ПОВОРОТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1998 года по МПК F17C13/04 F16K5/02 

Настоящее изобретение относится к устройству поворотного клапана, используемого для впуска и выпуска материала в резервуар и из резервуара высокого давления при обработке материала в резервуаре.

Пример устройства клапана этого типа описывается в патенте США 5020550. Это обычное устройство клапана содержит корпус ротора, который имеет сформированное в нем роторное отверстие, впускное отверстие, соединенное, например, с атмосферой, и выпускное отверстие соединенное, например, в резервуаром высокого давления. Впускное и выпускное отверстия расположены на диаметрально противоположных сторонах роторного отверстия. Ротор предназначен для вращения в роторном отверстии корпуса ротора. Ротор имеет множество пазов на своей внешней периферийной поверхности.

Кроме того, корпус ротора имеет коммуникационные каналы стороны повышения давления, расположенные с интервалами в области, простирающейся от впускного до выпускного отверстия, в направлении вращения ротора, и коммуникационные каналы стороны сброса давления, расположенные с интервалами в области, простирающейся от выпускного до впускного отверстия. Соответствующие коммуникационные каналы сторон повышения и сброса давления соединены друг с другом посредством уравнивающих трубок.

Когда ротор поворачивается, каждый паз ротора последовательно соединяется с впускным отверстием, коммуникационными каналами стороны повышения давления, выпускным отверстием и коммуникационными каналами стороны сброса давления.

Кроме того, корпус ротора оборудован каналами регулирования давления, которые соединены с каждым пазом непосредственно перед тем, как паз достигает впускного и выпускного отверстия. Каналы регулирования давления стороны выпускного отверстия и стороны впускного отверстия, соответственно, соединены со стороной резервуара высокого давления и атмосферой.

В соответствии с описанным выше устройством клапана, когда материал вводится через впускное отверстие корпуса ротора, он принимается из впускного отверстия одним из пазов. После этого, когда ротор поворачивается, материал переносится в направлении выпускного отверстия корпуса ротора. Паз, перемещающийся от впускного отверстия в направлении выпускного отверстия, когда ротор поворачивается, последовательно соединяется с пазами, перемещающимися от выпускного отверстия в направлении к впускному отверстию посредством коммуникационных каналов и уравнивающих трубок.

Каждый раз каждый паз, перемещающийся от впускного отверстия в направлении к выпускному отверстию, подсоединяется к одному из пазов, перемещающихся от выпускного отверстия к впускному, его внутреннее давление увеличивается поэтапно от атмосферного. Когда этот паз соединяется с каналом, регулирующим давление стороны выпускного отверстия, его внутреннее давление становится равным давлению в резервуаре высокого давления. Каждый раз каждый паз, перемещающийся от выпускного отверстия в направлении впускного отверстия, соединяется с одним из пазов, перемещающихся от впускного отверстия к выпускному отверстию, с другой стороны, его внутреннее давление поэтапно уменьшается от уровня давления в резервуаре высокого давления. Когда этот паз соединяется с каналом регулирования давления стороны впускного отверстия, его внутреннее давление становится равным давлению во впускном отверстии, т. е. атмосферному давлению.

Таким образом, когда каждый паз соединяется с впускным или выпускным отверстием, его внутреннее давление находится на том же уровне, что и давление впускного или выпускного отверстия. Соответственно, материал может спокойно подаваться из впускного отверстия в пазы и из пазов в выпускное отверстие или резервуар высокого давления.

Следовательно, в соответствии с устройством клапана этого типа, потеря давления в резервуаре высокого давления, т.е. скорость потока газа из резервуара через это устройство, может быть ограничена, когда материал непрерывно подается в резервуар.

Если газ в резервуаре высокого давления является недорогим газом, например воздухом или паром, канал регулирования давления стороны впускного отверстия может быть просто открыт в атмосферу. Однако, если манипулируемый газ является дорогим или специальным, выпускаемым из канала регулирования давления стороны впускного отверстия газ должен быть собран в резервуаре регенерации. Как правило, газ регенерированный в резервуаре регенерации подается в бустерный насос, где его давление увеличивается до уровня давления в резервуаре высокого давления. После этого газ возвращается в резервуар высокого давления для повторного использования.

Если, как описано выше, используемый газ является дорогим или специальным, то в целях экономии он должен циркулировать между резервуаром высокого давления и резервуаром регенерации. Кроме того, для уменьшения эксплуатационных расходов такой циркуляции газа должно быть предпочтительно уменьшены до минимальных величин емкость резервуара регенерации и производительность бустерного насоса.

Нагрузка на оборудование, окружающее резервуар регенерации, бустерный насос и т. д. может быть уменьшена только уменьшением скорости циркуляции газа, т.е. скорости газового потока через устройства клапана. Для достижения этого давление освобождается через канал регулирования давления стороны впускного отверстия, т.е. должно быть снижено давление регенерации газа.

Каждый рад один из пазов стороны высокого давления, перемещающийся от впускного отверстия в направлении к выпускному отверстию, и один из каналов пазов стороны сброса давления, перемещающийся от выпускного отверстия в сторону впускного отверстия, соединяются друг с другом посредством соответствующих коммуникационных каналов и уравнивающей трубки, когда ротор поворачивается, их соответствующие внутренние давления поэтапно увеличиваются или уменьшаются, как упоминалось выше. Следовательно, давление регенерации газа, полученное, когда каждый паз стороны сброса давления соединяется с каналом регулирования давления стороны сброса давления, может быть понижено увеличением числа уравнивающих трубок и коммуникационных каналов.

