DE2100602A1

DE2100602A1 - Ventilanordnung mit innerem Ventil

Info

Publication number: DE2100602A1
Application number: DE19712100602
Authority: DE
Inventors: Jack Matthews Schenectady N.Y. Baker (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-01-13
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1971-07-22
Also published as: CH529953A; FR2075431A5

Description

6 Frankfurt/Main 1, den5. Jan. 1971 Niddastraße 52 WK/hö

Telefon (0611)237220

Dr. rer. not. Horst Schüler ~Ε£Γ PATEKTAN WA LT Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

1668-51-GA-19Q7

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Ventilanordnung mit innerem Ventil

Die Erfindung betrifft allgemein Ventilanordnungen mit einem inneren Ventil.

Ventile mit innerem Ventil sind allgemein bekannt und werden bereits seit vielen Jahren für Dampfturbinen und andere An-Wendungszwecke verwendet. Das äußere Ventil kann allgemein ein Ventil irgendeines Ventiltyps sein, beispielsweise ein Venturiventil, welches ein inneres Ventil aufnehmen kann. Ein inneres Ventil wird in Zusammenwirken mit einem äußeren Ventil verwendet, wenn es erwünscht ist, die Durchströmungsgeschwindigkeit eines bestimmten fließfähigen Mediums bei niedrigen Durchflußgeschwindigkeiten zu regeln und in dem gleichen Ventilkörper wesentlich höhere Durchflußgeschwindig-

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keiten zu steuern mit einem Mindestdruckabfall beim größten verfügbaren Ventilhub.

Das Problem liegt in der Tatsache begründet, daß beim Erreichen der maximalen Öffnungsfläche für die innere Ventilscheibe diese den Anschlag am äußeren Ventil berührt, so daß die äußere Ventilscheibe jetzt aus ihrem Ventilsitz gelöst und geöffnet wird. Turbulenz und andere hydromechanische Phänomene in und um das äußere Ventil herum können starke Störungen in dem äußeren Ventil verursachen und dadurch eine Rotation und eine Drehung der äußeren Ventilscheibe bewirken, so daß die Kontaktflächen zwischen dem inneren und dem äußeren Ventil so stark abgenutzt werden, daß dann die ganze Ventilanordnung defekt wird.

Bei bisher bekannten Ventilen hing der Widerstand gegen das durch die Strömungsstörungen an der äußeren Ventilscheibe angreifende Drehmoment von der Masse des äußeren Ventils und der herrschenden Druckdifferenz über dem äußeren Ventil ab. D.h. das äußere Ventil wurde so konstruiert, daß man hoffen konnte, daß seine Masse ausreichte, um jegliche Drehung der Kontaktflächen gegeneinander zu verhindern. Weiterhin wirkten in den meisten Fällen die von dem Strömungsmittel ausgeübten Druckkräfte so, daß sie die Kontaktflächen zusammenpreßten, wodurch eine Bewegung des inneren und äußeren Ventils als ein gemeinsames Teil ermöglicht wurde. Unter gewissen Bedingungen und bei einigen Anwendungszwecken wurde jedoch gefunden, daß diese Druckdifferenz in Wirklichkeit dazu neigte, die äußere Ventilscheibe nach oben zu bewegen und auf diese Weise den Kontakt zwischen dem inneren und äußeren Ventil zu lockern. Dies deutete selbstverständlich darauf hin, daß die Masse des äußeren Ventils nicht groß genug war, um den festen Kontakt aufrecht zu erhalten.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hinreichenden Kontakt zwischen dem inneren und äußeren Ventil während der gemeinsamen Bewegung zu erreichen, so daß sie sich als ein Teil bewegen.

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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilanordnung wird zwischen das innere Ventil und das äußere Ventil eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Vorspannung eingefügt, und zwar in einer solchen Weise, daß beim öffnen der inneren Ventilscheibe diese Vorspannungsvorrichtung dazu neigt, eine Trennkraft auszuüben und die Bewegung zu unterstützen, und beim Kontakt der inneren Ventilscheibe mit dem äußeren Ventil und dem Vorgang ihres öffnens als gemeinsame Einheit die gegenseitige Lage der Kontaktflächen zueinander aufrechterhalten wird.

