NO115460B - - Google Patents

Description

Setvvirkende ventil.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en selvvirkende ventil, særlig for stempelkompressorer, hvis lukkeorgan er avfjæret med i det minste en koaksialt anordnet, f. eks. sylindrisk eller konisk viklet skruetrykkfjær som ligger an med forspenning mot lukkeorganet og fortrinnsvis også tjener til radiell føring av lukkeorganet under dets slagbevegelse.

Ved de kjente ventiler av denne type heves

lukkeorganet ved åpning av ventilen ikke jevnt og samtidig fra ventilsetet med sin omkrets, men åpningsbevegelsen skjer gjensidig, slik at lukkeorganet åpner for gjennomstrømningska-nalene til ventilsetet på en side tidligere enn for de andre gjennomstrømningskanaler. Det fører med seg den ulempe at lukkeorganet får en kippimpuls, idet det heves fra ventilsetet og under åpningsbevegelsen vil lukkeorganet derfor innta en skråstilling som dessuten endrer seg under slaget. Denne arbeidsmåte medfører

for det første en øket påkjenning på lukkeorganet og for det andre forsinkes den fullsten-dige åpning og lukking av ventilen, slik at gjen-nomstrømningsmengden til det regulerte me-dium minskes. Videre har slike ventiler en ten-dens til klapring. Den ensidige åpning av lukkeorganet er særlig uheldig ved ventiler som tjener til begrensning av trykket i et lukket rom, f. eks. ved sikkerhetsventiler som er satt inn i veiv-kasseveggen til forbrenningsmotorer som ar-beider etter totaktprinsippet eller ved sikkerhetsventiler som er innsatt i beholderveggen til store olj ebeholdere, fordi man her opp til et bestemt, og for det meste forholdsmessig lavt trykk forlanger en pålitelig tetning, mens man ved overskridelsen av dette trykk forlanger en rask og mest mulig fullstendig åpning av ventilen.

Årsaken til den utilfredsstillende arbeids-måten til de nevnte ventiler er å søke i avfjæ-ringen av lukkeorganet ved hjelp av koaksialt

med ventilaksen anordnede skruetrykkfj ærer. De kjente skruetrykkfjærer somj for det meste er viklet av rund eller firkantet tråd øver nemlig i forspent tilstand et ensidig] trykk på sine anleggsflater. Det er også tilfelle ved fjærer med på vanlig måte utformede ender, hvor den siste fjærvikling eller en del av denne løper ut i et plan, og fjærendene er plant avslepne loddrett på fjærens akse. Slike fjærer | ligger bare i uspent tilstand med aksen loddrett på anleggsflaten, mens de i forspent tilstand utøver en eksentrisk belastning. For å oppnå en med sete-flaten omtrentlig parallell åpningsbevegelse av lukkeorganet, bruker man derfor] ved plateven-tiler for det meste på en eller flere delsirkler symmetrisk i forhold til ventilaksen anordnede enkeltfjærer eller fjærplater med fjærtunger som er bøyet ut av plateplanet, og med en slik anordning er en i forhold til ventilaksen parallell, sentrisk belastning av lukkeorganet mulig. Anvendelsen av flere enkeltfjærer er imidlertid forholdsmessig dyr, dg fjærplatenes tunger sliter på anleggsflåtene. Dessuten tillater slike fjær-anordninger bare begrensede slaglengder, og de kan ikke samtidig anvendes til føring av lukkeorganet.

