DE970889C - Ventil fuer Stroemungsmittel von sehr hohen Temperaturen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 6. NOVEMBER 1958

L 5671 XU 147 S

(Ges. v. 15.7. 1951)

Bei Strömungsmitteln von sehr hohen Temperaturen, wie Abgas von Verbrennungsmaschinen oder Verbrennungsgas von Gasturbinen u. a., ergeben sich Schwierigkeiten, wenn sie durch Ventile gedrosselt oder geregelt werden sollen, da durch die hohen Temperaturen nicht nur der Ventilteller mit seinen Dichtkanten, sondern auch der Ventilsitz und das Ventilgehäuse sich verziehen können. Ein derartiges Verziehen hat weiterhin die Folge, daß Gas mit sehr hoher Geschwindigkeit und entsprechend hohem Wärmeübergang durch die Undichtigkeitsstellen hindurchströmt, so daß neben einem nicht völligen Abschließen derartiger Ventile noch ein Verbrennen der Sitzflächen am beweglichen Ventilteller und am feststehenden Ventilsitz zu befürchten ist, was weitere Undichtigkeiten zur Folge hat. Da es nicht möglich ist, durch konstruktive Mittel, wie Verrippung oder Verstärkung der Teile, ein Verziehen zu verhindern, ist es anzustreben, derartige Ventile, abgesehen davon, daß sie aus hochwarmfestem Material hergestellt werden, so zu gestalten, daß ein Verziehen in Kauf genommen werden kann. Außerdem ist es wichtig, daß diejenigen Teile, deren Verziehen besonders nachteilige Folgen hat, möglichst weitgehend gekühlt werden.

Es sind schon Vorschläge bekanntgeworden, bei von kalten Arbeitsmedien durchströmten Ventilen Sitz und/oder Körper durch Ausführung aus Gummi od. ä. elastisch auszuführen. Elastische Ventilteile für heiße Strömungsmittel auszuführen, ist jedoch bisher noch nicht versucht worden. Diese Tatsache mag auf dem Vorurteil beruhen, daß so dünne Bleche, wie sie zur Erreichung der beabsichtigten Elastizität

SM 652/53

benutzt werden müssen, noch nicht korrosionsfest genug hergestellt werden könnten. Die Erfahrung lehrt jedoch, daß es bei Auswahl geeigneter und nicht einmal besonders teurer Legierungen sowie bei zweckmäßiger konstruktiver Ausbildung der entsprechenden Teile durchaus möglich ist, Bleche auch für den Betrieb mit hohen Temperaturen so dünnwandig auszubilden, daß sie eine für den vorliegenden Zweck ausreichende Elastizität aufweisen.

ίο Während die Elastizität von Ventilsitz und/oder -körper bei den bisher bekannten Ausführungen für kalte Strömungsmittel vornehmlich dazu benutzt wurde, um unvorhergesehene Störungen des Betriebs, z. B. durch Verunreinigungen im Strömungsmedium, zu verhindern, ist im Gegensatz dazu in der vorliegenden Erfindung die Elastizität erforderlich, um die Folgen physikalischer Eigenschaften des Strömungsmittels, nämlich kleine Verziehungen von Ventilsitz und -körper durch hohe Temperaturen, also sich weitgehend zurückbildende Erscheinungen, zu beseitigen.

Erfindungsgemäß sollen nun diese Teile, nämlich der Ventilsitz und der Ventilkörper, von denen mindestens einer nicht formsteif, sondern elastisch ist, sich längs einer Linie berühren. Weiter soll gemäß der Erfindung, um Unvermeidliche Verziehungen auszugleichen, der Ventilkörper senkrecht zur Achse des Ventilschaftes beweglich ausgeführt werden. Zweckmäßig wird dabei der Ventilkörper hohl ausgebildet sein und durch den Ventilschaft hindurch ein Luftstrom so geführt werden, daß der Schaft und der Ventilteller, der in diesem Falle eine besondere Kammer von beispielsweise zwiebelartiger Form erhalten kann, möglichst weitgehend gekühlt werden. In der Kammer kann gegebenenfalls ein Führungseinsatz angeordnet sein, der Kühlluft an die zu kühlenden Stellen leitet. Um die Kühlwirkung möglichst zu verbessern, werden der Ventilschaft und damit die hindurchströmende Luftmenge zweckmäßig so weit vergrößert, wie es die notwendige Abdichtung des Schaftes an der Gehäusewand zuläßt.

