ПЕРЕПУСКНОЕ КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F16K15/14 

Изобретение относится к клапанным устройствам и может быть использовано в различных областях техники, например, в пневматических и гидравлических системах двухстороннего действия, в качестве предохранительных клапанных устройств, в качестве клапанных вставок для газоприемного сосуда и т.п.

Известны различные перепускные клапанные устройства, основанные на одном принципе действия: пропускать газ в одну сторону через герметизирующую перегородку при увеличении давления среды с одной стороны герметизирующей перегородки и пропускать газ в обратную сторону при увеличении давления с другой стороны герметизирующей перегородки. В зависимости от области назначения такие устройства, совмещающие впуск и выпуск среды, для различных величин перепадов избыточных давлений могут служить в качестве предохранительных вставок, впускных и предохранительных клапанов, впускных и выпускных клапанов, узлов для заправки жидкой или газообразной средой сосуда и т.п.

Известна клапанная система, содержащая герметизирующую перегородку и два упругих элемента, установленных с возможностью перекрывания двух каналов [1] .

Впускные и выпускные каналы в этой системе выполнены непосредственно в герметизирующей перегородке, а упругие элементы - установлены с наружных сторон пластины герметизирующей перегородки и своими выступами перекрывают отверстия впускных и выпускных каналов. Конструкция является относительно простой, но недостаточно надежной, т.к. в ней необходимо обеспечить плотное прилегание выступов упругих элементов к пластине и по мере старения резины или ее растяжения при многократном действии возможна несанкционированная утечка среды.

Известен комбинированный впускной и предохранительный клапанный элемент, содержащий герметизирующую перегородку и единый упругий элемент [2 - патент - аналог США].

В этом элементе впускной клапан выполнен специальной формы в теле единого упругого элемента. Конструкция также является недостаточно надежной за счет возможности несанкционированной утечки среды через выступ единого упругого элемента, а единый упругий элемент имеет сложную форму впускного канала.

Известен клапан двустороннего действия, содержащий герметизирующую перегородку и единый упругий элемент [3].

В этом техническом решении герметизирующая перегородка выполнена в виде корпуса клапана в форме усеченного конуса, опирающегося большим основанием на кромки отверстия в днище цилиндра, а единый упругий элемент выполнен в виде эластичного кольца, прикрывающего выходные отверстия. Конструкция усложняется за счет выполнения герметизирующей перегородки сложной формы, при этом среда может перемещаться только во взаимно ортогональных направлениях, что приводит к сложности монтирования этого клапана двустороннего действия непосредственно в изделие, требующее перемещения среды во взаимно противоположных параллельных направлениях через герметизирующую перегородку.

Известно перепускное клапанное устройство, содержащее герметизирующую перегородку, с установленным в нем стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки [4].

Это устройство - обратимо, т.е. первый канал и второй канал могут служить как впускным, так и выпускным каналами, и являются надежным, поскольку первый и второй запорные органы установлены на наружной боковой поверхности стержня в виде колец, плотно перекрывающих соответствующие отверстия концов первого и второго каналов.

Задача, решаемая изобретением - упрощение устройства и уменьшение его габаритов.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - объединение нескольких функциональных элементов в один элемент.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата возможны три основных варианта осуществления изобретения.

Для первого варианта в известном перепускном клапанном устройстве, содержащем герметизирующую перегородку с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, согласно изобретению запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, причем, запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки, а с противоположной от перегородки стороны - длиной, меньшей длины канавки в этом направлении.

Для второго варианта в известном пропускном клапанном устройстве, содержащем герметизирующую перегородку с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, согласно изобретению запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, причем, запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки, а с противоположной от перегородки стороны боковая поверхность стержня выполнена конической с острым углом конусности, при этом в запорном элементе выполнено отверстие, сообщенное с канавкой.

Для третьего варианта в известном перепускном клапанном устройстве, содержащем герметизирующую перегородку, с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, согласно изобретению запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, выходящей на его торцевую поверхность, а запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки.

