DE1450559A1

DE1450559A1 - Mittel fuer ein Zweiwegeventil

Info

Publication number: DE1450559A1
Application number: DE19631450559
Authority: DE
Inventors: Alderson Edgar Dean
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1962-01-26
Filing date: 1963-01-24
Publication date: 1969-04-10
Also published as: DE1450559B2; GB1022672A; US3116756A

Description

Mittel für ein Zweiwegeventil

Vorliegende Erfindung "bezieht sich, auf ein Zweiwegeventil, insbesondere auf ein solches mit verbesserten Verschluß- und Durchströ'mungs-Eigenschaf ten.

Bei Flugzeugen, welche die Fähigkeit besitzen, in einer vertikalen Richtung zu starten und zu landen, kann die erforderliche Schubkraft für den Start des Flugzeuges vom Boden aus durch das Mittel eines Steigepropellers erzeugt werden, welcher innerhalb eines, sich im wesentlichen vertikal durch den Flugzeugrumpf erstreckenden, Schachtes fest angeordnet ist. Der Steigepropeller wird im allgemeinen durch die heißen Antriebs- oder Austrittsgase eines der üblichen Flugzeug-Gasturbinenaggregate angetrieben. Die heißen Gase werden auf eine, dem Umkreis des Steigepropellers benachbart liegende, schneckenartige Anordnung durch das Mittel eines Zweiwegeventils gelenkt. Dieses Ventil

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soll einen sanften Wechsel in der Strömungsrichtung der heißen Gase bewirken, die bei einem normalen horizontalen Flug durch einen Kanal streichen und durch das Mittel einer Düse ausgestoßen werden, welche im allgemeinen mit der Längsachse des Gasgenerators und des Hugzeuges ausgerichtet ist.

Das Ziel vorliegender Erfindung liegt in der Schaffung eines neuen und verbesserten Zweiwegeventils und dessen Leitungsstückes, mit einer verbesserten Gebietsaufteilung bei weniger Veränderung und geringerer Streuung.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Zweiwegeventil-Leitungsstück aus einem eilbogenförmigen Stück gebildet, das über einer Öffnung eines gerade verlaufenden Leitungsstückes eines Kanals befestigt ist, wobei das eilbogenförmige Stück eine erste Ellbogenschale aufweist, die an dem Aufwärtsstrom-Randabschnitt des sich von diesem nach außen erstreckenden Leitungsstückes angrenzt, sowie eine zweite Ellbogenschale, die an dem Abwärtsstrom-Randabschnitt des sich von diesem nach außen erstreckenden Leitungsstückes, und an die erste Ellbogenschale angrenzt, sodaß die entsprechenden Kehlseiten der Ellbogenschalen im allgemeinen in Richtung auf die zusammenwirkenden Aufwärtsstromund Abwärtsstrom-Leitungsstückabschnitte offen sind; und fernerhin in dem Zweiwegeventil-Leitungsstück ein Paar von flachen, im allgemeinen dreieckigen, Gliedern in einem solchen Abstand voneinander und in einer solchen Weise angeordnet sind, daß die erste und die zweite Ellbogenschale sich individuell

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längsseitig an die im genannten Leitungsstück des Zweiwegeventils vorhandene öffnung angrenzend einfügen, und auf diese Weise ein gasdichtes Abzweigstück gebildet wird. Eine erste Ventilklappe ist in dem Abzweigstück für die wahlweise Schließung des Abzweigstückes, und eine zweite schwenkbare Ventilklappe ist in dem gerade verlaufenden Leitungsstück für dessen wahlweise Schließung angeordnet, wobei beide Ventilklappen schwenkbar an den flachen, dreieckigen Stücken gelagert sind.

