DE2158693A1 - Freiflussplattenventil - Google Patents

Description

• FHEIFLUßPLATTENV@NTIL Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf in Verdichtern und Pumpen mit Verdrängungswirkung, insbesondere auf ;ui Eolbenverdichtern einzubauende Freiflußplattenventile.
• Bereits bekannt ist ein Freiflußplattenventil, das ein aus aneinander anliegenden und miteinander abwechselnden elastischen Platten und Prismendichtstücken zusammen;estelltes Paket enthält.
• Die Prismendichtstücke des Ventils werden mit Kanälen zum Einlaß des in diesen längs der Oberfläche der Platte strömenden Arbeitsmediums versehen und weisen eine Fläche, an der die elastische Platte im geschlossenen Ventil anliegt und eine die Bewegung dieser Platte im geöffneten Ventil begrenzende Oberfläche auf.
• Eine der Plattenkanten, die dem Eingang des Arbeitsmediums ins Ventil zugewandt ist, wird zwischen den Ventildichtstücken festgeklemmt, während die am Ausgang des Arseitsmediums aus dem ventil befindliche Kante ihre Frei@heit behält und sich unter der Druckwirkung des durchs Ventil längs der Oberfläche der Platte strömenden Arbeitsmediums abbiegen kann.
• Beim Öffnen des Freiflußplattenventils entsteht zwischen der freibleibendenh Plattenkante und der Dichtstückoberfläche ein spalt zum Austritt des Arbeitsmediums. Bein vollkommen geöffneten Ventil liegen die Platten an der die Plattenbewegung begrenzenden Dichtstückrläche dicht an, Die Stelle des hydraulischen Hauptwiderstandes aller Ventile, darunter auch der Freiflußplattenventile ist deren Austrittsspalt, dessen Durchgangsquerschnitt kleiner als alle anderen Durchgangsquerschnittsflächen im Stromungswege des Arbeitsmediums ist. Infolgedessen ist zur Steigerung der Durchflusses und folglich zur Verkleinerung der im Ventil entstohenden Energieverluste vor allem eine Vergrößerung des Durchgangsquerschnittes des Austrittspaltes erforderlich.
• Bei den bekannten Freiflußplat-tenventilen mit elastischen Platten, deren freie Kante eine geradlinige Form enthält, wird zur Vergrößerung des Durchgangsquerschnitts des Austrittsspaltes eine größere Hubhöne der Platte vorgesehene Dies aber vermindert die Lebensdauer der Platten und setzt die Betriebssicherheit des Freiflußplattenventils herab.
• Kleinere Spaltdurchgangsquerschnitte verursachen die Notwendigkeit, die Platten- und Dichtstückanzahl sowie deren Länge und folglich den Durchmesser des Ventils zu vergrößern, was aber zu einer Vergrößerung des Totraums im Zylinder führt, den Arbeitsaufwand bei der Ventilherstellung erhöht und einen größeren Verbrauch der für Herstellung des Ventils notwendigen Naterialien zur Folge hat: Das Ziel der Erfindung ist, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Freiflußplattenventil zu entwickeln, das einen geringeren hydraulischen Widerstand hat, daher wirtschaftlicher ist und eine verlängerte Lebensdauer infolge der Verminderung der Hubhöhe der Platten und infolge der Abschwächung ihrer Stöße gegen die Ventildichtstücke aufweist.
• Die gestellte Aufgabe wird durch eine Freiflußplattenventil gelöst, das Ciii aus aneinander anliegenden d miteinander abwechselnden elastischen Platten und aus mit Kanälen zum Eintritt des in diesen längs der Oberfläche der Platten strömenden Arbeitsmediums verschenen Prismendichtstücken zusammengestelltes Paket enthält, wobei die Dichtstücke eine Fläche, an der die Platte beigeschlossenem Ventil anliegt, und eine die Bewegung der Platte im geöffneten Ventil begrenzende Fläche aufweisen, bei dem erfindungsgemäß zumindest ein Teil der elastischen Platten mit einer Verzahnung verschen ist, die die Kanäle für den Eintritt des Arbeitsmediums auf der Länge vom Zahngrund bis zur Zahnoberkante überdeckt, wobei die Prismendichtstücke den Lücken zwischen den Zähnen gegenüberliegende Kanäle zum Austritt des Arbeitsmediums besitzen.
• Das obengesagte gibt eine Möglichkeit, die Wirtschaftlichkeit des Ventils zu steigern und seine Lebensdauer zu verlangen Am zweckmäßigsten wird jede elastische Platte im Ventil mit Zähnen hergestellt.
• Zu einer herabsetzung der Strömungsverluste wird jeder Zahn zweckmäßigerweise gegenüber einem der für das Arbeitsmedium vorgesehenen Einlaß-Kanäle angeordnet.
