DE2533979B2 - Rückschlagventil in Korbausführung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlagventil in Korbausführung, insbesondere Saug- oder Druckventil für Kolbenverdichter, mit einem in den zylindrischen Hohlraum des Ventilgehäuses fest und dicht eingesetzten Becher, dessen Außenfläche im Bereich seines geschlossenen, eine in seinen Innenraum ragende, kegelförmige Erhöhung tragenden Endes zusammen mit der Innenfläche des Gehäuses einen ringförmigen Strömungskanal bildet und dessen Wand längs seines Umfanges in diesen Strömungkanal mündende fensterartige Durchbrüche aufweist, die von elastischen, zungenförmigen Lamellen abgedeckt sind, deren Enden an der Außenfläche des Bechers und in der Nähe seines offenen Endes befestigt sind. Rückschlagventile dieser Art sind aus dem Buch »Kolbenverdichter« von M. I. Frenkel, VEB Verlag Technik Berlin, S. 403, aus der DE-OS 14 25 729, der US-PS 10 29 726 oder der US-PS 19 55 007 bekannt.

Bei diesen bekannten Ausbildungen steht dem Strömungsmedium nach dessen Durchtritt durch die Fenster im Becher nur die Querschnittsfläche des genannten ringförmigen Strömungskanals zur Verfügung, wobei die den Fenstern gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses gleichzeitig als Anschlag zur Begrenzung der Auslenkung der zungenförmigen Lamellen dienen. Wegen dieser Funktion kann der Abstand nicht zu groß sein und der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt ist verhältnismäßig gering woraus sich große Strömungsgeschwindigkeiten und dementsprechend hohe Verluste ergeben.

Weitere Verluste ergeben sich aus der Enge des Spaltes zwischen dem Fenster und der abgehobenen Lamelle. Hier tritt der größte Anteil des Durchströmungswiderstandes auf, weshalb versucht wird, den Hub der Lamellen möglichst groß und damit auch den Strömungsquerschnitt an dieser Überströmungsstelle möglichst groß zu erhalten.

Gegen eine Erhöhung des Hubs der Lamellen sprechen Überlegungen, die auf die Erhöhung der Lebensdauer der Betriebszuverlässigkeit des Ventils abzielen. Je größer die Auslenkung der Lamelle ist, um so größer sind auch die in ihr auftretenden Biegespannungen.

Eine Vergrößerung des Lamellenhubs an der Stelle der Fenster des Bechers ohne Erhöhung der dabei auftretenden Biegespannungen ließe sich erreichen durch eine Verlängerung der Lamellen. Dies wiederum zieht jedoch eine Vergrößerung des toten Raums des Verdichters nach sich, was dessen Leistungsfähigkeit und Wirkungsgrad beeinträchtigt.

Weitere Probleme treten durch dynamische Beanspruchungen auf, insbesondere bei schnellaufenden Kolbenverdichtern. Eine große Hubhöhe der Lamelle führt zu einer beträchtlichen Geschwindigkeit derselben im Augenblick des Anlegens an ihren Sitz beim Schließen des Ventils und diese Stoßbelastungen können bis zum Bruch der Lamelle führen. Es können je nach den wirksamen Eigenfrequenzen auch Schwingungszustände mit gleichem Ei gebnis auftreten.

Weitere Überlegungen erfordert die Lamellenfestigkeit bei geschlossenem Ventil. Hierbei treten in dem die Fenster abdeckenden Bereich der Lamellen infolge des herrschenden Druckunterschieds vor und hinter der Lamelle Biegespannungen auf, die dem Quadrat der Breite des Fensters direkt und dem Quadrat der Lamellendicke umgekehrt proportional sind. Beim öffnen des Ventils bzw. beim Abheben der Lamelle entstehen an der Einspannstelle der Lamelle Biegespannungen, die ihrer Stärke proportional sind. Die Steifigkeit der Lamelle und damii auch die zur Auslenkung erforderliche Kraft ist proportional zur Lamellenbreite und zur dritten Potenz der Lamellenstärke.

