt werden, in der der interne Diffusor 30e gedreht wird, um Vibration unter Verwendung einer Rückkopplungssteuereinrichtung zu minimieren. In jedem Fall veranschaulicht das Ventil 500, daß ein interner Diffusor in einer Ventilbohrung mit einer von dem Ventilelement unabhängigen Drehung angeordnet werden kann, und/oder das Ventil 500 veranschaulicht die Anordnung des internen Diffusors außerhalb der Bohrung des Ventilelements aber innerhalb der Bohrung des Ventils. Der interne Diffusor kann sich entweder stromaufwärts oder stromabwärts von dem Ventilelement befinden.

Nun auf die 15 und 16 Bezug nehmend ist ein Ventil 600 gemäß der vorliegenden Erfindung in teilweisem Querschnitt dargestellt. Das Ventil 600 weist einen Ventilkörper 12f und ein Ventilelement 24f auf. Eine Ventilstange 26f steht mit dem Ventilelement 24f zur Drehung des Ventilelements 24f in Bezug auf den Ventilkörper 12f in Verbindung. Ein interner Diffusor 30f ist in einer Bohrung des Ventilelements 24f angeordnet und ist an einer Diffusorstange 34f befestigt. Der interne Diffusor 30f und die Diffusorstange 34f können entweder fixiert oder drehbar sein. Der interne Diffusor 30f weist eine Diffusorplatte 30f' auf, von der Vorsprünge 30f'' vorstehen. Der interne Diffusor 30f hat Öffnungen 32f, und die Diffusorplatte 30f' hat Öffnungen 32f', während die Vorsprünge 30f'' Öffnungen 32f'' haben. Die Vorsprünge 30f'' weisen eine gekrümmte Fläche 602 auf, um eine Drehung des Ventilelements 24f um den internen Diffusor 30f zuzulassen, wobei die Vorsprünge 30f'' und die gekrümmte Fläche 602 in die Bohrung des Ventilelements 24f passen.

Wenn das Ventilelement 24f in Richtung auf eine geschlossene Position in Bezug auf den internen Diffusor 30f gedreht wird, wird Fluid dazu gezwungen, durch die Öffnungen 32f' und 32f'' zu strömen. Das Ventil 600 stellt zusätzliche Komponenten in sich zur Aufnahme eines Druckabfalls bereit, wenn sich ein Fluid durch es bewegt. Sowohl die Diffusorplatte 30f' als auch die Vorsprünge 30f'' stellen Drosselstellen für eine Fluidströmung durch das Ventil 600 bereit. Der interne Diffusor 30f stellt eine größere Durchflußdrosselung bereit als es der interne Diffusor 30 in dem Ventil 10 tun würde, da die Vorsprünge 30f'' in dem Strömungsweg eines sich durch das Ventil 600 bewegenden Fluids liegen. Es gibt jedoch bestimmte Anwendungen, bei denen diese zusätzliche Durchflußdrosselung wünschenswert ist. Somit stellt der interne Diffusor 30f mit seiner Diffusorplatte 30f' und seinen Vorsprüngen 30f'' ein zusätzliches Mittel zum Dämpfen von Vibration oder Kavitation in einem Durchflußregelventil bereit.

In 17 ist ein Ventil 700 schematisch in teilweisem Querschnitt gezeigt, und 18 stellt das Ventil 700 dar, wie es entlang der Linien 18-18 in 17 zu sehen ist. Das Ventil 700 weist einen Ventilkörper 12g mit einem Einlaß 16g und einem Auslaß 18g auf, wobei das Ventil 700 ferner eine Bohrung 14g für eine Fluidströmung durch das Ventil 700 aufweist. Zwischen dem Einlaß 16g und dem Auslaß 18g ist ein Ventilelement 24g angeordnet, und das Ventilelement 24g weist eine Bohrung 28g auf, die wahlweise mit der Bohrung 14g in Ausrichtung gebracht werden kann. Eine Ventilstange 26g (nicht gezeigt) dreht das Ventilelement 24g in dem Ventilkörper 12g. Ein interner Diffusor 30g ist in einer Bohrung 28g des Ventilelements 24g angeordnet. Der interne Diffusor 30g ist an einer Diffusorstange 34g befestigt. Der interne Diffusor 30g hat Öffnungen 32g, um zuzulassen, daß ein Fluid durch den internen Diffusor 30g strömt.

