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Ventilanordnung für Dampfrilaschinen mit Doppelsitzventilen Die Erfindung
bezieht sich auf die Ventilanordnung von Dampfmaschinen und anderen Kolbenmaschinen
mit Doppelsitzventilen, die vermittels Getriebes zwangsläufig geöffnet und durch
eine gesonderte Kraft selbsttätig, aber gesetzmäßig geschlossen werden. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß die erforderliche Öffnungskraft für die Ventile erheblich
herabgesetzt wird, wenn nicht, wie es bisher für notwendig gehalten würde, 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 Größenverhältnisses
der Sitzflächen dichten die Ventile, nachdem sie sich geschlossen haben, unter Wirkung
des Dampfdrucks mit Sicherheit ab, was auf der neuen Feststellung beruht, daß der
vom Dampf hervorgerufene Abdichtungsdruck nicht gleichmäßig vom Auftreffrande nach
dem entgegengesetzten Rande des Ventilsitzes, sondern beinahe plötzlich in der Nähe
des Auftreffrandes abfällt. Infolgedessen ist trotz gleicher Durchmesser der Sitzflächen,
und zwar bei beliebiger Strömungsrichtung des Dampfes, eine druckbelastete Ringzone
vorhanden, welche eine genügende Abdichtung hervorruft. Durch Anwendung von Doppelsitzventilen,
die dieser Erkenntnis entsprechend gebaut sind, wird es möglich, Ein- und Auslaßventile
geringen Kraftbedarfs für die Öffnung so nebeneinander anzuordnen, daß der thermodynamisch
schädliche Raum des Zylinders erheblich verkleinert wird, indem bei dem einen Ventil
die Strömung des Dampfes in Richtung der Öffnungsbewegung des Ventils stattfindet,
während bei dem zugeordneten andern Ventil die Dampfströmung entgegengesetzt der
öffnungsbewegung des Ventils stattfindet. Wo bisher diese Anordnung versucht wurde,
traten Schließdrucke auf, deren Überwindung durch die Steuerung übermäßig hohe Kräfte
erforderte. Um den Einbau der für den genannten Erfolg erforderlichen Ventile mit
nicht versetzten Sitzflächen zu ermöglichen, werden nach der Erfindung besondere
Mittel benutzt, insbesondere die Einschaltung eines Ringes als Träger des in Richtung
der öffnungsbewegung des Ventils vorderen .festen Ventilsitzes. Besondere Mittel
werden verwendet, um die Beeinträchtigung der vom Dampfdruck erzeugten Schließabdichtung
der Ventile infolge elastischer Verformungen des Metalls der unter Druck stehenden
Teile zu vermeiden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung
entworfenen Ventilanordnung für eine Kolbenmaschine dargestellt, bei welchem Aus-
und Einlaßventil
nebeneinander am Ende des Zylinders quer zur Zylinderachse
über demselben mit senkrechten Spindeln angeordnet sind.
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Abb. z zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder, der durch die gleichliegenden
Achsen des Einlaß- und Auslaßventils hindurchgeht.
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Abb. a zeigt einen senkrechten Schnitt in Längsrichtung des Zylinders
durch die Achse des Auslaßv entils.
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Einlaßventil A und Auslaßventil B öffnen in eine Kammer
H, die durch einen Schlitz (Abb. a) mit dem Zylinderinnern C in Verbindung steht.
Dem Einlaßv entil A strömt der Dampf aus der Einströmungskammer D zu. Von dem Auslaßventil
B strömt der Dampf in die Ausströmungskammer E. Beide Ventile öffnen sich nach unten
und schließen sich nach oben, so daß also beim Einlaßventil die Schließbewegung
entgegengesetzt der Dampfströmung ist, während beim Auslaßventil die Schließbewegung
der Dampfströmung entspricht.
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Damit sich das Ventil A unter 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 .P in cm= ist.
