ГАЗОВЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ПОДАЧИ ГАЗОВОГО ИМПУЛЬСА Российский патент 2000 года по МПК F16K31/385 

Изобретение относится к газовому клапану, содержащему корпус с входным и выходным отверстиями для газа, главную часть клапана, которая установлена с возможностью упора в седло клапана для закрытия газового клапана и содержит мембрану, закрепленную своей внешней кромкой в корпусе клапана таким образом, что с первой стороны, удаленной от седла клапана, образована регулирующая камера, соединенная дроссельным каналом с входным отверстием, и по меньшей мере часть второй стороны мембраны сообщается с входным отверстием, и клапанный элемент, который расположен центрально по отношению к мембране, который герметично пригнан к седлу клапана и размеры которого таковы, что расстояние между его частью, пригнанной к седлу, и частью, расположенной вблизи мембраны, больше половины внутреннего диаметра входного отверстия для газа, и средства выпуска газа из регулирующей камеры для открытия газового клапана под давлением газа из входного отверстия на вторую сторону мембраны, вызывающим перемещение главной части клапана в направлении от седла клапана. Возможно применение газового клапана этого типа в особенности для подачи газового импульса, при которой необходимо очень быстрое открытие клапана для обеспечения прохождения относительно большого объема газа за очень короткое время.

В заявке на патент США А-2,532,568 описан газовый клапан, главная часть которого содержит клапанный элемент, расположенный центрально по отношению к мембране и герметично пригнанный к седлу клапана, причем размеры этого элемента таковы, что расстояние между его частью, пригнанной к седлу, и частью, расположенной вблизи мембраны, больше половины внутреннего диаметра входного отверстия для газа. Следовательно, внутри клапана возможно наличие небольшого сопротивления потоку.

Газовые клапаны такого типа применяются, например для очистки пылевых фильтров, засорение которых пылью при эксплуатации увеличивают их сопротивление. Очистка такого пылевого фильтра может осуществляться путем подачи газового импульса в направлении, противоположном направлению обычного газового потока через этот фильтр. Поэтому является важным получение эффективного газового импульса при использовании минимального количества газа, что требует наличия газового клапана, обеспечивающего возможность очень быстрого открытия и быстрого прохода большого количества газа в течение очень короткого времени.

Целью изобретения является создание газового клапана, в особенности для подачи газового импульса, надежного и эффективного в работе и обеспечивающего возможность очень быстрого открытия и быстрого прохода большого количества газа в течение очень короткого времени.

В соответствии с изобретением практически весь клапанный элемент расположен на второй стороне мембраны, а главная часть клапана, содержащая мембрану и клапанный элемент, выполнена за одно целое из одного материала, предпочтительно из пластмассы. Главная часть клапана такого типа более подробно описана ниже со ссылкой на чертеж.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения главная часть клапана расположена по существу перед седлом клапана по ходу газа.

Такая конструкция обеспечивает возможность достижения максимальной пропускной способности при нахождении клапана в открытом положении, поскольку все пространство внутри главной части клапана пригодно для прохождения через него газа.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения вблизи седла клапана расположены направляющие средства, которые направляют перемещение клапанного элемента. В предпочтительном варианте выполнения направляющие средства выполнены в виде нескольких стержней, например трех, которые расположены соосно с главной частью клапана и между которыми может перемещаться эта часть или по меньшей мере нижняя часть клапанного элемента. В другом предпочтительном варианте выполнения мембрана по существу выполнена по меньшей мере частично в форме конуса, так что она имеет по существу стабильную форму при нахождении клапана в закрытом или по существу закрытом положении. На практике установлено, что мембрана сама по себе таким образом может направлять клапанный элемент, так что отсутствует необходимость в дополнительных направляющих средствах.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения кромка мембраны может иметь по меньшей мере один буртик, проходящий параллельно этой кромке, предпочтительно несколько буртиков, которые проходят на любой стороне мембраны и в поперечном сечении имеют форму конуса, сужающегося в наружном направлении.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения мембрана может быть закреплена вблизи ее внешней кромки между двумя деталями корпуса клапана, по меньшей мере одна из которых снабжена по существу кольцевой кромкой, выдавливающей канавку в поверхности мембраны. Предпочтительно каждая из указанных деталей содержит такую кромку, причем обе кромки являются концентрическими, но имеют различные диаметры.