Однако, если число уравнивающих трубок и коммуникационных каналов увеличивается, устройство клапана становится более сложным по конструкции и более массивным и усложняется конструкция уравнивающих трубок.

Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства поворотного клапана, в котором скорость газового потока может быть уменьшена без увеличения числа уравнивающих трубок или коммуникационных каналов.

Указанная выше цель достигается с помощью устройства клапана настоящего изобретения, которое содержит корпус ротора, включающий в себя выполненное в нем роторное отверстие, впускное отверстие для соединения с одной стороной давления, не являющейся стороной высокого и низкого давления, выпускное отверстие смещенное относительно впускного отверстия по окружности роторного отверстия и приспособленное для соединения с другой стороной давления, первый коммуникационный канал, расположенный в первой области, простирающейся от впускного отверстия к выпускному отверстию, и второй коммуникационный канал, расположенный во второй области, простирающейся от выпускного отверстия к впускному отверстию, по окружности роторного отверстия, причем каждый коммуникационный канал имеет два противоположных конца; ротор, установленный с возможностью вращения в роторном отверстии корпуса ротора, при этом ротор включает в себя вал, внешнюю периферийную поверхность и множество пазов, расположенных с равномерными интервалами по окружности внешней периферийной поверхности, причем пазы могут при повороте ротора перемещаться, чтобы быть соединенными с впускным отверстием, выпускным отверстием и одним концом каждого коммуникационного канала отдельно; соединительное средство для соединения друг с другом соответствующих других концов первого и второго коммуникационных каналов; первое средство подачи для подачи в каждый паз давления, равного давлению во впускном отверстии непосредственно перед тем, как паз соединяется со впускным отверстием, когда ротор поворачивается; второе средство обеспечения для обеспечения каждого паза давлением, равным давлению в выпускном отверстии непосредственно перед тем, как паз соединяется с выпускным отверстием, когда ротор поворачивается; и средство уравнивания давления, чтобы дать возможность соединительному средству последовательно соединять каждый паз на одной стороне, соответствующей первым пазам, перемещающимся от впускного отверстия к выпускному отверстию, или вторым пазам, перемещающимся от выпускного отверстия к впускному отверстию, с примыкающими пазами на другой стороне, когда ротор поворачивается.

В соответствии с описанным выше устройством клапана, каждый из первых и вторых пазов последовательно соединяется со вторыми и первыми пазами на другой стороне посредством соединительного средства, в то время как оно при повороте ротора соединяется с его соответствующим коммутационным каналом. Таким образом, каждый первый паз соединяется с отдельными вторыми пазами и соответствующие внутренние давления первых и вторых пазов уравниваются при каждом цикле соединения. Подобным образом, каждый второй паз соединяется с отдельными первыми пазами и при каждом цикле соединения уравниваются соответствующие внутренние давления первых и вторых пазов.

В случае когда соединительное средство включает в себя уравнивающие трубки, каждый из первых и вторых пазов подвергается множеству циклов уравнивания давления посредством одной уравнивающей трубки. Таким образом, этапы увеличения и уменьшения давлений в пазах могут быть увеличены по числу без добавления уравнивающих трубок.

Следовательно, в случае клапана согласно настоящему изобретению, давление подается на каждый паз из средства подачи со стороны сброса давления, из первого и второго средств подачи, т. е. может быть уменьшено конечное давление или давление регенерации, освобожденное из паза через средство подачи со стороны сброса давления. Таким образом, количество газа, проходящего через устройство клапана уменьшается так, чтобы могла быть значительно уменьшена нагрузка на периферийные технические средства клапана.

Кроме того, поскольку давление регенерации из клапана может быть снижено с помощью меньшего числа уравнивающих трубок, компоновка этих трубок проста и размер клапана может быть уменьшен. Средство уравнивания давления может быть получено с помощью уникального размещения первого и второго коммуникационных клапанов, более конкретно, коммуникационные каналы могут быть расположены так, чтобы смежные вторые пазы соединялись последовательно с одним из коммуникационных каналов, в то время как один из первых пазов соединяется с другим коммуникационным каналом, когда ротор поворачивается.

Окружность каждого паза ротора может быть герметично уплотнена с помощью уплотнительного средства. В этом случае предпочтительно, чтобы корпус ротора дополнительно включал в себя пару боковых камер отдельно ограниченных на обеих сторонах ротора в осевом направлении ротора и, к которым прикладывается заданное давление, роторное отверстие и ротор являются коническими, и ротор поддерживается для смещения в осевом направлении и включает в себя торцевую сторону малого диаметра, к которой прикладывается давление от одной из боковых камер, и торцевую сторону большого диаметра, которая имеет большую поверхность для восприятия давления, чем площадь торцевой поверхности малого диаметра, и к которой прикладывается давление из другой боковой камеры.

В этом случае ротор непрерывно придавливается или прижимается к торцевой стороне малого диаметра в зависимости от перепада давлений между соответствующими воспринимающими давление площадями торцевых сторон малого и большого диаметра. Следовательно, если уплотнительное средство изнашивается, ротор смещает свое положение в сторону торцевой стороны малого диаметра с тем, чтобы ротор и роторное отверстие приходили в тесное контактирование друг с другом при уплотнительном средстве между ними. Таким образом, уплотняющее средство уплотнительного средства может поддерживаться в течение длительного периода времени.

Кроме того, предпочтительно, чтобы давление, прикладываемое к паре боковых камер, регулировалось до максимального давления, прикладываемого к пазам ротора. В этом случае пара боковых камер в кооперации с уплотнительным средством эффективно препятствуют потере давления в каждом пазу.

