БЛОКИРОВОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ КРАН-КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F16K21/04 

Изобретение относится к устройствам бытовой газовой техники и предназначено для регулирования потока рабочего, например природного, газа на входе в газовую плиту, расположенную на кухне жилых помещений.

Известен газовый кран-клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и седлом, крышку, запорный орган в виде тарелки с уплотнительной прокладкой и пружину, нагружающую запорный орган в сторону седла [1]. Между корпусом и крышкой, а также в корпусе закреплены две мембраны. В корпусе установлена заглушка с направляющими элементами для штока запорного органа. Привод выполнен в виде соединенного с рукояткой штока, в отверстие которого перпендикулярно его оси установлен штифт, который размещен в пазах, выполненных на внутренней поверхности крышки. На уплотнительной прокладке запорного органа установлен толкатель, контактирующий с мембраной.

Этот газовый кран-клапан может работать без дорогих смазочных масел и является простым в управлении.

Однако наличие мембран, подвергаемых постоянным циклическим нагрузкам, может привести к появлению в них микротрещин и попадании газовой среды в атмосферу, что требует постоянного присутствия человека для закрытия крана. Однако даже наличие человека не всегда обеспечивает такую последовательность действий, поскольку газ должен иметь специфический запах, человек должен обладать хорошим обонянием, нормальным психическим и физиологическим состоянием и пр.

Известен электромагнитный клапан, содержащий корпус, в котором установлены основной запорный орган с разгрузочным отверстием, кинематически связанный с якорем - управляющим запорным органом, взаимодействующим с аксиально-подвижным стопом, и разделительная трубка, причем с целью уменьшения потребляемой мощности на торце разделительной трубки со стороны подвижного стопа закреплена немагнитная втулка с расточкой, и в ней установлен регулировочный винт с буртом, взаимодействующим с торцом стопа, а между буртом винта и расточкой втулки установлен упругий элемент [2].

Недостатком данного клапана является относительно большая потребляемая мощность, необходимая для его открывания, поскольку при работе нужно преодолеть механические силы, надежно закрывающие основной канал клапана. Кроме того, при просачивании через микротрещины или при проникновении газа в атмосферу в клапане или ином месте газовой магистрали необходимо присутствие человека для закрытия клапана.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является блокировочный клапан, регулирующий поток рабочего газа и обеспечивающий повышение надежности работы путем уменьшения вероятности утечек рабочего газа [3].

Этот блокировочный клапан содержит снабженный входным и выходным патрубками корпус, в полости которого размещен подпружиненный в сторону седла запорный орган, фиксируемый в открытом положении электромагнитом, обмотка которого подключена к термопаре, и пусковую кнопку, снабженную возвратной пружиной и штоком, взаимодействующим с запорным органом; при этом клапан снабжен перекрывающей седло шайбой, размещенной в полости корпуса со стороны входного патрубка и посаженной на шток пусковой кнопки, в шайбе выполнено дроссельное отверстие, и она подпружинена в сторону седла, а шток пропущен сквозь проходное отверстие седла и его свободный конец снабжен упором, ограничивающим перемещение шайбы.

В данном блокировочном клапане при нажатии на пусковую кнопку рабочий газ проходит только через дроссельное отверстие шайбы и его расход может обеспечить лишь работу запального устройства. После включения запального устройства ЭДС термопары включает электромагнит, фиксирующий запорный орган. При снятии нагрузки с пусковой кнопки шайба и шток перемещаются в исходное положение, проходное сечение седла становится открытым и рабочий газ поворотом крана можно подавать к горелке.

Однако при появлении газа в атмосфере, например при заливке пламени горелки водой при кипении, что бывает в бытовых условиях в процессе приготовления пищи, запальное устройство будет по прежнему вырабатывать ЭДС термопары и электромагнит будет фиксировать запорный орган. И только после перекрытия крана человеком подача газа к потребителю, в том числе и к горелке, будет прекращена.

Таким образом, в известных устройствах при появлении газа в помещении необходимо постоянное и внимательное присутствие человека для оперативного перекрытия подачи газа. В противном случае вытекающий, например, природный газ, скапливаясь в закрытом помещении может привести к взрывоопасной ситуации.

Задачей изобретения является автоматическая блокировка подачи газа при превышении порогового уровня в контролируемом помещении.

