DE2632162A1

DE2632162A1 - Ventilanordnung fuer kolbenverdichter

Info

Publication number: DE2632162A1
Application number: DE19762632162
Authority: DE
Inventors: Frederick K Broyan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4039002A; GB1564008A; JPS52145825A; CA1049881A

Description

Patentänwäfte :

Dr. Dieter F. Morf /

Dr. Hans-A. Brauns

I ififlchen BB, Planzanaiieratr. 2β

16. Juli 1976 116

Frederick K. Broyan

885 York Road,

Warminst er, Pennsylvania 1897¹I, V.St. A.

Ventilanordnung für Kolbenverdichter.

Die Erfindung betrifft allgemein Verdichterventile und insbesondere Verdichterventile für den Saug- und Förderbetrieb .

Es ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 2 690 bekannt, daß die öffnungen in einem Ventilsitz mit öffnungen im Teller und im Schutz in der Weise abwechseln können, daßdie ersteren wie die weissen Quadrate auf einem Schachbrett angeordnet sind und diejenigen des Tellers und des Schutzes wie die entsprechenden schwarzen Quadrate. Gegebenenfalls können nach dieser Patentschrift die öffnungen in konzentrischen Kreisen angeordnet werden, so daß die öffnungen im Sitz mit denjenigen im Teller und im

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Schutz auf dem gleichen Kreis abwechseln.

Die Nachteile des Ventils nach der genannten Patentschrift bestehen darin, daß die Anordnung seiner Öffnungen in Form eines Schachbrettes oder konzentrischer Kreise eine zu große geschlossene Fläche oder Blockierung und einen nicht besonders wirksamen offenen Flächeninhalt ergeben. Dies hat zur Folge, daß das aus dem Sitzkanal austretende Fluid eine Blockierung erfährt, wenn es die Auslaßkanäle im Teller und im Schutz sucht. Diese Blockierung führt zu einer Verwirbelung und einer schlechten Ventilbelüftung, was höhere Betriebstemperaturen und einen erhöhten Verschleiß an den Ventilbauelementen, insbesondere am Teller, zur Folge hat. Aus diesen Gründen ist die Ventilbaufonci₄ nach der genannten Patentschrift von geringer Leistung.

Die Erfindung ist auf ein Gasverdichterventil gerichtet, das einen erhöhten offenen Durchtrittsquerschnitt durch das Ventil durch eine versetzte Gruppe von Auslaß- und Scheibenkanälen, die in Form eines regelmässigen Sechsecks angeordnet sind, aufweist. Durch ein in dieser Weise gestaltetes Ventil wird ein grösserer offener Durchtrittsquerschnitt und ein geringerer geschlossener Durchtrittsquerschnitt erhalten. Durch diesen vergrösserten offenen Durchtrittsquerschnitt wird die Gasgeschwindigkeit durch das Ventil hindurch bei verringerter Verwirbelung gehalten, wodurch normale Betriebstemperaturen aufrechterhalten und eine überhitzung verhindert werden. Weitere Vorteile, die durch das erfindungsgemäße Ventil erhalten werden, sind eine geringe Kontaktkraft zwischen dem Sitz und dem Teller, eine niedrige Scheibengeschwindigkeit und ein rasches Ansprechen der Scheibe, eine geringe Scheibenanhebung, ein geringeres ScheibengeaAsch und eine geringere Federvorbe-

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lastung.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein neuartiger Scheibenausfluchtungs- und Führungslaschenmechanismus vorgesehen, welcher die Vermeidung aller beweglichen Kontaktführungspunkte ermöglicht. Bei dieser Anordnung biegen sich die Ausfluchtungslaschen, um die Scheibenanhebung zu ermöglichen. Dieser Mechanismus ist besonders vorteilhaft, wenn Gase mit nicht selbstschmierender Wirkung verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Verdichterventil im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 2;

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie I—I in Fig.l;

Fig. 3 das Muster, aus dem der versetzte hexagonale Ring von Kanälen mit Bezug auf den erweiterten Einlaßsitzkanal ersichtlich ist;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und insbesondere eine Ansicht im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 5;

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 4.

In Fig. 1 sind die Elemente des Ventils dargestellt, zu denen ein Sitz 1, ein Teller 3 und ein Schutz 2 gehören.