В каждом коммуникационном канале может быть установлен сетчатый экран. Сетчатый экран служит для предотвращения вытекания материала из пазов, когда первый и второй пазы соединяются друг с другом посредством первого и второго коммуникационных каналов и уравнивающей трубки.

Корпус ротора может дополнительно включать в себя пару коммуникационных каналов, помимо указанных выше первого и второго коммуникационных каналов, устройство клапана дополнительно содержит второе соединительное средство для соединения пары коммуникационных каналов друг с другом и второе средство уравнивания давления, чтобы давать возможность второму соединительному средству последовательно соединять каждый паз на одной стороне, соответствующей первым или вторым пазам, со смежными пазами на другой стороне, когда ротор поворачивается.

Настоящее изобретение будет понятно более полно из приводимого здесь ниже более подробного описания и сопроводительных чертежей, которые даны только с целью пояснения и, таким образом, не являются ограничивающими настоящее изобретение и в которых; на фиг. 1 - перспективное изображение клапана в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения, имеющее местный вырез; на фиг. 2 - продольное сечение клапана, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечное сечение клапана, показанного на фиг. 1; на фиг. 4 - увеличенное изображение, соответствующее части фиг. 3; на фиг. 5 - схематический вид, на котором показан клапан с ротором в заданном угловом положении; на фиг. 6 - диаграмма, на которой показано положение, в которое поворачивается ротор из положения, показанного на фиг. 5; на фиг. 7 - диаграмма, на которой показано положение, в которое поворачивается ротор из положения, показанного на фиг. 6; на фиг. 8 - диаграмма, на которой показано положение, в которое поворачивается ротор из положения, показанного на фиг. 7; на фиг. 9 - схематическое поперечное сечение клапана установленного так, чтобы пазы стороны повышенного давления и пазы стороны сброса давления были обращены друг к другу; на фиг. 10 - схематическое поперечное сечение, на котором показано положение, в которое поворачивается ротор из положения, показанного на фиг. 9; на фиг. 11 - схематическое поперечное сечение, на котором показано положение, в которое поворачивается ротор из положения, показанного на фиг. 10; на фиг. 12 - поперечное сечение клапана в соответствии с другим вариантом воплощения.

На фиг. 1 показан поворотный клапан, который содержит корпус ротора 2. Корпус ротора 2 имеет образованное в нем роторное отверстие, впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 6. Впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 6 располагаются соответственно вверху и внизу. Выпускное отверстие 6 на фиг. 1 не показано.

Ротор 8 предназначен для вращения в роторном отверстии корпуса ротора 2. Ротор 8 имеет роторный вал 10, оба конца которого поддерживаются с возможностью вращения в корпусе ротора 2.

На фиг. 2 более подробно показана конструкция корпуса ротора 2. Корпус 2 включает в себя станину корпуса 3, окружающую ротор 8, и пару торцевых стенок 12 на каждой боковой стороне станины 3. Эти торцевые стенки 12 образуют пару боковых камер 18 и 20 на каждой стороне ротора 8 в корпусе ротора 2.

Противоположные концы роторного вала 10 отдельно поддерживаются на торцевых стенках 12 с помощью соответствующих подшипников 14 для вращения и осевого смещения. Уплотнение 16 располагается между каждой торцевой стенкой 12 и роторным валом 10 так, чтобы находиться ближе к ротору 8, чем его соответствующий подшипник 14. Уплотнения 16 служат для поддерживания герметичности соответствующих боковых камер 18 и 20.

Один конец роторного вала 10 соединяется с приводом (не показано) и ротор 8 вращается с помощью привода в одном направлении с постоянной скоростью.

Как следует из фиг. 1 и 2, ротор 8 имеет коническую форму и множество пазов 22, образованных в его внешней периферийной поверхности. Эти пазы 22 расположены с интервалами по окружности ротора 8. К внешней периферийной поверхности ротора 8 также крепится множество уплотнений 24 лопастей. Каждое уплотнение 24 лопасти располагается между каждыми двумя смежными пазами 22.

Гильзу 26 монтируют на внутренней поверхности станины корпуса 3. Когда ротор 8 вращается, уплотнения 24 лопастей перемещаются в скользящем контакте с гильзой 26. Пару боковых уплотнений 28 крепят отдельно к торцам большого диаметра и малого диаметра ротора 8. Уплотнения 28 отдельно герметично соединяют с противоположными торцами каждого уплотнения лопасти 24. Кроме того, когда ротор 8 вращается, боковые уплотнения 28 перемещаются герметично в скользящем контакте с гильзой 26 станины корпуса 3. Таким образом, пазы 22 ротора 8 герметично ограничиваются уплотнениями лопастей 24, гильзой 26 и боковыми уплотнениями 28.

Боковые камеры 18 и 20 соединяются с источником давления через их соответствующие каналы, которые простираются в корпусе ротора 2. Таким образом, в камеры 18 и 20 может подаваться давление от источника давления. Это давление в каждой боковой камере регулируется до максимального давления, обеспечиваемого в пазах 22.

Торец большого диаметра ротора 8 имеет эффективную площадь восприятия давления большую, чем эффективная площадь восприятия давления торца малого диаметра. Соответственно, когда на торцы малого и большого диаметра ротора 8 в боковых камерах 18 и 20 воздействуют давления, ротор 8 подвергается воздействию усилия, направленного в сторону торца малого диаметра. Следовательно, даже если уплотнения 24 лопастей изнашиваются, их уплотняющие свойства могут быть поддержаны с помощью способности ротора 8 смещать свое положение в направлении торцевой стороны малого диаметра.

Кроме того, поскольку боковые уплотнения 28 также подвергаются воздействиям давлений в боковых камерах 18 и 20, давление в каждом пазу 22 никогда не может передаваться в камеру 18 или 20.

