ПОДЪЕМНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2001 года по МПК F16K1/44 

Изобретение относится к подъемному клапану с седлом, взаимодействующим с запорным элементом, причем седло и запорный элемент расположены между двумя соединительными камерами.

Известны различные варианты подъемных клапанов этого типа, например клапаны, описанные в заявке на патент Германии DE 3615229 A1. В таких клапанах кольцевое седло окружает поперечное сечение кольцевого канала, которое полностью закрывается кольцевым запорным элементом, что обеспечивает заданную характеристику потока. Эти клапаны подходят для всех видов текучих сред, в особенности для жидкостей.

Изобретение основано на задаче создания подъемного клапана описанного во введении типа, в котором даже при малых подъемах запорного элемента обеспечен большой расход потока.

В соответствии с изобретением решение этой задачи обеспечено тем, что на обеих сторонах поперечного сечения узкого канала, сообщающегося с одной из соединительных камер, выполнены соответственно первое и второе седла клапана, запорный элемент взаимодействует с обоими седлами клапана, а обе зоны, прилегающие к тем сторонам двух седел клапана, которые противоположны поперечному сечению узкого канала, сообщаются с другой соединительной камерой.

Даже при малых подъемах запорного элемента достигается требуемый больший расход потока, так как текучая среда может вытекать поверх обоих седел клапана, первого и второго, то есть для потока доступны две зоны. Это также означает, что при определенном подъеме запорного элемента падение давления в подъемном клапане будет относительно низким. И, так как только часть запорного элемента, соответствующая поперечному сечению узкого канала, подвергается воздействию этого перепада давления, для подъемного перемещения достаточно относительно малых сил.

Выражение "поперечное сечение узкого канала" следует понимать как поверхность, для которой длина двух седел клапана кратна расстоянию между этими двумя седлами клапана. Предпочтительное отношение длины клапанов к расстоянию между ними составляет по меньшей мере 5, предпочтительно от 10 до 80, в особенности от 30 до 60. Предпочтительно расстояние между двумя седлами клапана является постоянным на всей их длине, однако оно может изменяться в указанном выше диапазоне отношений длины седел к расстоянию между ними.

Особенно предпочтительным является то, что поперечное сечение узкого канала выполнено кольцевым с образованием внешнего кольцевого седла клапана и внутреннего кольцевого седла клапана. При равных остальных внешних размерах это приводит к удвоению зоны вытекания потока.

Кроме того, предпочтительно поперечное сечение узкого канала образовано пазом. Вместо паза также может быть сквозная щель.

В особенно простом варианте выполнения запорный элемент имеет уплотнение, общее для обоих седел клапана.

Значительным преимуществом является то, что первое и/или второе седла (седло) клапана взаимодействуют (взаимодействует) с уплотняющим выступом. Такие уплотняющие выступы являются более гибкими, чем остальное уплотнение. Таким образом, они осуществляют плотное уплотнение с меньшей силой и к тому же открываются при малых разницах давления.

При использовании кольцевых седел клапана желательно, чтобы запорный элемент имел кольцевое уплотнение, имеющее уплотняющий выступ, выступающий радиально наружу, и уплотняющий выступ, выступающий радиально внутрь, причем эти уплотняющие выступы взаимодействуют соответственно с внешним седлом клапана и внутренним седлом клапана.

Предпочтительно торцевые кромки обоих седел клапана закруглены. Это снижает шум потока.

Также преимуществом является то, что оба седла клапана выполнены ступенчатыми, так что при малой нагрузке в направлении закрытия уплотняющие выступы опираются на первую ступень, а при большей нагрузке уплотнение в зоне крепления уплотняющего выступа опирается на вторую ступень. С увеличением нагрузки уплотнение смещается от первой ступени ко второй, что вызывает ограничение силы, действующей на уплотняющие выступы, в верхнем направлении.

В предпочтительном варианте выполнения два седла клапана рассогласованы по высоте, так что при закрывающем перемещении одно седло клапана закрывается первым, а затем закрывается другое седло. Таким образом, может быть достигнута изогнутая характеристика клапана, при которой увеличивающийся подъем запорного элемента вызывает сначала медленное, а затем более быстрое увеличение расхода потока.