Det er oppfinnelsens hensikt å forbedre de kjente ventiler med koaksialt om ventilaksen anordnede skruetrykkfj ærer, og |det vesentlige ved oppfinnelsen består i at ved i det minste den ene enden av skruefjæren har den vindingsdel, som i lukkeorganets lukkestilling ligger an mot den flate som avstøtter fjæren, en slik form i fjærens ubelastede tilstand at den fra et mot fjærens akse vinkelrett plan er bøyet opp i skruelinjeform med varierende] stigning og/ eller at nevnte anleggsflate har en fra et plan avvikende form med motsvarende varierende stigning, idet forløpet for stigningen til den oppoverbøyede vindingsdel, respektivt for anleggsflaten velges avhengig av tverrsnittet og lengden for den anliggende vindingsdel på slik måte at i lukkeorganets stengestilling vil den anliggende vindingsdel i hovedsaken deformeres elastisk over hele sin lengde, slik at fjæren som følge av denne deformasjon utøver slike krefter på lukkeorganet, som har en så sentrisk som mulig, med aksen parallell resultant. Det har nemlig vist seg at det på en forholdsvis en-, kei måte er mulig å oppnå en sentrisk belastning av lukkeorganet ved hjelp av skruefjærer i det minste ved en bestemt forspenning, og at det nettopp ved selvvirkende ventiler byr på spe-sielle fordeler dersom lukkeorganet er sentrisk belastet i det minste i sin lukkestilling eller i det minste på et bestemt sted i slaglengden, hensiktsmessig i nærheten av lukkestillingen. Den nødvendige form av skruefjæren, henholdsvis opplagrings- eller anleggsflatene,] som vanligvis er forskjellig for hver fjærtype og for hver forspenning, kan beregnes eller/og fremøkes eksperimentelt. Lukkeorganet heves da over hele sin flate samtidig fra ventilsetet og vil således i det minste utføre den første del av sin slagbevegelse parallelt med ventilsete]t, slik at tum-letendensen forsinkes vesentlig og minskes og slik at samtidig en hurtig åpning av ventilen sikres. Ventilen ifølge oppfinnelsen - utmerker seg således ved en nøyaktig arbeidsmåte som ikke bare er fordelaktig ved friksjonsfri føring av lukkeorganet ved hjelp av skruefjæren, men, også er fordelaktig ved glidende førte lukkeor-ganer, hvorved man oppnår en betydelig nedsettelse av føringens slitasje.

Ifølge oppfinnelsen kan ventilen være ut-formet slik at stigningen for den oppoverbøyede vindingsdel til skruefjæren og/eller for anleggsflaten er valgt på en slik måte at de av skruefjæren på lukkeorganet utøvede krefter i lukkeorganets lukkestilling eller i det minste i nærheten av denne, er i det minste tilnærmelsesvis jevnt fordelt over lukkeorganets periferi. Under hensyntagen til lukkeorganets elastisitet får man derved et over tetningsflatens omfang jevnt fordelt anleggstrykk, og dermed oppnår man en betydelig nedsettelse av de ellers forhåndenvæ-'rende bøyepåkjenninger på lukkeorganet.

Ifølge et videre kjennetegn ved oppfinnelsen kan opplagringsflaten ha forhøyninger på enkelte steder ved i det minste én ende av skruefjæren, f. eks. ved hjelp av et innlagt mellomlegg. Det dreier seg herved om nok en forholdsmessig enkel mulighet for oppnåelse av en sentrisk og jevnt fordelt belastning på lukkeorganet, hvorhos det ikke er nødvendig med en oppbøy-ing av skruefjæren. Den tilstrebede virkning kan imidlertid oppnås også med samtidig an-vendelse av både oppbøyingen og den ujevne ut-formingen av anleggsflatene.

Rammen av de tiltak som foretas for oppnåelse av en sentrisk belastning på lukkeorganet ifølge oppfinnelsen, såsom den nødvendige krumming eller avbøying av fjæraksen, den nød-vendige oppbøying av en eller flere vindinger ved fjærendene såvel som den nødvendige høyde og utforming av den i alle tilfelle mellom fjær og anleggsflate anvendbare mellomlagsplate kan beregnes for enhver ventiltype og for de derved anvendte skruefjærer. Vanligvis er beregningen imidlertid forholdsmessig komplisert fordi fjæren vanligvis ikke ligger an mot lukkeorganet med en hel vikling eller med en nøyaktig defi-nert del av en vikling og og fordi, fjærendene for det meste også er avslepne. Hensiktsmessig skjer derfor valget av den egnede avfjæring på en enkel måte ved hjelp av et forsøk. Såsnart man f. eks. en gang har funnet frem til den rik-tige fjærform, kan fjærene i en hel typerekke fremstilles etter det fundne mønster. Den innenfor oppfinnelsens ramme nødvendige form-endring av skruefjæren i forhold til de vanlge utførelser kan gjennomføres uten vanskelig-heter, fordi f. eks. den nødvendige oppbøying av den siste fjærvikling bare ligger innenfor en størrelsesorden tilsvarende reduseringen av en fjærviklings ganghøyde ved sammentrykking av den uspente fjæren til den i lukkestillingen tilsvarende forspente stilling.

Videre kjennetegn og fordeler ved oppfinnelsen vil gå frem av etterfølgende beskrivelse av foretrukne utførelseseksempler som er vist på tegningen. Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en ring-ventil. Fig. 2 viser tilhørende ventilfjær i sideriss. Fig. 3 viser utfoldingen av ventilfjæren i fig. 2 ved området til fjærenden, og utf oldingen er vist rent skjematisk.

