DE3137871A1 - Rueckschlagventil - Google Patents

Description

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Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

Erhatdtstrasse 12, D-8000 München 5

Patentanwälte Menges & Prahl. Erhardtstr 12, D-8000 München 5 Dipl.-lng.Rolf Menges

Dipl.-Chem. Dn Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref. UnserZeichen/Ourref. U 759 Datum/Date 23.09.1981

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St,A.

RÜCKSCHLAGVENTIL

Die Erfindung bezieht sich im wesentilichen auf Rückschlagventile und sie betrifft insbesondere Rückschlagventile zur Verwendung in einem Verdichterabblassystem eines Gasturbinentriebwerkes.

Bei einem Flugzeuggasturbinentriebwerk ist es üblich eine Einrichtung zum Abblasen von Luft aus dem Verdichterabschnitt vorzusehen. Vom Verdichter wird dabei Luft abgeblasen,um ein Pumpen des Triebwerks beim Anlassen und beim Beschleunigen zu vermeiden, zum Heizen der Flugzeugkabine und zum Erwärmen der Tragflügel oder anderen Flächen des Flugzeuges, um ihre Vereisung zu verhindern. Abblassysteme für Verdichterluft sind üblicherweise mit Rückschlagventilenversehen, welche eine Umkehrung der Strömungsrichtung durch die Systeme vermeiden, zum Beispiel, falls Abblassysteme für mehrere Triebwerke in Verbindung miteinander sind und eines der Triebwerke ausser Betrieb gesetzt wird. Ohne Rückschlagventil würde bei einer solchen Umkehrung der Strömungsrichtung Abblasluft von den Triebwerken, welche in Betrieb sind zu dem nicht arbeitenden

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Triebwerk strömen und dabei die Leistung der oben erwähnten HiIfsheizvorrichtungen stören. Die Rückschlagventile in solchen Abblassystemen arbeiten bei einem Luftdruck von etwa 20 bar und unter Temperaturen von etwa 430⁰C und sie müssen bei einer Veränderung der Strömungsrichtung schnell schliessen.

Es ist bekannt die Rückschlagventile für Verdichterabblassysteme als Klappenventile auszubilden. Solche Klappenventile haben jedoch eine minimale Auflagefläche des Ventilkörpers im Vergleich zu dem Durchflussquerschnitt des Ventils. Diese geringe Auflagefläche vermindert die Lebensdauer des Ventiles infolge rascher Abnützung der Ventilsitζflächen durch Plattern undAufschlagen des Ventilkörpers auf die Sitzfläche. Bekannte Klappenrückschlagventile in Verdichterabblassytemen sind bekannt aus der US Patentschrift 2 925 825. Es sind viele verschiedene Einweg-oder Rückschlagventile bekannt geworden, jedoch haben diese bekannten Ausführungen oft enge und gewundene Strömungswege oder führen auf andere Art und Weise zu einem unzulässig hohen Druckabfall der Strömung durch das Ventil. Aus den US Patentschriften 2 927 604 und 2 928 sind andere Rückschlagventilbauarten bekannt. Die US Patentschrift 3 134 394 beschreibt ein Rückschlagventil mit geringerem Druckabfall als andere der oben beschriebenen Rückschlagventile, jedoch wird durch das Rückschlagventil der vorliegenden Erfindung noch eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zu dem Ventil entsprechend der US Patentschrift 3 134 394 erzielt, was den Druckabfall und das rasche Schliessen bei einer Umkehrung der Strömungsrichtung anbelangt.

Die Erfindung schafft ein verbessertes Rückschlagventil mit einem Ventilkörper, der auf einer wesentlichen Fläche abgestützt ist und wobei das Flatter des Ventilkörpers die Abnützung durch Aufschlagen des Ventilkörpers herabgesetzt sind.

Des weiteren schafft die Erfindung ein verbessertes Rückschlagventil, das der Strömung durch das Ventil einen minimalen Widerstand entgegensetzt und einem im wesentlichen ungewundenen Strömungsweg hat.

Die Erfindung schafft auch ein verbessertes Rückschlagventil mit herabgesetztem Druckabfall der Strömung durch das Ventil.

Das verbesserte Rückschlagventil nach der Erfindung schliesst rasch jedoch kontrolliert bei Umkehrung der Strömungsrichtung.