Результатом фиксации мембраны между кромкой или кромками вместо фиксации между двумя параллельными поверхностями является, с одной стороны, создание необходимого уплотнения между деталями корпуса клапана и мембраной, и, с другой стороны, возможность менее критического прижатия деталей корпуса друг к другу. В соответствии с другим аспектом изобретения обеспечивается возможность соединения двух деталей корпуса клапана друг с другом посредством зажимного соединения, при использовании которого обе детали корпуса не сжаты вместе со значительным усилием, а закреплены на месте на некотором расстоянии друг от друга. В особенности применение указанных выше кромок, вдавливающихся в поверхность мембраны, обеспечивает возможность использования соединения такого типа между деталями корпуса клапана.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения одна из деталей корпуса клапана может содержать некоторое количество сегментов внешней кольцевой канавки, в которых установлен по существу кольцевой пружинящий зажим, а другая деталь корпуса клапана содержит соответствующее количество сегментов кольцевой кромки, расположенных между частями канавки с задней стороны зажима. Это рассмотрено более подробно ниже на примере.

Другие предпочтительные свойства изобретения, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в различных комбинациях друг с другом, более понятны из описания чертежей и определены в формуле изобретения.

Ниже рассмотрено несколько вариантов выполнения газового клапана со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает разрез газового клапана;
фиг. 2 изображает вид газового клапана сбоку;
фиг. 3 изображает вид газового клапана сверху;
фиг. 4 изображает часть разреза;
фиг. 5 изображает часть разреза, обозначенную на фиг. 1 цифрой VIII;
фиг. 6 изображает разрез главной части клапана;
фиг. 7 изображает часть разреза, обозначенную на фиг. 6 цифрой X; и
фиг. 8 и 9 изображают виды главной части клапана в аксонометрии.

На чертежах представлены лишь схематичные изображения вариантов выполнения изобретения, причем одни и те же детали на различных чертежах обозначены одинаковыми номерами.

На фиг. 1 показаны различные детали газового клапана в разрезе. Газовый клапан содержит корпус, состоящий из собственно корпуса 1 и крышки 2. Корпус 1 в свою очередь содержит входное 3 и выходное 4 отверстия для газа. Оба отверстия снабжены соединительными средствами, обеспечивающими возможность присоединения к ним газовых труб.

В положении, показанном на фиг. 1, газовый клапан закрыт, причем при нахождении газового клапана в таком положении клапанный элемент 5 упирается в седло 6 клапана, которое выполнено таким образом, что сопротивление газа при нахождении клапана в открытом положении минимально. Седло 6 предпочтительно имеет относительно большой радиус, и элемент 5 герметично пригнан к седлу таким образом, что кольцевая поверхность сопряжения между элементом 5 и седлом 6 лежит на конической поверхности.

Элемент 5 соединен с мембраной 7, закрепленной своей внешней кромкой между корпусом 1 и крышкой 2. Мембрана 7 является упругой в такой мере, что возможно поднятие элемента 5 от седла 6 для обеспечения свободного прохода газа от отверстия 3 к отверстию 4. Корпус 1 снабжен тремя направляющими стержнями 8 (показан только один), которые направляют элемент 5 при его перемещении.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 1, нижняя сторона мембраны 7 находится в непосредственном контакте с отверстием 3, так что давление подачи газа является преобладающим с этой стороны мембраны. На другой стороне мембраны 7 образована регулирующая камера 9, соединенная с входным отверстием дроссельным каналом 10. Кроме того, крышка 2 имеет соединительное отверстие 11, через которое регулирующая камера может быть соединена с блоком управления (не показан), установленным с возможностью закрытия отверстия 11, так что газ не может проходить через это отверстие, а также с возможностью обеспечения выпуска газа из камеры 9 через отверстие 11 для открытия газового клапана.