Bei den bekannten Ventilausbildungen sind die Lamellen auf ihrer ganzen Erstreckung mit gleichem Querschnitt ausgeführt, so daß sie recht steif gegenüber den Auslenkungen beim öffnen des Ventils sind, wenn sie bezüglich der anderen Beanspruchungen ausreichende Festigkeit haben. Selbst dann gelten aber noch Begrenzungen, so daß die bekannten Ventile nicht bei sehr hohen Druckunterschieden eingesetzt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Rückschlagventils in Korbausführung, bei dem unter Aufrechterhaltung großer Betriebszuverlässigkeit und Lebensdauer sowie, eines kleinen toten Raums der Durchströmungswiderstand niedrig ist und auch hohe Druckunterschiede, z. B. bis zu 500 kp/cm² zuverlässig beherrscht werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird ausgegangen von einem Ventil der eingangs beschriebenen Bauart und

erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Innenwand des Gehäuses zusätzliche, in Längsrichtung verlaufende, nutartige Strömungskanäle ausgeführt sind und daß jede der elastischen Lamellen eine veränderliche Breite hat, die in Richtung ihres befestigten Fndes so abnimmt, daß ihr Materialquerschnitt im Bereich der Fenster ein Vielfaches des Materialquerschnitts an ihrem federnden Teil beträgt.

Durch eine solche Ausbildung wird die Steifigkeit der Lamelle und damit auch die zur Auslenkung erforderliehe Kraft wesentlich geringer, ohne daß die wirkenden Biegespannungen ansteigen. Dabei kann die Lamellenstärke ohne Beeinträchtigung der genannten Vorteile im Bereich der Fenster leicht ausreichend groß gemacht werden, um auch erheblichen Druckdifferenzen standzuhalten. Durch die geringe Biegesteifigkeit im Bereich der Einspannstelle der Lamelle öffnen diese bei fast allen Betriebszuständen völlig, was nicht nur geringe Strömungsverluste und damit einen wirtschaftlicheren Betrieb des Verdichters zur Folge hat, sondern auch Schwingungen und Vibrationen verhindert, so daß die hiermit verbundene Bruchgefahr ausgeschlossen ist.

An sich ist aus der DT-PS 5 54 055 ein Ventil mit lamellenförmigen Verschlußkörpern bekannt, welche einen über ihre Erstreckung veränderlichen Querschnitt aufweisen. Im Gegensatz zum vorliegenden Vorschlag verringert sich hier jedoch die Dicke in Richtung zum freien Ende der Lamelle, was den Hub auf ein Mindestmaß beschränken soll. Abgesehen von der gegensätzlichen Ausbildung steht also diese Ausbildung auch unter einer entgegengesetzten Zielvorstellung.

Ähnliches gilt für eine aus der FR-PS 11 12 923 bekannten Ausbildung, die ein Ventil betrifft, dessen Lamellen eine konstante Dicke, aber eine zum freisn Ende hin abnehmende Breite aufweisen. Die-,e Ausbildung hängt damit zusammen, daß der die Lamellen tragende Körper kegelig ausgebildet ist. Auch diese bekannte Ausbildung weist mithin in die Gegenrichtung der vorliegenden Erfindung.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung besitzt die elastische Lamelle eine veränderliche Stärke, die in Richtung ihrer Befestigung am Becher so abnimmt, daß das Verhältnis der Stärke des Teiles der Lamelle, der das Fenster zum Durchtritt des Arbeitsmediums verdeckt, zur Stärke der Lamelle in ihrem übrigen federnden Teil 3 bis 1 beträgt. Die Abnahme der Lamellenstärke ist die wirksamste Maßnahme zur Erhöhung der Nachgiebigkeit gegenüber den Auslenkungen beim Öffnungshub, so daß bei dieser Ausbildung besonders widerstandsarme Ventile geschaffen werden können. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer nehmen dabei ebenfalls zu, weil die auftretenden Biegespannungen im federnden Teil der Lamelle ebenfalls mit der Stärke abnehmen.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung hat die elastische Lamelle in ihrem federnden Teil mindestens eine Öffnung. Eine solche AusbPdung ist vor allem dann zweckmäßig, wenn die Fenster zum Durchtritt des Arbeitsmediums besonders breit sind und es untunlich wäre, einen sehr breiten Schließabschnitt der Lamelle in einen sehr schmalen federnden Abschnitt übergehen zu lassen.

An sich ist aus der DT-AS 10 93 629 eine Ventillamelle mit einer öffnung in ihrem federnden Teil bekannt. Bei dieser Ausbildung soll eine recht gedrungene Bauart erreicht werden, die insbesondere für hochtourige Verdichter geeignet ist. Im übrigen ist aber auch hier die Breite der Lamelle an der Einspannstelle wesentlich größer als im das Fenster absperrenden Bereich.