Как следует из фиг. 3, на внешней периферийной поверхности ротора 8, например, имеется 12 пазов 22. Следовательно, в этом случае пазы располагаются на поверхности ротора с равномерными интервалами равными 30 градусов.

Хотя корпус ротора 2, показанный на фиг. 3, отличается по форме от корпуса ротора, показанного на фиг. 1, это сделано только для простоты пояснения. Более конкретно, корпус ротора 2 может быть выполнен имеющим любую требуемую внешнюю форму и только отверстие, которое может вмещать ротор 8 для вращения в нем, будет коническим.

Как показано на фиг. 3, впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 6 корпуса ротора 2 разнесены в диаметрально противоположных от ротора 8 направлениях. В этом варианте воплощения впускное отверстие 4 открыто в сторону сброса давления или атмосферу, а выпускное отверстие 6 соединено со стороной высокого давления или резервуаром высокого давления (не показано). В этом случае ротор 8 поворачивается в направлении часовой стрелки, указанном на фиг. 3 стрелкой.

Два коммуникационных канала 30 и 32 и канал регулирования давления 34 последовательно формируют в той части стенки корпуса ротора 2, которая простирается от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6 в направлении поворота ротора 8. Подобным образом, два коммуникационных канала 36 и 38 и канал регулирования давления 40 последовательно формируют в той части стенки корпуса, которая простирается от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4. Один конец каждого из этих каналов проходит через гильзу 26 и открывается в корпусе ротора 2. Например, как показано на фиг. 4, экран 41 присоединяется к открытой концевой части каждого канала. Экран 41 имеет сетчатую конструкцию и размер ее ячейки достаточно меньше материала, подаваемого в каждый паз 22.

Каждое из расстояний между соответствующими открытыми концами коммуникационных каналов 30 и 32, между открытыми концами коммуникационного канала 32 и канала регулирования 34, между открытыми концами коммуникационных каналов 36 и 38 и между открытыми концами коммуникационного канала 38 и канала регулирования давления 40 равно расстоянию между каждыми двумя соседними уплотнениями лопастей 24 в направлении вращения ротора 8. Более конкретно, каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34, расположенные между впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 6 в направлении поворота ротора 8, расположены с равномерными интервалами равными 30 градусов в окружном направлении ротора 8. Подобным образом каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40, расположенные между выпускным отверстием 6 и впускным отверстием 4 по ходу вращения ротора 8 расположены с равномерными интервалами равными 30 градусов в окружном направлении ротора 8.

Таким образом, каждый паз 22 не может быть одновременно соединен с двумя соседними каналами на стороне повышения давления и стороне сброса давления в процессе вращения ротора 8.

Каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34 и соответствующие им каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40 расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, которая соединяет впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 6 корпуса ротора 2. Однако расположение каналов 30 и 40 несимметрично относительно горизонтальной плоскости, которая содержит ось ротора 8.

Более конкретно, коммуникационные каналы 32 и 34 смещены к впускному отверстию 4 на заданный угол альфа (например, 5 градусов) от указанной выше горизонтальной плоскости, как показано на фиг. 3. Когда каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34 отдельно закрыты уплотнениями 24 лопастей ротора 8, каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40, следовательно, соединяются с их соответствующими пазами 22.

Это указывает на то, что угловые положения ротора 8, где каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34 отдельно соединяются с пазами 22, отличаются от угловых положений, где каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40 отдельно соединяются с пазами 22.

Как показано штрих-пунктирной линией на фиг. 3, коммуникационные каналы 30 и 38 соединяются друг с другом посредством уравнивающей трубки 42, а коммуникационные каналы 32 и 36 соединяются между собой с помощью уравнивающей трубки 44. Канал регулирования давления 40 на стороне впускного отверстия соединяется с резервуаром регенерации, который разделяет давление с впускным отверстием 4 посредством соединительной трубки 46, а канал регулирования давления 34 на стороне выпускного отверстия соединяется выше с указанным выше резервуаром высокого давления посредством соединительной трубки 48. Резервуар регенерации соединяется с резервуаром высокого давления через бустерный насос (не показано).

Как следует из фиг. 1 и 2, каждый из каналов 30, 32, 34, 36, 38 и 40 имеет свой собственный аналог так, чтобы каждая из уравнивающих трубок 42 и 44 также его имела. Каждая пара каналов разнесена в осевом направлении ротора 8 и может быть в коммуникации с пазами 22. Кроме того, как показано пунктирной линией на фиг. 2, в станине 3 корпуса ротора 2 сформирован охлаждающий канал 5.

Ниже приводится описание работы описанного выше устройства клапана.

Если давление в резервуаре высокого давления равно P_H в соответствии с показанием манометра, давление P_H непрерывно подается на выпускное отверстие 6. Поскольку впускное отверстие 4 открыто, как упоминалось выше, в атмосферу, давление впускного отверстия 4 всегда равно 0 в зависимости от показания манометра. Соответственно внутреннее давление паза 22, соединенного с выпускным отверстием 6, равно P_H, в то время как давление паза 22, соединенного со впускным отверстием 4, равно 0.

Как упоминалось выше, клапан снабжен уравнивающими трубками 42 и 44. Следовательно, когда ротор 8 поворачивается, один паз 22, который перемещается от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4, имеет коммуникацию с другим пазом 22, который перемещается от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6 посредством соответствующих уравнивающей трубки и коммуникационных каналов, вследствие чего соответствующие внутренние давления этих двух пазов 22 становятся равными. Таким образом, внутренне давление паза 22, перемещающегося от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4, поэтапно уменьшается и в противоположность этому внутреннее давление паза 22, перемещающегося от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6, поэтапно увеличивается.