Поставленная задача решается тем, что в блокировочном газовом кран-клапане, содержащем кран, регулирующий основной поток рабочего газа при повороте, подпружиненный запорный орган, устройство фиксации запорного органа, устройство, вырабатывающее электрический сигнал при появлении газа, выходящего из основного потока, подпружиненный запорный орган выполнен в виде пусковой пружины, взаимодействующей с поворотным хвостовиком крана, кран-клапан снабжен устройством обнаружения газа, которое выполнено в виде селективного газового датчика, передающего электрический сигнал посредством электронного порогово-усилительного блока на исполнительный привод ударного действия, воздействующего на устройство фиксации пусковой пружины запорного органа.

Кроме того, селективный газовый датчик расположен на удалении от крана в месте вероятной утечки и/или скопления газа.

Кроме того, поворотный хвостовик крана снабжен поворотной рукояткой.

Кроме того, поворотный хвостовик крана охвачен пусковой пружиной, выполненной в виде расположенной в одной плоскости спиральной ленты.

Кроме того, исполнительный привод ударного действия содержит обмотку возбуждения и коаксиально установленный якорь, одна торцевая часть которого выполнена в виде ферромагнитного сердечника, а противоположная часть выполнена в виде токопроводящего диска.

Кроме того, электронный порогово-усилительный блок содержит автономный источник питания, а также снабжен звуковой сигнализацией и светодиодным индикатором.

В предлагаемом кран-клапане при появлении газа в контролируемом помещении, например на кухне, где расположена газовая плита, газовый датчик осуществляет автоматическое закрывание крана предварительно взведенной пусковой пружиной. При этом газ может поступать как непосредственно в помещение из основного потока при открытом кране, например, если пламя горелки залито водой на газовой плите, так и из потока, выходящего из основного, например из трещины в трубе или неплотном уплотнении на стыках газовой магистрали. При этом повторное открывание блокировочного кран-клапана может успешно быть осуществлено человеком лишь после устранения причин, вызвавших его закрытие. Селективный газовый датчик настроен именно на тот вид газа, который протекает по данной газовой магистрали, например природный газ (метан), пропан, бутан и др. Расположение датчика во многом зависит от вида газа и мест его скопления, например внизу или вверху контролируемого помещения.

Наличие рукоятки на поворотном хвостовике крана, занимающей положение либо вдоль, либо поперек трубопровода газа, что соответствует, соответственно состояниям крана "Открыто" и "Закрыто", позволяет легко и наглядно определить состояние крана.

Выполнение пусковой пружины в виде намотанной из спиральной ленты, расположенной в одной плоскости, позволяет использовать стандартные пружины, выпускаемые промышленностью.

Фактически в данном изобретении используется стандартный газовый кран, установленный и широко используемый в жилых помещениях. Путем установки на кран поворотного хвостовика квадратного сечения, охваченного пусковой пружиной, а также других элементов можно легко модернизировать существующие газовые краны, многократно повышая их надежность, но никак не нарушая их конструкции и целостности крана.

Поскольку у якоря исполнительного привода ударного действия один торец выполнен в виде ферромагнитного сердечника, то при этом реализуется электромагнитный привод, работающий на притяжение к центральной плоскости обмотки возбуждения. Выполнение противоположного торца якоря в виде токопроводящего диска реализует индукционно-динамический привод, работающий на отталкивание от центральной плоскости обмотки. В результате такой ударный привод создает значительные и резкие импульсные нагрузки на устройство фиксации пусковой пружины, что вызывает быстрое закрытие крана, причем такой привод потребляет малую мощность.

Наличие автономного источника питания, например аккумулятора, делает предлагаемый кран-клапан экономичным и не зависящим от иных факторов, например от внешней электрической сети.

Наличие звуковой сигнализации и светодиодного индикатора позволяет в бытовых условиях человеку, в том числе с физическими недостатками, например с ослабленным зрением или слухом, определить, что закрытие крана произошло после появления природного газа в контролируемом помещении (превышает предельно допустимый пороговый уровень), что позволяет принять соответствующие меры, например проветрить помещение, устранить источник проникновения газа в атмосферу и др.