Es ist schließlich zweckmäßig, wenn der untere Teil des Bechers einen vieleckigen Querschnitt hat und sein oberer Teil eine zylindrische Form aufweist.

Ein praktisch ausgeführtes Ventil der erfindungsgemäßen Bauart hat in einem Zweistufen-Luftverdichter mit einer Förderleistung von lOmVmin bei einem Druckunterschied von 8 atü, einer Weilenumdrehungszahl von 750 U/min und einer Durchschnittsgeschwindigkeit des Kolbens von 5 m/sec unter industriellen Bedingungen eine Betriebszeit von über 15 000 Stunden ohne Ausfälle gearbeitet. Dabei lag der spezifische Leistungsverbrauch des Verdichters um 6,3% niedriger im Vergleich zu Verdichtern mit bekannten Rückschlagventilen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schnittbildliche Darstellung eines Rückschlagventils gemäß der Erfindung, Längsschnitt;

Fig. 2 die Ansicht nach Pfeil A von Fig. 1 bei geschnittenem Gehäuse;

F i g. 3 die Ansicht nach Pfeil B von Fig. 1;

Fig.4 eine andere Ausbildung eines Ventils gemäß der Erfindung;

F i g. 5 eine andere Art der Befestigung der Platten an der Becheroberfläche;

F i g. 6 den Schnitt nach Linie Vl-VI von F i g. 5.

Das betrachtete Rückschlagventil hat ein Gehäuse 1, in das mehrere Einzelventile eingesetzt sind. Dabei besteht jedes Einzelventil aus einem Becher 2, der in eine durchgehende öffnung des Gehäuses eingesetzt, z. B. eingepreßt ist.

Jeder Becher 2 ist so angeordnet, daß zwischen seiner Außenfläche und der Innenfläche der öffnung des Gehäuses 1 ein Durchtritt 4 gebildet ist.

In der Seitenfläche des Bechers 2 sind Fenster 3 ausgeführt, durch die das Arbeitsmedium aus dem Innenraum 3 des Bechers 2 in den Durchtritt 4 überströmt, von wo es in den (nicht gezeigten) Zylinder des Verdichters gelangt. Jedes Fenster ist außen von einer elastischen Lamelle 7 abgedeckt, die in der Nähe des anderen Endes des Bechers 2 mit Hilfe eines Ringes 8 fliegend befestigt ist. Der Ring ist unter Spannung auf den Becher 2 mit den Lamellen 7 aufgesetzt.

Jedes Fenster hat einen mittigen Zwischensteg 6, gegen welchen die Lamelle 7 sich bei geschlossenem Ventil anlegt, so daß nicht nur der Rand, sondern auch der Mittenbereich des Sperrabschnitts der Lamelle gestützt ist. Die stützenden Bereiche sind am besten in F i g. 2 zu sehen, wo die durch den Zwischensteg gebildeten beiden Öffnungen jedes Fensters gestrichelt eingezeichnet sind.

Die elastische Lamelle 7 ist mit veränderlicher Stärke ausgeführt, die in Richtung zur Befestigungsstelle am Becher 2 abnimmt. Das Verhältnis der Stärke <5, des das Fenster 5 für den Durchtritt des Arbeitsmediums überdeckenden Bereichs der Lamelle 7 zu deren Stärke O2 in ihrem übrigen Teil 9 beträgt 3 bis 1.

Außerdem ist die Lamelle 7 mit veränderlicher Breite ausgeführt, wobei auch diese in Richtung zur Befestigung am Becher 2 abnimmt. Das Verhältnis der Breite b\ des das Fenster 5 überdeckenden Bereichs zur Breite 62 des übrigen federnden Teils 9 der Lamelle beträgt 8 bis

Die Lamelle 7 weist in ihrem federnden Teil 9 eine öffnung 10 auf, was die Steifigkeit der Lamelle 7 und damit auch die Kraft vermindert, die zum vollständigen

Auslenken derselben erforderlich ist.

Die Außenfläche des Bechers 2 hat in dem Bereich, in dem die Fenster 5 ausgearbeitet sind, die Form eines Vielflächners, wie es aus F i g. 3 erkennbar ist. Wenn das Ventil geschlossen ist, liegt die Lamelle 7 an den Seitenflächen 11 des Bechers 2 und verdeckt das Fenster 5.