In den beigefügten Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Zweiwegeventil-Leitungsstückes gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Schnittansicht auf der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 eine in Teile zerlegte perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Zweiwegeventil-LeitungsStückes gemäß dem Stand der Technik}

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Zweiwegeventil-Leitungsstückes, welches in Übereinstimirung mit der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht auf der Linie 5-5 der Fig. 4;

Fig. 6 eine in Teile zerlegte perspektivische Ansicht des in Fig. 4 gezeigten Zweiwegeventil-LeitungsStückes;

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Fig· T ein graphischer Vergleich von Gebietsaufteilüngen, welche sich bei dem Zweiwegeventil gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 1, und.dem Zweiwegeventil gemäß vorliegender Erfindung nach Fig. 4 ergeben;

Fig. 8 eine Längsschnittansicht des in Fig. 4 gezeigten Zweiwegeventils snit den darin angeordneten Mitteln für eine Strömungsl enkung ;

Fig. 9 ein Grundriß eines der Mittel zur Lenkung, das in dem, in Fig. δ gezeigten, Zweiwegeventil angeordnet ist; und

Figelο ein Grundriß eines anderen Mittels zur Lenkung, das ebenfalls in dem, in Fig. 8 gezeigten, Zweiwegeventil angeordnet ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, so insbesondere auf die Figuren 1 bis 3? besitzt das Zweiwegeventil-Leitungsstück gemäß einer zum Stande der Technik gehörenden Bauart einen Zylinder oder ein Lsitungsstück 11 mit einer darin angebrachten, sich in Längsrichtung erstreckenden, öffnung 12. Bas Leitungsstück 11 besitzt im allgemeinen einen Aufwärtsstrom-Abschnitt 15 und einen Abwärtsstrom-Abschnitt 14, welche durch die Richtung eines durch das Leitungsstück strömenden Mediums bestimmt werden· Ein aus einem Ganzen bestehendes Ellbogenstück 15 ist nach dem Umriß der öffnung 12 eingepaßt und darin befestigt und bildet somit eine Verbindungslinie 16. Das EHbogenstüek 15 kann an der Verbindungslinie 16 durch irgendein bekanntes Mittel, z.B. durch

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ein Sehweißverfahren, befestigt werden. Das auf eine solche Weise geformte Zweiwegeventil gemäß dem Stand der Technik ergibt eine, im allgemeinen der Ziffer "Acht* ähnelnde, Umrißlinie 17 der inneren land, wie man es am besten aus der Fig. 2 ersieht. Die Umrißlinie 17 der inneren fend, entlang der Linie 2-2 der Pig· 1, liegt im allgemeinen hinter dem Beginn, in der Hitte der Wölbung, des Ellbogenstückes 15. Die genannte Umrißlinie 17 der inneren land verursacht verhältnismäßig plötzlich auftretende Änderungen in der Richtung des Strömungsverlaufes des durch das Zweiwegevent 11-Leitungsstück gemäß den Figuren 1 bis 3 strömenden Mediums. Diese änderungen im Strömungsverlauf ergeben Druckverluste und Abweichungen im Gasstrom und sind unerwünscht·

Das in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgebildete Zweiwegeventil-Leitungsstück wird in den Figuren 4 bis 6 dargestellt. Ein Leitungsstück 21 hat eine sich in Längsrichtung erstreckende Öffnung 22 mit einem Aufwärtsstrom-Bandabschnitt 25, das in gegenseitiger Beziehung mit einem allgemeinen Aufwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück 24 steht. Die Öffnung 22 hat auch einen Abwärtsstrom-Bandabschnitt 26, welcher mit einem allgemeinen Abwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück 27 zusammenwirkt. Das Aufwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück 24 und das Abwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück 27 des Leitungsstückes 21 werden durch die Richtung eines durch die Leitung strömenden Mediums bestimmt·

