КОРПУС ГАЗОВОГО ИЛИ ПОДОБНОГО КЛАПАНА Российский патент 2000 года по МПК F16K41/12 F16K27/00 F16J15/16 

Изобретение относится к корпусу газового или подобного клапана, содержащему первую деталь, соединенную с второй деталью с размещением между ними упругого уплотнительного элемента, при этом каждая деталь корпуса имеет по существу кольцевую контактную поверхность, в которую упирается уплотнительный элемент. Возможно применение корпусов этого типа для узлов регулирования текучей среды и узлов подвода энергии текучей среды, при этом в них может иметь место разница давлений в пространстве внутри корпуса и окружающей атмосферы. Соответственно, используемый здесь термин "газовый клапан" должен рассматриваться в качестве примера такого узла.

Корпус такого типа содержит две или более корпусные детали, которые вместе должны образовывать непроницаемую для газа или жидкости оболочку узла. Поэтому очень важно, чтобы уплотнительный элемент обеспечивал возможность создания надлежащего уплотнения между деталями корпуса. Кроме того, уплотнение должно быть достаточно надежным, чтобы даже при менее квалифицированной установке оно могло отвечать всем необходимым требованиям.

При использовании обычного уплотнения, когда две контактные поверхности, между которыми помещен упругий уплотнительный элемент, сжаты вместе, величина силы сжатия определяет качество уплотнения, и часто очень сложно удостовериться, что приложена необходимая сила сжатия, в особенности когда операция сборки должна осуществляться без применения каких-либо специальных инструментов.

Уплотнительный элемент и/или любая одна или обе контактные поверхности могут иметь такую форму, что в месте расположения последних только часть контактной поверхности находится в контакте с частью поверхности уплотнительного элемента, причем две контактные поверхности удерживаются на заданном расстоянии друг от друга соединительными средствами, так что имеет место только местная деформация части уплотнительного элемента, расположенной между контактными поверхностями. Пространство между контактными поверхностями не полностью заполнено частями уплотнительного элемента, поэтому эти поверхности прижаты друг к другу с относительно небольшим усилием, причем уплотнительный элемент деформирован только частично. Небольшая разница в зазорах между контактными поверхностями может быть легко компенсирована уплотнительным элементом, причем сила сжатия контактных поверхностей не изменяется.

В патенте ФРГ DE-C-813.161 описаны две детали корпуса с разнесенными на некоторое расстояние контактными поверхностями и уплотнительный элемент в виде мембраны.

В заявке на европейский патент EP-A-O 297 260 описан узел регулирования текучей среды, содержащий первую деталь корпуса, соединенную с второй деталью с размещением между ними упругого уплотнительного элемента, при этом каждая деталь корпуса имеет по существу кольцевую контактную поверхность, в которую упирается уплотнительный элемент. Уплотнительным элементом является мембрана, а две детали корпуса прижаты друг к другу силой сжатия кольцевого зажимного устройства, которое с наружной стороны взаимодействует с обеими деталями корпуса.

Целью изобретения является обеспечение точной фиксации двух деталей корпуса относительно друг друга, достигаемой простым и надежным способом с обеспечением надлежащего надежного уплотнения между этими деталями.

Для достижения этой цели две детали корпуса удерживаются на заданном расстоянии друг от друга соединительными средствами, содержащими зажимное соединение, причем при фиксации указанных деталей друг относительно друга пружинный зажим взаимодействует с частями первой детали корпуса, а также с частями второй детали корпуса. Предпочтительно зажим выполнен в виде по существу кольцевого металлического стержня с круглым поперечным сечением, установленного с возможностью упора в стопорные поверхности первой и второй деталей корпуса, ориентированные радиально.

В соответствии с другим аспектом изобретения одна деталь корпуса вблизи своей контактной поверхности имеет канавку, которая открыта в радиальном наружном направлении, внутри которой может быть размещен зажим и которая в нескольких местах имеет выемки, которые проходят за зажимом и в которые могут проходить соединительные части другой детали корпуса, имеющие часть в форме крюка, выполненную с возможностью перемещения зажима с преодолением его силы упругости при пристыковке деталей корпуса друг к другу и имеющую стопорную поверхность, упирающуюся в зажим, в результате чего разъединение деталей корпуса предотвращено. Таким образом максимальный зазор между контактными поверхностями задан, в то время как они удерживаются в своих относительных положениях усилием уплотнительного элемента, разжимающего контактные поверхности. Эта конструкция зажимного соединения более подробно рассмотрена в виде одного из вариантов выполнения.