Das Rückschlagventil entsprechend der Erfindung ist mit einem durchlöcherten, aerodynamischen Führungskörper und einem aerodynamischen Ventilkörper oder Ventilteller versehen, welche innerhalb eines Gehäuses so angeordnet sind, dass bei normaler Strömungsrichtung nach vorne der Ventilkörper und der. Führungskörper zusammen einen stromlinienförmigen Mittelkörper bilden, der am Streben befestigt ist, welche die thermische Belastung aufnehmen . Der Ventilkörper und das Ventilgehäuse bilden zusammen einen Strömungsweg mit im wesentlichen konstanten Durchflussquerschnitt längs dem Ventil. Bei normaler Strömungsrichtung durch das Ventil wird der Ventilkörper durch den Strömungsdruck geöffnet, der Ventilkörper nimmt dabei in der Offenstellung die vordere Seite des Führungskörpers teilweise in sich auf. Bei umgekehrter Strömungsrichtung gelangt das Fluid durch die Öffnungen des Führungskörpers und wirkt auf die konkave Fläche des Ventiltellers, der sich unter dem Einfluss der umgekehrten Strömung rasch gegen seine Sitzfläche bewegt und die Strömung durch das Ventil absperrt. Eine Zylinder-Kolbendämpfungsvorrichtung ist innerhalb des Führungskörpers vorgesehen. Der Ventilteller ist entweder am Zylinder oder an dem Kolben befestigt, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Zylinder und dem Kolben die Bewegung des Ventiltellers abdämpft und somit ein unerwünschtes Schwingen und Hämmern des Ventiltellers ' auf seine Sitzfläche herabsetzt. Der Zylinder ist entlüftet zum Verringern der Federkonstante der Zylinder-Kolbenvorrichtung, um ein Zurückspringen des Ventiltellers beim öffnen .des Ventiles zu vermeiden. Durch die Entlüftung wird auch vermieden, dass ein starker Unterdruck in dem Zylinder entsteht, der eine Schliessbewegung des Ventiltellers verhindern könnte. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kolben in dem Zylinder an diesen angren-

zend geführt, wodurch ausgedehnte Auflageflächen für die Führung des Ventilkörpers des Ruckschlagventiles bereitgestellt werden, um ein unerwünschtes Flattern oder andere Schwingungen zu vermeiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:

Figur 1 eine Ansicht im Längsschnitt des Rückschlagventiles nach der Erfindung.

Figur 2 eine Endansicht des Ventiles nach Figur 2.

Figur 3 eine Ansicht des anderen Endes des Ventiles nach Figur 1.

In der Figur 1 ist das Rückschlagventil insgesamt mit 10 bezeichnet. Es hat ein Gehäuse 15, das mit Befestigungsflanschen 20 und 25 an gegenüberliegenden Enden versehen ist zum Anschluss des Ventiles an zwei gegenüberliegende Leitungsstücke. Das Gehäuse hat in seinem Innnern einen ringförmigen Ventilsitz 30 an den der Ventilteller oder der Ventilkörper 25 zur Anlage kommt zum Schliessen des Ventiles bei umgekehrter Strömungsrichtung (Strömung nach rechts in Figur 1).

Innerhalb des Gehäuses 15 is ein stromlinienförmiger, aerodynamischer Führungskörper 45 vorgesehen, der mittels Streben 40 festgehalten ist. Der Führungskörper stellt der Strömung nach vorne einen minimalen Widerstand entgegen. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die Streben zwischen dem Gehäuse und dem Führungskörper vorgesehen und erstrecken sich von demselben radial nach aussen und in Tangentialrichtung in bezug auf den Führungskörper. Durch diese Anordnung der Streben werden thermische Belastungen und Belastungen durch den Strömungsdruck aufgenommen durch Durchbiegung der Streben ohne Oberbelastung der Befestigungsstellen derselben an dem Gehäuse und an dem Führungskörper.

Der Führungskörper 45 hat eine vordere "und eine hintere (mit Bezug auf die normale Strömungsrichtung) Wand 50 und 55, die miteinander verbunden sind, zum Beispiel durch Schweissen, Löten, Kleben oder dergleichen, oder durch mechanische Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Nieten usw. Die vordere Wand 50 ist mit Öffnungen 60 versehen, während

die hintere Wand 55 Öffnungen 65 aufweist. Diese öffnungen, erlauben eine Fluidströmung bei umgekehrter Strömungsrichtung durch den Führungskörper zum Beaufschlagen des Ventilkörpers 35, um denselben gegen seine Sitzfläche zu drücken (siehe die strichpunktierte Lage in Fig. 1). Entsprechend der Figur 1 sind die öffnungen 65 wesentlich grosser als die öffnungen und die öffnungen 65 und 60 befinden sich etwa in der Mitte der vorderen und der hinteren Wand. Diese Abmessung und Anordnung der öffnungen ist geeignet für ein Rückschlagventil in einem Verdichter-Abblassystem eines Gasturbinentriebwerkes. Es wird jedoch ausdrücklich erwähnt, dass das erfindungsgemässe Rückschlagventil nicht auf diese Anordnung und Abmessungen beschränkt ist, da die Grosse der öffnungen und ihre Anordnung von den Eigenschaften des durch das Rückschlagventil "strömentden Fluides sowie von den Betriebstemperaturen und Drücken desselben abhängen.