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Ein Abzweigstück des Zweiwegeventil-Leitungsstüekes gemäß der Erfindung wird durch eine Mehrzahl von Teilen gebildet, su denen eine ELlbogenschale 3o gehört, die für ein Zusammenfügen mit dem Aufwärtsstrom-Randabschnitt 23 einem Stück der Öffnung angepaßt ist» Die Kehle 31 der ELlbogenschale 3o hat im allgemeinen eine solche Form, daß letztere in Richtung auf das damit vereinigte Aufwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück 24 des Leitungsstückes 21 offen ist. Das Abzweigstück hat fernerhin eine Ellbogensehale 32, die für ein Zusammenfügen mit dem Abwärtsstrom-Randabschnitt 26, einem anderen Stück dar Öffnung 22, und auch für ein Zusammenfügen mit der Ellbogen schale 3o, entlang der Verbindungslinie 33, angepaßt ist. Die Kehle 35 der ELlbogenschale 32 hat im allgemeinen eine solche Form, daß letztere in Richtung auf das damit vereinigte Abwärtsstrom-Leitungsabschnittsstück des Leitungsstückes 21 offen ist«, Bei dem hier beschriebenen, verbesserten Zweiwegeventil-Leitungsstück hat die Kehle 31, wie in Fig* 4 gezeigt wird, einen größeren Krümmungsradius als di© Kehle 35, um noch die verbesserten Umrißlinien der inneren Wand des Leitungsstüekes mit sieh ergebenden weit geringeren Änderungen is der Strömungsverlaufsrichtung deutlich zu machen. Gegenüberliegende flache, im allgemeinen dreieckige, Glieder 3? und 38 sind individuell für eine Zusammenfügung mit den Ellbogenschalen 3o und 32, und für eine Zusammenfügung mit den Kanten 39, entlang der beiden Seiten der Öffnung des Leitungsstückes 21, angepaßt und vervollständigen das beschriebene Abzweigstück. Die Ellbogenschalen 3o und 32, sowie die dreieckigen Glieder 37 und 38, können an den betreffenden Verbindungslinien entlang

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durch ein Schweißverfahren oder ein anderes geeignetes MIttel fest verbunden werden, um so das, sich im allgemeinen von dem Leitungsstück 21 der Zweiwegeventil-Leitung nach auswärts erstreckende, gasdichte Abzweigstück zu formen*

Das in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgebildete Zweiwegeventil-Leitungsstück ergibt eine im allgemeinen flachseitig-ovale Umrißlinie 4o der inneren land, wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist· Die Linie 5-5 der Fig. 4 bezieht sich auf die Linie 2-2 der Fig. 1 und ist in der Hinsicht gleichartig, daB dies· im allgemeinen hinter dem Beginn, in der Mitte der Wölbung des Abzweigstückes des verbesserten Zweiwegeventils liegt. Die verbesserte Umrißlinie 4o der inneren land ergibt eine verbesserte Gebietsaufteilung innerhalb des Zweiwegeventils, welche eine geringere Gebietsveränderung und weniger Streuung verursacht und sich in minderen Druckverlusten und geringeren Abweichungen im Strömungsverlauf auswirkt. Weiterhin ergibt die verbesserte Umrißlinie 4o der inneren land auch weniger plötzliche Änderungen in der Richtung eines durch das verbesserte Zweiwegeventil, gemäß der Erfindung, hindurch strömenden Mediums.

Die bei der Zusammenfügung, insbesondere bei der Anwendung eines Schweißverfahrens, der "betreffenden strukturellen Elemente des verbesserten Zweiwegeventil-Leitungsstückes festzustellende Einfachheit in der Herstellung, liegt wesentlich über derjenigen der zum Stand der Technik gehörenden Bauart des früher beschriebenen und in den Figuren 1 bis 3 dargestellten

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Zweiwegeventils. Bei den Schweißverbindungen an dem verbesserten Zweiwegeventil gemäß den Figuren 4 bis 6 handelt es sich um reine Stumpf schweißungen, anstelle von innen liegende Kantenschweißungen, welche bei dem zum Stand der Technik gehörenden Zweiwegeventil -Leitungsstück erforderlich, sind. Die Beschaffung von Arbeitshilfsvorriehtungen für das verbesserte Zweiwegeventil-Leitungsstück läßt.sich ebenfalls, leichter durchführen* während das Fallenlassen von ausfüllenden Stücken und Versteifungen weiterhin die Herstellungs-Vielfaltigkeit verringert. Die Beseitigung der ausfüllenden Stücke und auch, der Versteifungen vermindert die differenzierten wärmetechnischen Probleme auf ein Minimum und verhindert eine Auswölbung der land des Zweiwegeventils.