Возможны дополнительные варианты осуществления изобретения, в которых целесообразно, чтобы:
- стержень был выполнен с постоянной формой и площадью поперечного сечения;
- толщина герметизирующей перегородки запорного элемента в осевом направлении была больше толщины остальных его частей в радиальном направлении;
- устройство было снабжено корпусом и крышкой кольцевой формы, при этом герметизирующая перегородка была установлена между торцом корпуса и поверхностью крышки, перпендикулярной продольной оси стержня, а в крышке выполнены каналы, сообщенные с каналом стержня;
- на наружной поверхности одного из упругих запорных органов был размещен слой материала с упругостью меньшей, чем упругость материала запорного элемента;
- проходящий с торца стержня канал был выполнен под углом к продольной оси стержня;
- проходящий с торца стержня канал был выполнен в виде канавки.

В дополнение ко второму варианту возможны дополнительные варианты выполнения изобретения, в которых целесообразно, чтобы:
- толщина герметизирующей перегородки запорного элемента в осевом направлении была больше толщины остальных его частей в радиальном направлении;
- устройство было снабжено корпусом, на поверхности которого, обращенной к стержню, был выполнен паз под установку герметизирующей перегородки;
- на наружной поверхности одного из упругих запорных органов был размещен слой материала с упругостью меньшей, чем упругость материала запорного элемента.

В дополнение к третьему основному варианту возможны варианты осуществления изобретения, в которых целесообразно, чтобы:
- запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцу стержня, на который выведена канавка, был выполнен длиной, превышающей длину стержня в этом направлении;
- запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцу стержня, на который выведена канавка, был выполнен длиной, превышающей длину стержня в этом направлении;
- запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцу стержня, на который выведена канавка, был выполнен длиной, равной длине стержня в этом направлении.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятными во время последующего рассмотрения приведенных вариантов со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 изображает первый вариант перепускного клапанного устройства;
фиг. 2 - второй вариант перепускного клапанного устройства;
фиг. 3 - то же, что фиг. 1, возможный вариант подсоединения перепускного клапанного устройства к корпусу;
фиг. 4 - то же, что фиг. 2, возможный вариант подсоединения перепускного клапанного устройства к корпусу;
фиг. 5 - то же, что фиг. 1, в случае выполнения первого канала под углом;
фиг. 6 - то же, что фиг. 1, в случае выполнения первого канала в виде канавки;
фиг. 7 - то же, что фиг. 1, в случае выполнения канавки с выходом на торцевую поверхность стержня;
фиг. 8 - то же, что фиг. 6, в случае выполнения первого канала в виде канавки с выходом на торцевую поверхность.

Перепускное клапанное устройство (фиг. 1) содержит герметизирующую перегородку 1, стержень 2, установленный внутри герметизирующей перегородки 1 и снабженный первым каналом 3.

Первый канал 3 расположен в стержне 2 и выведен со стороны торца стержня 2 на его боковую поверхность. Первый упругий запорный элемент 4 установлен на наружной боковой поверхности стержня 2 с возможностью перекрывания бокового отверстия первого канала 3. Второй канал 5 выполнен в стержне 2 и имеет второй упругий запорный элемент 6, установленный на наружной боковой поверхности стержня 2. Концы первого канала 3 и второго канала 5 расположены с противоположных сторон от герметизирующей перегородки 1.

Согласно изобретению герметизирующая перегородка 1, первый упругий запорный элемент 4 и второй упругий запорный элемент 6 совмещены в единый запорный элемент 7, который, например, может быть выполнен крестообразным в продольном сечении и из упругого материала. Часть единого запорного элемента 7, расположенная поперек стержня 2 служит герметизирующей перегородкой 1. Второй канал 5 выполнен на боковой наружной поверхности стержня 2 в виде канавки. Единый запорный элемент 7 в месте расположения его со стороны торцевого отверстия первого канала 3 установлен с заходом за канавку на наружную боковую поверхность стержня 2. С противоположной стороны от герметизирующей перегородки 1 единый элемент 7 установлен с выходом канавки за торец единого запорного элемента 7.