На фиг.1 представлена блок-схема блокировочного газового кран-клапана;
на фиг.2 - общий вид кран-клапана;
на фиг.3 - вид А на фиг.2 без задней крышки корпуса;
на фиг.4 - вид Б на фиг.3;
на фиг. 5 - устройство электромеханического исполнительного механизма кран-клапана при открытом кране;
на фиг. 6 - устройство электромеханического исполнительного механизма кран-клапана при закрытом кране;
на фиг. 7 - электрическая блок-схема блокировочного газового кран-клапана.

Блокировочный газовый кран-клапан содержит поворотный кран 1, установленный на газовой магистрали 2, запорный орган 3, взводное устройство 4, фиксирующее устройство 5, исполнительный электропривод ударного действия 6, электрически взаимосвязанный с порогово-усилительным блоком (ПУБ) 7, на который поступают сигналы от селективного газового датчика 8 и блока питания 9.

Взводное устройство 4 выполнено в виде поворотной рукоятки 10, механически взаимосвязанной посредством осевого поворотного хвостовика 11 с краном 1. Запорный орган 3 выполнен в виде пусковой пружины 12, которая намотана спиральной лентой в один ряд и расположена в одной плоскости, а также охватывает поворотный хвостовик крана.

Селективный, т. е. реагирующий лишь на соответствующий газ, например природный, газовый датчик 8 расположен на удалении от крана в месте вероятной утечки и/или скопления газа, что позволяет быстро обнаружить, не накапливая его значительное количество в помещении. При этом газовых датчиков может быть несколько.

Поворотный хвостовик 11 крана снабжен поворотной рукояткой 10, при помощи которой осуществляется взведение (завод) пружины 12 в напряженное сжатое состояние. Расположение рукоятки 10 вдоль или поперек газовой магистрали 2 показывает состояние крана соответственно "Открыто" или "Закрыто" (на фиг.2 и 3 - кран открыт).

Исполнительный привод ударного действия 6 содержит обмотку возбуждения 13 и коаксиально установленный якорь, одна, например нижняя торцевая часть которого выполнена в виде ферромагнитного сердечника 14, а противоположная верхняя часть выполнена в виде токопроводящего диска 15 с установленным на конце ударником 16.

Электронный порогово-усилительный блок 7 содержит подключаемое к сети 17 входное устройство 18, автономный источник питания в виде заряжаемых аккумуляторов 19, преобразователь напряжения 20. Таймер 21 предназначен для автоматического задания периодичности сигналов для калибровки и контроля состояния датчика 8 и иных элементов аппаратуры.

Для управления процессом разряда конденсатора С 22 на обмотку возбуждения 13 предназначен тиристор VS 23.

На передней панели 24 корпуса газового кран-клапана установлены светодиодные индикаторы "Сеть" 25, сигнализирующие о подключении к внешней сети 17, "Вкл." 26, показывающий включение кран-клапана в работу, "Изм." 27, показывающий, что осуществляется процесс измерения и калибровки датчика, и "Аварийный" 28, сигнализирующий о аварийном закрытии крана 1 при превышении допустимого уровня газа в контролируемом помещении. Кроме того, электронный порогово-усилительный блок снабжен звуковой сигнализацией (не показана), срабатывающей при аварийном закрытии крана 1.

Устройство фиксации 5 пусковой пружины 12 запорного органа во взведенном состоянии при открытом кране 1 выполнено в виде диска 29 с прямоугольным вырезом 30. Наружный конец пусковой пружины 12 соединен с диском 29, в прямоугольном вырезе которого размещается выступ 31 Г-образного рычага 32 с осью вращения 33. Противоположный конец 34 рычага 32 взаимодействует с выступом 35 двухплечевого рычага 36, имеющего ось вращения 37. Противоположный выступ 38 двухплечевого рычага 36 взаимодействует с ударником 16. Пружина 39 поджимает Г-образный рычаг 32 и двухплечевой рычаг 36.

Поворотный хвостовик 11 соединяет поворотную рукоятку 10 кран-клапана с "родной" рукояткой 40 газового крана 1. Такая конструкция позволяет легко модернизировать существующие газовые краны, не нарушая ни самого крана, ни газовой магистрали.

Блокировочный газовый кран-клапан работает следующим образом.