Ein Vergleich des Startkanalgebietes des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten, zum Stand der Technik gehörenden, Zweiwegeventil-Leitungsstückes mit demjenigen der vorangehend beschriebenen und in den Figuren 4 bis 6 gezeigten verbesserten Bauart gemäß vorliegender Erfindung, wird in Fig. 7 dargestellt· Aus den aufgrund von Versuchsergebnissen entworfenen Kurven wird ersichtlich, daß eine prozentuale Zunahme des Startkanalgebietes zwischen den Punkten A-A bei dem Zweiwegeventil gemäß vorliegender Erfindung eingetreten ist.

Fig. 8 zeigt eine Form von Ventilklappen, die innerhalb des verbesserten, in den Figuren 4 bis 6 gezeigten und vorangehend beschriebenen, Zweiwegeventil-Leitungsstückes angeordnet

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sind· Sine Klappe oder ein Tor 45 weist eine schwenkbare Achse auf, die auf geeigneten Lagerwülsten (nicht dargestellt) ruhen, welche an den früher beschriebenen flachen, dreieckigen («Liedern, z.B. wie dem dreieckigen Glied 57, befestigt sind. Die Klappe hat eine gebogene Form mit einer konkaven Oberfläche 47, welche im allgemeinen mit dem Aufwärtsstrom-Leitungsabschnittsstüok 24 des verbesserten Zweiwegeventils zusammenwirkt. Infolgedessen dient die Klappe 45, wenn diese sich in der durch die voll ausgezogene Linie angedeuteten Lage befindet, auch als Leitflügel für den unterstützenden Aufbau eines sanften Strömungsverlaufs durch das verbesserte Zweiwegeventil gemäß der Erfindung. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Klappe 45 ist im allgemeinen kreisförmig, kann jedoch m Übereinstimmung mit der Erfindung irgendeinen figürlichen Umriß annehmen, der mit der dazu in Beziehung stehenden TJmrißlinie der inneren Wand übereinstimmt, sodaß die Klappe 45 einen gewünschten Ventil Verschluß vornimmt, wenn diese sich in der durch die gestrichelte Linie angedeuteten Lage befindet.

Eine zweite Klappe oder ein Tor 5o weist eine schwenkbare Achse 51 auf und ruht, ähnlich wie die schwenkbare Achse 46 der Klappe 45, auf geeigneten Lagerwülsten (nicht dargestellt), welche ebenfalls an den flachen dreieckigen GLiedern, z.B. wie dem dreieckigen GLled 37, befestigt sind. Die Klappe 5o ist im allgemeinen oval, wie in Fig. Io gezeigt wird, kann Jedoch irgendeine figürliche Umrißlinie annehmen, um den gewünschten Verschluß herbeizuführen, wenn die Klappe 5o sich in der, in Fig. 8 gezeigten,

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durch die voll ausgezogene Linie angedeuteten Lage befindet. Außerdem ist die Klappe 5o, von einem Ende aus gesehen, im wesentlichen flach, um dem, durch das Zweiwegeventil strömenden, Medium ein Minimum an Hindernis zu bieten, wenn sieh beide Klappen 45 und 5o in den durch die gestrichelten Linien angedeuteten Lagen befinden. Wenn jedoch der rechnerische Entwurf erfordert, daß das strömende Medium in einem Winkel zu dem normalen in Längsrichtung durch das verbesserte Zweiwegeventil erfolgenden Strömungsverlauf abgelenkt werden soll, liegt es im Sinne des Erfindungsgedankens, der Klappe 5o die gewünschte figürliche Umrißform zu geben, um eine derartige, in einem Winkel verlaufende, Ablenkung des strömenden Mediums zu bewirken.

Die beschriebenen und an den flachen Gliedern 37 und entsprechend angeordneten Lagerwülste sind nicht Gegenstand vorliegender Erfindung und deshalb nicht strukturell dargestellt. Durch die beschriebene Erfindung werden verbesserte Ventilklappen-Zwischenräume und Wand-Umrißlinien an denjenigen Stücken der Klappen 45 und 5o geschaffen, welche im allgemeinen den Lagerwülsten benachbart sind.