Особенно рекомендуется использование подъемного клапана в качестве индикатора утечки, причем запорный элемент клапана в направлении, противоположном направлению потока, нагружен первой закрывающей пружиной, и имеется устройство, измеряющее подъем запорного элемента, для измерения расхода потока. Подъемный клапан открывается в зависимости от величины расхода. При относительно низком перепаде давления может открываться очень большая зона потока.

В предпочтительном варианте выполнения запорный элемент может быть нагружен второй закрывающей пружиной, которая удерживается в нерабочем положении противодействующим буртиком, выполненным с возможностью перемещения регулирующим устройством в положение, в котором освобождается указанная пружина. С помощью второй закрывающей пружины подъемный клапан можно держать гарантированно закрытым. Так как изолируемое давление действует только на кольцевую поверхность запорного элемента, достаточно второй закрывающей пружины с ограниченной силой, так что смещение противодействующего буртика возможно также с относительно малой силой.

При использовании клапана в качестве индикатора утечки предпочтительным является также то, что запорный элемент имеет измерительный ротор, который расположен во вспомогательном проточном канале, обходящем кольцевой паз, и к которому подсоединено устройство, измеряющее скорость, для измерения расхода. Так как подъемный клапан обеспечивает большие расходы уже с малыми подъемами запорного элемента, измерительный ротор служит для получения точных результатов также при малых расходах.

В предпочтительном варианте выполнения на измерительном роторе имеются отметки, регистрируемые измерительным устройством регистрации импульсов, определяющим скорость путем вычисления частоты импульсов и подъем запорного элемента путем вычисления отношения импульсов и пауз. Таким образом, измерение скорости и измерение подъема запорного элемента может выполняться очень простым способом.

Ниже изобретение описано на основе предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает продольный разрез предлагаемого подъемного клапана,
фиг. 2 изображает продольный разрез предлагаемого индикатора утечки, и
фиг. 3 изображает увеличенный вид зоны А седла клапана на фиг. 2.

Подъемный клапан, изображенный на фиг. 1, имеет корпус 1, имеющий соединительную камеру 2 со стороны впуска и соединительную камеру 3 со стороны выпуска. Между указанными камерами установлена вставка 4, на которой на конце кольцевого паза 5, сообщающегося с камерой 2, расположены внешнее седло 6 клапана и внутреннее седло 7 клапана. Открытый конец паза 5 образует поперечное сечение F узкого канала, при этом отношение между длиной внешнего седла 6 и расстоянием от внутреннего седла 7 достигает приблизительно 35. Запорный элемент 8, нагруженный возвратной пружиной 9, действующей в направлении открытия, установлен с возможностью направленного перемещения в дополнительной вставке 10, поворот которой обеспечивает возможность задания показателя k_v. Элемент 8 выполнен с возможностью осевого смещения регулирующим элементом (не показан) посредством стержня 11, ведущего наружу через сальник. Регулирующий элемент представляет собой, например, термостат, закрывающий клапан при увеличении наружной температуры.

Элемент 8 имеет кольцевое уплотнение 13, на котором отформованы выступающий радиально наружу внешний уплотняющий выступ 14, взаимодействующий с внешним седлом 6, и выступающий радиально внутрь внутренний уплотняющий выступ 15, взаимодействующий с внутренним седлом 7. Два седла 6 и 7 имеют закругленные торцевые поверхности. Кроме того, с камерой 3 сообщаются зона 16, расположенная снаружи внешнего седла 6, и через сквозные каналы 18 зона 17, расположенная в пределах внутреннего седла клапана.

Как показано стрелками 19, поток текучей среды в пазе 5 при нахождении клапана в открытом положении разделяется. Одна часть течет через отверстие, образованное между внешним седлом 6 и относящимся к нему уплотняющим выступом 14, непосредственно в зону 16 и, таким образом, в камеру 3. Другая часть течет через отверстие между внутренним седлом клапана и относящимся к нему уплотняющим выступом 15 через зону 17 и отверстия 18 в камеру 3. Даже небольшого подъема элемента 8 достаточно для обеспечения возможности прохождения больших расходов. Давление впуска действует на элемент 8 только в зоне паза 5, то есть на поверхности поперечного сечения F канала. Усилия, необходимые регулирующему устройству для смещения запорного элемента, соответственно малы.