При использовании предварительно заряженного аккумулятора 19 для запуска кран-клапана в работу достаточно повернуть рукоятку 10 из исходного состояния "Закрыто" (плоскость рукоятки поперек газовой магистрали 2) на 90^o в состояние "Открыто" (вдоль газовой магистрали). При этом загорается светодиод 26 "Вкл.", что свидетельствует о готовности к работе. В это время через преобразователь 20 от аккумулятора 19 конденсатор 22 заряжается до требуемой величины напряжения. Если светодиод 26 "Вкл." не загорается, то это свидетельствует о том, что аккумулятор 19 разряжен, либо он вообще отсутствует, тогда необходимо подключить входное устройство 18 к сети 17. Загорается светодиод 25 "Сеть", после чего также необходимо повернуть рукоятку 10 в состояние "Открыто", и загорится светодиод 26 "Вкл.".

При повороте рукоятки 10 из состояния "Закрыто" в состояние "Открыто" происходит поворот вокруг своей оси хвостовика 11, рукоятки 40 газового крана 1 и его открывание; кроме того, поворачивается и диск 29 с закручиванием пусковой спиральной ленточной пружины 12 и взведением ее в напряженное состояние. В крайнем положении поворота, когда рукоятка 10 занимает положение вдоль газовой магистрали, поджимаемый пружиной 39 вверх выступ 31 Г-образного рычага 32 попадает в прямоугольный вырез 30 диска 29, а противоположный конец 34 рычага 32 заходит за выступ 35 двухплечевого рычага, поджимаемого также пружиной 39 вверх. В этом положении выступ 35 рычага 36 фиксирует от поворота вокруг своей оси 33 Г-образный рычаг 32, а последний, в свою очередь, выступом 31 фиксирует от поворота в обратную сторону под действием пружины 12 диск 29 и рукоятки 10. Газ через открытый кран 1 поступает по магистрали 2 потребителю, например в кухонную газовую бытовую плиту (не показана).

При обнаружении селективным газовым датчиком 8, например, метана или природного газа выше допустимого уровня в контролируемом помещении от датчика 8 на порогово-усилительный блок 7 поступает сигнал; при этом от блока 7 в обмотке возбуждения 13 исполнительного привода ударного действия 6 образуется электромагнитный импульс. Этот процесс сопровождается подачей импульса от таймера 21 на управляющий электрод тиристора VS 23, что приводит к его отпиранию, и заряженный конденсатор С 22, разряжаясь на обмотку возбуждения 13, генерирует в ней токовый импульс. Создаваемое при этом магнитное поле в обмотке 13 притягивает вверх электромагнитной силой ферромагнитный сердечник 14 нижней части якоря (до центральной плоскости обмотки) и отталкивает электродинамической силой также вверх токопроводящий диск 15 верхней части якоря. Получаемая при такой конструкции якоря значительная сила удара вверх обеспечивается относительно малой потребляемой мощностью. Перемещаемый вверх якорь ударником 16 поднимает выступ 38 двухплечевого рычага 36, который, поворачиваясь вокруг своей оси 37, опускает вниз противоположный выступ 35. Освобождаемый от зацепления конец 34 Г-образного рычага 32 поворачивается вокруг своей оси 33, выступ 31 выходит из прямоугольного выреза 30, что приводит к устранению фиксации диска 29. Пружина 12, разжимаясь, поворачивает диск, а с ним и поворотный хвостовик 11, рукоятки 10 и 40 до упора в состояние "Закрыто" поперек газовой магистрали 2; кран 1 закрывается. Одновременно с этим порогово-усилительный блок 7 вырабатывает звуковой сигнал и загорается светодиод 28 "Аварийный", которые для лучшего восприятия человеком создают прерывистые звуковые и световые сигналы, длительность которых задается таймером 21.

Достоинствами предлагаемого блокировочного газового кран-клапана являются:
- автоматическая и быстрая блокировка подачи газа при его утечке;
- многосторонняя визуальная, звуковая и световая система сигнализации состояния кран-клапана;
- возможность монтажа на работающих газовых кранах дополнительного оборудования и преобразование простого крана в блокировочный кран-клапан;
- малые габариты, низкая потребляемая мощность и относительно простая механическая и электрическая конструкция;
- возможность автоматического самоконтроля через определенное время, задаваемое таймером порогово-усилительного электронного блока;
- полная защита контролируемого помещения от "человеческого фактора" - невнимательности, плохого самочувствия, злого умысла и др.;
- возможность защиты помещения с газовой плитой и от иных сопутствующих факторов, например от дыма и огня, что может произойти, например при выкипании воды в нагреваемой газом посуде; при этом дополнительно с селективным газовым датчиком можно установить датчик задымленности или датчик температуры;
- делает более эстетичным вид действующего газового крана.

