ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ КЛАПАН ДЛЯ РАДИАТОРА Российский патент 1998 года по МПК G05D23/01 F16K31/64 

Изобретение относится к термостатическому клапану для радиатора, толкатель которого выполнен с возможностью осевого перемещения термостатическим элементом и перемещения закрывающего элемента посредством штыря, выполненного в осевом удлиненном конце.

Термостатический клапан такого типа известен из описания патента ФРГ 35 29 614.

Имеющиеся на рынке термостатические клапаны такого типа для радиаторов содержат корпус, имеющий штырь, выступающий наружу через сальник, для привода в действие закрывающего элемента клапана, и верхнюю термостатную часть, содержащую термостатический элемент и перемещаемый им толкатель, и закрепленную на корпусе клапана посредством основания, при этом головка толкателя взаимодействует со штырем. В большинстве случаев термостатический клапан имеет наполнение в виде насыщенного пара (и следовательно, работает в зависимости от давления пара, находящегося в зависимости от температуры), или в виде жидкости (и следовательно, работает в зависимости от ее температурного расширения).

Важную роль для выполнения регулирующей функции играет величина так называемого "усиления", иначе говоря смещение закрывающего элемента термостатического клапана при изменении температуры на 1^oC. Чем больше усиление, тем больше экономия энергии и удобство эксплуатации. Усиление главным образом зависит от используемого материала наполнения, но также зависит и от размера и типа анероидной коробки, например, сильфона. Наилучшие показатели усиления имеющихся на рынке термостатических клапанов составляют около 0,38 мм/1^oC при паровом наполнителе и от 0,2 до 0,25мм/1^oC при жидкостном.

Данное изобретение направлено на решение задачи создания термостатического клапана для радиатора, аналогичного клапану, описанному во вводной части, но имеющего большее усиление. В частности, оно направлено на достижение в термостатических клапанах с жидкостным наполнителем такого же усиления, которое уже в настоящее время может быть обеспечено при использовании анероидных коробок, наполненных паром.

Согласно изобретению, эта задача решается тем, что термостатический клапан для радиатора, содержащий корпус, верхнюю термостатную часть и толкатель, который выполнен с возможностью осевого перемещения термостатическим элементом и перемещения закрывающего элемента посредством штыря, выполненного в осевом удлиненном конце, выполнен так, что между толкателем и штырем расположен усилитель хода, включающий в себя усилительный элемент, установленный с возможностью поперечного перемещения или поворота при осевом перемещении толкателя, приводящих к изменению расстояния между толкателем и штырем.

В этой конструкции осевое перемещение толкателя используется для перемещения усилительного элемента в направлении, в котором он обнаруживает податливость. Это влечет за собой перемещение толкателя и штыря друг относительно друга, в результате чего полное перемещение закрывающего элемента больше перемещения толкателя.

Из описания патента США 4 995 587 известно, что перемещение закрывающего элемента клапана может быть осуществлено с помощью пьезоэлектрического элемента при воздействии на него электричества. Между пьезоэлектрическим и закрывающим элементами находится усилитель хода, в котором между большим и малым поршнями имеется наполнение из эластомерного материала. Однако такой усилитель хода не может быть использован в термостатическом клапане из-за зависимости свойств этого эластомерного материала от температуры.

В термостатическом клапане усилительный элемент может быть снабжен несамотормозящейся резьбой первого вида, которая взаимодействует с ответной резьбой первого вида, зафиксированной против поворота, и резьбой второго вида, которая взаимодействует с ответной резьбой второго вида, удерживаемой так, что ее поворот невозможен, при этом использование резьбы двух видов благодаря различному шагу обеспечивает дополнительную осевую составляющую, способствующую росту усиления. Ввиду того, что это происходит при вращении, все составные части сохраняют концентрическую ориентацию по отношению к осям толкателя и штыря.