Fig. 4—6 viser et annet utførelseseksempel, og fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom ventilen, fig. 5 viser ventilfjæren i sideriss og fig. 6 viser utf oldingen av fjærenden.

Ventilen ifølge fig. 1 «består av ventilsetet 1 og motholdplaten 2, og disse deler er innbyrdes forbundet ved hjelp av skruen 3 med mutteren 4. Mellom ventilsetet 1 og motholdplaten 2 er det anordnet en avstandsring 5, og i det av avstandsringen frembragte mellomrom er det anordnet et ringformet lukkeorgan 6, hvilket lukkeorgan har et U-formet tverrsnitt. For avfjæring av lukkeorganet 6 er det anordnet en skrue-trykkf j ær 7 som består av høykantviklet bånd-stål, og skruetrykkfj æren er konsentrisk anordnet, rager inn i lukkeorganets 6 i tverrsnitt U-formede rom og får mothold mot motholdplaten 2 i bunnen av det i motholdplaten utsparte ring-rom 8.

Skruefjæren 7 er lagret radielt uforskyvbart både i motholdplaten 2 og i lukkeorganet 6 og tjener samtidig til friksjonsfri føring av lukkeorganet 6, slik at det ikke er nødvendig med sær-skilte tiltak for en slik føring. For å unngå ska-der på ventilen ved et eventuelt brudd på skruefjæren 7 og for å muliggjøre at ventilen arbei-der videre, er det anordnet en ekstra hjelpe-glideføring for lukkeorganet 6. Denne hjelpe-glideføring består i det viste utførelseseksempel av fremspring 9 som er anordnet tannkrans-formet om avstandsringen 5 og begrenser lukkeorganets 6 bevegelsesområde i radiell retning. Det vesentlige herved er at de for i tilfelle fø-ring av lukkeorganet 6 benyttede ytterflater på fremspringene 9 er anordnet i en slik avstand fra lukkeorganet 6 at de ved ventilens normale, sentriske arbeide ikke berører lukkeorganet og således muliggjør ventilens friksjonsfrie arbeide.

Den i fig. 2 viste skruetrykkfj ær 7 har i sin midtre del en konstant stigning, og hittil har man alltid — som vist med stiplede linjer — latt den siste vinding løpe ut i et plan med avta-gende stigning, og dessuten har man slipt vin-dingene loddrett i forhold til fjæraksen. En slik fjær har i uspent tilstand plane, innbyrdes pa-rallelle endeflater og vil i grenseområdet ved begynnelsen av sammentrykkingen utøve en i forhold til fjæraksen symmetrisk belastning på anleggsflatene, men som det har vist seg vil man ved en slik utforming av fjæren få en usym-metrisk mot anleggsflatene utøvet belastning ved den fortsatte forspenning av fjæren, slik at lukkeorganet trykkes mot setet med forskjellig stor kraft på de enkelte steder over lukkeorganets omfang. Det er særlig ved den i fig. 1 viste lukkestilling uheldig fordi lukkeorganet 6 ved åpningen av ventilen vil heves ensidig fra setet 1 og få en kippimpuls, hvorved lukkeorganets arbeidsbevegelse får en ugunstig påvirkning.

Den ensidige belastning av lukkeorganet 6 kan elimineres ved at skruefj ærens 7 form end-res i forhold til den vanlige utførelse. Som vist i fig. 2 med fullt uttrykne linjer, er endevindin-gene til fjæren 7 i uspent tilstand utbøyet i akseretningen til forskjell fra den hittil vanlige utførelse med i forhold til fjæraksen loddrette anleggsflater. Den utbøyede vindingsdel kan herved i det minste i områdene 10 ligge i et plan som forløper skrått i forhold til fjæraksen, f. eks. over en omfangsvinkel påjt/2 på begge si-der av den maksimale oppbøying. Skruefj ærens 7 endeflater blir i så tilfelle ujevn i uspent tilstand, men ved tilsvarende valg av dimensjo-nene og plasseringene til oppbøyingene kan man imidlertid oppnå at skruefjæren 7 deformeres slik nettopp i lukkeorganets 6 lukkestilling at do av skruefjæren 7 på lukkeorganet 6 utøvede krefter får en i det vesentlige sentrisk, akseparal-lell resultant. Derved trykkes lukkeorganet 6 ikke lenger ensidig mot ventilsetet 1, og det får heller ikke en ensidig kraftimpuls som kan føre til kipping ved begynnelsen av åpningsbevegelsen.