Die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den Abbildungen einer beispielhaften Ausführungsform dient zum besseren Verständnis der Erfindung.

Fig. 1 ist eine Ansicht im Schnitt und zeigt die Vorspannungsvorrichtung gemäß der Erfindung bei teilweise geöffneter innerer Ventilscheibe.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Strömungskanäle des inneren Ventils.

Fig. 1 zeigt die Gesamtventilanordnung 1. Die Ventilanordnung besteht aus einer äußeren Ventilscheibe 2 zur Steuerung hoher Durchflußmengen, welche eine innere Ventilscheibe 4 für die Steuerung geringer Durchflußmengen aufnimmt. Die äußere Ventilscheibe 2 hat im allgemeinen eine zylinderförmige Ausnehmung und besitzt eine halbkugelförmige äußere Gestalt und ruht in der geschlossenen Stellung des Ventils auf dem äußeren Ventilsitz 3. Wenn eine bestimmte größere Durchflußmenge erforderlich ist, bewegt sich die äußere Ventilscheibe 2 nach oben, so daß der Durchfluß zwischen der äußeren Ventilscheibe 2 und dem Ventilsitz 3 stattfinden kann.

Die innere Ventilscheibe 4 arbeitet mit der äußeren Ventilscheibe 2 zusammen und besteht allgemein aus einem langen zylindrischen Teil mit einem Hohlteil 5. In den Hohlteil 5 ist

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gleitend ein Ventilzapfen 6 eingefügt, welcher als Ventilzapfen für das innere und für das äußere Ventil dient. Die innere Ventilscheibe 4 ist in dem napfförmigen Teil der äußeren Ventilscheibe 2 so angeordnet, daß sie sich in Richtung nach oben bewegen kann. Ein innerer Ventilflansch 7 umgibt die innere Ventilscheibe 4 und bildet einen integralen/["teil desselben. Zwischen dem Ende des Ventilflansches 7 und der inneren Seitenwand 8 der äußeren Ventilscheibe 2 ist ein geringes Spiel vorhanden. Dieses Spiel ist hinreichend groß, um zu ermöglichen, daß die innere Ventilscheibe 4 und ihr Flansch 7 sich in der äußeren Ventilscheibe 2 nach oben und unten bewegen können. Am offenen Ende der inneren Ventilscheibe 4 ist eine kugelabschnittsförmige Kontaktfläche 9 ausgebildet, welche mit einem inneren Ventilsitz 10 in. Berührung steht, wenn sich die Gesamtventilanordnung 1 in der geschlossenen Stellung befindet.

Der Ventilzapfen 6 bildet einen ringförmigen freien Raum 11 mit der äußeren Ventilscheibe 2, durch den das durch das innere Ventil 4 hindurchtretende Strömungsmittel fließen kann. Am oberen Teil der äußeren Ventilscheibe 2 ist der Anschlag 12 für das innere Ventil 4 angebracht. Der Anschlag 12 kann an der Ventilscheibe 2 durch beliebige geeignete Mittel, beispielsweise durch Schrauben 13 befestigt sein. Man erkennt, daß der Anschlag 12 für das innere Ventil 4 ein allgemein kreisförmiger Ring ist, der- sich um den oberen Umfang der äußeren Ventilscheibe 2 herum erstreckt. Wegen des leichteren Zusammenbaus und der leichteren Demontage werden Schrauben 13 vorgezogen. Es ist zu bemerken, daß bei voll geöffneter, in ihrer obersten Stellung befindlichen inneren Ventilscheibe 4 die Oberseite 14 des inneren Ventilflansches 7 den Anschlag 12 für das innere Ventil berührt.