Стержень 2 может быть выполнен с постоянной формой и площадью поперечного сечения, как показано на фиг. 1, что дополнительно упрощает конструкцию и уменьшает его габариты.

Толщина герметизирующей перегородки 1 единого запорного элемента 7 в продольном направлении может быть выбрана больше, чем толщина остальных его частей (фиг. 1) в поперечном направлении. Это позволяет обеспечить лучшую герметизацию и функционирование при больших величинах давлений. Толщина различных частей единого запорного элемента 7, сечения первого и второго каналов 3,5 выбирают исходя из заданных давлений и конкретных параметров упругости материала единого запорного элемента 7.

Герметизирующая перегородка 1 может быть подсоединена к корпусу 8 какого-либо устройства известными средствами (фиг. 3). В частности, может быть введена крышка 9. Герметизирующая перегородка 1 устанавливается между торцом корпуса 8 и поверхностью крышки 9, ортогональной оси стержня 2. В крышке выполняют каналы, сообщенные с первым и вторым каналом 3 и 5. Крышка 9 может быть подсоединена к корпусу 8 различными средствами, резьбовым соединением, шпильками и т.д. Могут быть использованы и любые другие зажимные приспособления, проточка в корпусе 8 для улучшения герметизации и фиксирования в нем герметизирующей перегородки 1.

Может быть дополнительно введен слой 10 (фиг. 1) из материала с упругостью меньшей, чем упругость материала единого запорного элемента 7 и способный к разрушению, при внешнем воздействии, при этом слой 10 установлен на наружной поверхности первого упругого запорного элемента 4 или второго упругого запорного элемента 6. Слой 10 может быть использован, когда корпус 8 замкнут и его необходимо заправить под избыточным давлением, например, газом. Слой 10 позволяет надежно сохранить газ в корпусе 9 длительно и без усложнения конструкции. Кроме того, он легко может быть удален разрушением при возникновении необходимости функционирования первого 4 или второго 6 упругих запорных элементов. Разрушение может быть, в частности, произведено и не механическими методами, а растворением слоя 10 под действием рабочей среды, нагреванием и т.п. Введение слоя 10 позволяет выполнить толщину частей единого запорного элемента 7, установленных на первом канале 3 и втором канале 5 одинаковой, и соответственно выполнить одинаковыми поперечное сечение самих каналов 3 и 5, несмотря на различные требования к величинам давлений, как открывающих и закрывающих, что дополнительно позволяет упростить конструкцию устройства.

Рассмотрим работу перепускного клапанного устройства по первому варианту (фиг. 1).

Пусть давление среды слева от герметизирующей перегородки 1 выше, чем давление справа. Тогда открывается первый упругий запорный элемент 4 единого запорного элемента 7 и среда по первому каналу 3 поступает за герметизирующую перегородку 1, таким образом первый канал 3 и первый упругий запорный элемент 4 выполняет функцию впускного клапана относительно правой части перегородки. Если объем в правой части от герметизирующей перегородки 1 замкнут, то происходит его заполнение до тех пор, пока давление справа и слева не примут одинаковые значения (при идентичности выполнения каналов 3, 5 и упругих запорных элементов 4 и 6).

Для создания избыточного давления в замкнутом объеме справа от герметизирующей перегородки 1 могут быть подобраны различные толщины частей единого запорного элемента 7, различные сечения каналов 3, 5, а в самом простом случае, как показано на фиг. 1 на второй упругий запорный элемент 6 может быть нанесен слой 10 из материала с меньшей упругостью, чем материал единого запорного элемента 7.

При избыточном давлении справа, превышающем заданное пороговое значение, второй упругий запорный элемент 6 открывает второй канал 5 и часть среды в замкнутом объеме справа поступает по второму каналу налево. Таким образом, второй канал 5 и второй упругий запорный элемент 6 выполняют функцию выпускного клапана.

Поскольку устройство является обратимым, то впускной клапан может быть заменен на выпускной и наоборот, в зависимости от подсоединения герметизирующей перегородки 1 той или иной стороны к замкнутому объему.