Газовый клапан, показанный на фиг. 1, работает следующим образом. В течение всего времени, когда проход газа через отверстие 11 закрыт, газовый клапан находится в закрытом положении, так как элемент 5 упирается в седло 6. Давление подачи газа в отверстии 3 таким образом выше давления газа в отверстии 4. Давление подачи газа является преобладающим не только в отверстии 3 и у нижней стороны мембраны 7, и также в камере 9, соединенной с входным отверстием для газа каналом 10. В течение всего времени, когда отверстие 11 закрыто, результирующая всех сил, воздействующих на мембрану и клапанный элемент, направлена вниз, в результате чего газовый клапан остается закрытым. Газовый клапан может быть открыт путем обеспечения выпуска газа из камеры 9 через отверстие 11, так что давление в камере 9 падает. Таким образом, результирующая сил, воздействующих на мембрану и клапанный элемент, направлена вверх. Количество газа, которое может подаваться через канал 10, является недостаточным для создания соответствующего давления в камере 9, поэтому давление подачи газа, преобладающее у нижней стороны мембраны 7, обеспечивает сохранение открытого положения клапана до тех пор, пока не прекращается выпуск газа через отверстие 11, тогда в результате подачи газа через канал 10 в камеру 9 в ней снова устанавливается давление, вызывающее закрытие газового клапана.

Блок управления, присоединенный к отверстию 11, может быть магнитным клапаном, непосредственно присоединенным к отверстию 11. Возможно также регулирование нескольких газовых клапанов центральным блоком управления, при этом к отверстию 11 подсоединена газовая трубка, идущая к этому блоку.

На фиг. 2 показан вид сбоку клапана, изображенного на фиг. 1, а на фиг. 3 - вид этого клапана сверху.

На фиг. 4 показан способ крепления мембраны 7 между корпусом 1 и крышкой 2. Так как указанное крепление осуществляется не в горизонтальной плоскости, а в немного наклонной, то, благодаря конической поверхности, мембране придан некоторый наклон, поддерживающий клапан в закрытом положении при отсутствии в нем перепада давления. Более того, на фиг. 4 показано, что мембрана 7 закреплена между корпусом 1 и крышкой 2 с некоторым зазором, то есть расстояние между корпусом 1 и крышкой 2 несколько больше толщины мембраны. Фиксация и уплотнение мембраны осуществляется за счет того, что корпус 1 снабжен кромкой 13, а крышка 2 - кромкой 14, причем кромки на небольшую глубину вдавлены в поверхность мембраны 7. Таким образом, при определенном положении крышки 2 по отношению к корпусу 1 имеют место соответствующие фиксация и уплотнение мембраны без прижатия крышки 2 к корпусу 1 с определенным усилием.

Крышка 2 присоединена к корпусу 1 посредством зажима 15, который по существу выполнен в виде упругого кольцевого стержня с круглым сечением. Зажим 15 установлен во внешней радиальной канавке 16 корпуса 1, которая содержит три сегмента окружности.

Таким образом, крышку 2 устанавливают на корпусе 1 простым, но очень эффективным способом, при котором зажим 15 сначала устанавливают на корпус 1, после чего крышку 2 могут передвинуть в нужное положение и защелкнуть нажатием вниз. Более того, крышка 2 может быть снята с корпуса 1 просто путем удаления зажима 15 при помощи отвертки, после чего крышка 2 может быть отсоединена от корпуса 1. Для удаления зажима 15 имеются выемки 18, в которые можно вставить наконечник отвертки.

Как понятно в особенности из фиг. 1, использование элемента 5 обеспечивает возможность центральной установки седла клапана в корпусе в нужном положении, в то время как для обеспечения минимального объема регулирующей камеры мембрана 7 может быть установлена вблизи крышки 2. Более того, использование клапанного элемента обеспечивает возможность достижения оптимальной пропускной способности для газа, поскольку возможен большой выбор формы седла клапана.

Главная часть клапана, содержащая мембрану 7 и элемент 5, выполнена за одно целое из одного материала, предпочтительно из пластмассы. Часть главной части клапана, образующая мембрану 7, имеет относительно тонкие стенки для обеспечения требуемой упругости, тогда как часть главной части клапана, образующая элемент 5, имеет более толстые стенки и кроме того снабжена ребрами 20 жесткости.

На фиг. 5 подробно показано, как круговая кромка мембраны 7 зажата между корпусом 1 и крышкой 2. Кромка мембраны 7, таким образом, расположена в полости, находящейся между корпусом 1 и крышкой 2, причем четыре буртика 21, по два на каждой стороне мембраны 7 вблизи ее кромки, немного деформированы, так что достигнута соответствующая фиксация мембраны.

На фиг. 6 показан разрез главной части 5,7 клапана, на котором видно, что по меньшей мере часть мембраны 7 в стабильном состоянии имеет по существу коническую форму. Так как главная часть 5,7 имеет более или менее стабильную форму при нахождении клапана в закрытом положении, то на практике установлено, что отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных средствах, таких как направляющие стержни 8, для направления элемента 5. Мембрана 7 обеспечивает направление элемента 5 при закрытии клапана.