Как упоминалось выше, угловые положения ротора, где каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34 отдельно соединяются с пазами 22, отличаются от угловых положений, где каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40 отдельно соединяются с пазами 22. Следовательно, когда ротор 8 поворачивается, каждый паз 22 стороны сброса давления, перемещающийся от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4, подвергается двум циклам сброса давления для каждой уравновешивающей трубки, в то время как каждый паз 22 стороны повышения давления, перемещающийся от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6, подвергается двум циклам повышения давления для каждой уравновешивающей трубки.

Таким образом, когда ротор 8 поворачивается, каждый паз 22 стороны сброса давления соединяется с двумя пазами 22 стороны повышения давления посредством одной уравновешивающей трубки. Каждый паз 22 стороны сброса давления соединяется с каналом регулирования давления 40 прежде, чем он соединяется с впускным отверстием 4, и каждый паз 22 стороны повышения давления соединяется с каналом регулирования давления 34 прежде, чем он соединяется с выпускным отверстием 6.

Таким образом, в случае клапана согласно настоящему изобретению, который снабжен двумя уравнивающими трубками 42 и 44, каждый паз 22 стороны сброса давления подвергается в общем пяти циклам сброса давления, когда он перемещается от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4, и каждый паз 22 стороны повышения давления также подвергается в общем пяти циклам повышения давления, когда он перемещается от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6. В таком случае давление в каждом пазу 22 стороны сброса давления уменьшается в течение пяти этапов сброса давления, в то время как давление в каждом пазу 22 стороны повышения давления увеличивается в течение пяти этапов повышения давления.

Следовательно, непосредственно перед тем, как паз 22_D1 стороны сброса давления соединяется с каналом регулирования давления 40, его внутреннее давление уменьшается до 1/5 давления P_H в выпускном отверстии 6, как показано на фиг. 5. После того, когда паз 22_D1 соединяется с соединительной трубкой 46 через канал 40, его внутреннее давление P_H/5 уменьшается до 0.

С другой стороны, непосредственно перед тем, как паз 22_U1 стороны повышения давления соединяется с каналом регулирования давления 34, его внутреннее давление увеличивается от 0 до 4P_H/5. После того, когда паз 22_U1 соединяется с резервуаром высокого давления через канал 34 и соединительную трубку 48, его внутреннее давление P_H/5 увеличивается от 4P_H/5 до P_H.

В положении, показанном на фиг. 5, пазы стороны сброса давления 22_D2 и 22_D3, которые следуют после паза 22_D1 в направлении поворота ротора 8, соединяются с коммуникационными каналами 38 и 36 соответственно. Подобным образом, пазы стороны повышения давления 22_U2 и 22_U3, которые следуют после паза 22_U1, соединяются с коммуникационными каналами 32 и 30 соответственно. Соответственно, пазы 22_D2 и 22_D3 соединяются с пазами 22_U2 и 22_U3 посредством уравновешивающих трубок 42 и 44 соответственно так, чтобы уравнивались соответствующие внутренние давления связанных друг с другом пазов 22 стороны сброса давления и стороны повышения давления.

Полагая, что ротор 8 в положении, показанном на фиг. 5, поворачивается назад на некоторый угол, обратив внимание на паз 22_D2 стороны сброса давления и паз 22_U3 стороны повышения давления, можно понять, что паз 22_U3 соединяется с пазом 22_D1 посредством уравновешивающей трубки 42 непосредственно перед тем, как он соединится с пазом 22_D1 посредством уравновешивающей трубки 42. Соответственно внутреннее давление паза 22_U3 увеличивается от 0 до P_H/5, подобного уровня, который имеет паз 22_D1 непосредственно перед тем, как паз 22_U3 соединяется с пазом 22_D2. Следовательно, когда паз 22_U3 снова соединяется с пазом 22_D2 посредством подобной уравновешивающей трубки 42, его внутреннее давление дополнительно увеличивается. Более конкретно, внутреннее давление паза 22_U3 увеличивается от P_H/5 до 2P_H/5. Это указывает на то, что внутреннее давление паза 22_D2 уменьшается от 3P_H/5 до 2P_H/5.

Подобное применимо к комбинации паза 22_D3 стороны сброса давления и пазу стороны повышения давления 22_U2. Непосредственно перед тем, как паз 22_U2 начинает соединяться с пазом 22_D3 посредством уравновешивающей трубки 44, он соединяется с пазом 22_D2 посредством той же уравновешивающей трубки 44 так, что внутреннее давление паза 22_U2 находится на том же уровне, что и в пазу 22_D2. Таким образом, когда паз 22_U2 снова соединяется с пазом 22_D3 посредством уравновешивающей трубки 44, после этого его внутреннее давление увеличивается от 3P_H/5 до 4P_H/5, в то время как внутреннее давление паза 22_D3 уменьшается от P_H до 4P_H/5.

Когда ротор 8 поворачивается из положения фиг. 5 в положение, показанное на фиг. 6, каналы стороны повышения давления 30, 32 и 34 закрываются соответствующими уплотнениями лопастей 24 ротора 8, в то время как каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40 открыты. В этот момент времени, следовательно, уравнивание давления между пазами стороны повышения давления и стороны сброса давления 22_D и 22_U прекращается.

Когда ротор 8 дополнительно поворачивается из положения фиг. 6 в положение, показанное на фиг. 7, после этого паз 22_D3 стороны сброса давления соединяется с пазом 22_U3 стороны повышения давления посредством уравнивающей трубки 44 и паз 22_D2 соединяется с пазом 22_U4 стороны повышения давления, который непосредственно следует за пазом 22_U3, посредством уравнивающей трубки 42. Таким образом, пазы 22_D2 и 22_D3 снова подвергается сбросу давления через те же уравнивающие трубки 42 и 44 соответственно, в то время как паз 22_U3 снова подвергается повышению давления.