Wie in größerem Detail in dem U.S.-Patent Nr. 5,437,305 beschrieben ist, das durch Bezugnahme aufgenommen wird, erstreckt sich ein Einlaßkanal-Strömungsdiffusor 702 von dem Einlaß 16g in die Bohrung 14g. Diametral entgegengesetzt zu dem Einlaßkanal-Strömungsdiffusor 702 weist das Ventilelement 24g einen Ventilelementeinlaß-Strömungsdiffusor 704 auf. Diametral entgegengesetzt zu dem Ventilelementeinlaß-Strömungsdiffusor 704 weist das Ventilelement 24g einen Ventilelementauslaß-Strömungsdiffusor 706 auf. Wie der Ventilelementeinlaß-Strömungsdiffusor 704 steht der Ventilelementauslaß-Strömungsdiffusor in die Bohrung 28g des Ventilelements 24g vor. Die Strömungsdiffusoren 702, 704 und 706 können vollständige Diffusoren oder teilweise Diffusoren sein. Teilweise Strömungsdiffusoren teilen ein Strömungsgebiet in einen unbehinderten Strömungsbereich und einen behinderten Strömungsbereich auf, wobei der behinderte Strömungsbereich ferner in einen weniger behinderten Strömungsbereich und einen stärker behinderten Strömungsbereich unterteilt ist, wobei der weniger behinderte Strömungsbereich zwischen dem stärker behinderten Strömungsbereich und einer Innenwand liegt, die die Bohrung in dem Ventil begrenzt. Teilweise Strömungsdiffusoren sind in der parallel anhängigen Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Control Valve With Partial Flow Diffuser" beschrieben. Diese parallel anhängige Patentanmeldung hat einen gemeinsamen Erfinder, den 12. Dezember 1996 als Anmeldetag und wird durch Bezugnahme aufgenommen.

Die Strömungsdiffusoren 702, 704 und 706 haben Öffnungen 702', 704' bzw. 706', um den Durchtritt von Fluid durch diese Diffusoren zuzulassen. Somit sind die Strömungsdiffusoren 702, 704 und 706 zusammen mit dem internen Diffusor 30g alle Dämpfungseinrichtungen zum Verringern oder Dämpfen von Vibration und Kavitation in dem Ventil 700. Das Ventilelement 24g dreht sich um den internen Diffusor 30g, während sich der interne Diffusor 30g in Bezug auf den Ventilkörper 12g drehen kann oder nicht. Ferner kann der interne Diffusor 30g die in irgendeinem der gelieferten Beispiel dargestellte Ausgestaltung haben, wobei diese Beispiele genauso wie andere durch die Erfindung ins Auge gefaßt werden.

Nun auf die 19 und 20 Bezug nehmend ist ein Ventil 800 gemäß der vorliegenden Erfindung in teilweisem Querschnitt dargestellt. Das Ventil 800 weist einen Ventilkörper 12h auf, und der Ventilkörper 12h weist eine Bohrung 14h, einen Einlaß 16h und einen Auslaß 18h auf. Der Ventilkörper 12h weist eine Ventilelementaussparung 20h zur Aufnahme eines Ventilelements 24h durch eine Öffnung 22h auf. Eine Ventilstange 26h und ein Ventilstangenvorsprung 26h' sind mit dem Ventilelement 24h verbunden. Das Ventilelement 24h weist eine Bohrung 28h auf, die wahlweise mit der Bohrung 14h in Ausrichtung gebracht werden kann, wobei die Bohrung 28h mit der Bohrung 14h zusammenfällt, wenn sich das Ventilelement 24h in einer vollständig geöffneten Position befindet.

In der Bohrung 28h ist ein interner Diffusor 30h angeordnet und ist mit einer Diffusorstange 34h verbunden. Der interne Diffusor 30h ist in seiner Form etwas kugelförmig und weist eine Vielzahl von Rohren 808 auf, von denen jedes einen Einlaß 810, einen Auslaß 812 und Wände 814 hat. Die Wände 814 weisen Bohrungen 816 auf, und dort, wo Wände 814 von benachbarten Rohren 808 sich in Berührung befinden, wird ein Zwischenraumbereich 818 gebildet. Die Bohrungen 816 sind in die Zwischenraumbereiche 818 gerichtet.