Der Kühlluftstrom kann entweder aus einer Gebläsevorrichtung zugeführt werden, oder aber es wird unverdichtete Außenluft benutzt. Zum Hindurchtreiben dieser unverdichteten Außenluft stehen verschiedene Mittel zur Verfügung. Einmal kann bei geeigneter Ausbildung von Ventilkörper und -sitz das aus dem Ventil austretende Gas eine Ejektor wirkung auf die im hohlen Ventilkörper befindliche Luft ausüben, so daß es diese hindurchsaugt. Zum anderen kann, wenn das Ventil auf Fahrzeugen oder insbesondere Flugzeugen angebracht ist, der Fahr- oder Flugwind dazu benutzt werden, Außenluft durch das Ventil zu treiben. In letzterem Falle kann das Ventil vorteilhaft so angeordnet sein, daß das abströmende Gas entgegen der Fahrt- oder Flugrichtung nach hinten abströmt, so daß der Ventilschaft, dem die Kühlluft von vorn unmittelbar oder über ein biegsames oder feststehendes Rohr zugeführt werden kann, in Fahrt- oder Flugrichtung nach vorn das Ventilgehäuse durchdringt. Zweckmäßig ist das Ventil hierbei so ausgebildet, daß das hindurchtretende Gas, nach hinten abströmend, eine Rückstoßwirkung ausübt, die dem Vortrieb zugute kommt. Die hierbei durch den beweglichen Ventilkörper hindurchtretende Luft stellt durch ihre Mischung mit dem Gas eine sogenannte Ballastluft dar, die die Rückstoßwirkung verbessert.

Gemäß der Erfindung kann weiterhin der Ventilsitz, auf den der beschriebene Ventilkörper zwecks Dichtung drückt, dadurch elastisch ausgebildet sein, daß er aus einem beispielsweise konischen, möglichst elastischen Blech besteht, das über einen mit einer ringförmigen Aussparung versehenen Ringteil geschoben ist, und zwar so, daß an der Berührungsstelle des beweglichen Ventilkörpers eine Unterlage fehlt. Hierdurch besteht an dem dünnen, an der Berührungsstelle nicht aufliegenden Blech eine Elastizität, die gewisse Verziehungen des Gehäuses usw. zuläßt, ohne daß zu befürchten ist, daß keine Dichtung entsteht, wenn der Ventilkörper auf den Ventilsitz gedrückt wird. Es ist außerdem vorteilhaft, den Körper, an dem der Ventilsitz angeordnet ist, insgesamt etwas elastisch auszubilden, so daß kleine elastische Verformungen beim Aufdrücken des Ventilkörpers zur Erzielung der Dichtung möglich sind.

Beim Austritt des Ventilschaftes aus dem Gehäuse ist eine Führung erforderlich, die jedoch, da auch der Ventilkörper nicht genau auf den Sitz geführt zu werden braucht, mit verhältnismäßig großem Spiel versehen sein kann, was bei hohen Temperaturen des Ventilschaftes die Gefahr des Klemmens ausschließt. Die Dichtung des Raumes vor dem Ventilsitz nach außen kann an der Stelle, wo der Schaft die Wand durchdringt, also in der neben der genannten Führung, so ausgeführt sein, daß durch Aneinanderreihen mehrere Scheiben aus warmfestem Material so hintereinander angeordnet sind, daß z. B. eine Scheibe mit großem Spiel, die gewissermaßen der Führung des Ventilschaftes entspricht, abwechselnd mit einer Scheibe angeordnet ist, die ebenfalls auf dem Ventilschaft beweglich angeordnet ist, jedoch diesem gegenüber ein so kleines Spiel hat, daß sie bei der größtmöglichen Schiefstellung des Ventilschaftes ein Ecken der Scheibe auf diesem gerade noch verhindert. Durch Hintereinanderreihen mehrerer derartiger Scheiben entsteht ein Labyrinth mit guter Dichtwirkung. Die Betätigung des Ventils greift außen an dem Ventilschaft so an, daß die beschriebene Luftzuführung nicht gehindert wird.

Soll auf eine Kühlung des Ventils durch Luft verziehtet werden, so ist dieses so auszubilden, daß möglichst wenig Teile des beweglichen Ventilkörpers mit dem heißen Abgas in Verbindung gebracht werden. Der Schaft des Ventils wird dann zweckmäßig durch den Sitz hindurchgeführt, so daß in dem Druckraum des Ventils sich nur der Teller befindet. Dieser kann durch die Ausführung aus Blech und durch Anordnung von balgartigen Falten an der Übergangsstelle zwischen Schaft und Teller elastisch gehalten sein. Der Schaft selbst kann in diesem Falle vor der Berührung mit dem abströmenden Gas hinter der Abschlußstelle des Ventils dadurch geschützt werden, daß von der Rohrwand an der Außenseite des am Ventilsitz anschließenden Rohrkrümmers eine rohrartige Hervorkragung als Schutzhülle bis fast an den Teller heranreicht. An der vordersten Stelle dieser Hervorkragung

wäre wieder eine Führung bzw. eine Dichtung vorzusehen, für die das oben Gesagte bezüglich der Paßgenauigkeit und der Spielgrößen gilt, da auch hier die elastische Ausführung von Schaft, Teller, Sitz und Gehäuse zusammenwirkend eine genaue Passung unnötig macht.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung beispielsweise an zwei Ausführungsformen des neuen Ventils, die je in einem Querschnitt schematisch dargestellt sind.