Усилительный элемент может быть выполнен в виде кольца, на наружной стороне которого выполнена резьба первого вида, а на внутренней стороне - резьба второго вида, и промежуточного элемента, на котором выполнена ответная резьба второго вида и который установлен с возможностью осевого перемещения без поворота в направляющей, выполненной в головке толкателя, которая удерживается так, что ее поворот невозможен, и торец которой расположен напротив торца кольца. Этот вариант выполнения устройства имеет преимущество, обусловленное тем, что составные части в нем компактно размещены в зоне, которая уже имеется в термостатическом клапане или без затруднений может быть освобождена.

Промежуточный элемент может содержать нецилиндрический штифт, взаимодействующий с направляющей соответствующей формы поперечного сечения, выполненной в головке толкателя, с образованием очень простой направляющей системы для промежуточного элемента.

В термостатическом клапане при закреплении верхней термостатной части на корпусе клапана посредством основания ответная резьба первого вида может быть выполнена на основании, то есть основание верхней термостатной части может выполнять дополнительную функцию.

В качестве усилительного элемента может быть использован ползун, установленный с возможностью перемещения поперек оси толкателя и снабженный первой наклонной поверхностью, взаимодействующей с первой ответной наклонной поверхностью примыкающего элемента кинематической цепи, и второй наклонной поверхностью, взаимодействующей со второй ответной наклонной поверхностью, прикрепленной к корпусу, при этом дополнительное осевое перемещение обеспечивается посредством поперечного движения ползуна, имеющего две наклонные поверхности с различными углами наклона.

Примыкающий элемент может быть образован головкой толкателя, на которой выполнена первая ответная наклонная поверхность, при этом усилитель хода содержит небольшое количество составных частей.

На стороне, на которой расположена наиболее низкая точка первой наклонной поверхности, для поддержки головки толкателя может быть выполнен стопор, встроенный в корпус, что позволяет предотвратить воздействие чрезмерной поперечной нагрузки на головку толкателя.

Штырь может воздействовать на контактную поверхность ползуна, расположенную перпендикулярно оси толкателя, и может быть нагружен по большей мере в поперечном направлении в результате фрикционного сцепления.

Примыкающий элемент может быть образован промежуточным элементом, имеющим первую ответную наклонную поверхность и расположенным между ползуном и штырем. Благодаря наличию промежуточного элемента, выполненного с возможностью направляемого осевого перемещения, поперечная нагрузка может быть устранена.

Головка толкателя своим торцем, расположенным перпендикулярно оси толкателя, может воздействовать на параллельную этому торцу поверхность ползуна, что в значительной степени предохраняет ее от воздействия поперечных нагрузок.

Для поддержки головки толкателя с обеих сторон по направлению перемещения ползуна могут быть выполнены два встроенных в корпус стопора, что при необходимости обеспечивает направление головки.

При закреплении верхней термостатной части на корпусе клапана посредством основания вторая ответная наклонная поверхность и/или по меньшей мере один из встроенных в корпус стопоров могут быть выполнены на основании, которое может быть использовано для выполнения дополнительных функций даже при использовании такого ползуна.

Усилитель хода может быть снабжен регулируемой контактной поверхностью взаимодействия со штырем, которая может быть сформирована или с использованием винтового элемента, установленного на промежуточном элементе, или с использованием укорачиваемого выступа на промежуточном элементе. При этом образуется регулировочное приспособление для установки усилителя хода в соответствии с конкретными конструктивными особенностями.

Усилительный элемент может состоять из двух частей, соединенных защелкивающимся соединителем, при этом одна из указанных частей снабжена резьбой первого вида, а другая - резьбой второго вида, что является альтернативой использованию усилительного элемента с двумя видами резьбы.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого термостатического клапана для радиатора в первом варианте выполнения;
на фиг. 2 - частичный разрез клапана, показанного на фиг. 1, в модифицированном варианте выполнения;
на фиг. 3 - частичный разрез клапана, показанного на фиг.1, в еще одном варианте выполнения;
на фиг. 4 - частичный разрез клапана, показанного на фиг.1, в еще одном варианте выполнения;
на фиг. 5 - продольный разрез предлагаемого термостатического клапана для радиатора альтернативной конструкции, и
на фиг.6 - частичный разрез клапана, показанного на фиг.5, в модифицированном варианте выполнения.

