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Die Erfindung bezieht sich auf ein Freiflussplattenventil, das ein aus aneinanderliegenden und miteinander abwechselnden federnden Lamellen und aus mit Kanälen für den Einlass des in diesen längs der Lamellenoberfläche strömenden Arbeitsmediums versehenen Sitzplatten zusammengestelltes Paket enthält, in dem die Sitzplatten eine Fläche, an der die Lamelle im geschlossenen Ventil anliegt, und eine die Lamellenbewegung bei geöffnetem Ventil begrenzende Fläche aufweisen.
Beim Öffnen eines Freiflussplattenventils entsteht zwischen der freibleibenden Lamellenkante und der Sitzplattenoberfläche ein Spalt zum Austritt des Arbeitsmediums. Bei vollkommen geöffnetem Ventil liegen die Lamellen an der ihre Bewegung begrenzenden Sitzplattenfläche dicht an.
Die Stelle des hydraulischen Hauptwiderstandes aller Ventile, damit auch der Freiflussplattenventile ist deren Austrittsspalt, dessen Durchgangsquerschnitt kleiner als alle andern Durchgangsquerschnittsflächen im Strömungsweg des Arbeitsmediums ist. Daher ist zur Steigerung der Schluckfähigkeit und folglich zur Verkleinerung der im Ventil entstehenden Energieverluste vor allem eine Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes des Austrittsspaltes erforderlich.
Bei bekannten Freiflussplattenventilen mit federnden Lamellen, deren freie Kante eine geradlinige Form aufweist, wird zur Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes des Austrittsspaltes eine grössere Hubhöhe der Lamelle vorgesehen. Dies aber vermindert die Lebensdauer der Lamellen und setzt die Betriebssicherheit dieser Ventile stark herab.
Kleinere Spaltdurchgangsquerschnitte machen eine Vergrösserung der Lamellen- und Sitzplattenstückzahl sowie deren Länge und folglich den Durchmesser des Ventils notwendig, was wieder zu einer Vergrösserung des Totraumes im Zylinder führt, den Arbeitsaufwand bei der Ventilherstellung erhöht und einen grösseren Verbrauch der für die Erzeugung des Ventils notwendigen Materialien verursacht.
Bekannt sind auch Freiflussplattenventile runder Form mit einem Paket abwechselnder Sitze und Lamellen, die entlang der Gasstromrichtung angeordnet sind. Aber auch sie konnten aus den bereits angeführten Gründen nicht befriedigen.
Ziel der Erfindung ist nun ein Freiflussplattenventil der eingangs angeführten Art, das die aufgezeigten Nachteile und Mängel der bekannten Ausführungen vermeidet, bei dem der Durchgangsquerschnitt wesentlich erhöht ist, das einen geringeren hydraulischen Widerstand aufweist, daher wirtschaftlicher ist und durch Verminderung der Hubhöhe der Lamellen auch eine Abschwächung ihrer Stösse gegen die Sitzplatten und damit eine längere Verwendungsdauer hat.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass zumindest ein Teil der federnden Lamellen mit Zähnen versehen ist, welche die Einlasskanäle für das Arbeitsmedium vom Zahngrund bis zur Zahnkopfoberkante überdecken und dass die Sitzplatten Austrittskanäle für das Arbeitsmedium aufweisen, die den Bereichen zwischen den Zähnen gegenüberliegen.
Nach einem Merkmal der Erfindung sind alle Lamellen mit Zähnen versehen. Nach einem andern Merkmal der Erfindung ist jeder Zahn einer Lamelle nur einem ihn entsprechenden Einlasskanal zugeordnet.
Erfindungsgemäss kann jeder Einlasskanal, der durch einen Zahn überdeckt ist, durch mindestens eine Scheidewand in gesonderte Einlasskanäle unterteilt sein, die gemeinsam durch den Zahn überdeckt werden. Jeder Einlasskanal kann auch durch mindestens eine Scheidewand in Einzelkanäle unterteilt sein und jeder dieser Teilkanäle kann durch einen eigenen Zahn überdeckt werden.
Gemäss weiteren Merkmalen der Erfindung sind die in den Sitzplatten vorgesehenen Austrittskanäle im Bereich ihrer Seitenfläche ausgebildet, an der die Lamellen bei geschlossenem Ventil anliegen. Die in den Sitzplatten vorgesehenen Austrittskanäle können auch im Bereich ihrer die Bewegung der Lamelle begrenzenden Fläche angeordnet sein.