Ober der Oberseite der inneren Ventilscheibe 4 ist der Sitz 15 für die Hauptventilfeder angeordnet, welcher das untere Ende der Schließfeder 16 für die Gesamtventilanordnung 1 aufnimmt. Man erkennt, daß die Wirkung der Schließfeder 16 ständig der

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auf den Ventilstift 6 ausgeübten Öffnungskraft entgegenwirkt. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Federsitz 15 eine Vielzahl von durchgehenden Bohrungen 17 aufweist, welche mit dem hohlen Teil IS des Federsitzes 15 in Verbindung stehen. Diese Bohrungen 17 sind dazu vorgesehen, daß bei geringfügig geöffneter innerer Ventilscheibe 4 eine entsprechende Strömung eintritt. Eine Vielzahl von Bohrungen 19 in dem Flansch 7 des inneren Ventils gestatten den Durchfluß des Strömungsmittels durch das innere Ventil M-. Wenn daher die innere Ventilscheibe 4- nur ganz geringfügig geöffnet ist, wird eine Strömung des Strömungsmittels durch die Bohrungen 17, die Bohrungen 19, die öffnung M zwischen der Oberfläche 9 und dem Ventilsitz 10 und den ringförmigen freien Raum 11 stattfinden. Die Bohrungen 19 in dem Flansch 7 des inneren Ventils sind noch deutlicher ersichtlich in Fig. 2.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß zwischen die Unterseite des Flansches 7.des inneren Ventils und einen Federsitz 21 am Boden der inneren Seitenwand 8 der äußeren Ventilscheibe 2 eine Feder oder Vorspannungsvorrichtung 20 eingefügt ist. Die Feder 20 liefert eine Kraft, um die innere Ventilscheibe 4- in der richtigen Lage zur äußeren Ventilscheibe 2 zu halten, wenn das innere und das äußere Ventil als gemeinsame Einheit bei einem Durchfluß durch das äußere Ventil geöffnet werden. Es ist wei- % terhin ersichtlich, daß die Feder 20 die von dem Ventilstift 6, welcher nacr oben gegen die innere Ventilscheibe 4- drückt, ausgeübte Öffnungskraft unterstützt. Die Feder 20 entsprechend Fig. 1 besitzt eine konische Form (Belleville washer type), Jede andere geeignete Federart, beispielsweise eine wellenförmige oder wendeiförmige Feder kann zur Erzielung des gleichen Ergebnisses verwendet werden. Selbstverständlich muß die Spannkraft der Feder 20 geringer sein als die Spannkraft der Schließfeder 16, wobei unter Spannkraft jeweils die entsprechend der gerade vorhandenen Federlänge ausgeübte Kraft zu verstehen ist. Die Spannkraft der Feder 20 ist so bemessen, daß bei Berührung des Flansches 7 des inneren Ventils mit dem An-

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schlag 12 für dieses Ventil die Turbulenzkräfte überwunden werden und keine relative Bewegung zwischen den beiden Flächen auftritt.

Die Arbeitsweise der Anordnung wird anhand eines Betriebsablaufes beschrieben, bei dem die Gesamtventilanordnung von der geschlossenen Stellung zu einer voll geöffneten Stellung und zurück zu einer vollständig geschlossenen Stellung geführt wird. Wenn auf den Ventilstift eine Öffnungskraft in Richtung nach oben ausgeübt wird, bewirkt diese eine Bewegung der inneren Ventilscheibe in Richtung nach oben. Das innere Ventil ist entsprechend der Auslenkung des Ventilstiftes geöffnet. Die Schließfeder übt eine nach unten gerichtete Kraft auf den Federsitz aus, welche ihrerseits eine konstante Gegenspannung auf die innere Ventilscheibe ausübt. Die Schließfeder liefert daher die notwendige Gleichgewichtskraft, um einen stabilisierten Zustand aufrechtzuerhalten. Während die innere Ventilscheibe durch die Kraft auf den Ventilstift nach oben verschoben wird, neigt die Feder 20 ebenfalls dazu, die äußere Ventilscheibe nach unten zu halten und die innere Ventilscheibe in Richtung nach oben zu bewegen und fördert daher die öffnung dieses Ventils. Wenn das innere Ventil in seine?Milstandig geöffneten Stellung ist, und der Flansch 7 in Berührung mit dem Anschlag 12 ist und außerdem der Durchfluß erhöht werden soll, muß die äußere Ventilscheibe sich öffnen. In einem solchen Falle bringt eine weitere zusätzliche Bewegung des Ventilstiftes nach oben den Flansch 7 des inneren Ventils und den Anschlag 12 des inneren Ventils in einen festen Kontakt miteinander, so daß das innere und das äußere Ventil als eine Einheit in Richtung nach oben bewegt werden können. Auf diese Weise findet eine Strömung sowohl durch das innere als auch durch das äußere Ventil statt.