Термостатический клапан, показанный на фиг.1, имеет корпус 1 с седлом 2 и закрывающий элемент 3, прикрепленный к штоку 4, на который воздействует возвратная пружина 5 и который находится в функциональном соединении со штырем 6. Штырь выступает наружу через сальник 7, установленный во втулке 8, закрывающей корпус сверху.

Верхняя термостатная часть 9 имеет основание 10, разъемно прикрепленное к кольцевому выступу 11 корпуса 1, Кроме того, часть 9 содержит заполненную жидкостью анероидную коробку К, которая удерживается в месте установки посредством опорных элементов 12 и торцевой крышки 13. Ее осевое положение может быть изменено посредством поворотной головки 14, установленной на основании 10 на резьбе 15, для установки заданной величины температуры. Толкатель 16 окружен сильфоном 17 и имеет внутри предохранительную пружину 18. С изменением температуры толкатель перемещается в осевом направлении под действием подвижной пластины 19 и посредством перемещения соединительного элемента 20 перемещает вместе с ним головку 21. Соединительный элемент имеет ножки 22, нанизанные на опорные элементы 12 как на зубцы вилки и предотвращающие поворот головки 21.

В предлагаемом устройстве предусмотрен усилитель 23 хода. Он содержит усилительный элемент 24, снабженный несамотормозящейся резьбой 27 первого вида, которая взаимодействует с соответствующей резьбой 28 в основании 10, и более мелкой несамотормозящейся резьбой 29 второго вида, которая взаимодействует с соответствующей резьбой 30 на промежуточном элементе 31. Элемент 31 имеет штифт 32 нецилиндрической формы, вставленный в направляющую 33 соответствующей формы, выполненную в головке 21 толкателя 16. Поскольку головка закреплена без возможности поворота, элемент 31 также зафиксирован против поворота. На нижней стороне элемента 31 под прямым углом к оси толкателя выполнена контактная поверхность 34, напротив которой расположен штырь 6. Торцевая поверхность 35 головки 21 воздействует сверху на торцевую поверхность 36 кольцеобразного элемента 24.

Устройство работает следующим образом:
Когда толкатель 16 в результате падения температуры перемещается вверх, за ним под действием возвратной пружины 5 следует элемент 24, одновременно поворачиваясь на некоторый угол, предопределенный резьбой 27. Поворот элемента 24 обеспечивает осевое перемещение элемента 31, величина которого предопределена резьбой 29. Расстояние между торцем 35 головки 21 и контактной поверхностью 34 элемента 31 изменяется соответственно. Поэтому ход закрывающего элемента 3 не равен ходу толкателя 16, но несколько превышает его.

Например, если резьба 27 имеет шаг 2 мм, а резьба 29 имеет шаг 1 мм, достигается увеличение хода на 50%, иначе говоря, при перемещении толкателя 16 на 2 мм перемещение клапанного штока 4 составляет 3 мм.

В устройстве, изображенном на фиг.2, использован модифицированный промежуточный элемент 31'. На его выступе 37, выполненном из материала, поддающегося абразивной обработке, имеется контактная поверхность 34'. Для приспособления к конкретному применению может быть выполнена требуемая подгонка выступа 37 путем его укорочения. Эта подгонка служит для обеспечения заданного расстояния между торцевой поверхностью 13 и контактной поверхностью 34 при данной температуре.