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Der Mittelbolzen 7 ist in den Sitz eingeschraubt, wodurch der Schutz 2 mit dem Sitz verschraubt ist. Der Teller 3 befindet sich zwischen dem Sitz 1 und dem Schutz 2 und wird in der Schließstellung durch eine Feder 4, eine Federhalterung 5 und eine Federführung 6 gehalten. Der Teller 3 ist mit einer ausreichenden öffnung versehen, so daß er sich ohne Störung durch den Bolzen 7 auf- und abbewegen kann. Der Ventilteller 3 ist in der Schließstellung gezeigt, da er die Kanäle A verschließt. Diese Kanäle verhindern, daß das Gas (das durch den Pfeil dargestellt ist) durch das Ventil entweicht, bis der Druck ausreichend hoch ist. Der Teller 3 bewegt sich zwischen dem Ventilsitz 1 (Schließstellung) und dem Ventilschutz 2 (Offenstellung) mit Hilfe der Ventilführungen 6, welche durch die Federhalterung 5 und die Feder 4 in ihrer Stellung gehalten werden. Im Sitz 1 ist ein sich verjüngender (Einlaß)-Kanal A ausgebildet und Auslaßkanäle B sind in Überdeckung im Schutz 2 und in der Platte 3 geformt.

Wenn das Gas unter Druck gesetzt wird, bewirkt es eine Anhebung des Tellers 3 entgegen der Federvorspannung vom Ventilsitz 1 weg zum Schutz 2. Wenn sich der Teller 3 in der Richtung des Schutzes 2 bewegt, werden Auslaßkanäle B, die enger als der Einlaßkanal 8 sind, in Oberdeckung gebracht. Daher ergeben sich längs der Linie It-II zwei Auslaßkanäle B im Teller 3 und im Schutz 2 für jeden Kanal A im Sitz 1. Ferner ist aus Fig. 2 und 3 (siehe Einlaßkanal zu A) ersichtlich, daß je 60° zwei Auslaßkanäle B ergeben. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung und wird nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 2 zeigt das Gesamtverhältnis der sich verjüngenden Einlaßkanäle A im Sitz 1 mit Bezug auf den versetzten Ring von sechs Auslaßkanälen B, die im Teller 3 und im

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Schutz 2 vorgesehen sind. Diese Auslaßkanäle befinden sich in symmetrischen Abständen in einer Sechseckanordnung und haben gleiche radiale Abstände von der Mitte jedes Einlaßkanals. In der Umfangsrichtung um das Ventil herum sind die Federhalterungen 5 und dieTellerführungen 6 angeordnet. In Fig. 3 ist der versetzte Ring um jeden Kanal herum dargestellt und das Vorhandensein von zwei Auslaßkanälen B für je 60 um jeden Einlaßkanal A herum gezeigt. Diese versetzte ringförmige Anordnung von Auslaßkanälen B mit Bezug auf die Einlaßkanäle A ergibt eine wesentliche Vergrösserung des offenen Durchtrittsguerschnitts durch das Ventil. Dies ist bei der Ventilgestaltung ein wichtiges Merkmal, da es die Geschwindigkeit der Gase durch das Ventil herabsetzt, die Belüftungsleistung wesentlich verbessert und die Verwirbelung herabsetzt.

Bei den bekannten Ventilen findet, wenn der offene Durchtrittsquerschnitt verringert wird und die Geschwindigkeit des Gases zunimmt, eine entsprechende Zunahme in der Betriebstemperatur statt sowie eine Zunahme der Geschwindigkeit der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Tellers 3 und eine Erhöhung der Kraft der mit dem Sitz in Kontakt kommenden Scheibe. Wie dem Fachmann bekannt ist, haben die vorerwähnten Wirkungen, die durch einen verminderten offenen Durchtrittsguerschnitt durch das Ventil verursacht werden, daß die Verdichterventile nach verhältnismässig kurzer Zeit zu Bruch gehen. Solche Brüche bei Verdichtern verursachen nicht nur eine beträchtliche Störung, sondern erhöhen auch die Betriebs- und Wartungskosten. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Ventil nicht der Fall, das für einen wesentlich vergrösserten offenen Durchtrittsquerschnitt gebaut ist.

Ein weiterer Vorteil für den offenen Durchtrittsguerschnitt,

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der sich aus dem hexagonalen Ring um das Einlaßventil herum ergibt, besteht darin, daß eine geringe TeHeranhebung bei angemessener Geschwindigkeit erhalten wird, wodurch eine raschere Ansprechzeit des Tellers erzielt wird.