Для обеспечения возможности точной установки обеих деталей корпуса друг относительно друга в соответствии с другим аспектом изобретения соединительные части с внутренней радиальной стороны имеют цилиндрическую стопорную поверхность, окружающую цилиндрическую поверхность одной детали корпуса при нахождении указанных деталей корпуса в соединенном положении.

Изобретение также относится к узлам, снабженным рассмотренным выше корпусом, и к способу соединения двух деталей корпуса друг с другом, определенному в формуле изобретения. Другие свойства изобретения, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в различных комбинациях друг с другом, описаны со ссылками на чертежи 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 вид газового клапана в разобранном виде;
фиг. 5 изображает альтернативный вариант главной части клапана;
фиг. 6 изображает часть разреза, обозначенную на фиг. 5 цифрой VI;
фиг. 7 изображает второй вариант выполнения газового клапана;
фиг. 8 изображает часть разреза, обозначенную на фиг. 7 цифрой VIII;
фиг. 9 изображает разрез главной части клапана второго варианта выполнения;
фиг. 10 изображает часть разреза, обозначенную на фиг. 9 цифрой X;
фиг. 11 и 12 изображают виды главной части клапана второго варианта выполнения в аксонометрии; и
фиг. 13 изображает часть разреза другого варианта выполнения изобретения.

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 рассматриваемом варианте выполнения указанные средства содержат внутреннюю резьбу в отверстиях 3, 4, так что возможно завинчивание конца трубы с наружной резьбой в указанные отверстия. Путем соответствующего выбора соответствующего типа резьбы или размещения между ними уплотнительного элемента может быть получено необходимое газонепроницаемое уплотнение.

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, но 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, в результате чего 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 фиг. 1, а на фиг. 3 - вид этого клапана сверху.

Элемент 5 прикреплен к мембране 7, а именно мембрана 7 закреплена во внешней радиальной канавке элемента 5. Для этого мембрана 7 имеет в своей центральной части круглое отверстие, кромка которого заходит в канавку 12. Закрепление в канавке 12 мембраны 7, изготовленной из упругого материала, возможно за счет ее деформации. Кроме того, для обеспечения возможности размещения элемента 5 без расширения отверстия в мембране 7 это отверстие может быть достаточно большим, в результате чего элемент 5 расположен на мембране 7 с некоторым зазором.

Так как крепление мембраны между корпусом 1 и крышкой 2 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. 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. Как более подробно показано на фиг. 13, фиксация и уплотнение мембраны может осуществляться за счет того, что корпус 1 и/или крышка 2 снабжены одной или несколькими кромками 13, 14, которые 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, как показано, в частности, на фиг. 4. Зажим 15 удерживается внутри канавки 16, по меньшей мере одна боковая сторона которой образует радиальную стопорную поверхность. Крышка 2 имеет соединительную часть 17, которая также разделена на три сегмента окружности и может проходить за зажимом 15 при установке крышки 2 на корпус 1. Соединительная часть 17 имеет часть 12 в форме крюка, имеющую наклонную поверхность, расположенную с возможностью выталкивания зажима 15 с преодолением его силы упругости при прижатии крышки 2 к корпусу 1. Часть 17 также содержит радиально ориентированную стопорную поверхность, упирающуюся в зажим 15 при нахождении крышки 2 в положении, в котором она установлена на корпусе 1. С внутренней стороны три части соединительной части 17 образуют части цилиндрической стопорной поверхности, расположенной с возможностью упора в соответствующие части корпуса 1, так что крышка 2 определенным образом расположена по отношению к корпусу 1.

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. При использовании рассмотренного выше зажимного соединения крышка 2 может быть установлена на корпусе 1 и снята с него вручную без использования специальных инструментов с сохранением надлежащего уплотнения. Уплотняющее действие элемента 7 сохраняется в результате его слабой деформации.

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.

На фиг. 5 изображен еще один вариант выполнения элемента 5 и мембраны 7, которая содержит кольцевую кромку, выполненную с буртиками 21, как показано в увеличенном масштабе на фиг. 6. Буртики 21 проходят на любой стороне мембраны 7, в поперечном сечении имеют форму конуса, направленного от мембраны, и наклонены в направлении центральной оси элемента 5, так что давление газа внутри корпуса 1 прижимает буртики 21 к частям корпуса 1 и крышки 2 с образованием при наличии мембраны 7 между указанными частями уплотнения, как рассмотрено более подробно ниже со ссылкой на фиг. 8.