Den nødvendige nøyaktige form til oppbøy-ingen ved skruefj ærens 7 ende kan utregnes eller utsøkes eksperimentelt. Oppbøyingen er avhengig av den geometriske formen til den anvendte skruefj ær, og særlig er den avhengig av om fjærendene er slepne eller ikke og av om fjæren ligger an mot anleggsflaten med en hel vinding eller bare med en del av den siste vinding. Kraft-fordelingen over den på anleggsflaten liggende vindingsdel, hvilken kraftfordeling enten kan være jevn eller begrenset til noen få punkter, spiller også en viss rolle.

I fig. 3 er vist det utregnede fjærendeforløp for noen karakteristiske tilfelle. 0-punktet til det anvendte koordinatsystem er tilordnet det sted på skruefjæren 7 hvor den i skruefj ærens 7 lukkestilling frittliggende fjærvinding slutter. Til høyre for y-aksen er vist forløpet til de fritt-ligende fjærvindinger, og kurven 11 viser for-løpet ved uspent fjær, og kurven 12 viser for-løpet ved en forspenning tilsvarende lukkestillingen. På den venstre side av y-aksen er vist forskjellige former av de mot lukkeorganet 6, henholdsvis på bunnen av ringrommet 8 i motholdplaten 2 anliggende vindingsdeler.

Ved de vanlige skruefjærer med i ett plan utløpende endevindinger ligger fjærenden i uspent tilstand i x-aksen. Ifølge oppfinnelsen er fjæren derimot opphøyet i området til de påliggende vindingsdeler. For oppnåelse av en sentrisk belastning av lukkeorganet 6 i lukkestillingen får man derfor for det tilfelle at skruefjæren 7 ligger mot anleggsflatene med en hel vinding og de på lukkeorganet utøvede krefter er jevnt fordelt over påliggende vindingsomfang den med den stiplede kurve 13 viste form av den siste fjærvinding på begge ender av skruefjæren 7. Forutsetter man derimot det andre grensetilfelle, hvor fjærkraften bare overføres med en halvdel respektivt punktet 0 og det motliggende punkt 14, så får man den strekpunkterte kurve 15 for forløpet av den siste fjærvinding. Mellom disse to grensetilfelle er det naturligvis mulig med et uendelig antall mellomliggende mulig-heter. For det tilfelle at fjærendene bare ligger an mot anleggsflatene over vinkelen 3jt/2 og fjærkraften overføres jevnt ved hjelp av en i punktet 0 virkende komponent og over et i forhold til punktet 0 symmetrisk motliggende om- råde, så får man den stiplede kurv^ 16. Av fig. 3 går det således frem at ved tilsvarende valg av oppbøyingene til fjærendene kan man oppfylle de forskjelligste krav.

Ved utførelseseksemplet som vist i fig. 4 dreier det seg om en sikkerhetsventil som særlig anvendes ved skipsmaskiner for å unngå en be-skadigelse av veivkassen ved eventuelle eksplo-sjoner. Det av en plate tilformede lukkeorgan 19 er belastet med en omtrent i kjegleform viklet skruetrykkfj ær 20 som med sin andre ende avstøtter seg mot dekkplaten 21 som tjener som mothold. Ventilseteringen 22 er festet til veiv-kasseveggen 24 ved hjelp av en kontraring 23. Ringene 22, 23 klemmer veggen 24] mellom seg og er sammenskrudd ved hjelp av bolter 25. Bol-tene 25 holder samtidig dekkplaten 121 i avstand fra ventilseteringen 22 og tjener også som radiell hjelpeføring for lukkeorganet 19. For å oppnå en forbedring av ventilens tetning er en i et mykt materiale utført tetningsring 26 lagt inn i et spor i ventilseteringen 22.

For å få en praktisk talt i ventilaksen liggende sentrisk resultant av de av (kjeglefjæren 20 på lukkeorganet 19 i den viste i lukkestilling overførte krefter, er det på den ene side av kjeglefjæren 20 innlagt et mellomlegg 27 mellom fjæren og lukkeorganet 19. Den nødvendige høy-den til mellomlegget 27 kan enten beregnes eller utsøkes eksperimentelt. Dessuten kan mellom-leggets 27 overflate, hvorpå kjeglefjæren 20 har anlegg, tilf ormes tilsvarende den ønskede, henholdsvis nødvendige form av den anliggende vindingsdel av fjæren 20. Istedenfor mellomlegget 27 kan lukkeorganets 19 anleggsflate gis en tilsvarende ujevn form. \

For oppnåelse av en sentrisk [resultant av de på lukkeorganet 19 virkende krefter, kan man også ved dette utførelseseksempel istedenfor den ujevne utforming av anleggsflaten tilpasse kjeg-lefj ærens 20 form, særlig i området | ved den mot lukkeorganet 19 anliggende siste vinding, til de oppstilte krav.