Как показано на фиг. 7, на стороне сброса давления соответствующие внутренние давления пазов 22_D2 и 22_D3 уменьшаются, соответственно, от 2P_H/5 до P_H/5 и от 4P_H/5 до 3P_H/5. На стороне повышения давления остаточные внутренние давления пазов 22_U3 и 22_U4 увеличиваются, соответственно, от 2P_H/5 до 3P_H/5 и от 0 до P_H/5. Паз 22_U2, который предшествует пазу 22_U3 соединяется с каналом регулирования давления 34 и его внутреннее давление увеличивается от 4P_H/5 до P_H.

Когда ротор 8 поворачивается из положения фиг. 7 в положение, показанное на фиг. 8, каналы стороны сброса давления 36, 38 и 40 закрываются соответствующими уплотнениями лопаток 24 ротора 8, в то время как каналы повышения давления 30, 32 и 34 открыты. В этот момент времени уравнивание давления между пазами 22_D и 22_U стороны повышения давления и сброса давления прекращается.

Когда ротор 8 продолжает поворот, после этого отдельные пазы 22 перемещаются так, чтобы положения или процессы, показанные на фиг. 5 - 8, последовательно повторялись. Следовательно, когда ротор 8 поворачивается, соответствующие внутренние давления пазов стороны повышения давления 22_U, перемещающихся от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6, последовательно поэтапно увеличиваются, в то время как соответствующие внутренние давления пазов стороны сброса давления 22_D, перемещающихся от выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4, последовательно поэтапно уменьшаются.

Для лучшего понимания упомянутого выше уравнивания давления, на фиг. 9, 10 и 11 в целесообразном виде поясняется устройство клапана так, чтобы пазы стороны повышения давления были обращены индивидуально к пазам стороны сброса давления. В этом случае пазы стороны повышения давления и стороны сброса давления представляются двигающимися прямо в противоположном направлении, когда ротор 8 поворачивается. На фиг. 9 - 11 штрих-пунктирными линиями показано, что пазы повторно перемещаются от стороны повышения давления к стороне сброса давления и от стороны сброса давления к стороне повышения давления, когда ротор 8 поворачивается.

На фиг. 9 следует, что два паза стороны сброса давления и два паза стороны повышения давления, соответствующие друг другу, уравниваются в давлении. В этом случае перепад давления между соседними пазами составляет 2P_H/5. Это состояние эквивалентно положению, показанному на фиг. 7.

Когда ротор 8 поворачивается из положения фиг. 9 в положение фиг. 11 через уравнение конечного состояния, показанного на фиг. 10, паз стороны сброса давления при давлении 3P_H/5 и паз стороны повышения давления при давлении P_H/5 соединяются друг с другом так, что соответствующие внутренние давления этих пазов уравниваются при давлении 2P_H/5. С другой стороны, паз стороны сброса давления при давлении P_H и паз стороны повышения давления при давлении 3P_H/5 соединяются друг с другом так, что соответствующие внутренние давления этих пазов уравниваются при 4P_H/5.

Когда ротор 8 дальше поворачивается, после этого он перемещается вперед из положения фиг. 11 в положение уравненного давления фиг. 8 через уравнивание конечного состояния. Вследствие этого, когда ротор 8 поворачивается, упомянутое выше уравнивание давления повторяется.

Ниже описывается вид применения описанного выше устройства клапана.

Когда ротор 8 поворачивается, материал, поданный через впускное отверстие 4 корпуса ротора 2, принимается пазом 22, который соединяется с впускным отверстием 4. Поскольку внутреннее давление паза 22, связанного с впускным отверстием 4, равно атмосферному давлению, материал может спокойно подаваться через впускное отверстие 4 в паз 22.

Когда ротор 8 поворачивается, материал, принятый пазом 22, транспортируется к выпускному отверстию 6.

В процессе транспортирования материала внутреннее давление каждого паза 22 поэтапно увеличивается, как упоминалось выше, и становится равным давлению в выпускном отверстии 6, непосредственно перед достижением выпускного отверстия 6. Следовательно, когда паз, имеющий принятый материал, соединяется с выпускным отверстием 6, материал подается из паза 22 в резервуар высокого давления через впускное отверстие 6 с помощью силы тяжести.

После этого пустой паз 22, прошедший выпускное отверстие 6, перемещается в направлении впускного отверстия 4. В процессе этого движения внутреннее давление паза 22 поэтапно уменьшается до уровня атмосферного давления и паз снова соединяется с впускным отверстием 4. Таким образом, при использовании устройства поворотного клапана такой конструкции резервуар высокого давления может быть уплотненным под давлением, когда в него непрерывно подается материал.

Как следует из описания со ссылкой на фиг. 5 - 8 и фиг. 9 - 11, каждый паз 22 устройства клапана подвергается пяти циклам уравнивания давления в каждом из процессов перемещения от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 6 и из выпускного отверстия 6 к впускному отверстию 4 посредством двух уравнивающих трубок 42 и 44. Следовательно, давление на сторону резервуара регенерации через канал регулирования давления 40, т.е. давление регенерации газа, может быть, как упоминалось выше, уменьшено от P_H до P_H/5.