Устройство, показанное на фиг.3, содержит промежуточный элемент 31'' в другой модификации, включающий винтовой элемент 38, на котором сформирована контактная поверхность 34''. Используя этот винтовой элемент, можно осуществлять аналогичную подгонку.

В конструкции, показанной на фиг.4, промежуточный элемент оставлен неизменным, но изменен усилительный элемент 24', который включает наружную часть 39 с резьбой 27 и внутреннюю часть 40 с резьбой 29. Эти две части соединены друг с другом защелкивающимся соединителем 41 и зафиксированы против поворота посредством дополнительных штырей 42. Таким образом упрощается сборка, а регулировка осуществляется путем установки элемента 31 в соответствующем положении во внутренней части 40.

Детали устройства, показанного на фиг.5, в значительной степени соответствуют деталям устройства на фиг.1, и потому обозначены теми же номерами. Изменены только детали усилителя хода, при этом номера деталей с аналогичным функциональным назначением увеличены на 100.

Усилитель хода 123 имеет усилительный элемент 124, выполненный в форме ползуна и снабженный наклонной поверхностью 127 с относительно пологим углом наклона, которая взаимодействует с соответствующей наклонной поверхностью 128 на головке 121 толкателя 16, и двумя наклонными поверхностями 129 и 129' с крутым углом наклона, которые взаимодействуют с соответствующими противолежащими поверхностями 130 и 130' основания 110. Поверхность 134 взаимодействия со штырем 6, лежащая в плоскости, перпендикулярной оси толкателя, выполнена на пластине 143 из материала с низкими фрикционными характеристиками. На стороне, на которой расположена наиболее низкая точка поверхности 127, соединительный элемент 120 имеет утолщение 144, взаимодействующее со стопором 145, встроенным в корпус и также смонтированным на основании 110, и предотвращающее поперечное перемещение толкателя 16.

Устройство работает следующим образом:
Когда температура опускается и толкатель перемещается вверх, за ним следует штырь 6 под действием возвратной пружины 5. Элемент 124 благодаря второй наклонной поверхности 129 соответственно перемещается направо. Расстояние между толкателем и штырем уменьшается. Величина перемещения закрывающего элемента 3 превышает величину перемещения толкателя 16.

В устройстве, показанном на фиг.6, номера измененных деталей, функциональное назначение которых аналогично назначению деталей, представленных на фиг. 1, увеличены на 200. Усилитель хода 223 имеет усилительный элемент 224, также выполненный в виде ползуна. Головка 221 толкателя 16 взаимодействует с торцем 235, расположенным на верхней стороне 236 ползуна перпендикулярно оси толкателя. Элемент 224 имеет первую наклонную поверхность 227, взаимодействующую с ответной поверхностью 228 промежуточного элемента 233, и две вторых наклонных поверхности 229 и 229', взаимодействующие со вторыми ответными поверхностями 230 и 230' основания 210.

Устройство работает следующим образом:
При перемещении толкателя 16 вверх элемент 224 перемещается вправо, и промежуточный элемент 231 также перемещается вверх. Ход элемента 231 в данном случае больше хода толкателя 16.

Устройство, изображенное на фиг. 6, обеспечивает следующие параметры: осевое усилие между толкателем 16 и элементом 224 находится в пределах от 20 до 50 Н. При хорошей смазке коэффициент трения может быть уменьшен до 0,02. В результате возникает сила трения в пределах от 0,4 до 1,0 Н, что обычно вполне приемлемо.