Интересно, что данная конструкция в отличие от устройства по второму заявленному варианту и других известных устройств позволяет в некотором диапазоне регулировать величины давлений впуска и выпуска. Действительно, при перемещении единого запорного элемента 7 влево относительно стержня 2 по сравнению с положением, изображенном на фиг. 1, за счет изменения площади прилегания единого запорного элемента 7 по наружной боковой поверхности стержня 2 относительно выходных отверстий первого канала 3 и второго канала 5 давление впуска уменьшается, а давление выпуска увеличивается. И наоборот, при перемещении единого запорного элемента 7 вправо давление впуска увеличивается, а давление выпуска уменьшится. Таким образом, можно производить дополнительное регулирование перепускного клапанного устройства.

На фигуре 3 показан один из возможных вариантов подсоединения герметизирующей перегородки 1 к корпусу 8. Стержень 2 здесь подсоединен к крышке 9, в которой выполнены каналы, сообщенные с первым и вторым каналами 3 и 5. Для улучшения герметизации толщина герметизирующей перегородки 1 выбрана большей, чем толщина первого и второго упругих запорных элементов 4, 6 и герметизирующая перегородка 1 плотно обжата внешними поверхностями корпуса 8 и крышки 9 посредством любого известного соединения.

В зависимости от выбранной технологии изготовления стержня 2, первый канал 3 может быть выполнен под углом и его продольной оси (фиг. 5) или в виде канавки (фиг. 6).

В перепускном клапанном устройстве по второму варианту (фиг. 2) герметизирующая перегородка 1, первый упругий запорный элемент 4 и второй упругий запорный элемент 6 совмещен в единый запорный элемент 7, который целиком выполнен из упругого материала. Часть единого запорного элемента 7, расположенная поперек стержня 2, выполнена в качестве герметизирующей перегородки 1, второй канал 5 выполнен на наружной боковой поверхности стержня 2 в виде канавки. Единый запорный элемент 7 в месте расположения его со стороны торцевого отверстия первого канала 3 установлен с заходом за канавку на наружную боковую поверхность стержня 2, и с противоположной стороны от герметизирующей перегородки 1 боковая поверхность стержня 2 выполнена конической с острым углом конусности у продольной оси, а в едином запорном элементе 7 выполнено отверстие 11, сообщенное с канавкой.

Работает перепускное клапанное устройство по второму варианту аналогично первому, однако в этом техническом решении невозможно регулирование давлений впуска и выпуска за счет перемещения единого запорного элемента 7 вдоль продольной оси стержня 2. В то же время конструкция является более технологичной, чем устройство по первому варианту, за счет выполнения первого канала 3 и второго канала 5 вдоль продольной оси стержня 2 и обеспечения возможности его изготовления, например, простым литьем из пластмассы (посредством выполнения части стержня 2 конической формы с выходом второго канала 5 на его боковую коническую поверхность). Устройство также, как по первому варианту, является обратимым с точки зрения впускного и выпускного клапанов.

На фигуре 4 показан один из возможных вариантов подсоединения герметизирующей перегородки 1 к корпусу 8 в случае, когда второй канал 5 является впускным, первый канал 3 является выпускным, а герметизирующая перегородка 1 установлена в кольцевой проточке 12, выполненной в стенке корпуса 8.

Перепускное клапанное устройство по третьему варианту содержит те же конструктивные средства и отличается лишь формой выполнения отдельных элементов.

Согласно изобретению герметизирующая перегородка 1, первый упругий запорный элемент 4 и второй упругий запорный элемент 6 совмещен в единый запорный элемент 7 из упругого материала. Часть единого запорного элемента 7, расположенная поперек стержня 2 служит герметизирующей перегородкой 1. Второй канал 5 выполнен на боковой наружной поверхности стержня 2 с выходом на его торцевую часть в виде канавки. Единый запорный элемент 7 в месте расположения его со стороны торцевого отверстия первого канала 3 установлен с заходом за канавку на наружную боковую поверхность стержня 2. С противоположной стороны герметизирующей перегородки 1 единый запорный элемент 7 установлен с заходом за торец стержня 2.

Единый запорный элемент 7 может быть установлен с совмещением его торца с торцом стержня 2.