Wenn sich der interne Diffusor 30h in einer vollständig geöffneten Position befindet, sind die Rohre 808 parallel zu der Fluidströmung in den Bohrungen 14h und 28h ausgerichtet. In der vollständig geöffneten Position strömt Fluid in einen Einlaß 810 eines Rohres 808 und durch einen Auslaß 812 desselben Rohres 808 hinaus. Wenn sich der interne Diffusor 30h in einer vollständig geschlossenen Position befindet, während sich das Ventilelement 24h in einer vollständig geöffneten Position befindet, kann Fluid nicht ohne weiteres in einen Einlaß 810 eines Rohres 808 eintreten, aber es kann stattdessen in Bohrungen 816 eintreten und in den Zwischenraumbereich 818 strömen. Von einem Zwischenraumbereich 818 kann das Fluid durch stromabwärts gelegene Bohrungen 816 in einen stromabwärts gelegenen Zwischenraumbereich 818 gelangen und so weiter durch alle Rohre 808, bis das Fluid auf einer stromabwärts gelegenen Seite austritt. Auf diese Weise dient der interne Diffusor 30h in der vollständig geschlossenen Position als ein poröses Medium, das eine begrenzte Fluidströmung über einen gewundenen Weg zuläßt. Wenn die Rohre 808 mit der Strömung durch die Bohrung 28h ausgerichtet sind, existiert eine geringere Drosselung des Durchflusses als dann, wenn die Rohre 808 nicht so ausgerichtet sind.

Der interne Diffusor 30h ist relativ zu dem Ventilkörper 12h in seiner Position fixiert, während sich das Ventilelement 24h um den internen Diffusor 30h dreht. Ein unterer Abschnitt 34h'' der Diffusorstange 34h weist einen D-förmigen Vorsprung 820 auf. Das Ventil 800 weist eine Diffusorabdeckplatte 58h auf, und die Diffusorabdeckplatte 58h weist eine D-förmige Aussparung 822 zur passenden Aufnahme des D-förmigen Vorsprungs 820 auf. Der Ventilkörper 12h weist eine Diffusorstangenöffnung 50h zur Aufnahme der Diffusorabdeckplatte 58h auf. Bolzen 59h befestigen die Diffusorabdeckplatte 58h an dem Ventilkörper 12h. Das Ineingriffstehen des D-förmigen Vorsprungs 820 mit der D-förmigen Aussparung 822 verhindert eine Drehung der Diffusorstange 34h an ihrem unteren Abschnitt 34h''.

Ein oberer Abschnitt 34h' der Diffusorstange 34h und der untere Abschnitt 34h'' weisen rechteckige Vorsprünge 824' bzw. 824'' auf. Der Diffusor 30h weist rechteckige Bohrungen 826' und 826'' zur passenden Aufnahme der rechteckigen Vorsprünge 824' bzw. 824'' auf. Das Ineingriffstehen der rechteckigen Vorsprünge 824' und 824'' mit den rechteckigen Bohrungen 826' und 826'' verhindert eine Drehung des internen Diffusors 30h. Lager 828' und 828'' stellen Lagerflächen für die Diffusorstange 34h' bzw. 34h'' zur Drehung des Ventilelements 24h um den internen Diffusor 30h bereit. Auch wenn der interne Diffusor 30h als in Bezug auf den Ventilkörper 12h fixiert dargestellt ist, kann er stattdessen drehbar sein.

Nun auf die 21 bis 26 Bezug nehmend ist ein Ventil 900 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Ventil 900 weist einen Körper 12i auf, wobei der Körper 12i eine Bohrung 14i, einen Einlaß 16i und einen Auslaß 18i aufweist. Der Ventilkörper 12i weist eine Ventilelementaussparung 20i und eine Öffnung 22i zur Aufnahme eines Ventilelements 24i auf. Eine Ventilstange 26i und ein Ventilstangenvorsprung 26i' sind zum Drehen des Ventilelements 24i vorgesehen. Das Ventilelement 24i weist eine Bohrung 28i auf, die wahlweise mit der Bohrung 14i des Körpers 12i in Ausrichtung gebracht werden kann, um einen Fluiddurchgang bereitzustellen.