Bei der ersten Ausführungsform ist in einem Gehäuse ι mit Führungsrippen 2 als Ventilteller ein zwiebeiförmiger Hohlkörper 3 aus dünnem, hochhitzebeständigem Blech angeordnet, an den sich ein hohler Schaft 4 von verhältnismäßig großem Durchmesser anschließt. In einem Gehäuseansatz 5 sind eine Anzahl Ringe 6 aus warmfestem Material angeordnet, die auf dem Schaft 4 abwechselnd mit kleinerem oder größerem Spiel sitzen. An den Gehäuseansatz 5 schließt

ao sich ein Rohrkrümmer einer Kühlluftleitung 7 an, die aus einem feststehenden oder biegsamen Rohr bestehen kann. Der Ventilschaft 4 steht durch eine Stange 8 mit seinem Antrieb in Verbindung. In dem Hohlkörper 3 ist ein Führungseinsatz 9 angebracht, der die Kühlluft, deren Verlauf mit gestrichelten Pfeilen veranschaulicht ist, an die Seitenwände des Ventilkörpers leitet. Durch öffnungen 10 in diesem Einsatz und eine Öffnung 11 in dem Ventilkörper strömt die Kühlluft aus diesem ab.

An dem Gehäuse 1 ist ein im Querschnitt kegelförmiger Ring 12 mit einer ringförmigen Aussparung 13 auf der Innenseite angebracht. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Ring 12 ist ein Blechkonus 14 festgespannt, der frei über der Aussparung 13 liegt. Dieser Konus, der gegebenenfalls geschlitzt sein kann, bildet einen elastischen Ventilsitz, auf dem der Ventilkörper 3 fest aufsitzt. An dem anderen Ende des Ringes 12 ist eine Ableitung 15 für das Abgas und die Kühlluft angebracht.

In Abb. 2 ist eine Ausführungsform des neuen Ventils ohne Kühlluftstrom dargestellt. Hierbei bezeichnet ι wiederum ein Gehäuse mit Führungsrippen 2. An dieses schließt sich ebenfalls ein Ring 12 mit einer ringförmigen Aussparung 13 und einem Blechkonus 14 an. Diesmal ist der Konus an beiden Enden festgespannt, und die Ausnehmung 13 liegt in der Mitte des Ringes 12. An diesem ist wieder eine Ableitung, hier in Form eines Rohrkrümmers 15, angebracht. Der Ventilteller besteht bei dieser Ausführungsform aus einem elastischen Blechkegel 16, und zwischen diesem und dem Ventilschaft 17 ist zur Erhöhung der Elastizität ein Stück biegsames Rohr 18 eingesetzt. Der Schaft und der Ventilantrieb liegen hierbei auf der Abströmseite des Ventils.

Betätigt werden die Ventile bei beiden Ausführungsformen wie bei den bekannten Bauarten.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Ventil für heiße Strömungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz und/oder der Ventilkörper nicht formsteif, sondern elastisch sind und sich längs einer Linie berühren.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper senkrecht zur Achse des Ventilschaftes beweglich ausgeführt ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Ventilkörper und der Ventilschaft in an sich bekannter Weise hohl ausgebildet und von Kühlluft durchströmt sind.

4. Ventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des hohlen Schaftes (4) so groß ist, wie es die notwendige Abdichtung desselben an der 'Gehäusewand zuläßt.

5. Ventil nach Anspruch 1 bis 4 in Anwendung auf Fahr- oder Flugzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlluft Fahr- oder Flugwind dient, der durch ein festes oder biegsames Rohr dem Ventilschaft (4) zugeführt wird.

6. Ventil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es so angeordnet ist, daß das Gas entgegen der Fahrt- oder Flugrichtung abströmt.

7. Ventil nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz aus einem Konus (14) aus dünnem Blech besteht, der über einen mit einem ringförmigen Hohlraum versehenen Ringteil so geschoben ist, daß der Ventilteller an einer hohl liegenden Stelle des Blechkonus auf diesem aufsitzt.

8. Ventil nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Ventilkörpers mit sehr großem Spiel versehen ist.

9. Ventil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Durchtritt des Ventilschaftes (4) durch das Gehäuse labyrinthartige Abdichtungen, z. B. auf dem Schaft in einem Gehäuseansatz (5) Ringe (6), angeordnet sind, die abwechselnd mit kleinerem oder größerem Spiel gegenüber dem Schaft versehen sind.

10. Ventil nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller aus einem elastischen Kegel (16) besteht.

11. Ventil nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Schaft zum Teller mit balgartigen Falten (18) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 53105, 101543, 996, 304 272, 317 842, 340 428, 644 260, 656 748, 717460;

französische Patentschrift Nr. 567 391;

britische Patentschriften Nr. 17 225 aus dem Jahre 1909, 440 206 ;

USA.-Patentschriften Nr. 2 192 339, 2 204 724.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

& m 652153 10.56