Ferner ist wegen des vergrösserten offenen Durchtrittsquerschnitts durch den Ventilteller 3 ein entsprechend geringerer Tellerflächeninhalt (siehe Fig. 2) und ein geringeres Scheibengewicht erzielbar. Es wird daher eine besser ansprechende Scheibe erhalten. Ausserdem ergibt sich wegen des geringeren Flächeninhalts des Tellers auch eine geringere Vorspannung der Federn 4 (Fig. 1), die um den Umfang des Ventils herum angeordnet sind (Fig. 2). ,Dies ist für eine lange Gebrauchsdauer des erfindungsgemäßen Ventils wesentlich, da die niedrige Federvorspannung einen übermässigen Verschleiß am Sitz verhindert. Auch ergibt sich wegen der Anordnung der Federn am Ende des Aussendurchmessers der Scheibe eine Verteilung des Vorspannungsdruckes über die ganze Scheibenfläche, was zur Folge hat, daß es keine freien Flächen in der Lochanordnung gibt. Dieses Merkmal der Erfindung hat eine sehr wesentliche Verringerung der Verwirbelung zur Folge und trägt zu" einem glatten Gasstromungsverlauf bei.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung, das zum Fehlen einer Verwirbelung und einer verbesserten Ventilbelüftung beiträgt, ist der sich verjüngende Einlaßkanal A. Diese Verbesserung wird durch den Umstand ermöglicht, daß der Einlaßkanal A funktionell betrieben werden kann. Der Einlaßkanal A ermöglicht daher einen glatten Durchgang des Gases bei seiner Verteilung auf die Auslaßkanäle B.

Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung und zwar ist Fig. 4 eine Ansicht im Schnitt nach

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der LinieIV-IV in Fig. 5. Aus Fig. 4 ergibt sich die versetzte ringförmige Anordnung, bei welcher die Auslaßkanäle auf entgegengesetzten Seiten eines sich verjüngenden Einlaßkanals je 60° in der vorangehend in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise angeordnet sind. Die Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 weicht von der in Fig. 1 und 2 dargestellten insofern ab, als keine Schraubenfedern in Verbindung mit dem Teller 10 verwendet sind. Der Sitz 8 ist in Fig. 4 mit dem Schutz 9 am Umfang des Ventils durch Metallstifte 12 verbunden dargestellt. Der Teller und der Schutz werden in ihrer Lage um den Umfang herum durch drei in gleichen Abständen voneinander befindliche Stifte (Fig. 5) gehalten. Der Sitz 8 und der Schutz 9 sind ferner miteinander durch einen mit Gewinde versehenen Mittelbolzen 11 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 4. Aus dieser Figur ist die Gestaltung des versetzten Ringes der Kanäle im Teller 10 und im Schutz 9 mit Bezug auf den sich verjüngenden Kanal im Sitz 8 (siehe gestrichelte Linie) dargestellt. Die Vorteile dieser Anordnung wurden bei der Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 1-3 erläutert.

Der Teller 10 ist bei dieser Ausführungsform so ausgebildet, daß er sich aus seiner Ruhestellung nach oben auf denSitz 8 biegt, bis er durch den Gasdruck, der durch den Pfeil angegeben ist, zum Schutz 9 nach oben gebogen worden ist. Der Teller 10 kann sich wegen seiner Dünnheit biegen oder auskrümmen.

Der Teller 10 ist im Schutz 9 so angeordnet, daß die Eintiefung im Schutz die gleiche wie die Tellerdicke ist. Der Teller 10 wird durch drei Laschen, die in diesen einge-

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schnitten sind, in seiner Stellung gehalten« Die abgerundeten Enden der drei Laschen haben Preßsitz in den in den Schutz 9 eingeschnittenen Nuten. Die eingeschnittenen Laschen ergeben die Federvorspannung für den Teller 10, so daß die Belastung dadurch verändert werden kann, daß die Länge des Schnittes verändert wird.

Im Betrieb ermöglicht der Druck des durch den Pfeil (Fig. 4) dargestellten Gases), daß das Innere des Tellers 10 (d.h. die Fläche von den eingeschnittenen Laschen nach innen) sich durchbiegt oder auskrümmt, wenn der Gasdruck (in Fig. 4 durch einen Teil dargestellt) ausreichend hoch ist. Wenn der Gasdruck nach dem Durchtritt durch das Ventil abnimmt, entspannt sich der biegsame Teller 10 und kehrt in seine Ruhestellung auf dem Sitz 8_e wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, zurück.