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Damit sich das Ventil A nicht durch sein eigenes Gewicht vor dem Anlaufen
der Maschine, und zwar im Augenblick der Öffnung des Reglers, öffnet, wird eine
abstützende Feder l1.T angeordnet, welche in einem Hohlraum der Ventilspindel angeordnet
werden kann und genügend stark ist, um das Gewicht der mit dem Ventil beweglichen
Teile auszugleichen und das Ventil auf den festen Sitz aufzudrücken. Dadurch wird
das Anlaufen erleichtert. Beim Auslaßventil B ist die Anbringung eines Kraftmittels
für das Schließen des Ventils während der Phase des Dampfausströmens notwendig,
d. h. für den Zeitpunkt, 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 vermittels eines Hilfskolbens durch ein Druckmittel hervorgebracht werden.
Eine Ausführungsart mit Hilfskolben ist in Abb. -- dargestellt.
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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.
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Bei der dargestellten Ausführungsart von Einlaßventil und Auslaßventil
sind die unteren Sitze N eben, die oberen, O, kegelig, wobei die Spitze des Kegels
in der Ebene des Sitzes 'N liegt.
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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.
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Der Ring P kann am Ventilgehäuse frei anliegen oder bei R an dieses
angeschraubt sein. Hierbei hat das Schraubengewinde R nur die Aufgabe, den Ring
während des Einschleifens der Sitze und während des Zusammenbaues des Gehäuses mit
diesem verbunden zu halten. Nachdem das Ventil in seine richtige Lage am Zylinder
gebracht ist, wird der Ring P durch die Schraube S gegen die Auflagefläche U gepreßt.
Die Schraube S übt ihren Druck durch Vermittlung eines linsenförmigen Ringes
T aus, so daß sich das Gehäuse von selbst am Umfang seiner Auflagefläche richtig
einstellt. Die Abdichtung bleibt unabhängig von der Verformung, die die Zylinderwände
bei der Arbeit der Maschine gegen die Ebene des die Schraube S tragenden Deckels
erleiden.
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Es ist vorteilhaft, zwischen den kegeligen Sitzen O des Ventils, durch
welches die Strömung des Dampfes in Richtung der Öffnungsbewegung stattfindet, anfänglich
ein 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 Verformungen des Ventils das Spiel verschwindet.
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Um bei diesem Ventil möglichst geringe Verformung der Ventilglocke-
bei geringstem Baustoffgewicht zu erreichen, erhält der Querschnitt der Glocke wachsende
Stärke nach den ebenen Sitzen hin. Die Fläche U, längs welcher sich der Ring P abstützt,
ist kegelig gestaltet. Weil der Ring P dünn ist, können die Verformungen der Zylinderwände
die Dichtung längs dieser Kegelfläche nicht beeinträchtigen. Der Ring P folgt den
Verformungen der Zylinderwandungen, und da die entstehenden Kräfte auf den Ring
selbst übertragen werden, bleibt die Berührungslinie, welche sich in der Auflagefläche
nach einer krummen Linie verformt, dauernd bestehen. Die in den genannten- Ring
eingeschnittene
Sitzfläche folgt der obengenannten Verformung (ovalisiert
sich), bleibt aber auf jeden Fall eine Ebene und behält ihren dichten Abschluß bei.
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Man kann die Ventilglocke auch aus zwei in der Ebene Y einander berührenden
Teilen zusammensetzen, Zwobei dann der Ring P einen Bestandteil des Gehäuses bildet.
In diesem Fälle muß das Gehäuse von seiner Nabe nach einer punktiert dargestellten
Fläche y-y getrennt sein.
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Die Ventilglocke ist mit der Nabe durch eine ausreichende Anzahl radialer
Arme verbunden, um dichtungsschädliche Einbuchtungen der Ventilstütze zu vermeiden.
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Sowohl bei dem Ventil, wo der Dampf zentripetal durch das Ventil strömt,
als auch bei dem Ventil, wo der Dampf zentrifugal durchströmt, ruft der Dampfdruck,
wenn sich das Ventil auf seine Sitze aufgesetzt hat, infolge des Überdrucks auf
die Dichtungsflächen, in Richtung von unten nach oben, eine sichere Abdichtung hervor,
ohne daß eine übermäßige Kraft zum Öffnen des Ventils erforderlich ist.