• Um die Abdichtung des Ventils besser zu machen und dessen Herstellung zu vereinfachen, ist es zweckmäßig, den Plattenzahn gegenüber mehreren Einlaßkanälen für das Arbeitsmedium anzuordnen.
• Wenn das Freiflußplattenventil in Rundform ausgeführt wird und die Länge aer Prismendichtstücke sich nach einer Gestzmäßigkeit verändert die durch den Ventilkreis bestimmt ist, sodaß die Einlaß- bzw. Austrittskanäle des Arbeitsmediums auf einer vorgegebenen Dichtstückenlänge untergebracht werden müssen, ist es zweckmäßig, einen Teil der Plattenzähne derweise auszuführen, daß jeder von diesen nur einem Einlaßkanal des Arbeitsmediums gegenüberliegt, und die anderen Plattenzähne so auszulegen, daß jeder von diesen gegenüber mehreren Einlaßkanälon für das Arbeitsmedium liegt.
• Die Auslaßkanäle für den Austritt des Arbeitsmediums können im Prismendichtstück seitens der Fläche ausgeführt werden, an der die Platte im geschlossenen Ventil anliegt.
• Die Austrittskanäle des Ärbeitsmediums können ebenfalls im Prismendichtst.usck seitens der die Hubbewegung der Platte im geöffneten Vertil begrenzenden Fläche verlaufen.
• Außerdem können die Austrittskanäle des Arbeitsmediums sowohl seitens der Ebene, an der im geschlossenen Ventil die Platte anliegt, als auch aut der Seite der die Bewegung der Platte im geöffneton Ventil bagrenzenden Fläche untergebracht werden.
• Nachstehend wird die vorliogende Erfindung durch konkrete Ausführungsbeispiele und die beigolegten Zeichnungen naher erläutert, Es zeigt Fig. 1 einen Teil des Dichtstückpakets mit Einlaßkanälen zum Eintritt des Arbeitsmediums und die an den Dichtstücken anliegenden Platten im Querschnitt; Fig. 2 einen Teil des Dichtstückpakets mit Austrittskanälen fürs Arbeitsmedium und die an den Dichtstücken anliegenden Platten im Querschnitt; Fig. 3. Ausführungsbeispiel des Dichtstücks mit einer Platte, deren Zahne je einen Einlaßkanal des Arbeitsmediums überdecken; Fig. 4 Dichtstückschnitt, in welchem der Einlaßkanal fürs Arbeitsmedium erfindungsgemäß seitens der die Hubbewegung der Platte begrenzenden Fläche nergestellt ist; Fig. 5 Ausführungsbeispiel des Dichtstücks mit der Platte des erfindungsgemäßen Freiflußplattenventils, bei dem jeder Plattenzahn zwei Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium überdeckt; Fig. 6. Ausführungsbeispiel des Ventildichtstücks und der Platte1 bei dem die Plattenzähne und die Bxn- bzw.
• Auslaßkanäle Sürs Arbeitsmedium eine in Strömungsrichtung des Mediums konstantbleibende Breite aufweisen.
• Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Freiflußplattenventil, das ein aus aneinander anliegenden und miteinander ab-Wechselnden elastischen Platten 1 (Fig. 1, 2) und Prismendlchtstücken 2 mit Kanälen 3 und 4 für den Eintritt bzw. Austritt des Arbeitsmediums zusammengestelltes Paket enthalt.
• Die Platten 1 werden zwischen den benachbarten slchtstücken 2 angeordnet, und zwar derart, daß ein seitlich des Eintritts (in Richtung A) des ins Arbeitsmediums ventil befindlicher Teil 5 der Platte 1 durch die genannten Dichtstücke festeingeklemmt wird und infolgedessen feststeht. Der audere -Teil 6 der Platte 1 behält seine Freiheit und wiegt sich unter der der Druckwirkung des durchs Ventil längs Oberfläche der Platte 1 strömenden Arbeitsmediums ab (in Fig. 1, 2) ist die Platte im abgebogenen Zustand gestrichalt gezeigt), den Austrittsspalt 7 zum Durchgang des Arbeitsmediums, der zwischen der Platte 1 und dem Dichtstück 2 angeordnet sit, freigchend.
• Um die Länge und dadurch die Durchgangsfläche des Austrittsspaltes 7 des Frelflußplattenventils zu vergrößern, ist die Platte 1 mit Zännen 8 (Fig. 3) versehen, die die Einlaßkanäle 3 fürs Arbeitsmedium @ur der Kontur 9 überdecken.
• Dabei gestattetdie verzahnte Plattenform, die Spalte zum Durchgang des Arbeitsmediums, ohne die Länge der Platten selbst zu vergroßerns bedeutend zu verlängorn und somit auch den Widerstand des Freiflußplattenventils herabzusetzen, da diese Spalte im allgemeinen eine Stelle der größten Durchgangsverengung im Ventil sind und dessen hydraulischen Hauptwiderstand bilden.