На фиг. 7 показан второй вариант выполнения газового клапана, в котором 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. 8 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.

Мембрана 7 таким образом размещена с некоторым наклоном. Так как буртики 21 в поперечном сечении имеют форму конуса, направленного от мембраны 7, и проходят с наклоном в сторону элемента 5 (см. также фиг. 10), то при фиксации деформация такова, что уплотняющее действие буртиков 21 усилена за счет давления газа внутри главной части клапана. Сила, с которой корпус 1 и крышка 2 прижаты друг к другу, может таким образом оставаться ограниченной с обеспечением возможности присоединения корпуса 1 к крышке 2 вручную без использования каких-либо дополнительных средств. Кроме того, на уплотняющее действие не влияют небольшие изменения зазора между корпусом 1 и крышкой 2, в результате чего возможно использование рассмотренного выше зажимного соединения без каких- либо проблем.

На фиг. 9 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. 10 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. 11 и 12 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.

Корпус предназначен для использования в аппаратах и устройствах, различных машинах и механизмах в энергетике и машиностроении. Корпус клапана содержит первую деталь, соединенную со второй деталью с размещением между ними упругого уплотнительного элемента, при этом каждая деталь корпуса имеет, по существу, кольцевую контактную поверхность, в которую упирается уплотнительный элемент. Уплотнительный элемент и/или любая одна или обе контактные поверхности имеют такую форму, что в месте расположения последних только часть контактной поверхности находится в контакте с частью поверхности уплотнительного элемента. Две детали корпуса удерживаются на заданном расстоянии друг от друга соединительными средствами, так что имеет место только местная деформация части уплотнительного элемента, расположенной между контактными поверхностями. Уплотнительный элемент снабжен, по меньшей мере, одним кольцевым буртиком, который упирается в контактную поверхность частью своей поверхности. Буртик может иметь в поперечном сечении форму конуса, направленного в сторону от поверхности уплотнительного элемента и наклоненного в направлении центральной оси кольца. Изобретение обеспечивает точную фиксацию деталей корпуса друг относительно друга с обеспечением надежного уплотнения между ними. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Корпус газового клапана или узла регулирования текучей среды, содержащей первую деталь (1, 2), соединенную с второй деталью (2, 1) с размещением между ними упругого уплотнительного элемента (7), при этом каждая деталь (1, 2) корпуса имеет по существу кольцевую контактную поверхность, в которую упирается уплотнительный элемент (7), отличающийся тем, что две детали (1, 2) корпуса удерживаются на заданном расстоянии друг от друга соединительными средствами (12, 15, 16, 17), содержащими зажимное соединение, причем при фиксации указанных деталей друг относительно друга пружинный зажим (15) взаимодействует с частями первой детали (1, 2) корпуса, а также с частями второй детали (2, 1) корпуса. 2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что зажим выполнен в виде по существу кольцевого металлического стержня с круглым поперечным сечением, установленного с возможностью упора в стопорные поверхности двух деталей (1, 2) корпуса, ориентированные радиально. 3. Корпус по п.2, отличающийся тем, что одна деталь (1) корпуса вблизи своей контактной поверхности имеет канавку (16), которая открыта в радиальном наружном направлении, внутри которой может быть размещен зажим (15) и которая в нескольких местах имеет выемки, которые проходят за зажимом (15) и в которые могут проходить соединительные части (17) другой детали (2) корпуса, имеющие часть (12) в форме крюка, выполненную с возможностью перемещения зажима (15) с преодолением его силы упругости при стыковке деталей (1, 2) корпуса друг к другу и имеющую стопорную поверхность, упирающуюся в зажим (15), в результате чего разъединение деталей (1, 2) корпуса предотвращено. 4. Корпус по п.3, отличающийся тем, что соединительные части (17) с внутренней радиальной стороны имеют цилиндрическую стопорную поверхность, окружающую цилиндрическую поверхность одной детали (1) корпуса при нахождении указанных деталей корпуса в соединенном положении. 5. Корпус по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (7) образует часть мембраны, расположенной в корпусе (1, 2).