Die Vorteile dieser Ausführungsform sind denjenigen identisch, die sich durch die Verwendung der versetzten ringförmigen Anordnung nach Fig. 1-3 ergibt. Ausserdem vermittelt der Teller 10 mit seinen biegsamen Laschen eine Federbelastimg ohne die Verwendung von Schraubenfedern, Federführungen und Federhalterungen, wie sie bei der. erstbeschriebenen Ausfuhrungsform nach Fig. 1-3 vorgesehen sind. Fig. 4 und 5 stellen daher eine einfachere und wirtschaftlichere Ausführungsform dar und eine, bei der leicht eine Veränderung hinsichtlich der Federbelastung durch die Tiefe des Einschnitts in den Teller 10 vorgenommen werden kann.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

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Claims

263216: Patentan s ρ r ü c h e

1.) Ventilanordnung für einen Kolbenverdichter, gekenn-— zeichnet durch

(a) einen Ventilsitz (1) und einen Ventilschutz (2) im Abstand zu dem Ventilsitz;

(b) einen Ventilteller^ der zwischen dem Ventilsitz (1) und dem Ventilschutz (2) angeordnet ist und der in seiner Ruhestellung auf dem Sitz aufruht und sich von diesem zum Schutz wegbewegt, wenn ein unter Druck stehendes Gas durch das Ventil vom Verdichter her durchtritt?

(c) eine Anzahl von sich verjüngenden Einlaßkanälen (A) im Ventilsitz (1), die sich durch diesen hindurch erstrecken;

(d) eine Anzahl von Auslaßkanälen (B) im Ventilteller (3) und im Schutz (2), die sich in überdeckung befinden und einen kleineren Durchmesser als die Sitzkanäle haben;

(e) welche Teller- und Schutzkanäle (B) um Sitzkanäle

(A) so herum angeordnet sind, daßYzwei Auslaßkanäle am jeden Einlaßki
vorgesehen sind.

um jeden Einlaßkanal herum in Abständen von 60

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch (a) einen Ventilsitz (1) und einen Ventilschutz (2),

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ORIGINAL INSPECTED

der sich vom Ventilsitz in Abstand befindet;

(b) einen Ventilteller (3), der zwischen dem Ventilsitz (1) und dem Ventilschutz (2) angeordnet ist und der in seinem Ruhezustand auf dem Sitz aufruht und sich von diesem weg zum Schutz bewegt, wenn ein unter Druck stehendes Gas durch das Ventil vom Verdichter her durchtritt;

(c) eine Anzahl von sich verjüngenden Einlaßkanälen .

(A) im Ventilsitz, die alle von gleicher Größe sind;

(d) eine Anzahl von Auslaßkanälen (B) im Ventilteller (3) und im Schutz {2}, die sich in überdeckung befinden und von kleinerem Durchmesser als die Sitzkanäle (A) sind;

(e) welche Teller- und Schutskanäle (B) um die jeweiligen Sitzkanäle in Form eines versetzten Ringes angeordnet sind derart, daß wenn ein unter Druck stehendes Gas durch den Sitskanal strömt, dieses den Teller (3) vom Sitz (1) zum Schutz (2} bewegt und rasch bei geringstmöglicher Verwirbelung in die Auslaßkanäle (B) getrieben wird.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der versetzte Ring die Form eines Sechsecks hat.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (A) verjüngt sind, um einen Venturi· effekt zu erhalten.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß mit dem Teller (3) um seinen Umfang herum Vorspannungsfedern (4) gekuppelt sind.

Ventilanordnung für einen Kolbenverdichter, gekennzeichnet durch

(a) einen Ventilsitz (8) und einen Ventilschutz (9), welch letzterer sich von dem Ventilsitz in Abstand befindet;

(b) einen biegsamen Ventilteller (10), der zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilschutz angeordnet ist?

(c) welcher Ventilteller (10) durch längliche Laschen in seiner Stellung gehalten wird, die im Teller ausgebildet sind und im Schutz (9) sitzen?

(d) welche Laschen eine Länge haben, die der gewünschten Federvorspannung am Teller (10) entspricht?

(e) eine Anzahl Einlaßkanäle, die sich im Ventilsitz in Abstand befinden und von gleicher Größe sind?

(f) eine Anzahl Auslaßkanäle, die sich mit den Kanälen im Teller ν id im Schutz in Überdeckung befinden und einen kleineren Durchmesser als die Sitzkanäle haben?

(g) welche Teller- und Schutzkanäle um den jeweiligen Sitzkanal in Form eines versetzten Ringes angeordnet sind derart, daß, wenn ein·unter Druck stehendes Gas durch den Sitzkanal strömt, dieses den Ventilteller durchbiegt, wenn der Druck des Gases die Federvorspannung der Laschen überschreitet, welches Gas rasch durch das Ventil bei geringstmöglicher Verwirbelung in die Auslaßkanäle ausgetrieben wird.

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