• Die Austrittskanäle 4 zum Austritt (in Richtung B) des Arbeitsmediums, die in den Dichtstücken 2 vorgesehen sind, sind den Lücken 11 zwischen den Zähnen 8 der Platte 1 gegenüber sowie vor dem ersten und hinter dem letzten . Plattenzahn ausgeführt.
• Das Dichtstück 2 im Ventil weist eine Fläche 10 (Fig. 1), an der die Platte 1 im geschlossenen Ventil anliegt und in die die Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium einmünden, und die Fläche 11, die die Hubbewegung der Platte im geöffneten Ventil begrenzt, aui, Die Austrittskanäle fürs Arbeitsmedium können verschieden ausgelegt werden, und zwar wie die im Prismendichtstuck seitens der Fläche 10, an der die Platte im geschlossenen Ventil anliegt, ausgeführten Kanäle 4 (Fig. 1) oder wie die im Prismendichtstück 13 seitens der die Hubbewegung der Platte 15 im geöffneten Ventil begrenzenden Fläche 14 verlegten Kanäle 12 oder als Kanäle zu beiden Seiten der Platte.
• Die Anzahl, Abmessungen und Form der Zähne, welche in Abhängigkeit von der Länge und Breite der Dichtstücke, vom zulässigen Plattenhub und von den Ventilbetriebsverhältnissen gewählt werden, können ebenfalls verschieden sein.
• Je schmaler die Zähne ausgeführt werden, je größer deren Höhe wird, um so mehr übersteigt der Umfang des Spaltes zum Durchgang des Arbeitsmediums die Breite des freible Teils der elastischen Platte.
• In allen genannten Ausführungsbeispielen wird die Anwendung von Dichtstücken vergrößerter Stärke vorgesehen, was mit einer Vergrößerung der Durchgangsspalte fürs Arbeitsmedium und der Notwendigkeit, ydie Tiefe der Einlaßkanäle fur Eintritt des Arbeitsmediums dadurch zu vergößern, verbunden ist.
• Die Vergrößerung der Dichtstückstärke erhöht wesentlich ihre Starrheit. Dies wird sich besonders günstig bei Freiflußventilen runder Form aus, in welchen eine Verkrümmung der Dichtstücke während des Aufsetzene der Schrumpfringe die Dichtheit des Ventils herabsetzt.
• Mit der Vergrößerung der Tiefe der Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium und@der Stärke der Dichtstücke verbunden nimmt die Anzahl der Dichtstucke und Platten im betreffenden Ventil ab. Dadurch wird die Herstellung des Ventils im Vergleich zu den Freiflußventilen bekannter Ausfuehrung erleichtert und der Verbrauch an dem bei Herstellung der Platten zur Anwendung kommenden Band aus Srezialstahl wesentlich . herabgesetzt.
• eine Herabsetzung der Druckverluste im Ventil, bedingt durch die Reibungsverminderung des in den eine größere Durchgangsfläche besitzenden Kanälen der Dichtstücke strömenden Gases, ist eine weitere Ursache, die zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen ventils beiträgt.
• Je nach dem an der Platte angreifenden Druckunterschied, der Plattenstärke und Zahnbreite wird der unter jedem Plattenzahn 8 verdeckte Einlaßkanal für den Eintritt des Arboitsmediums als Einfachkanal (Fig. 3j bzw., um eine wesentliche Durchbiegung der Platte in den Kanal hin zu vermeiden, als nwillings-, 1)rillings-, Vierlingskanal usw., d.h. durch Längsstäge 18 geteilt ausgeführt, die die Zähne 19 der Platte 16 unterstützen, wobei diese Stege als ein Ganzes hergestellt werden oder Unterbrechungen über die Länge haben und nicht an das Ende des Einlaßkanals 17 fürs Arbeitsmedium eichen müssen.
• Die Tiefe und Breite der Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium nehmen, wie dies aus den Fig. 1, 3, 5 hervorgeht, untcr Berücksichtigung der Ausströmung durch den Ventilspalt an den Zahnflanken der Platte in Gasstromrichtung ab. Dagegen.
• vergößern sich die Tiefe und Breite der Austrittskanäle fürs Arbeitsmedium in Strömungsrichtung , wie dies Fig. 2, 3, 5 angeben, da in diese Kanäle das Gas durn ie erwähnten Ventilspalte tritt.
• Durch verzahnte Ausführung der Platten wird zwar keine ungestört¢ Strömung durchs Ventil verwirklicht und die auf die Durchgangsfläche des Durchtrittsspaltes bezogene Ausflußzahl des Freiflußventils vermindert. Doch die Vergrößerung des Durch@ gangsquerschnitts des Durchtrittsspaltes erweist sich als beträchtlich wirksamer im Vergleich mit der Verkleinerung der Ausflußzahl, Die sich aus dem Produkt der Ausflußzahl und Durchgangsfläche ergebende, wirkende Ventildurchgangsfläche vergrößert sich dabei beträchtlich, was eben die Effektivität des Freiflußplattenventils der erfindungsgemäßen Auslegung bestimmt.