Die vordere und die hintere Wand des Führungskörpers sind kegelförmig oder konvergent und dienen zur Befestigung des Dämpferzylinders 70, der im innern des Führungskörpers im wesentlichen in der Mitte desselben angeordnet ist. Der Zylinder ist mit einer Entlüftungsöffnung 75 an seinem hinteren Ende versehen, und nimmt einen Kolben 85 auf, welcher im wesentlichen an die Innenseite des Zylinders angrenzt. Der Zylinder und der Kolben bilden eine Dämpfungsvorrichtung oder einen Dampfungstopf zur Herabsetzung der Schwingungen des Ventilkörpers sowie des Aufschiagens desselben gegen die Sitzfläche. Die Entlüftung verringert die Federkonstante der Kolben-Zylinderanordnung, um ein Zurückspringen des Ventilkörpers zu vermeiden falls das Rückschlagventil geöffnet wird. Die Entlüftung dient auch zum Ansaugen von Fluid in den Zylinder beim Schliessen des Ventiles, um die Bildung eines Unterdruckes in dem Zylinder zu verhindern, wodurch das Schliessen des Ventiles verhindert werden könnte.

Der Ventilkörper 35 is kegelförmig oder konvergent und ist am Ende des Kolbens 85 durch geeignete Mittel, wie zum Beispiel durch eine Schraube 90 mit Mutter 95 befestigt. Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstrecken sich der Zylinder und der Kolben im wesentlichen längs der gesamten Länge des Ruckschlageventiles. Diese beiden Teile

bilden ausgedehnte Auflageflächen zur¹ verschiebbaren Lagerung des Ventilkörpers. Auf diese Weise werden Flatterbewegungen oder andere unerwünschte Schwingungen des Ventilkörpers weitgehend vermieden.

Der radial äusserste Teil des Ventilkörpers 35 kommt in dichte Anlage mit dem Sitz 30, (wie in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt ist) falls das Ventil geschlossen wird. Der Ventilkörper 35 hat eine konkave Scheibe. Bei normaler Strömungsrichtung durch das Ventil drückt der Strömungsdruck unmittelbar auf die äussere oder konvexe Ventilkörperfläche. Dadurch wird das Ventil geöffnet und der Ventilkörper wird nach hinten in seine Offenstellung bewegt, in der die vordere Wand des Führungskörpers zum Teil im Innern des Ventilkörpers liegt. Bei umgekehrter Strömungsrichtung gelangt Fluid durch die öffnungen 65 und SO in dem Führungskörper auf die innere (konkave) Fläche des Ventilkörpers und drückt diesen gegen den Sitz 30 zum Verschliessen des Ventiles. Die hintere Wand 55 des Führungskörpers und der Ventilkörper 35, welche im wesentlichen kegelförmig sind, bilden zusammen einen stromlinienförmigen Mittelkörper innerhalb des Ventilgehäuses. Dieser Mittelkörper und die Innenseite des Gehäuses 15 bilden eineiStrömungsweg 100 mit verhältnismässig gleichförmigem Durchflussquerschnitt von einem Ende desselben bis zum anderen. Dieser gleichförmige Durchflussquerschnitt sowie der stromlinienförmige Umriss des durch den Führungskörper und den Ventilteller gebildeten Mittelkörpers ergeben einen minimalen Druckabfall der Strömung durch das erfindungsgemässe Rückschlagventil.

Dementsprechend zeichnet sich das Rückschlagventil der Erfindung aus durch einen minimalen Druckabfall der Strömung durch das Ventil. Die Hin- und Herbewegung des Ventilkörpers zwischen seiner Offenstellung und seiner geschlossenen Stellung wird durch die Kolben-Zylinderdämpfungsvorrichtung abgedämpft, die infolge ihrere Anordnung im Innern des Ventiles ausgedehnte Auflageflächen oder Führungsflächen schafft für die Hin- und Herbewegung des Ventiltellers. Die Entlüftung des Zylinders verhindert

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ein Zurückspringen des Ventiltellers und eine Beinträchtigung der Schliessbewegung des Ventiles durch Unterdruckbildung in dem Zylinder. Durch ihre Anordnung innerhalb des Führungskörpers sind die Auflage- und Führungsflächen des Zylinders und des Kolbens im wesentlichen über ihrer gesamten Länge gegen Verunreinigungen geschützt. Die öffnungen in der vorderen und in der hinteren Wand des Führungskörpers 45 ermöglichen ein schnelles Schliessen des Ventiles bei Umkehrung der Strömungsrichtung· Das schnelle Schliessen des .Ventiles wird auch noch begünstigt durch die konkave Ventiltellerbauweise, wodurch eine wirksame Beaufschlagung durch den Fluiddruck bei umgekehrter Strömungsrichtung sichergestellt wird.