Im Rahmen der Erfindung ist auch noch vorgesehen, dass die Austrittskanäle für das Arbeitsmedium in der Sitzplatte sowohl im Bereich ihrer Seitenfläche, an der die Lamellen bei geschlossenem Ventil, als auch im Bereich der die Hubbewegung der Lamelle begrenzenden Fläche ausgebildet sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand einiger Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert. In diesen zeigen Fig. 1 einen Teil des Sitzplattenpakets mit Einlasskanälen für den Eintritt des Arbeitsmediums und die an den Sitzplatten anliegenden Lamellen im Längsschnitt, Fig. 2 einen Teil des Sitzplattenpakets mit Austrittskanälen für das Arbeitsmedium und die an den Sitzplatten anliegenden Lamellen im Längsschnitt, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Sitzplatte mit einer Lamelle, deren Zähne je einen Einlasskanal des Arbeitsmediums überdecken, Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Sitzplatte, in der der Einlasskanal für das Arbeitsmedium an der Seite der die Hubbewegung der Lamelle begrenzenden Fläche hergestellt ist, Fig.
5 ein Ausführungsbeispiel der Sitzplatte mit einer Lamelle, bei der jeder Lamellenzahn zwei Einlasskanäle für das Arbeitsmedium überdeckt im Längsschnitt, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Sitzplatte und der Lamelle, bei der die Lamellenzähne und die Ein- bzw. Auslasskanäle für das Arbeitsmedium eine gleichbleibende Breite aufweisen und Fig. 7 ein Sitzplattenpaket mit Lamelle in perspektivischer Darstellung.
Das erfindungsgemässe Freiflussplattenventil gemäss Fig. l und 2 besteht aus einem Paket aneinander anliegenden und miteinander abwechselnden federnden Lamellen --1-- und Sitzplatten --2--, mit Kanälen --3 und 4--für den Einlass und den Austritt des Arbeitsmediums.
Die Lamellen--l--sind zwischen den
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ab (gestrichelt gezeigt), wobei sie einen Austrittsspalt--7--zum Durchgang des Arbeitsmediums, zwischen der Lamelle-l-und der Sitzplatte --2-- freigibt.
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Zähnen--8-- (Fig. 3)--7-- zum Durchgang des Arbeitsmediums, ohne die Länge der Lamellen selbst zu vergrössern, bedeutend erweitern und somit auch den Widerstand des Ventils vermindern, da diese Spalte--7--im allgemeinen die Stelle der grössten Durchgangsverengung im Ventil ist und hydraulischen Hauptwiderstand bildet.
Die Austrittskanäle--4--für das Arbeitsmedium (in Richtung B), die in den Sitzplatten--2-- vorgesehen sind, befinden sich gegenüber den Lucken --11-- zwischen den Zähnen--8--der Lamelle sowie vor dem ersten und hinter dem letzten Lamellenzahn--8--.
Die Sitzplatte --2-- des Ventils weist eine Fläche --10-- auf, an der die Lamelle--l--bei geschlossenem Ventil anliegt und in welche die Einlasskanäle-3-für das Arbeitsmedium einmünden, sowie eine Fläche --11--, welche die Hubbewegung der Lamelle--l--bei geöffnetem Ventil begrenzt.
Die Austrittskanäle für das Arbeitsmedium können verschieden angeordnet werden, u. zw. entweder als Kanäle --4-- seitens der Fläche--10--, an der die Lamelle--l--bei geschlossenem Ventil anliegt (Fig. 2), oder als Kanäle --12-- in der Sitzplatte --13-- an der Seite der die Hubbewegung der Lamelle --15-- bei geöffnetem Ventil begrenzenden Fläche--14-- (Fig. 4), oder als Kanäle zu beiden Seiten der Lamelle. Die Anzahl, Abmessungen und Form der Zähne, welche in Abhängigkeit von der Länge und Breite der Sitzplatten, vom zulässigen Lamellenhub und von den Ventilbetriebsverhältnissen gewählt werden, können ebenfalls verschieden sein.
Je schmäler die Zähne ausgeführt werden, je grösser deren Höhe wird, umso mehr übersteigt der Umfang des Spaltes zum Durchgang des Arbeitsmediums die Breite des freibleibenden Teiles der federnden Lamelle.