• Die Ausfuehrung der Platten mit den Zähnen gibt die Möglichkeit, nicht nur den Ventilwi@derstand herabzusetzen, sondern auch die Hubhöhe der Platten zu verkleinern, wodurch die Lebensdauer des Ventils langer wird. Das Arbeitsverhalten und die Lebensdauer des Ventils stehen außerdem unter dem Einfluß der Herstellungsfehler des Ventilbandes füf die Platten, und zwar dessen Krümmungs- und Verwindungsfehler.
• Fig. 6 gibt eine einfachste und für die Herst;ellung günstigste Ausführung der Platten 20 mit den Zähnen 21 rechteckiger Form sowie der Dichtstücke 22 wieder, welche die mit gleichbleibender Breite ausgelegten 23, 24 entsprechenderweise für den Eintritt und Ausfluß Arbeitsmediums aufweisen.
• Bei solcher Ausführung überdeckt jeder Zahn 21 der Platte 20 nur einen Einlaßkanal 23 des Arbeitsmediums. Eiine Ausführung des Ventils aber, bei der die einzelnen oder sogar alle Zähne in Rechteckform zwei oder mehrere Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium \1borctecken, wie dies Fiß. 5 angibt, ist durchaus möglich.
• Die in Fig. 6 wiedergegebene Ausführung der Platten mit rechteckigen Zähnen und den Dichtstücke mit gleichbreiten Kanälen bietet einen Vorteil im Vergleich zu der Platten-und Dichtstückausführung mit den in Richtung zum Kopf verjungten Zähnen und Einlaßkanälen fürs Arbeitsmedium (Fig. 3, 5) auch dadurch, daß an den Zahnenden infolge dessen größerer Breite eine vergrößerte Druckkraft der Arbeitsmediumsanströmung angreift, und durch diesen Umstand nehmen die Energieverluste im Ventil unter Sicherstellung eines vollkommenen Öffnens des Ventils durch geringere Druckdifferenz ab.
• Die Platten mit in Richtung zum Zahnkopf verjungten Zähnen, wie dies aus Fig. 3, 5 ersichtlich ist, weisen eine Kleinere Masse an der Freikante auf und sind demzufolge weniger träge. Eine damit verbundene Abkürzung der Öffnungs- und Schlußzeit des Ventils stellt noch einen Vorteil der ventile mit diesen Platten bei deren Anwendung an hochtourigen Verdichtern dar.
• Die größten Spannungen in den Platten treten in der Regel während des Ventilschließens auf, wann ein Stoß der Platte am Dichtstück stattfindet. in den Freifflußplattenventilen bewindet sich die Höchstspannungsstelle der Platte an ihrer Freikante, die während des ,jCtosses die größte Geschwindigkeit erhalt, wobei hier entstehende Biegespannungen um so hoher werden, je größer die Breite der Einlaßkanäle fürs Arbeitsmedium an der Freikante der Platte ist, da beim Auftreffendie Platte sich in die Einlaßkanäle des Arbeitsmediums einbiegt. Im Freiflußventil mit verzahnten Platten ist die Kanal breite veranderlich und an der Zahnkopfoberkante die kleinste (Fig. 3, 5).
• Infolgedessen ist die Spannung in den Platten kleiner und die Betriebssicherheit des Ventils höher. Bei geringen Druckgefällen am Ventil gestattet dieser Umstand auch,die Einlaßkanäle an der Festklemmstelle der Platte (der an unbeweglichen Plattenkante) zu erweitern und dadurch den Widerstand zu vermindern.
• Die Betriebsart des in Fig. 1, 2, 3 wiedergegebenen und erfindungsgemäß ausgeführten Freiflußplattenventils ist folgende.
• Das Arbeitsmedium, beispielsweise ein Gas wird über die Einlaßkanäle 3 fürs Arbeitsmedium zugeführt und unter dessen Druck biegen sich die Platten 1 in Richtung der deren Bewegung begrenzenden Flächen 11 von den Dichtstücken 2 ab. Hiernach tritt das Gas durch den entstandenen, mit der Freikantenform der verzahnten Platte übereinstimmenden, zickzackförmigen Durchgangsspalt zwischen der J?atte und Fläche 10 an welcher die Platte beim geschlossenen Ventil anliegt, zu seinem Hauptanteil in die Austrittskanäle 4 (Fig. 2) fürs Arbeitsmedium, durch welche es -aus dem Ventil strömt. Der restliche, a m Spaltabschnitt zwischen den Kanälen 4, d.h. an den Kopfoberkanten der Zähne 8 austretende Teil des ausströmenden Gases tritt unmittelbar aus dem Ventil aus.
• Die Betriebsweise anderer Ventilausführungen, die gemäß Fig. 4, 5, 6 gefertigt sind, verläuft auf ähnliche Weise.

