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Ventilsteuerung für Kolbenmaselmen.
Die Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung der Doppelsitzventile für die Ventilanordnung nach Patent Nr. 138544. Bei den dort beschriebenen Doppelsitzventilen ist der eine Sitz eben und der andere kegelig, wobei die Spitze des letzteren in der Ebene des ersteren liegt. Infolge dieser Konstruktion ist die Dichtheit der Sitze auch im Falle gewährleistet, wo Temperaturänderungen in dem Ventil oder in dem die zugehörigen festen Sitze tragenden Gehäuse auftreten. Dazu ist jedoch nötig, dass die von jedem dieser Stücke erreichte Temperatur einheitlich, d. h. in allen Teilen des Stückes die gleiche ist, während diese Temperaturen ebenso wie die Wärmeausdehnungskoeffizienten ansonsten in den verschiedenen Stücken verschieden sein können.
In der Praxis kommen jedoch Fälle vor, z. B. wenn das Ventil den Durchgang eines elastischen Fluidums hemmen soll, dessen Temperatur in dem Masse niedriger wird als das Fluidum sieh entspannt, in welchen die Annahme der angeführten Einheitlichkeit der Temperaturen nicht stimmt. Man sieht sich dann Deformationen gegenübergestellt, für welche sieh die ins Auge gefasste Konstruktion als ungenügend erweist. Anderseits haben die deformierenden mechanischen Einflüsse, die schon im Hauptpatent betrachtet wurden, auch eine merkbare Wirkung, welche man mit Rücksicht auf die Dichtheit mehr in Betracht ziehen muss.
Die vorliegende Erfindung hat Verbesserungen am Ventil gemäss dem Stammpatent zum Gegenstand, die bezwecken, dass dem Ventil trotz der erwähnten thermischen und mechanischen Deformationen die nötige Dichtheit verliehen wird.
Im wesentlichen besteht die Erfindung darin, dass in jedem Ventil die Konizität des einen der Sitze derartig ist, dass, wenn der andere Sitz in Berührung mit dem zugehörigen Sitz des Gehäuses gehalten wird und die Kreisform der Sitze gesichert ist, die Deformationen des ersten Sitzes unter der Wirkung der Drücke des Fluidums, welches auf das Ventil wirkt, und unter dem Einfluss der Differenzen in der Temperatur zwischen den verschiedenen Stellen des Ventils und zwischen diesem und seinem Gehäuse, im Sinne der Erzeugenden der Kegelfläche des Sitzes selbst erfolgen.
In andern Worten, wenn der eine der beiden Ventilsitze festgelegt ist (der ebene Sitz in dem ins Auge gefassten besonderen Falle oder einer der kegeligen Sitze in einem allgemeineren Falle) und die Kreisform der beiden Sitze anderseits gesichert ist (durch das im Stammpatent angegebene Mittel oder durch jenes, welches in der Folge beschrieben wird oder durch irgendein anderes Mittel), wird die Erzeugende der Kegelfläche des andern (zu bestimmenden) Sitzes tangential zur relativen Verschiebung, welche ein mittlerer Punkt dieses Sitzes des Ventils unter der Wirkung aller mechanischen und thermisehen, im Spiele stehenden Einflüsse ausführt, gewählt, wobei diese Verschiebung unter der Annahme bestimmt wird, dass der im voraus festgelegte Sitz mit seinem Gegensitz in Berührung gehalten wird.
Um weiter den Verschiebungen unter dieser Bedingung vorzubeugen, welche sich bei den verschiedenen Betriebsverhältnissen einstellen können, ist das Ventil mit einer Rückholkraft versehen, welche eine derartige Grösse besitzt, dass sie, nachdem sie eines der Sitzpaare in Berührung gebracht hat, genügt, um die Glocke in notwendigem Masse zu deformieren und so auch die Berührung des andern Paares zu gewährleisten.
Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Rippen, Fig. 2 ist ein Achsenschnitt durch ein Ventil gemäss der Erfindung.