В случае обычного устройства клапана, в котором каждый паз стороны повышения давления 22_U соединяется только с одним пазом стороны сброса давления 22_D посредством каждой уравнивающей трубки, когда ротор 8 поворачивается, каждый паз стороны повышения давления или стороны сброса давления подвергается в общем только трем циклам уравнивания давления. Следовательно, в этом случае давление регенерации может быть уменьшено только от P_H до P_H/3.

Таким образом, в соответствии с устройством клапана настоящего изобретения, давление регенерации может быть уменьшено до 3/5 давления обычного устройства клапана. Подобным образом, подача давления, прикладываемого к каждому пазу 22 через канал регулирования давления 34, уменьшается до 3/5 подачи обычного устройства.

Следовательно, в соответствии с устройством клапана настоящего изобретения потеря давления, прикладываемого со стороны резервуара высокого давления, т.е. скорость потока газа через устройство, может быть существенно уменьшена так, что нагрузки на резервуар регенерации и бустерный насос могут быть значительно сокращены.

Когда каждый паз стороны повышения давления соединяется с каждым пазом стороны сброса давления через каждую уравновешивающую трубку или, кроме того, когда каждый паз стороны повышения давления соединяется с каналом регулирования давления 34, перепад давления между соединяемыми частями может быть сделан меньше, чем в обычном случае. Следовательно, когда каждый канал стороны повышения давления открывается, может быть уменьшено воздействие газового потока на каждое уплотнение соответствующей лопасти.

На каждом чертеже фиг. 5 - 11 величины давления в отдельных пазах, подвергаемые уравниванию, вычисляются при допущении, что емкость каждой уравнивающей трубки равна 0, и что газ в резервуаре высокого давления является идеальным газом, давление которого уравнивается идеальным образом. Следовательно, фактические величины давлений, получаемые, принимая во внимание емкость уравнивающей трубки, неточно согласуются с иллюстрируемыми величинами. Однако путем точного установления емкости уравнивающей трубки, принимая во внимание время, требуемое для уравнивания давления, фактические величины давления в отдельных пазах 22 могут быть аппроксимированы до иллюстрируемых величин.

В таблице показаны изменения давления в уравнивающих трубках 42 и 44, наблюдаемые, когда устройство клапана работает при различных отношениях емкости трубок 42 и 44 и каждого паза 22.

В таблице V_k и V_p - емкости каждой уравнивающей трубки и емкость каждого паза 22 соответственно, а цифровые значения приведены в зависимости от показаний манометра.

Как следует из таблицы, давление в соединительной трубке 48 составляет 15 кг/квадратный сантиметр, что указывает на то, что давление в резервуаре высокого давления сохраняется при этой величине.

Как очевидно из приведенного выше описания, уравновешивающие трубки 42 и 44 используются отдельно для двух циклов уравнивания давления для каждого паза 22 стороны повышения давления и стороны сброса давления, так что их соответствующие внутренние давления изменяются в два этапа. Таким образом, в таблице показано, что давление в трубке 42 принимает величину p1 или p2, в то время как давление в трубке 44 принимает величину p3 или p4.

Более конкретно, как показано на фиг. 9 и 11, в уравнивающей трубке 42 попеременно развивается давление P_H/5 и 2P_H/5. В том случае, когда отношение емкости V_k/V_p составляет 0,5, P_H/5 равно 3,46 кг/квадратный сантиметр, а 2P_H/5 равно 3,46 кг/квадратный сантиметр. Подобным образом, давления 3P_H/5 и 4P_H/5 попеременно развиваются в уравнивающей трубке 44. В этом случае 3P_H/5 равно 9,23 кг/квадратный сантиметр, а 4P_H/5 равно 11,5 кг/квадратный сантиметр.

В таблице также показаны изменения давления в уравновешивающих трубках 42 и 44, наблюдаемые, когда отношение емкости V_k/V_p равно 0, и давления в уравновешивающих трубках, получаемые, когда каждая уравнивающая трубка используется в одном цикле уравнивания давления для каждого паза, как в обычном случае.

Как следует из таблицы, когда отношение емкости увеличивается, давления p1 и p3 в уравнивающих трубках 42 и 44 склонны увеличиваться, в то время как давления p3 и p4 склонны уменьшаться. Однако упомянутые выше преимущества могут быть полностью реализованы путем ограничения отношения емкости V_k/V_p до заданной величины или ниже.

Необходимо понять, что настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом воплощения, и что специалистом в этой области техники могут быть выполнены различные изменения и модификации без отклонения от объема или духа настоящего изобретения. Например, число уравнивающих трубок не ограничивается двумя и в альтернативных случаях составляет одну или три или более.

Устройство клапана в соответствии с описанным выше вариантом воплощения используется для подачи материала со стороны меньшего давления, например, стороны атмосферы, в резервуар высокого давления. Однако в противоположность этому настоящее устройство может быть применено для выгрузки материала из резервуара высокого давления в сторону малого давления. В этом случае, как показано на фиг. 12, устройство клапана фиг.3 располагается перевернутым так, что выпускное отверстие 6 на нижней стороне открывается в атмосферу, а коммуникационные каналы стороны сброса давления и стороны повышения давления 38 и 32 смещаются на угол альфа в направлении выпускного отверстия 6 от горизонтальной плоскости, которая содержит ось ротора 8.