Ein interner Diffusor 30i mit Öffnungen 32i ist unter Verwendung von Bolzen 36i an einer Diffusorstange 34i befestigt. Das Ventilelement 24i weist eine Bohrung 38i zur Aufnahme der Diffusorstange 34i auf. Der Ventilkörper 12i weist eine Diffusorstangenöffnung 40i zum Zulassen eines Zugangs zu der Diffusorstange 34i auf. Um die Diffusorstange 34i sind ein unteres Diffusorlager 42i' und ein oberes Diffusorstangenlager 42i'' vorgesehen, so daß sich die Diffusorstange 34i leicht in der Bohrung 38i drehen kann. Eine Ringscheibe 44i stützt das Ventilelement 24i, und eine Diffusorabdeckplatte 46i, die durch eine Dichtung 48i abgedichtet und durch Bolzen 50i befestigt ist, stellt eine Abstützung für die Ringscheibe 44i bereit. Die Diffusorabdeckplatte 46i weist eine Bohrung 902 zur Aufnahme des Ventilstangenvorsprungs 26i' auf. Um den Ventilstangenvorsprung 26i' ist ein Lager 904 zur Drehung des Ventilstangenvorsprungs 26i' in der Öffnung 902 vorgesehen. Die Ventilstange 26i ist auch in einer herkömmlichen Weise mit einem Lager- und Dichtungssystem ausgestattet.

Wie am besten in 22 zu sehen ist, in der die Diffusorabdeckplatte 46i entfernt worden ist, wird der interne Diffusor 30i durch ein Planetengetriebesystem gedreht. Ein Sonnenrad 906 wird durch einen Stift 908 in einer festen Position gehalten. In der Diffusorabdeckplatte 46i ist eine Bohrung 910 zur Aufnahme des Stiftes 908 vorgesehen. Der Ventilstangenvorsprung 26i' dreht sich in einer Öffnung 912 in dem Sonnenrad 906. Der Ventilstangenvorsprung 26i' ist frei, sich in dem Sonnenrad 906 zu drehen, während das Sonnenrad 906 durch den Stift 908 in seiner Position festgehalten wird. Ein Planetenrad 914 steht mit dem Sonnenrad 906 in Eingriff. In der Diffusorstange 34i und dem Planetenrad 914 ist eine Nut 916 zur Aufnahme einer Feder 918 zur Befestigung des Planetenrades 914 an der Diffusorstange 34i vorgesehen. Wenn sich das Ventilelement 24i dreht, läuft das Planetenrad 914 um das Sonnenrad 906 um. Dementsprechend dreht sich der interne Diffusor 30i, wenn sich das Ventilelement 24i dreht.

Die Drehung des internen Diffusors 30i in Bezug auf das Ventilelement 24i ist in den 23 bis 26 dargestellt. In 23 befinden sich sowohl das Ventilelement 24i als auch der interne Diffusor 30i in einer vollständig geöffneten Position. Wenn sich das Ventilelement 24i in eine geschlossene Position dreht, läuft das Planetenrad 914 um das Sonnenrad 906 um, und wenn es dies tut, dreht das Planetenrad 914 die Diffusorstange 34i und den internen Diffusor 30i (24). Wenn sich das Ventilelement 24i in eine gerade geschlossene Position dreht, wird der interne Diffusor 30i in eine vollständig geschlossene Position gedreht (25). Somit stellt der interne Diffusor 30i seinen größten Strömungswiderstand bereit, wenn das Ventilelement 24i nahezu geschlossen oder kaum geöffnet ist (25). Wenn sich das Ventilelement 24i über eine Dichtung 920 hinaus dreht, dreht sich der interne Diffusor 30i über seine vollständig geschlossene Position hinaus in eine teilweise geöffnete Position (26). Wenn sich das Ventilelement 24i aus einer gerade geschlossenen Position (25) in eine vollständig geschlossene und abgedichtete Position dreht (26), gibt es im wesentlichen keine Strömung durch die Bohrung 28i. Wenn das Ventilelement 24i aus seiner vollständig geschlossenen und abgedichteten Position in 26 in seine gerade geschlossene Position in 25 gedreht wird, läuft das Planetenrad 914 in einer entgegengesetzten Richtung um das Sonnenrad 906 um, um den internen Diffusor 30i in seine vollständig geschlossene Position zu drehen, wie es in 25 gezeigt ist. Wenn sich das Ventilelement 24i weiter in eine geöffnete Position dreht, dreht sich der interne Diffusor 30i aus der in 25 dargestellten Position in eine Position, wie sie in 24 dargestellt ist.

