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Ventilsteuerung für Kolbenmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich auf die Ventilanordnung'von Dampfmaschinen und ändern Kolbenmaschinen mit Doppelsitzventilen. Die Erfindung beruht auf der bekannten Erkenntnis, dass die erforderliche Öffnungskraft für die Ventile erheblich herabgesetzt wird, wenn nicht, wie es bisher zumeist üblich war, die in Öffnungsrichtung des Ventils vordere Sitzringfläche im Durchmesser grösser gemacht wird als die hintere Ringfläche, sondern die genannte vordere Ringfläche im Durchmesser gleich oder kleiner als die hintere Ringfläche gemacht wird.
Trotz derartigen Dimensionsverhältnissen der Sitzflächen dichten die Ventile, nachdem sie sich geschlossen haben, unter Wirkung des Dampdfruckes mit Sicherheit ab, was auf der nach Angabe des Erfinders neu erkannten Tatsache beruht, dass auf der Sit7fläche der Druck (Dampfdruck) nicht gleichmässig von einem Rande zum andern Rande hin abnimmt, sondern plötzlich in der Nähe jenes Randes abfällt, der auf der Seite des höheren Druckes liegt. Infolgedessen ist trotz gleichen Durchmessern der Sitzflächen, u. zw. bei beliebiger Strömungsrichtung des Dampfes, eine druckbelastete Ringzone wirksam, welche eine genügende Abdichtung hervorruft.
Durch Anwendung von Doppelsitzventilen, die dieser Erkenntnis entsprechend gebaut sind, wird es möglich, Ein-und Auslassventile geringeren Kraftbedarfes für die Öffnung in einem einfachen Zylindergussstück so nebeneinander anzuordnen, dass der thermodynamisch schädliche Raum des Zylinders erheblich verkleinert wird, indem
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stattfindet, bei dem zugeordneten andern Ventil hingegen die Dampfströmung entgegengesetzt der Öffnungsbewegung des Ventils stattfindet. Wo bisher diese Anordnung versucht wurde, traten Schliessdrücke auf, deren Überwindung durch die Steuerung übermässig hohe Kräfte erforderte. Um die Montage der für den genannten Erfolg erforderlichen Ventile zu ermöglichen, werden nach der Erfindung besondere Mittel benutzt.
Besondere Mittel werden auch verwendet, um die Beeinträchtigung der vom Dampfdruck erzeugten Abdichtung der Ventile infolge elastischer Deformation des Metalls der unter Druck stehenden Teile zu vermeiden.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung entworfenen Ventilsteuerung für eine Kolbenmaschine dargestellt, bei welchem Aus-und Einlassventil mit lotrechten Spindeln nebeneinander quer zur Zylinderachse, u. zw. oberhalb des Zylinders angeordnet sind. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder, der durch die Achsen des Einlass-und Auslassventils hindurchgeht. Fig. 2 zeigt einen lotrechten Schnitt in der Längsrichtung des Zylinders durch die Achse des Auslassventils. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Ventilkörper.
Einlassventil A und Auslassventil B öffnen in eine Kammer H, die durch einen Schlitz (Fig. 2) mit dem Zylinderinneren 0 ill Verbindung steht. Dem Einlassventil A strömt der Dampf aus der Einströmkammer D zu. Von dem Auslassventil B strömt der Dampf in die Ausströmkammer E. Beide Ventile öffnen sich nach unten und schliessen sich nach oben, so dass also beim Einlassventil die Schliess- bewegung entgegengesetzt der Dampfströmung ist, während die Schliessbewegung beim Auslassventil der Dampfströmung entspricht.
Damit sich das Ventil A unter der Wirkung des im Innenraum H wirksamen Dampfdruckes schliessen kann, wird der Durchmesser der oben in die Atmosphäre ragenden Ventilspindel F entsprechend bemessen. Der Dampfdruck wirkt mit einer Schliesskraft, welche gleich dem Dampfdruck in Atmosphären multipliziert mit dem Querschnitt der Stange F in em2 ist,
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ordnet werden kann und welche bloss genügend'stark sein muss, um dass Gewicht des Ventils und der mit ihm beweglichen Teile auszugleichen und das Ventil auf die festen Sitze aufzudrücken. Dadurch wird das Anlaufen erleichtert.
Beim Auslassventil B ist die Anbringung eines Ktaitmittels für das Schliessen des Ventils während der Phase des Dampfausströmens notwendig, d. h. für die Zeit, wo im Zylinder nur ein ganz geringer Druck herrscht, der keine genügende Kraft auf die Ventilstange ausüben kann. Diese Kraft kann von einer Feder oder vermittelst eines Hilfskolbens durch ein Druckmittel hervorgebracht werden. Eine Ausführungsart eines Hilfskolbens ist in Fig. 2 dargestellt.