Die Innenfläche der durchgehenden öffnung des Gehäuses 1 hat an der Stelle, wo das Gehäuse I den Vielflächner des Bechers 2 umfaßt, zurückweichende Seitenflächen 12, die der Durchbiegungslinie der Lamelle 7 entsprechen. Wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, sind alle elastischen Lamellen 7 an die Seitenflächen 12 angedrückt, die dabei gleichzeitig als Hubbegrenzer wirken.

Zur besseren Lenkung des Arbeitsmediumsstroms ist der Boden des Bechers 2 mit einer kegelförmigen, in seinen Innenraum ragenden Erhöhung zur Zerteilung der Strömung ausgeführt. Zur Senkung des Ventilwiderstandes sind an der Innenfläche des Gehäuses 1 zusätzliche Kanäle 13 (Fig.3) zum Austritt des Arbeitsmediums ausgeführt.

Der Betrieb des beschriebenen und z. B. als Ansaugventil eingesetzten Ventils verläuft wie folgt:

Während des Ansaugens gelangt das Arbeitsmedium aus der (nicht gezeigten) Ansaugleitung in den Innenraum 3 des Bechers 2 und strömt durch die Seitenfenster 5 aus, wobei die elastischen Lamellen 7 ausgelenkt werden. Das unter den Rändern der Lamellen 7 hervorströmende Arbeitsmedium wird durch den Durchtritt 4 und durch die zusätzlichen Kanäle 13 im Gehäuse 1 abgeführt und gelangt in den (nicht gezeigten) Zylinder des Verdichters.

Während des Verdichtungshubes schließen die Lamellen und das Arbeitsmedium wird durch ein als Ausstoßventil eingesetztes Ventil analoger Konstruktion in die Druckleitung ausgeschoben.

Wenn das Ventil geschlossen ist, ist der Druck hinter dem Ventil größer als der Druck vor dem Ventil, und in dem die Fenster 5 des Bechers 2 verdeckenden Teil der Lamellen 7 treten infolge dieses Druckunterschiedes Biegespannungen auf. Diese Spannungen sind dem Quadrat der Breite des Fensters 5 direkt proportional und dem Quadrat der Stärke <5i der Lamelle in diesem Bereich umgekehrt proportional. Die Stärke i5i der Lamelle ist deshalb so gewählt, daß die Biegespannungen in den zulässigen Grenzen liegen. Außerdem tragen auch die stützenden Zwischenstege 6 in den Fenstern 5 des Bechers 2 zur Verringerung der Biegespannung in der Lamelle 7 bei, weil sie die auf Biegung beanspruchte Breite vermindern.

Der federnde Teil 9 der Lamelle 7 ist in dieser Situation von Beanspruchungen frei.

Wenn das Ventil öffnet und die Lamellen im Sinne des Abhebens ausgelenkt werden, so entstehen im federnden Teil 9 Biegespannungen, die der Lamellenstärke proportional sind. Die Steifigkeit der elastischen Lamelle 7 und somit die Kraft, die zur Biegung derselben erforderlich ist, ist proportional der Breite der Lamelle 7 und proportional der dritten Potenz ihrer Stärke. Wegen der geringen Stärke 62 der Lamelle im federnden Teil 9 liegen deshalb diese Werte sehr niedrig, und es kommt in fast allen Betriebszuständen des Verdichters zu einer vollständigen öffnung des Ventils. Hierbei ist auch die Biegespannung im federnden Teil 9 der Lamelle 7 verringert.
F i g. 4 zeigt eine Ausbildung, bei der zur Senkung der Herstellungskosten und Verbesserung der Betriebseigenschaften das Ventil monolithisch mit abnehmbaren Lamellen 7 ausgeführt ist. Das monolithische Ventil stellt eine einstückige Baugruppe 14 dar, die das Gehäuse 1 und den Becher 2 vereinigt. Das Fehlen von Befestigungsteilen des Bechers 2 im Gehäuse 1 gestattet es, mit geringerer Höhe auszukommen und dadurch den toten Raum des Ventils zu verringern, die Becher 2 der Einzelventile im Gehäuse 1 näher aneinander anzubringen und den Durchgangsquerschnitt des Ventils zu vergrößern.

Die Lamellen 7 des monolithischen Ventils werden bei dessen Gießen oder Pressen befestigt. Bei einer Auswechselung der Lamellen 7 erfolgt die nachfolgende Befestigung der neuen Lamellen bei Erwärmung des Ventils während seines Betriebs im Verdichter infolge des Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten der Metalle von Gehäuse 1 und Lamellen 7.