Термостатический клапан для радиатора, содержащий корпус, верхнюю термостатную часть и толкатель, который выполнен с возможностью осевого перемещения термостатическим элементом и в свою очередь перемещает закрывающий элемент посредством штыря. Между толкателем и штырем расположен усилитель хода, включающий усилительный элемент. При осевом перемещении толкателя усилительный элемент совершает поперечное перемещение или поворот. Это влечет за собой изменение расстояния между толкателем и штырем. Таким способом обеспечивают увеличение хода. 16 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Термостатический клапан для радиатора, содержащий корпус, верхнюю термостатную часть и толкатель, который выполнен с возможностью осевого перемещения термостатическим элементом и перемещения закрывающего элемента посредством штыря, выполненного в осевом удлиненном конце, отличающийся тем, что между толкателем и штырем расположен усилитель хода, включающий в себя усилительный элемент, установленный с возможностью поперечного перемещения или поворота при осевом перемещении толкателя, приводящих к изменению расстояния между толкателем и штырем. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что усилительный элемент снабжен несамотормозящейся резьбой первого вида, которая взаимодействует с ответной резьбой первого вида, зафиксированной против поворота, и резьбой второго вида, которая взаимодействует с ответной резьбой второго вида, удерживаемой так, что ее поворот невозможен. 3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что усилительный элемент выполнен в виде кольца, на наружной стороне которого выполнена резьба первого вида, а на внутренней стороне резьба второго вида, и промежуточного элемента, на котором выполнена ответная резьба второго вида и который установлен с возможностью осевого перемещения без поворота в направляющей, выполненной в головке толкателя, которая удерживается так, что ее поворот невозможен, и торец которой расположен напротив торца кольца. 4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что промежуточный элемент содержит нецилиндрический штифт, взаимодействующий с направляющей соответствующей формы поперечного сечения, выполненной в головке толкателя. 5. Клапан по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что при использовании корпуса клапана и верхней термостатной части, закрепляемой на нем посредством основания, ответная резьба первого вида выполнена на основании. 6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в качестве усилительного элемента использован ползун, установленный с возможностью перемещения поперек оси толкателя и снабженный первой наклонной поверхностью, взаимодействующей с первой ответной наклонной поверхностью примыкающего элемента кинематической цепи, и второй наклонной поверхностью, взаимодействующей с второй ответной наклонной поверхностью, прикрепленной к корпусу. 7. Клапан по п.6, отличающийся тем, что указанный примыкающий элемент образован головкой толкателя, на которой выполнена первая ответная наклонная поверхность. 8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что на стороне, на которой расположена наиболее низкая точка первой наклонной поверхности, для поддержки головки толкателя выполнен стопор, встроенный в корпус. 9. Клапан по п.6 или 7, отличающийся тем, что штырь воздействует на контактную поверхность ползуна, расположенную перпендикулярно оси толкателя. 10. Клапан по п.6, отличающийся тем, что указанный примыкающий элемент образован промежуточным элементом, имеющим первую ответную наклонную поверхность и расположенным между ползуном и штырем. 11. Клапан по п.10, отличающийся тем, что головка толкателя своим торцом, расположенным перпендикулярно оси толкателя, воздействует на параллельную этому торцу поверхность ползуна. 12. Клапан по п.11, отличающийся тем, что для поддержки головки толкателя с обеих сторон по направлению перемещения ползуна выполнены два встроенных в корпус стопора. 13. Клапан по любому из пп.10 - 12, отличающийся тем, что при использовании корпуса клапана и верхней термостатной части, закрепляемой на нем посредством основания, вторая ответная наклонная поверхность и/или по меньшей мере один из встроенных в корпус стопоров выполнены на основании. 14. Клапан по любому из пп.1 - 13, отличающийся тем, что усилитель хода снабжен регулируемой контактной поверхностью взаимодействия со штырем. 15. Клапан по п. 14, отличающийся тем, что регулируемая контактная поверхность сформирована с использованием винтового элемента, установленного на промежуточном элементе. 16. Клапан по п.14, отличающийся тем, что регулируемая контактная поверхность сформирована с использованием укорачиваемого выступа на промежуточном элементе. 17. Клапан по любому из пп.2 - 5, отличающийся тем, что усилительный элемент состоит из двух частей, соединенных защелкивающимся соединителем, при этом одна из указанных частей снабжена резьбой первого вида, а другая - резьбой второго вида.