Устройство поворотного клапана содержит корпус ротора, имеющий впускное и выпускное отверстие, ротор, установленный в корпусе ротора с возможностью поворота, множество пазов, расположенных с равномерными интервалами в окружном направлении внешней периферийной поверхности ротора и приспособлений быть последовательно соединенными с впускным отверстием и выпускным отверстием корпуса ротора, два коммуникационных канала, расположенных в отдельных областях, простирающихся от впускного отверстия к выпускному отверстию корпуса ротора и от выпускного отверстия к впускному отверстию соответственно в направлении вращения ротора, и трубки уравнивания давления для соединения одного коммуникационного канала в одной области с соответствующим коммуникационным каналом в другой области. Когда ротор поворачивается, пазы, перемещающиеся от впускного отверстия к выпускному отверстия к выпускному отверстию, и пазы, перемещающиеся от выпускного отверстия к впускному отверстию, подвергаются двум циклам уравнивания давления посредством одной и той же уравнивающей трубки. Настоящее изобретение обеспечивает устройство поворотного клапана, в котором скорость газового потока может быть уменьшена без увеличения числа уравнивающих трубок или коммуникационных каналов. 8 з.п. ф-лы, 12 ил, 1 табл.

1. Поворотный клапан, состоящий из корпуса (2) ротора, включающего выполненное в нем роторное, впускное отверстие (4) для соединения с одной стороной давления, не являющейся стороной высокого и низкого давления, выпускное отверстие (6), смещенное относительно впускного отверстия в окружном направлении роторного отверстия и соединяемое с другой стороной давления, первый коммуникационный канал (30), расположенный в первой области, простирающейся от впускного отверстия (4) к выпускному отверстию (6), и второй коммуникационный канал (38), расположенный во второй области, простирающейся от выпускного отверстия (6) до впускного отверстия (4) по отношению к окружному направлению роторного отверстия, причем каждый коммуникационный канал (30, 38) имеет два противоположных конца, ротор (8), установленный с возможностью вращения в роторном отверстии корпуса (2) ротора, причем ротор (8) включает вал, внешнюю периферийную поверхность и множество пазов (22), расположенных с равномерными интервалами по окружности на внешней периферийной поверхности, причем пазы (22) могут при повороте ротора перемещаться для соединения с впускным отверстием (4), выпускным отверстием (6) и одним концом каждого коммуникационного канала (30), (38) отдельно, соединительное средство (42) для соединения соответствующих других концов первого и второго коммуникационных каналов (30, 38), друг с другом, первое средство подачи (40, 46) для подачи к каждому пазу (22) давления, равного давлению во впускном отверстии (4) непосредственно перед тем, как паз (22) соединяется с впускным отверстием (4), когда ротор (8) поворачивается, и второе средство подачи (34, 48) для подачи к каждому пазу (22) давления, равного давлению в выпускном отверстии (6), непосредственно перед тем, как паз (22) соединяется с выпускным отверстием (6), когда ротор (8) поворачивается, отличающийся тем, что дополнительно включает средство уравнения давления, чтобы дать возможность соединительному средству последовательно соединять каждый паз (22) на одной стороне, соответствующей первым пазам (22_U), перемещающимся от впускного отверстия (4) к выпускному отверстию (6), или вторым пазом (22_D), перемещающимся от выпускного отверстия (6) к впускному отверстию (4), с примыкающими пазами на другой стороне, когда ротор (8) поворачивается. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что средство для уравнивания давления образуются путем расположения первого и второго коммуникационных каналов (30, 38) таким образом, что примыкающие вторые пазы (22_D) последовательно соединяются с одним (38) из коммуникационных каналов, в то время как один из первых пазов (22_U) соединяется с другим коммуникационным каналов (30), когда ротор (8) поворачивается. 3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что дополнительно содержит средства уплотнения (24, 26, 28) для герметического уплотнения периферии каждого паза (22) ротора (8). 4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что корпус (2) ротора дополнительно включает в себя пару боковых камер (18, 20), образованных отдельно на обеих сторонах ротора (8) по его оси и к которым прикладывается заданное давление, роторное отверстие ротора (8) поддерживается для перемещения в осевом направлении и имеет концевой торец малого диаметра, к которому прикладывается давление одной из боковых камер (18, 20) и концевой торец большего диаметра, который имеет поверхность для восприятия давления больше, чем поверхность концевого торца малого диаметра, и к которому прикладывается давление из другой боковой камеры. 5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что к паре боковых камер (18, 20) подводится давление, равное максимальному давлению, подаваемому в пазы (22) ротора (8). 6. Клапан по п.2, отличающийся тем, что каждый коммуникационный канал (30, 38) имеет в себе сетчатый экран (41). 7. Клапан по п.2, отличающийся тем, что первое средство подачи содержит первый канал регулирования давления (40), образованный в корпусе (2) ротора, причем первый канал регулирования давления (40) имеет один конец, соединенный с одной стороной давления, не являющейся стороной высокого и низкого давления, и другой конец, соединяемый с пазами (22) ротора (8), а второе средство подачи включает в себя второй канал регулирования давления (34), образованный в корпусе (2) ротора, причем второй канал регулирования давления (34) имеет один конец, соединенный с другой стороной давления, не являющейся стороной высокого и низкого давления, и другой конец, соединяемый с пазами (22) ротора (8). 8. Клапан по п.2, отличающийся тем, что соединительное средство включает уравнивающую трубку (42), соединяющую соответствующие другие концы первого и второго коммуникационных каналов (30, 38). 9. Клапан по п.2, отличающийся тем, что корпус (2) ротора дополнительно включает в себя третий и четвертый коммуникационные каналы (32, 36), расположенные в первой и второй области корпуса (2) ротора, соответственно, и тем, что дополнительно включает в себя второе соединительное средство (44) для соединения третьего и четвертого коммуникационных каналов (32, 36) друг с другом, и второе уравнивающее давление средство, чтобы дать возможность второму соединительному средству (44) последовательно соединить каждый паз (22) на одной стороне, соответствующей первым или вторым пазам (22_U и 22_D) с примыкающими пазами на другой стороне, когда ротор (8) поворачивается.