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Gemäss Fig. 3 des Stammpatentes war den Sitzen die nötige Kreisform trotz Vorhandenseins von Führungsrippen dadurch gesichert, dass diese Rippen, welche die Glocke V des Ventils mit der
Nabe N verbinden, eine S"-Form erhielten. Die dadurch bewirkte Nachgiebigkeit der Rippen vermindert die Steifigkeit der Verbindung der Glocke V mit der Nabe N derart, dass die Elastizitätsdifferenz nach den verschiedenen Ebenen, welche durch die Ventilachse gehen, in den Sitzen nur Deformationen ohne schädlichen Einfluss auf ihre Dichtheit verursacht.
Gemäss der vorliegenden Erfindung kann die
Kreisform für die Sitze in gleicher Art auch auf die in Fig. 1 dargestellte Weise aufrechterhalten werden : anstatt biegsame Rippen zu verwenden, nimmt man gerade Rippen L, erhöht aber ihre Zahl in einem Masse, dass der Bogen PQ des Ventils, welcher zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rippen liegt, genügend kurz ist, damit die Durchbiegung, welche in seiner Mitte infolge der Deformierungseinflüsse eintritt, ohne schädlichen Einfluss auf die Dichtheit ist.
Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ventil V mit seinem Gehäuse G dazu bestimmt, den Durchtritt des Fluidums von einem zum andern der beiden Räume K und C zu unterbinden. Angenommen wird, dass der Druck des Fluidums in K höher ist als in C und dass das Fluidum unter Druckdampf oder irgendein Gas sei. Es ergeben sieh die folgenden Tatsachen : unter der Einwirkung der Biegungsmomente, die in der Wand V infolge des Überdruckes, der im Raume K gegenüber dem Raum 0 herrscht, auftreten, dehnt sich die äussere Oberfläche A dieser Wand mit Bezug auf die andere innere Fläche Z aus.
Wenn sich dann das Ventil öffnet und den Durchgang des Fluidums von K nach 0 gestattet, dehnt sich dieses Fluidum in 0 aus, entweder schon während des Durchganges oder erst nachher, und demzufolge ist die mittlere Temperatur des Fluidums, welches in Berührung mit der Innenfläche Z steht, niedriger als die des Fluidums, welches die Aussenfläche A berührt :
Diese beiden, einander gegenüberliegenden Flächen A und I besitzen dann verschiedene Temperaturen, es wird sieh also die wärmere Fläche A mit Bezug auf die gegenüberliegende Fläche 7 ausdehnen ; die Sitze des Gehäuses G, welche miteinander durch die Säulen F verbunden sind, entfernen sich gleichzeitig mehr voneinander als die zugehörigen Sitze des Ventils, da die mittlere Temperatur desselben etwas geringer sein wird als die dieser Säulen, welche zur Gänze in das Fluidum von hoher Temperatur des Raumes K hineinragen.
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gehalten wird, wird sich ein mittlerer Punkt M des andern Sitzes gegenüber dem Punkt, welcher ihm auf dem Gegensitz des Gehäuses entspricht, verschieben, u. zw.
unter gemeinsamer Einwirkung der thermischen Dehnungen der Fläche A mit Bezug auf die Fläche 1 und der relativen Verschiebung, hervorgerufen durch die Differenz zwischen den mittleren Temperaturen der Wand des Ventils und des Gehäuses, in einer durch R dargestellten Richtung als der Resultierenden der beiden betrachteten Deformtionen thermischer Natur. Anderseits und unter dem gleichen Berührungsverhältnis des Sitzes B mit seinem Gegensitz wird sich der gleiche Punkt M unter der Wirkung der Differenz zwisehen den Drücken in den Räumen Kund 0, in einer andern, durch S angegebenen Richtung verschieben.
Die Richtungen Rund S hängen von der Form der Glocke ab ; ihre Grösse ist abhängig von dem Temperaturunterschied und dem Überdruck. Für eine gewöhnliche Glockenform werden jedoch die bei den Richtungen Rund S nach oben und gegen die Ventilachse gerichtet sein, sie werden sich voneinander nicht weit entfernen zufolge Übereinstimmung, welche zwischen der thermischen und meehanischen Dehnung der Fläche A gegenüber der Fläche I besteht.