An diesem Zeitpunkt ist es kritisch, daß das innere und das äußere Ventil in ihrer Kontaktstellung in einer unbeweglichen Lage gegeneinander gehalten werden und sich als Einheit bewe-

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gen. Die Spannkraft der Feder 20 drückt den Flansch 7 des inneren Ventils fest gegen den Anschlag 12 des inneren Ventils. ^ Diese Beziehung wird beibehalten, während die äußere Ventil- " ' scheibe in die vollständig geöffnete Stellung gebracht wird, -^;·'

Wenn ein Schließen des Ventil erwünscht ist, wird die auf den Ventilstift ausgeübte Kraft verringert, und die Schließfeder drückt den Federsitz und das innere und äußere Ventil zurück in die geschlossene Stellung. Die Feder 20 verhindert wiederum eine Bewegung zwischen dem inneren und äußeren Ventil bis zu . '^ä dem Zeitpunkt, an dem die äußere Ventilscheibe an dem äußeren Ventilsitz aufliegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die innere Ven- ' W tilscheibe weiter durch die Schließfeder in die geschlossene Stellung gedrückt werden.

Es wurde eine bedeutende Verbesserung im Aufbau einer Ventilanordnung mit einem inneren Ventil erzielt. Es wurde eine Schließfeder 20 vorgesehen, um eine Bewegung zwischen dem inneren und äußeren Ventil zu verhindern und dadurch sowohl der Verschleiß als auch das Ventilflattern beseitigt, welche bei bekannten Ventilen auftreten.

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Claims

Ansprüche

Ventilanordnung mit einer äußeren Ventilscheibe, die auf dem äußeren Ventilsitz in der geschlossenen Stellung ruht und einer relativ zu einem inneren Ventilsitz in dem äußeren Ventil beweglich befestigten inneren Ventilscheibe, gekennzeichnet durch eine Anschlagvorrichtung (12), die an der äußeren Ventilscheibe (2) befestigt und so angeordnet ist, daß ein Teil (7) (14) der inneren Ventilscheibe (4) mit der Anschlagvorrichtung (12) so in Berührung steht, daß die innere und äußere Ventilscheibe sich als Einheit bewegen, wenn die innere Ventilscheibe (4) die vollständig geöffnete Stellung erreicht, sowie einer ersten Vorspannungsvorrichtung (20), die zwischen den Teilen (21) der äußeren Ventilscheibe (2) und der inneren Ventilscheibe (4) angebracht ist, und die innere Ventilscheibe bezüglich des inneren Ventilsitzes (10) in Richtung der öffnung vorspannt und ebenso gegen die Anschlagvorrichtung (12) mit einer Kraft drückt, die hinreichend groß ist, um eine Relativbewegung zwischen der inneren und der äußeren Ventilscheibe zu verhindern, wenn sie sich als Einheit öffnen.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine zweite Vorspannungsvorrichtung (16) besitzt, die entweder der Öffnung der äußeren Ventilscheibe (2) oder der inneren Ventilscheibe (4) entgegenwirkt.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Vorspannungsvorrichtung (20) aus einer Vielzahl von Federscheiben besteht (Bellville washers).

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Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mit der Anschlagvorrichtung (12) in Kontakt stehende Teil der inneren Ventilscheibe (4·) ein Flansch (7) ist, welcher die innere Ventilscheibe umgibt und ein integraler Bestandteil derselben ist.

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