Wenn sich das Ventilelement 24i aus einer vollständig geöffneten Position (23) in eine vollständig geschlossene und abgedichtete Position dreht (26), dreht es sich über einen 90°-Bogen. Der interne Diffusor 30i dreht sich um mehr als 90°, während sich das Ventilelement 24i um 90° dreht. Das Ventilelement 24i dreht sich um ungefähr 70° aus einer vollständig geöffneten Position (23) in eine gerade geschlossene oder kaum geöffnete Position (25), während sich der interne Diffusor 30i um ungefähr 90° dreht. Diese relative Bewegung wird durch eine geeignete Dimensionierung des Planetenrades 914 in Bezug auf das Sonnenrad 906 erreicht. Der Durchmesser des Planetenrades 914 beträgt ungefähr 7/9 des Durchmessers des Sonnenrades 906. Dies erlaubt es der Diffusorstange 34i, sich um 90° zu drehen, wenn sich die Ventilstange 26i um ungefähr 70° dreht. Die Planetengetriebeanordnung sollte es ermöglichen, daß sich der interne Diffusor 30i in seiner vollständig geschlossenen Position befindet, wenn sich das Ventilelement in einer kaum geöffneten Position befindet. Es ist nicht notwendig, Zähne um den gesamten Umfang des Sonnenrades 906 vorzusehen, weil der Bewegungsbereich des Planetenrades 914 begrenzt ist. Somit stellt das Ventil 900 ein System zur gleichzeitigen Drehung der Ventilstange 26i und der Diffusorstange 34i bereit. Es kann eine einzige Betätigungsvorrichtung verwendet werden, um die Ventilstange 26i zu drehen, und die Diffusorstange 34i dreht sich in Abhängigkeit von der Ventilstange 26i.

Es ist somit gezeigt, daß eine Anzahl verschiedener Komponenten in einem Ventil vorgesehen werden kann, um die Schall- bzw. Geräuscherzeugung in einem Gasdienst oder Kavitation in einem Flüssigkeitsdienst zu dämpfen. In einer Anwendung zum Drosseln eines Fluiddurchflusses, während Schallerzeugung oder Kavitation minimiert werden, ist es wünschenswert, so viele Komponenten in einem Ventil anzuordnen, um den Durchfluß durch eine in einem Druckabfall resultierende Behinderung der Strömung zu verringern, wobei jede Komponente einen Teil des Gesamtdruckabfalls durch das Ventil aufnimmt. Durch Vorsehen mehrerer Komponenten zur Aufnahme eines Druckabfalls ist das Druckabfallverhältnis für jede Komponente geringer als wenn weniger Komponenten zur Aufnahme des Druckabfalls vorhanden wären. Der oben in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellte interne Diffusor stellt eine solche Komponente bereit, die den Druckabfall durch das Ventil über eine zusätzliche Komponente verteilt und auf diese Weise örtlich begrenzte Hochgeschwindigkeitsbereiche verringert, die Vibration oder Kavitation verursachen.

Die Diffusorstange ist entweder koaxial oder parallel zu der Ventilstange dargestellt worden. Jedoch ist dies keine Notwendigkeit, und die Diffusorstange kann in einem Winkel zu der Ventilstange angeordnet sein. Die Ventilstange kann zum Beispiel in einer vertikalen Ausrichtung angeordnet sein, während die Diffusorstange in einer horizontalen Ausrichtung angeordnet ist.