Работает перепускное клапанное устройство по третьему варианту аналогично первому. Конструкция является более технологичной за счет упрощения выполнения второго канала 5 с выходом его на торцевую поверхность стержня 2.

Устройство также, как по первым двум вариантам, является обратимым с точки зрения впускного и выпускного клапанов.

Заявленное изобретение является промышленно применимым и может быть использовано в пневматических и гидравлических системах двухстороннего действия, в частности, для заправки текучей средой различных корпусов или в качестве предохранительных устройств для сброса избыточного давления.

Использование: в пневматических и гидравлических системах двухстороннего действия. Сущность изобретения: в перепускном клапанном устройстве внутри герметизирующей перегородки установлен стержень. Внутри стержня выполнены первый и второй каналы, концы которых расположены с противоположных сторон от герметизирующей перегородки. Герметизирующая перегородка, первый упругий запорный орган и второй упругий запорный орган совмещен в единый запорный элемент из упругого материала. Второй канал выполнен на боковой наружной поверхности стержня в виде канавки. Единый запорный элемент с одной стороны от герметизирующей перегородки установлен с заходом за канавку на наружную боковую поверхность, а с противоположной стороны единый запорный элемент установлен с выходом канавки за торец единого запорного элемента. В другом варианте часть стержня выполнена конической, а в едином запорном элементе выполнено отверстие, сообщенное с канавкой. В третьем варианте канавка выполнена с выходом на торцевую поверхность стержня. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Перепускное клапанное устройство, содержащее герметизирующую перегородку с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, отличающееся тем, что запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, причем запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки, а с противоположной от перегородки стороны длиной, меньшей длины канавки в этом направлении. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержень выполнен с постоянной формой и площадью поперечного сечения. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина герметизирующей перегородки запорного элемента в осевом направлении больше толщины остальных его частей в радиальном направлении. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом и крышкой кольцевой формы, при этом герметизирующая перегородка установлена между торцом корпуса и поверхностью крышки, перпендикулярной продольной оси стержня, а в крышке выполнены каналы, сообщенные с каналами стержня. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности одного из упругих запорных органов размещен слой материала с упругостью меньшей, чем упругость материала запорного элемента. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходящий с торца стержня канал выполнен под углом к продольной оси стержня. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходящий с торца стержня канал выполнен в виде канавки. 8. Перепускное клапанное устройство, содержащее герметизирующую перегородку с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, в входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, отличающееся тем, что запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, причем запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки, а с противоположной от перегородки стороны боковая поверхность стержня выполнена конической с острым углом конусности, при этом в запорном элементе выполнено отверстие, сообщенное с канавкой. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что толщина герметизирующей перегородки запорного элемента в осевом направлении больше толщины остальных его частей в радиальном направлении. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено корпусом, на поверхности которого, обращенной к стержню, выполнен паз под установку герметизирующей перегородки. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что на наружной поверхности одного из упругих запорных органов размещен слой материала с упругостью меньшей, чем упругость материала запорного элемента. 12. Перепускное клапанное устройство, содержащее герметизирующую перегородку с установленным в ней стержнем, в котором выполнены два канала, перекрываемые соответствующими упругими запорными органами, установленными на наружной боковой поверхности стержня, при этом один из каналов выведен с торца стержня на его боковую поверхность, а входы и выходы каждого канала расположены по разные стороны от герметизирующей перегородки, отличающееся тем, что запорные органы выполнены за одно целое с герметизирующей перегородкой с образованием единого запорного элемента из упругого материала, при этом герметизирующая перегородка образована частью запорного элемента, расположенной перпендикулярно стержню, другой канал выполнен в виде канавки на боковой наружной поверхности стержня, выходящей на его торцевую поверхность, а запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцевому отверстию канала выполнен длиной, обеспечивающей перекрытие канавки. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцу стержня, на который выведена канавка, выполнен длиной, превышающей длину стержня в этом направлении. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что запорный элемент в направлении от герметизирующей перегородки к торцу стержня, на который выведена канавка, выполнен длиной, равной длине стержня в этом направлении.