Обычно уплотнение 13 состоит из эластомера или упругого пластика. Таким образом, отформованные на нем выступы 14 и 15 являются мягкими и гибкими и с малым усилием плотно прилегают к седлам 6, 7, поскольку они хорошо к ним подогнаны.

Соответствующие детали индикатора утечки, изображенного на фиг. 2 и 3, имеют номера позиций, увеличенные на 100.

Во-первых, задано отношение длины поперечного сечения F канала к расстоянию между седлами, составляющее около 45. Таким образом, малые подъемы запорного элемента обеспечивают возможность значительного потока.

Как можно видеть на фиг. 3, внутреннее седло 107 клапана смещено по высоте по отношению к внешнему седлу 106 клапана, так что закрывающее перемещение запорного элемента вводит сначала седло 107 во взаимодействие с уплотняющим выступом 115, а затем седло 106 - с уплотняющим выступом 114. Это способствует изогнутой характеристике клапана, так как в начале подъемного перемещения задействована только одна зона потока, а именно зона между седлом 106 и выступом 114, тогда как вторая зона между седлом 107 и выступом 115 открывается позднее.

Внешнее седло 106 и внутреннее седло 107 изготовлены в виде двух ступеней. Первая ступень 120, 121 образована кольцевым возвышением, а вторая ступень 122, 123 - внешним краем кольцевого паза 105. Выступы 114, 115 взаимодействуют с первой ступенью 120, 121, а зона крепления уплотняющих выступов на уплотнении 113 взаимодействует со второй ступенью 122, 123.

Во время нормальной работы запорный элемент 108 нагружен относительно слабой закрывающей пружиной 124. Тем самым допускается подъем элемента 108 в зависимости от расхода. Таким образом, подъемный клапан, соединенный с устройством, измеряющим подъем запорного элемента, которое описано ниже, может служить в качестве расходомера.

Более сильная закрывающая пружина 125 обычно удерживается вне взаимодействия с элементом 108 противодействующим буртиком 126, который удерживается вставкой 127, выполненной с возможностью регулирования стержнем 129 посредством регулирующего устройства. Регулирующее устройство может быть, например, выполнено в виде электродвигателя, но также может приводиться в действие вручную. Когда стержень 129 и вставка 127 перемещаются вверх, приводя таким образом в действие пружину 125, подъемный клапан закрывается под влиянием обеих пружин 124 и 125, что вызывает уплотнение обеих ступеней 120, 121 и 122, 123. В этом случае подъемный клапан служит в качестве блокировочного устройства.

В элементе 108 удерживается измерительный ротор 130, к которому из соединительной камеры 102 со стороны впуска через отверстие 131 поступает текучая среда, вытекающая в соединительную камеру 103 со стороны выпуска через канал 132. Отверстие 131, ротор 130 и канал 132 образуют вспомогательный проточный канал, который обходит паз 105 и, таким образом, подъемный клапан. Ротор 130 выполнен с возможностью вычисления малых расходов путем определения его скорости.

Электрооптическое измерительное устройство 133 регистрации импульсов, в котором световой луч прерывается отметками 134 на роторе 130, выполненными в виде лопастей, вырабатывает последовательность импульсов, которая через вход 135 отправляется в контур 136 вычисления. Частота импульсов является критерием скорости измерительного ротора, а отношение импульса к паузе является критерием подъема запорного элемента и, таким образом, ротора 130, так как при постоянной толщине лопастей расстояние между соседними лопастями изменяется вместе с подъемом запорного элемента. Устройство 133 в сочетании с контуром 136 образует таким образом устройство, измеряющее подъем запорного элемента, и устройство, измеряющее скорость.