Предлагаемый блокировочный газовой кран-клапан изготовлен, прошел испытания и показал высокие технико-экономические показатели.

Источники информации
1. Патент РФ 2056566. Газовый кран-клапан В.И.Козина. МКИ F 16 K 31/528, 20.03.96 г., Бюл. 8.

2. А.С. СССР 974007. Электромагнитный клапан. МКИ F 16 K 31/02, 15.11.82 г., Бюл. 42.

3. А. с. СССР 1421943. Блокировочный клапан. МКИ F 16 K 21/04, 07.09.88 г., Бюл. 33 (прототип).

Изобретение относится к устройствам бытовой газовой техники и предназначено для регулирования потока рабочего, например природного, газа на входе в газовую плиту, расположенную на кухне жилых помещений. Блокировочный газовый кран-клапан содержит поворотный кран, установленный на газовой магистрали, запорный орган, взводное устройство, фиксирующее устройство, исполнительный электропривод ударного действия, электрически взаимосвязанный с порогово-усилительным блоком, на который поступают сигналы от устройства обнаружения газа, выполненного в виде селективного газового датчика, и блока питания. При обнаружении датчиком газа выше допустимого уровня в контролируемом помещении от датчика на порогово-усилительный блок поступает сигнал; при этом от блока в обмотке возбуждения исполнительного привода ударного действия образуется электромагнитный импульс. Создаваемое при этом магнитное поле в обмотке создает значительную силу удара. Перемещаемый вверх якорь ударником поднимает выступ двухплечевого рычага, который, поворачиваясь вокруг своей оси, опускает вниз противоположный выступ. Освобождаемый от зацепления конец Г-образного рычага поворачивается вокруг своей оси, выступ выходит из прямоугольного выреза, что приводит к устранению фиксации диска. Пружина, разжимаясь, поворачивает диск, а с ним и поворотный хвостовик, рукоятки до упора в состояние "Закрыто" поперек газовой магистрали; кран закрывается. Изобретение обеспечивает автоматическую блокировку подачи газа при превышении порогового уровня в контролируемом помещении. 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Блокировочный газовый кран-клапан, содержащий кран, регулирующий основной поток рабочего газа при повороте, подпружиненный запорный орган, устройство фиксации запорного органа, устройство, вырабатывающее электрический сигнал при появлении газа, выходящего из основного потока, отличающийся тем, что подпружиненный запорный орган выполнен в виде пусковой пружины, взаимосвязанной с поворотным хвостовиком крана, кран-клапан снабжен устройством обнаружения газа, выполненным в виде селективного газового датчика, передающего электрический сигнал посредством электронного порогово-усилительного блока на исполнительный привод ударного действия, воздействующего на устройство фиксации пусковой пружины запорного органа. 2. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1, отличающийся тем, что селективный газовый датчик расположен на удалении от крана в месте вероятной утечки и/или скопления газа. 3. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1, отличающийся тем, что поворотный хвостовик крана снабжен поворотной рукояткой. 4. Блокировочной газовый кран-клапан по п. 1, отличающийся тем, что поворотный хвостовик крана охвачен пусковой пружиной, выполненной в виде расположенной в одной плоскости спиральной ленты. 5. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1, отличающийся тем, что исполнительный привод ударного действия содержит обмотку возбуждения и коаксиально установленный якорь, одна торцевая часть которого выполнена в виде ферромагнитного сердечника, а противоположная часть выполнена в виде токопроводящего диска. 6. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1, отличающийся тем, что электронный порогово-усилительный блок содержит автономный источник питания. 7. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1 и 6, отличающийся тем, что электронный порогово-усилительный блок снабжен звуковой сигнализацией. 8. Блокировочный газовый кран-клапан по п. 1 и 6, отличающийся тем, что электронный порогово-усилительный блок снабжен светодиодным индикатором.