Claims (8)

PATENTAMSPRÜCHE:

1. Freiflußplattenventil, das ein aus aneinander anliegene den und miteinander abwechselnden elastischen Platten und aus mit Kanälen zum Eintritt des in diesen längs der Plattenoberfläche strömenden Arbeitsmediums versehenen Prismendichtstücken zusammengestelltes Paket enthält, in dem die Prismendichtstücke eine Fläche, an der bei geschlossenem Ventil die Platte anliegt, und eine die Plattenbewegung im geöffneten Ventil begrenzende Fläche besitzen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß zumindest ein Teil der elastischon Platten (1) mit die Einlaßkanäle (3) fürs Arbeitsmedium auf der Länge vom Zahngrund bis zur Zahnkopfoberkante überdeckenden Zähnen (8) vorgesehen ist und die Prismendichtstücke (2) Austrittskanäle (4) fürs Arbeitsmedium besitzen, die den Lücken zwischen den Zähnen (8) gegenüber liegen.

2. Freiflußplattenventil nach anspruch 1, d a d u r c h g e k o n n z e i c h n e t Xdaß jede Platte (1) mit Zähnen (8) ausgeführt ist.

30 Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß jeder Zahn (8) der Platte (1) einem ihm entsprechenden Einlaßkanal (3) fürs Arbeitsmodium gegenüberliegt.

4. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß jeder Zahn (17) mehreren Einlaßkanälen (15) fürs Arbeitsmedium gegenüberliegt.

5. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t daß die einen der Zähne derart ausgelegt werden, daß jeder von diesen einem Einlaßkanal (3) des Arbeitsmediums gegenüberliegt, und die anderen Zähne derart gefertigt sind, daß jeder von diesen mehreren ij1in laßkanälen (17) fürs Arbeitsmedium gegenüberliegt.

6. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß die Austrittskanäle (4) fürs Arbeitsmedium im Prismendichtstück (2) seitens der Fläche (10), an der im geschlossenen Ventil die Platten (1) anliegen, ausgearbeitet sind.

7. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c 11 n e t ,daß die austrittskanäle (12) fürs Arbeitsmedinm im Prismendichtstücke (13) seitens der im geöffneten Ventil dle Bewegung der Platte (15) begrenzenden Fläche (14) verlaufen.

8. Ventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t ,daß die Austrittskanäle (4) fürs Arbeitsmedium im Prismendichtstück (2) sowohl seitens der Fläche (10), an der im geschlossenen Ventil die Platten (1) anliegen, als auch seitens der im geöffneten Ventil die Hubbewegung der Platte begrenzenden Fläche (14) ausgeführt sind.

L e e r s e i t e