Это обеспечивает следующий режим работы индикатора утечки. Малые расходы определяют с помощью вращения ротора 130 при нахождении подъемного клапана в закрытом положении. Расходы большей величины определяют с помощью подъема запорного элемента 108 и добавляют к потоку, проходящему через ротор 130. Когда с помощью различных критериев контур вычисления определяет наличие утечки, малой или большой, регулирующее устройство 128 действует так, что более сильная пружина 125 становится активной и закрывает подъемный клапан. В это же время вспомогательный проточный канал может быть закрыт, так как отверстие 131 закрыто крышкой 137 на вставке 127.2

Клапан предназначен для использования в различных отраслях промышленности для измерения расхода, управления расходом жидкостей и газов и индикации утечек. Клапан на обеих сторонах поперечного сечения (F) узкого клапана, сообщающегося с одной из соединительных камер (2, 102), имеет первое и второе седла (6, 7; 106, 107). Запорный элемент (8, 108) взаимодействует с обоими седлами клапана. Обе зоны (16, 17; 116, 117), прилегающие к тем сторонам двух седел клапана, которые противоположны поперечному сечению (F) узкого канала, сообщаются с другой соединительной камерой (3, 103). Изобретение обеспечивает прохождение больших расходов потока даже при малых подъемах запорного элемента. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Подъемный клапан с седлом, взаимодействующим с запорным элементом, причем седло и запорный элемент расположены между двумя соединительными камерами, отличающийся тем, что на обеих сторонах поперечного сечения (F) узкого канала, сообщающегося с одной из соединительных камер (2, 102), выполнены соответственно первое седло (6; 106) клапана и второе седло (7; 107) клапана, запорный элемент (8; 108) взаимодействует с обоими седлами (6, 7; 106, 107) клапана, а обе зоны (16, 17; 116, 117), прилегающие к тем сторонам двух седел (6, 7; 106, 107) клапана, которые противоположны поперечному сечению (F) узкого канала, сообщаются с другой соединительной камерой (3; 103). 2. Подъемный клапан по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение (F) узкого канала выполнено кольцевым с образованием внешнего кольцевого седла (6; 106) клапана и внутреннего кольцевого седла (7; 107) клапана. 3. Подъемный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что поперечное сечение (F) узкого канала образовано пазом (5; 105). 4. Подъемный клапан по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что запорный элемент (8; 108) имеет уплотнение (13; 113), общее для обоих седел (6, 7; 106, 107) клапана. 5. Подъемный клапан по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что первое и/или второе седло (седла) (6, 7; 106, 107) клапана взаимодействуют (взаимодействует) с уплотняющим выступом (14, 15; 114, 115) уплотнения. 6. Подъемный клапан по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что запорный элемент (8; 108) имеет кольцевое уплотнение (13; 113), имеющее уплотняющий выступ (14; 114), выступающий радиально наружу, и уплотняющий выступ (15; 115), выступающий радиально внутрь, причем эти уплотняющие выступы взаимодействуют соответственно с внешним седлом (6; 106) клапана и внутренним седлом (7; 107) клапана. 7. Подъемный клапан по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что торцевые кромки обоих седел (6, 7; 106, 107) клапана закруглены. 8. Подъемный клапан по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что оба седла (16, 17) клапана выполнены ступенчатыми, так что при малой нагрузке в направлении закрытия уплотняющие выступы (114, 115) опираются на первую ступень (120, 121), а при большей нагрузке уплотнение (113) в зоне крепления уплотняющего выступа опирается на вторую ступень (122, 123). 9. Подъемный клапан по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что два седла (106, 107) клапана рассогласованы по высоте так, что при закрывающем перемещении запорного элемента одно седло (107) клапана закрывается первым, а затем закрывается другое седло (106) клапана. 10. Подъемный клапан по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что он используется в качестве индикатора утечки, причем его запорный элемент (108) в направлении, противоположном направлению потока, нагружен первой закрывающей пружиной (124) и имеется устройство, измеряющее подъем запорного элемента, для измерения расхода потока. 11. Подъемный клапан по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что запорный элемент (108) нагружен второй закрывающей пружиной (125), которая удерживается в нерабочем положении противодействующим буртиком (126), выполненным с возможностью перемещения регулирующим устройством (128) в положение, в котором освобождается указанная пружина (125). 12. Подъемный клапан по одному из пп.1 - 11, отличающийся тем, что запорный элемент (108) имеет измерительный ротор (130), который расположен во вспомогательном проточном канале, обходящем кольцевой паз (105), и к которому подсоединено устройство, измеряющее скорость, для измерения расхода. 13. Подъемный клапан по пп.10 и 12, отличающийся тем, что на измерительном роторе (130) имеются отметки (134), регистрируемые измерительным устройством (133) регистрации импульсов, определяющим скорость путем вычисления частоты импульсов и подъем путем вычисления отношения импульсов и пауз.