In allen genannten Ausführungsbeispielen wird die Anwendung der Sitzplatte in vergrösserter Stärke vorgesehen, was mit einer Erweiterung der Durchgangsspalte für das Arbeitsmedium und mit der Notwendigkeit, dadurch die Tiefe der Einlasskanäle zu vergrössern, verbunden ist.
Die Vergrösserung der Sitzplatten erhöht wesentlich ihre Starrheit. Dies wirkt sich besonders günstig bei Freiflussventilen runder Form aus, in welchen eine Verkrümmung der Sitzplatten während des Aufsetzens der Schrumpfringe die Dichtheit des Ventils herabsetzt.
Mit der Vergrösserung der Tiefe der Einlasskanäle für das Arbeitsmedium und der Stärke der Sitzplatten nimmt die Anzahl der Sitzplatten und Lamellen im betreffenden Ventil ab. Dadurch wird die Herstellung des Ventils im Vergleich an den Freiflussventilen bekannter Ausführung erleichtert und der Verbrauch an dem bei der Herstellung der Lamellen zur Anwendung kommenden Band aus Spezialstahl im wesentlichen herabgesetzt.
Eine Herabsetzung der Druckverluste im Ventil, bedingt durch die Reibungsverminderung des in den eine grössere Durchgangsfläche besitzenden Kanälen der Sitzplatten strömenden Gases, ist eine weitere Ursache, die zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Ventils beiträgt.
Je nach dem an der Lamelle angreifenden Druckunterschied, der Lamellenstärke und Zahnbreite wird der unter jedem Lamellenzahn --8-- überdeckte Einlasskanal (Fig. 3) bzw. um eine wesentliche Durchbiegung der Lamelle in den Kanal hin zu vermeiden, als Zwillings-, Drillings-, Vierlingskanal usw., d. h. durch Scheidewände --18-- geteilt ausgeführt, die die Zähne --19-- der Lamelle --16-- unterstützen, wobei diese Wände als ein Ganzes hergestellt werden oder Unterbrechungen über ihre Länge haben und nicht an das Ende des Einlasssignals--17--reichen können.
Die Tiefe und Breite der Einlasskanäle nehmen, wie dies aus den Fig. l, 3 und 5 hervorgeht, unter Berücksichtigung der Gasdurchdringung durch Undichtheiten an Zahnflanken der Lamelle in Gasstromrichtung ab. Im Gegensatz dazu vergrössern sich die Tiefe und Breite der Austrittskanäle in Strömungsrichtung, wie dies Fig. 2, 3,5 angeben, da in diese Kanäle das Arbeitsmedium durch die erwähnten Undichtheiten tritt.
Durch eine verzahnte Ausführung der Lamellen wird der gerade Mediumstrom durch das Ventil gewissermassen verletzt und die auf der Durchgangsfläche des Durchtrittsspaltes bezogene Ausflusszahl des Freiflussplattenventils vermindert. Doch die Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes des Durchtrittsspaltes erweist sich als beträchtlich grösser im Vergleich mit der Verkleinerung der Ausflusszahl. Die sich aus dem Produkt der Ausflusszahl und Durchgangsfläche ergebende, wirksame Ventildurchgangsfläche aber vergrössert sich dabei beträchtlich, was eben der Effekt des erfindungsgemässen Freiflussplattenventils bestimmt.
Die Ausführung der Lamellen mit Zähnen gibt die Möglichkeit, nicht nur den Ventilwiderstand herabzusetzen, sondern auch die Hubhöhe der Lamellen zu verkleinern, wodurch die Lebensdauer des Ventils vergrössert wird. Das Arbeitsverhalten und die Lebensdauer des Ventils stehen ausserdem unter dem Einfluss der Herstellungsfehler des Ventilbandes für die Lamellen, u. zw. dessen Rollen-bzw. Propellerartigkeit.
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Fig. 6 gibt eine einfachste und für die Herstellung günstigste Ausführung der Lamellen--20--mit Zähnen - rechteckiger Form sowie der Sitzplatten --22-- wieder, welche die mit gleichbleibender Breite ausgelegten Kanäle-23, 24-für den Einlass und Austritt des Arbeitsmediums enthalten.