На фиг. 7 показана кромка мембраны 7 с буртиками 21, по два на каждой стороне мембраны. Буртики 21 имеют в поперечном сечении предпочтительно наклонную и коническую форму. На фиг. 8 и 9 показаны виды главной части 5,7 клапана в аксонометрии, на которых ясно видны канал 10 и ребра 20.

Описанные выше варианты выполнения должны рассматриваться только в качестве примеров, поэтому для специалистов в данной области техники, изучающих настоящее изобретение, очевидно, что возможны различные варианты его использования.

Клапан предназначен для использования в энергомашиностроении и других отраслях. Клапан содержит главную часть, которая установлена с возможностью упора в седло клапана для закрытия газового клапана. Главная часть клапана содержит мембрану, закрепленную своей внешней кромкой в корпусе таким образом, что с первой стороны, удаленной от седла клапана, образована регулирующая камера, соединенная дроссельным каналом с входным отверстием. По меньшей мере, часть второй стороны мембраны сообщается с входным отверстием для газа, имеются средства выпуска газа из регулирующей камеры для открытия клапана под давлением газа из входного отверстия на вторую сторону мембраны. Главная часть клапана содержит также клапанный элемент, который центрально прикреплен к мембране, по существу расположен на ее второй стороне и герметично пригнан к седлу клапана. Изобретение обеспечивает надежность и эффективность в работе, быстрое открытие и быстрый проход большого количества газа. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Газовый клапан, содержащий корпус (1, 2) с входным (3) и выходным (4) отверстиями для газа, главную часть (5, 7) клапана, которая установлена с возможностью упора в седло (6) клапана для закрытия газового клапана и содержит мембрану (7), закрепленную своей внешней кромкой в корпусе (1, 2) клапана таким образом, что с первой стороны, удаленной от седла (6) клапана, образована регулирующая камера (9), соединенная дроссельным каналом (10) с входным отверстием (3), а по меньшей мере часть второй стороны мембраны (7) сообщается с входным отверстием (3), и клапанный элемент (5), который расположен центрально по отношению к мембране (7), который герметично пригнан к седлу (6) клапана и размеры которого таковы, что расстояние между его частью, пригнанной к седлу, и частью, расположенной вблизи мембраны (7), больше половины внутреннего диаметра входного отверстия (3) для газа, и средства выпуска газа из регулирующей камеры (9) для открытия газового клапана под давлением газа из входного отверстия (3) на вторую сторону мембраны, вызывающим перемещение главной части (5, 7) клапана в направлении от седла (6) клапана, отличающийся тем, что практически весь клапанный элемент (5) расположен на второй стороне мембраны (7), а главная часть (5, 7) клапана, содержащая мембрану (7) и клапанный элемент (5), выполнена за одно целое из одного материала. 2. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что главная часть (5, 7) клапана расположена по существу перед седлом (6) клапана по ходу газа. 3. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что вблизи седла (6) клапана расположены направляющие средства (8), которые направляют перемещение клапанного элемента (5). 4. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что мембрана (7) по существу выполнена по меньшей мере частично в форме конуса, так что она имеет по существу стабильную форму при нахождении клапана в закрытом или по существу закрытом положении. 5. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кромка мембраны (7) имеет по меньшей мере один буртик (21), проходящий параллельно этой кромке. 6. Газовый клапан по п.5, отличающийся тем, что буртики (21) проходят на любой стороне мембраны (7) и в поперечном сечении имеют форму конуса, сужающегося в наружном направлении. 7. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что мембрана (7) закреплена вблизи ее внешней кромки между двумя деталями (1, 2) корпуса клапана, по меньшей мере часть которых снабжена по существу кольцевой кромкой (13, 14), выдавливающей канавку в поверхности мембраны (7). 8. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанные две детали (1, 2) корпуса клапана соединены друг с другом посредством зажимного соединения (15, 16, 17). 9. Газовый клапан по п.8, отличающийся тем, что одна из указанных деталей (1) корпуса клапана содержит некоторое количество сегментов внешней кольцевой канавки (16), в которых установлен по существу кольцевой пружинящий зажим (15), а другая деталь (2) корпуса клапана содержит соответствующее количество сегментов кольцевой кромки (17), расположенных между частями канавки (16) с задней стороны зажима (15).