Die vorhergehende Offenbarung und Beschreibung der Erfindung veranschaulichen und erläutern diese, und verschieden Modifikationen und Änderungen an den hierin offenbarten Ausführungsformen sind angesichts dieser Offenbarung für den Fachmann ersichtlich. Es ist beabsichtigt, daß alle derartigen Variationen und Modifikationen in den Bereich dieser Erfindung fallen, wie sie beansprucht ist.


Anspruch[de]
  1. Regelventil mit einem Ventilkörper (12), der einen Einlaß (16) und einen Auslaß (18) und eine Bohrung (14) für eine Fluidströmung durch den Ventilkörper (12) aufweist, einem Ventilelement (24), das in dem Ventilkörper (12) zwischen dem Einlaß (16) und dem Auslaß (18) angeordnet ist, wobei das Ventilelement (24) eine Bohrung (28) aufweist, die wahlweise mit der Bohrung (14) in dem Ventilkörper (12) in Ausrichtung gebracht werden kann, wodurch eine Einlaßöffnung in das Ventilelement (24) und eine Auslaßöffnung aus dem Ventilelement (24) gebildet wird, und wobei das Regelventil (10) ferner gekennzeichnet ist durch:

    einen internen Diffusor (30), der in der Bohrung (28) des Ventilelementes (24) angeordnet ist, wobei der interne Diffusor (30) zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung und entfernt von diesen vorgesehen ist und wobei der interne Diffusor (30) zusätzlich zu jeglichen durch die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung bereitgestellten Durchflußdrosselungen eine Durchflußdrosselung bereitstellt, und ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Fluidströmung durch den internen Diffusor (30) möglich ist, wobei das Ventilelement (24) in Bezug auf den internen Diffusor (30) drehbar ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Diffusorstange (34), wobei der interne Diffusor (30) an der Diffusorstange (34) befestigt ist.
  3. Ventil nach Anspruch 2, bei dem die Diffusorstange (34) in Bezug auf den Ventilkörper (12) drehbar ist.
  4. Ventil nach Anspruch 3, bei dem die Drehausrichtung der Diffusorstange (34) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie unabhängig von der Drehausrichtung des Ventilelementes (24) ist.
  5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Diffusor (30) eine Lochscheibe ist.
  6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (24) ein Kugelventilelement ist.
  7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Diffusor (30) eine Vielzahl von Öffnungen (32) aufweist, um eine Fluidströmung durch den internen Diffusor (30) zu ermöglichen.
  8. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Einlaßkanal-Strömungsdiffusor (702), der in der Bohrung (14) in dem Ventilkörper (12) angeordnet ist.
  9. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Ventilelementeinlaß-Strömungsdiffusor (704), der an dem Ventilelement (24) befestigt und in der Bohrung (28) in dem Ventilelement (24) bei der Einlaßöffnung des Ventilelementes (24) angeordnet ist.
  10. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Ventilelementauslaß-Strömungsdiffusor (706), der an dem Ventilelement (24) montiert und in der Bohrung (28) in dem Ventilelement (24) bei der Auslaßöffnung angeordnet ist.
  11. Ventil nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Ventilelementeinlaß-Strömungsdiffusor (704), der an dem Ventilelement (24) bei der Einlaßöffnung befestigt ist, und einen Ventilelementauslaß-Strömungsdiffusor (706), der an dem Ventilelement (24) bei der Auslaßöffnung befestigt ist.
  12. Ventil nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch einen Einlaßkanal-Strömungsdiffusor (704), der an dem Ventilkörper (12) montiert und in der Bohrung (14) in dem Ventilkörper (12) angeordnet ist.
  13. Ventil nach Anspruch 3, ferner gekennzeichnet durch

    eine Ventilbetätigungsvorrichtung (100) zum Drehen des Ventilelementes (24),

    eine Diffusorbetätigungsvorrichtung (150) zum Drehen der Diffusorstange (34) und

    ein Steuersystem, um das Ventilelement (24) und die Diffusorstange (34) jeweils in eine gewünschte Position zu drehen, wobei die gewünschte Position durch das Steuersystem bestimmt wird.
  14. Ventil nach Anspruch 13, bei dem das Steuersystem einen Vibrationssensor aufweist.
  15. Ventil nach Anspruch 13, bei dem die Schallentstehung gesteuert wird.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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