Bei einer solchen Ausführung überdeckt jeder Zahn--21--der Lamelle--20--nur einen Einlasskanal --23--. Die Ausführung des Ventils aber, bei der die einzelnen oder sogar alle Zähne der Rechteckform zwei oder mehrere Einlasskanäle für das Arbeitsmedium überdecken, wie dies Fig. 5 angibt, ist durchaus möglich.
Die in Fig. 6 wiedergegebene Ausführung der Lamellen mit rechteckigen Zähnen und Sitzplatten mit gleichbreiten Kanälen bietet einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zur Lamellen- und Sitzplattenausführung mit den in Richtung zum Kopf verjüngten Zähnen und Einlasskanälen für das Arbeitsmedium (Fig. 3, 5) auch dadurch, dass an den Zahnenden infolge dessen grösserer Breite eine vergrösserte Druckkraft der Arbeitsmediumströmung eingreift, und durch diesen Umstand nehmen die Energieverluste im Ventil unter Sicherstellung eines vollkommenen öffnens des Ventils durch eine geringere Druckdifferenz ab.
Die Lamellen mit in Richtung zum Zahnkopf verjüngten Zähnen, wie dies aus Fig. 3 und 5 ersichtlich ist, weisen eine kleinere Masse an Freikante auf und sind demzufolge weniger träge. Eine damit verbundene Abkürzung der öffnung-un Schlusszeit des Ventils stellt noch einen weiteren Vorteil der Ventile mit diesen Lamellen bei deren Anwendung an hochtourigen Verdichtern dar.
Die grössten Spannungen in den Lamellen treten in der Regel während des Ventilschliessens auf, wenn ein Stoss der Lamelle an der Sitzplatte stattfindet. In den Freiflussplattenventilen befindet sich die Höchstspannungsstelle der Lamelle an ihrer Freikante, die während des Stosses die grösste Geschwindigkeit erhält, wobei die hier entstehenden Biegespannungen umso höher werden, je grösser die Breite der Einlasskanäle an der Freikante der Lamelle ist, da sich beim Schlagen die Lamelle in die Einlasskanäle des Arbeitsmediums einbiegt.
Im Freiflussplattenventil mit verzahnten Lamellen ist die Kanalbreite veränderlich und an der Zahnkopfoberkante die kleinste (Fig. 3, 5). Infolgedessen ist die Spannung in den Lamellen kleiner und die Betriebssicherheit des Ventils höher. Bei geringen Druckgefällen am Ventil lässt dieser Umstand auch die Einlasskanäle an der Festklemmstelle der Lamelle (an unbeweglicher Lamellenkante) erweitern und dadurch den Widerstand vermindern.
Die Betriebsart des in den Fig. 1, 2, 3 wiedergegebenen und erfindungsgemäss ausgeführten Freiflussplattenventils ist folgende.
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begrenzenden Flächen--11--von Sitzplatten--2--ab. Hiernach tritt das Gas durch den entstandenen, mit der Freikantenform der verzahnten Lamelle übereinstimmenden, zickzackförmigen Durchgangsspalt zwischen der Lamelle und Fläche--10--, an welcher die Lamelle beim geschlossenen Ventil anliegt, zu seinem Hauptanteil in die Austrittskanäle --4-- (Fig. 2), aus welchen es ausserhalb des Ventils strömt. Der restliche, an Spaltabschnitte zwischen den Kanälen-4--, d. h. an Kopfoberkanten der Zähne-8-anfallende Gasteil des ausströmenden Gases tritt unmittelbar zum Ausgang ausserhalb des Ventils heraus.
Die Betriebsweise anderer Ventilausführungen, die gemäss Fig. 4, 5,6 gefertigt sind, verläuft auf ähnliche Weise.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Freiflussplattenventil, das ein aus aneinanderliegenden und miteinander abwechselnden federnden Lamellen und aus mit Kanälen für den Einlass des in diesen längs der Lamellenoberfläche strömenden Arbeitsmediums versehenen Sitzplatten zusammengestelltes Paket enthält, in dem die Sitzplatten eine Fläche, an der die Lamelle im geschlossenen Ventil anliegt, und eine die Lamellenbewegung bei geöffnetem Ventil
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Arbeitsmedium vom Zahngrund bis zur Zahnkopfoberkante überdecken und dass die Sitzplatten (2,13, 22) Austrittskanäle (4,12, 24) für das Arbeitsmedium aufweisen, die den Bereichen zwischen den Zähnen (8,19, 21) gegenüberliegen.
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