In den beschriebenen Beispielen muß zur Auswechselung der Lamellen 7 der Becher 2 aus dem Gehäuse 1 herausgenommen werden. Es ist jedoch auch eine unstarre Befestigung der Lamellen 7 am Becher ί möglich. Beispielsweise ist bei der Ausbildung gemäC Fig.5 und 6 die Lamelle 7 an der Außenfläche de; Bechers 2 mit Hilfe einer Hülse 15 befestigt.

Die Hülse 15 ist aus einem elastischen Materia ausgeführt und hat die Form eines Vielflächners. Die Hülse 15 ist im Durchtritt 4 zwischen der Innenfläche des Gehäuses 1 und der Außenfläche des Bechers 2 se angeordnet, daß sie den Becher 2 auf seiner ganzer Höhe umfaßt. An der Außenfläche des Bechers 2 sine Abflachungen 16 ausgeführt, auf die die Lamellen / gelegt sind. Die Hülse 15 sitzt unter Spannung inGehäuse 1, wodurch sie die Lamellen 7 an die Abflachungen 16 andrückt.

Während des Betriebs des Ventils erwärmt sich di« Hülse und drückt die Lamelle 7 noch stärker an die Abflachungen 16 an. Zur bequemeren Montage une Demontage kann die Hülse 15 einen oder mehrere Schlitze 17 haben.

An der Innenfläche der Hülse 15 sind in Höhe dei Fenster 5 Kanäle 18 zum Austritt des Arbeitsmedium! ausgeführt. Die Innenfläche der Hülse 15 stellt der Hubbegrenzer der Lamelle 7 dar. Die Ausführung dei Hülse 15 aus einem elastischen Material erhöht die Lebensdauer der Lamellen 7. Die Kanäle 18 verminderr den gasdynamischen Widerstand des Ventils unc erhöhen den Arbeitsmediumsdurchfluß durch da: Ventil.

Wenn das Arbeitsmedium verunreinigt ist und ζ. Β feste Einschlüsse wie Sand u.dgl. enthält, so is zweckmäßigerweise die Innenfläche des Gehäuses I dort, wo sie den Vielflächner des Bechers 2 umfaßl kegelig ausgeführt. Die festen Teilchen, die zwischen dii Lamelle 7 und die Kegelfläche des Gehäuses 1 gelangen können dann ohne Gefahr von Verstopfungen nacl unten fallen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Rückschlagventil in Korbausführung, insbesondere Saug- oder Druckventil für Kolbenverdichter, mit einem in den zylindrischen Hohlraum des Ventilgehäuses fest und dicht eingesetzten Becher, dessen Außenfläche im Bereich seines geschlossenen, eine in seinen Innenraum ragende, kegelförmige Erhöhung tragenden Endes zusammen mit der Innenfläche des Gehäuses einen ringförmigen Strömungskanal bildet und dessen Wand längs seines Umfanges in diesen Strömungskanal mündende fensterartige Durchbrüche aufweist, die von elastischen, zungenförmigen Lamellen abgedeckt sind, deren Enden an der Außenfläche des Bechers und in der Nähe seines offenen Endes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenwand des Gehäuses (1) zusätzliche, in Längsrichtung verlaufende, nutartige Strömungskanäle (13) ausgeführt sind und daß jede der elastischen Lamellen eine veränderliche Breite hat, die in Richtung ihres befestigten Endes so abnimmt, daß ihr Materialquerschnitt im Bereich der Fenster (5) ein Vielfaches des Materialquerschnittes an ihrem federnden Teil (9) beträgt.

2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Lamelle (7) eine veränderliche Stärke besitzt, die in Richtung ihrer Befestigung am Becher (2) so abnimmt, daß das Verhältnis der Stärke (όι) des Teiles der Lamelle, der jo das Fenster (5) zum Durchtritt des Arbeitsmediums verdeckt, zur Stärke (O2) der Lamelle in ihrem übrigen federnden Teil (9) 3 bis 1 beträgt.

3. Rückschlagventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Lamelle (7) in ihrem federnden Teil (9) mindestens eine öffnung (10) besitzt.

4. Rückschlagventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Bechers (2) einen vieleckigen Querschnitt und sein oberer Teil eine zylindrische Form aufweist.