Das Rücschlagventil der Erfindung ist in den Zeichnungen ohne Betätigungsvorrichtung oder andere Hilfseinrichtungen dargestellt, das heisst das Ventil wird ausschliesslich durch den Strömungsdruck betätigt. Falls erwünscht könnenaber selbstverständlich Federn, Betätigungseinrichtungen oder andere Hilfsvorrichtungen benutzt werden.

Claims (7)

1. PRAHL! "*

   Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional representatives before the European Patent Office

   Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

   Patentanwälte Menges & Prahl, Erhardtstr 12. D-8000 München 5 Dipl.-lng.Rolf Menges

   Dipl.-Chem. Dr. Horsl Prahl

   Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

   Ihr Zeichen/Your ref. UnserZeichen/Ourret. U 759

   Datum/Date 23 »09. 1981

   UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

   Patentansprüche :

   fl. Rückschlagventil mit einem Gehäuse (15), das die äussere Wand eines Stömungsweges durch das Ventil bildet, mit einem innerhalb des Gehäuses vorgesehenen Sitz (30), mit einem in dem Gehäuse vorgesehenen Ventilkörper (35), der durch die Fluidströmung einstellbar ist, wobei der Ventilkörper durch Fluidströmung in einer ersten, normalen Richtung zu öffnen und durch Fluidströmung in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung zu schliessen.ist, und mit einem durchlöcherten Führungskörper (45) , der innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und zusammen mit dem Ventilkörper bei normaler Strömungsrichtung durch das Ventil eine innere Wnad des Stromungsweges bildet, wobei die Löcher (60, 65) in dem Führungskörper vorgesehen sind zur Beaufschlagung des Ventilkörpers mit Druckfluid durch den Führungskörper hindurch bei umgekehrter Strömungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (45) im Innern des Gehäuses durch mehrere in Abstand voneinander angeordnete Streben(40) abgestützt ist, wobei jede Strebe zwischen dem Gehäuse und dem Führungskörper vorgesehen ist und sich vor dem Führungskörper radial nach aussen und tangential in bezug auf denselben erstreckt.
2. 2. Rückschlagventil mit einem Gehäuse (15), das die äussere Wand eines Strömungsweges durch das Ventil bildet, mit einem Sitz (30) , der innehalb des Gehäuses vorgesehen

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   ist, mit einem Ventilkörper (35), der in dem Gehäuse vorgesehen ist, und durch den Strömungsdruck einstellbar ist, wobei der Ventilkörper durch Fluidströmung in einer ersten, normalen Richtung in Offenstellung und durch die Fluidströmung in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung in Schliessstellung zu bewegen it, und mit einem durchlöcherten Führungskörper (45), der je eine durchlöcherte, stromlinienförmige vordere und hintere Wand (50, 55) aufweist, und in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Führungskörper bei normaler Strömungsrichtung durch das Ventil zusammen mit dem Ventilkörper eine innere Wand des Strömungsweges bildet und die öffnungen (60, 65) vorgesehen sind zur Beaufschlagung des Ventilkörpers mit Druckfluid durch den Führungskörper hindurch bei umgekehrter Strömungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (35) ein konkav geformter Ventilteller ist, der in seiner Offenstellung die vordere Wand (50) des Führungskörpers wenigstens zum Teil in sich aufnimmt.
3. 3. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (35) und der Führungskörper (45) einen stromlinienförmigen Mittelkörper bilden, der im wesentlichen kegelförmige vordere und hintere Endflächen aufweist.
4. 4. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das Gehäuse (15), den Führungskörper (45) und den Ventilkörper (35) gebildete Strömungsweg im wesentlichen längs seiner gesamten Länge einen einheitlichen Durchflussquerschnitt aufweist.
5. 5. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Kolben (85), der an dem Ventilkörper (35) oder an dem Führungskörper (45) befestigt istund durch einen Zylinder (70), der den Kolben in sich aufnimmt, wobei der Zylinder an dem Führungskörper oder an dem Ventilkörper (35) befestigt ist, und wobei der Kolben und der Zylinder zusammen eine Vorrichtung zum Dämpfen der Schwingungen des Ventilkörpers bilden.
6. 6. Rückschlagventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (70) eine Entlüftungsöffnung (75) aufweist.
7. 7. Rückschlagventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (85) im wesentlichen an die Innenseite des Zylinders (70) angrenzt und dass der Zylinder und der Kolben Auflage- und Führungsflächen bilden zum Abstützen des Ventilkörpers (35) bei seiner Bewegung in bezug auf den Ventilsitz (30).