Der in eine Bohrung der Ventilspindel eingesetzte Kolben K besitzt eine Längsbohrung. Das Druckmittel wird durch ein Rohr L zugeführt, an welches der Kolben K durch einen Nippel mit Universalgelenk Z angeschlossen ist. Durch die gelenkige Anordnung verbleibt der Kolben in Achsrichtung mit der Stange G, so dass ein Verklemmen vermieden wird. Auch für das Einlassventil könnte eine ähnliche Einrichtung anstatt der abstützenden Feder M benutzt werden, wenn zur besseren Abdichtung die Erzeugung eines besonderen Druckes für notwendig gehalten wird.
Bei der dargestellten Ausführungsart von Einlassventil und Auslassventil sind die unteren Sitze N eben, die oberen 0 kegelig, wobei die Spitze des Kegels in der Ebene des Sitzes N liegt.
Die feste Sitzfläche N befindet sich an einem besonders hergestellten Ring P. Dieser kann aus einem Paar miteinander verbundener Halbringe bestehen oder aus einem einzigen geschmiedeten oder gegossenen Stück.
Der Ring P kann am Ventilgehäuse (Ventilkorb) frei anliegen oder bei R an dieses angeschraubt sein. Hiebei hat das Schraubengewinde R nur die Aufgabe, den Ring während des Einschleifen der Sitze und während der Montage des Gehäuses mit dem Gehäuse verbunden zu halten. Nachdem das Ventil in seine richtige Lage am Zylinder gebracht ist, wird der Ring P durch die Schraube 8 gegen die
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Ringes T aus, so dass sich das Gehäuse von selbst am Umfang seiner Auflagefläche richtig einstellt. Die Abdichtung bleibt unabhängig von der Deformation, die die Zylinderwände bei der Arbeit der Maschine gegen die Ebene des die Schraube 8 tragenden Deckels erleiden.
Es ist vorteilhaft, zwischen den kegeligen Sitzen 0 des Ventiles, durch welches die Strömung des Dampfes in der Richtung der Öffnungsbewegung stattfindet, anfänglich ein gewisses Spiel zu lassen.
Man kann dieses Spiel nach dem Einschleifen der Sitze dadurch erhalten, dass man zwischen den Ring P und die ihn abstützende Schulter des Gehäuses ein Blech einlegt. Die Grösse dieses Spiels, also die Stärke des Bleches, ist derart zu bemessen, dass bei den elastischen Deformationen des Ventils das Spiel verschwindet.
Die Fläche U, längs welcher sich der Ring P abstützt, ist konisch gestaltet. Weil der Ring P
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beeinträchtigen. Der Ring P folgt den Deformationen der Zylinderwandungen und da die entstehenden Kräfte auf den Ring selbst übertragen werden, löst sich die Berührungslinie, welche sieh in der Auflage- fläche nach einer krummen Linie deformiert, niemals. Die in den genannten Ring eingeschnittene Sitz- fläche folgt der obengenannten Deformation (ovalisiert sich), bleibt aber auf jeden Fall eben und behält ihren dichten Abschluss bei.
Man kann die Ventilglocke auch aus zwei in der Ebene Y einander berührenden Teilen zusammensetzen, wobei dann der Ring P einen Bestandteil der Gehäuses bildet ; in diesem Falle muss das Gehäuse von seiner Nabe nach einer punktiert dargestellten Fläche W getrennt sein.
Die Ventilglocke ist mit der Nabe durch eine ausreichende Anzahl radialer Arme verbunden, um dichtungsschädliche Einbuchtungen der Ventilsitze zu vermeiden.
Sowohl beim Ventil, wo der Dampf zentripetal durch dasselbe strömt, als auch beim Ventil, durch welches des Dampf zentrifugal strömt, ruft der Dampfdruck, wenn sich das Ventil auf seine Sitze aufgesetzt hat, eine sichere Abdichtung hervor, ohne dass eine übermässige Kraft zum Öffnen des Ventils erforderlich ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ventilsteuerung für Kolbenmaschinen mit Doppelsitzein-und Auslassventil, dadurch gekeim- zeichnet, dass beide Ventile (A, B) mit dem gemeinsamen Zylinderkanal (H) durch ihre Nabenseite in Verbindung stehen, wobei der in der Richtung der Öffnungsbewegung vordere Sitz beider Ventile mit gleichem oder kleinerem Durchmesser ausgebildet ist als der hintere Sitz und die selbsttätige Abdichtung der Ventilsitze durch die Wirkung des Arbeitsmittels erreicht wird, trotzdem die Dampfströmln' bei dem einem Ventil, z. B. dem Einlassventil, gleichgerichtet mit der Öffnungsbewegung des Ventils, dagegen bei dem andern Ventil, z. B. dem Auslassventil, entgegengesetzt zu seiner Öffnungsbewegung ist.