In der Benutzung leitet das verbesserte Zweiwegeventil gemäß der Erfindung das strömende Medium in Längsrichtung hindurch, wenn sich die Klappen 45 und 5ο in den, durch die gestrichelte Linie angedeuteten, Lagen befinden, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist· Wenn es erwünscht ist, den in Längsrichtung gehenden Strömungsverlauf durch ein Abzweigstück in der

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vorangeh&nd beschriebenen und in den Figuren 4 "bis 6 gezeigten Form abzulenken, werden die Klappen 45 und 5o in die durch die voll, ausgezogenen Linien angedeuteten Lagen verstellt, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Wirkungsvoll abschließende Berührungsflächen lassen sich am Umriß der Klappen 45 und 5o bei dem verbesserten Zweiwegeventil -Leitungsstück gemäß vorliegender Erfindung feststellen, die sich, wie früher beschrieben und in Fig. 5 dargestellt, durch die flaehseitige, ovale TJmrißlinie 4o der inneren land ergeben. Die abschließende Berührungsfläche oder der Umriß jeder der Klappen 45 und 5o auf deren Rückseiten, liegt im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Klappe, sodaß die infolge von Spannungen oder Temperaturunterschieden auftretenden Klappenabweichungen minimale Veränderungen in der Verschlußöffnung hervorrufen. Die rechtwinklige, verschließende Berührungsfläche erfordert darüberhinaus einen geringeren Verschlußweg, wenn die Klappen 45 und 5o in eine der beiden, durch die voll ausgezogene Linie oder durch die gestrichelte Linie angedeuteten, in der Fig. 8 dargestellten, Lagen bewegt werden.

Die flachen, dreieckigen Glieder 37 und 38 tragen zu der flachseitigen, ovalen Umrißlinie 4o der inneren Wand bei und schaffen die gewünschten flachen Oberflächen für die vorangehend erwähnten Lagerwülste, welche die betreffenden schwenkbar gelagerten Klappenachsen 46 und 51 aufnehmen.

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Claims

Patentanmeldung; Mittel für ein Zweiwegeventil Patentansprüche ;

1. Zweiwegeventil-Leitungsstück, welches durch ein ELlbogenstück gebildet wird, das über einer Öffnung in einem gerade verlaufenden Leitungsstück eines Strömungskanals fest eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ellbogenstück eine erste Ellbogenschale (3o) aufweist, die an dem Aufwärtsstrom-Randabschnitt des LeitungsStückes angrenzt und sich von diesem nach außen erstreckt, sowie eine zweite Sllbogenschale (32), die an dem Abwärtsstrom-Randabschnitt des Leitungsstückes angrenzt, sich von diesem nach außen erstreckt und an die erste Ellbogenschale (3o) angrenzt, wobei die betreffenden Kehlseiten (31, 35) der beiden Ellbogenschalen im allgemeinen in Richtung auf die mit diesen verbundenen Aufwärtsstrom- und Abwärtsstrom Leitungsabschnitte offen sind und ein Paar von flachen, im allgemeinen dreieckigen, im Abstand voneinander angeordnete Glieder (37, 38) vorgesehen sind, welche individuell an die erste und zweite Ellbogenschale, sowie entlang der Öffnung (22) in dem gerade

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verlaufenden Leitungsstüek angrenzen, tun ein Strömungsmediumdichtes Abzweigleitungsstück zu bilden.

2. Zweiwegeventil-Leitungsstück gemäß Anspruch 1, dadurch gekennSSeichnet, daß der Krümmungsradius der Kehle der ersten ELlbogenschale (3o) größer als derjenige der Kehle der zweiten Ellbogenschale (32) ist.

3. Zweiwegeventil-Leitungsstück gemäß den Ansprüchen 1 und 2, mit einer ersten Ventilklappe (47), die in dem Abzweigleitungsstück angeordnet ist, um dieses wahlweise dicht zu schließen, und einer zweiten, schwenkbaren Ventilklappe (5o) in dem gerade verlaufenden Leitungsstück, um dieses wahlweise dicht zu schließen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ventilklappe an den flachen, dreieckigen GLiedera (37, 38) drehbar gelagert sind.

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