Som vist i fig. 5 er kjeglefjæren 20, hvis siste vinding som vist med stiplede linjer hittil er løpt ut i et i forhold til fjærens jopplagrings-flate parallelt plan, i området ved den siste vinding bøyet ut i akseretningen i forhold til den mot fjæraksen loddrette anleggsflate, hvor hos den siste vikling i området 28 har den med fullt opptrukne linjer viste form. Da stivheten til den med jevn trådtykkelse viklede kjeglefjær 20 til-tar forholdsmessig sterkt oppover, i samme retning som viklingsdiameteren og'også stigningen avtar, vil man få tilnærmet de samme forhold som hvis fjæren var fast innspent ved sin øvre ende. Når kjeglefjæren 20 er slik deformert i lukkeorganets 19 lukkestilling at den ligger an med en full vikling på lukkeorgarlet 19, så vil den nødvendige form og høyde til utbøyingen i området 28 avhenge av den i omfangsretningen målte forskyvning av den undre enden til den frittliggende fjærvinding i forhold j til den øvre ende som kan betraktes som en innspent ende.

I fig. 6 er vist den nødvendige |form av den siste, på lukkeorganet 19 påliggende fjærvinding for to tilfelle. 0-punktet til koordinatsystemet tilsvarer også her enden til den j frittliggende

fjærvinding, og de fullt opptrukne kurver 29 og 30 på den høyre siden av y-aksen viser forløpet

til utf oldingen av de frittliggende fjærvindinger ovenfor punktet 0 i uspent tilstand, henholdsvis i lukkeorganets 19 lukkestilling. For det tilfelle at de to nevnte ender av den frittliggende fjærvinding er forskjøvet en vinkeljt/2 i omfangsretningen i forhold til hverandre i lukkeorganets lukkestilling, får man for den utfoldede form av den påliggende siste fjærvinding den stiplet inntegnede kurve 31, mens ved en forskyvning en vinkeljter det nødvendig med en oppbøying av den påliggende fjærvinding etter den strekpunktert inntegnede kurve 32. Det nøy-aktige forløpet til kurvene 31 og 32, såvel som formen til de ved andre forhold fremkomne kurver kan opptegnes som nevnt foran.

Claims (3)

1. Selvvirkende ventil, hvis lukkeorgan er avfjæret med i det minste en i ventilen koaksialt anordnet, f. eks. sylindrisk eller konisk skruefj ær, som ligger an mot lukkeorganet med forspenning og hensiktsmessig også tjener til radiell føring av lukkeorganet under dets slagbevegelse, karakterisert ved at ved i det minste den ene enden av skruefjæren har den vindingsdel (10, 28), som i lukkeorganets (6, 19) lukkestilling ligger an mot den flate som avstøt-ter fjæren (7, 20), en slik form i fjærens ubelastede tilstand at den fra et mot fjærens akse vinkelrett plan er bøyet opp i skruelinjeform med varierende stigning og/eller at nevnte anleggsflate har en fra et plan avvikende form med motsvarende varierende stigning, idet for-løpet for stigningen til den oppoverbøyede vindingsdel (10, 28), respektivt for anleggsflaten velges avhengig av tverrsnittet og lengden for den anliggende vindingsdel på slik måte at i lukkeorganets stengestilling vil den anliggende vindingsdel i hovedsaken deformeres elastisk over hele sin lengde, slik at fjæren som følge av denne deformasjon utøver slike krefter på lukkeorganet, hvilke har en så sentrisk som mulig, med aksen parallell resultant.

2. Selvvirkende ventil ifølge krav 1, karakterisert ved at stigningen for den oppoverbøyede vindingsdel (10, 28) til skruefjæren (7, 20) og/eller for anleggsflaten er valgt på en slik måte at de av skruefjæren (7, 20) på lukkeorganet (6, 19) utøvede krefter i lukkeorganets lukkestilling eller i det minste i nærheten av denne, er i det minste tilnærmelsesvis jevnt fordelte over lukkeorganets periferi.

3. Selvvirkende ventil ifølge et av kravene 1 og 2, karakterisert ved at anleggsflaten i det minste ved én ende av skruefjæren (20) er forsynt med forhøyninger, f. eks. ved innlegging av et mellomlegg (27).