Bemerkt wird, dass die vom Punkte M mit Bezug auf den oberen Sitz der Glocke ausgeführte Bewegung unter der Wirkung der Differenz zwischen der mittleren Temperatur der Wand V des Ventils und der Temperatur der Säulen F, in der Praxis sehr klein sein kann mit Bezug auf die Verschiebung desselben Punktes M unter der Wirkung der Differenz zwischen den Temperaturen der Flächen A und 1, sobald das Gehäuse und das Ventil aus demselben Material hergestellt sind und die Säulen F, welche die beiden Sitze des Gehäuses verbinden, genügend kurz sind, wie dies beispielsweise schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.
Gemäss der Erfindung nimmt man als Erzeugende der Kegelfläche gemeinsam für die oberen Sitze des Ventils und des Gehäuses die Tangente zur Richtung T der Verschiebung des Punktes M, welche aus den Verschiebungen dieses Punktes resultiert, die durch die mechanischen und thermischen Wirkungen unter mittleren Arbeitsverhältnissen des Ventils verursacht werden. Daraus ergibt sich, dass die Berührung zwischen den beiden kegeligen Sitzen, gleichzeitig mit der Berührung zwischen den beiden andern ebenen Sitzen E aufrecht bleibt, welches auch die Temperatur-und Druckunterschiede, denen die Wand des Ventils V unterworfen ist, sein mögen, und der gewünschte Effekt wird erreicht werden.
Die Dichtheit des Ventils wird durch die kleinen Bewegungen nicht beeinträchtigt, welche in der Praxis in der Richtung T auftreten können, vorausgesetzt dass die Rückholkraft des Ventils, nachdem es das eine Paar der Sitze in Berührung gebracht hat, genügend gross ist um die Glocke des Ventils in nötigem Ausmasse zu deformieren und so auch den Kontakt des andern Paares zu gewährleisten.
Die gleiche Neigung der oberen Sitze genügt auch, wenn der Druck in C grösser ist als in K, d. h. wenn der Durchgang des Fluidums im Ventil von innen nach aussen erfolgt. In diesem Falle ergeben
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sich tatsächlich die Richtungen der Deformationen R und S direkt entgegengesetzt zu den früher beschriebenen und liegt demzufolge die Richtung der Resultanten T in derselben Kegelfläche.
Es kann der Fall eintreten, dass aus irgendeinem Grunde die Konizität des oberen oder auch die des unteren Sitzes im voraus gegeben ist. Auch in diesem Falle kann man bestimmen, welche Konizität der andere Sitz erhalten muss, damit das Ventil seine Dichtheit trotz aller mechanischen und thermischen Deformationen bewahre. Zu diesem Zwecke genügt es, die Bewegung zu beobachten, welche ein Punkt des Ventilsitzes, dessen Konizität festzulegen ist, ausführt, wenn das andere Paar der Sitze in Berührung verbleibt. Die Tangente zu dieser Bewegung wird die Erzeugende der gesuchten Kegelfläche sein.
Die gegenständlichen Verbesserungen sind auch für jene Fälle anwendbar, in welchen der Durchmesser des unteren Sitzes grösser ist als der Durchmesser des oberen, d. h. also in jenen Fällen, wo das Gehäuse G nicht notwendigerweise mit einem angesetzten Ring B versehen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ventilsteuerung für Kolbenmaschinen nach Patent Nr. 138544, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Ventil die Konizität des einen Sitzes derart ist, dass unter Aufrechterhaltung der Berührung zwischen dem andern Sitz mit dem zugehörigen Sitz des Gehäuses und bei Erhaltung der Kreisform der Sitze die Deformationen, welche der erste Sitz unter dem Einfluss der Drücke des auf das Ventil wirkenden Fluidums und der Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Stellen des Ventils
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selbst erfolgen.