ГАЗОВЫЙ КЛАПАН Российский патент 2004 года по МПК F16K31/385 F16K31/40 

Изобретение относится к газовому клапану, содержащему корпус с впускным и выпускным газовыми патрубками, причем этот корпус содержит кольцеобразное седло клапана и расположенное над ним тело клапана, причем тело клапана может плотно прилегать к седлу клапана и установлено в центре мембраны, в то время как кольцеобразный край мембраны закреплен в корпусе, причем сторона мембраны, которая обращена к седлу клапана, непосредственно сообщается с впускным газовым патрубком, а сторона мембраны, которая обращена от седла клапана, является границей управляющей камеры, которая сообщается с впускным газовым патрубком через дроссельное отверстие, причем имеются средства, позволяющие выпускать газ из управляющей камеры для того, чтобы понизить давление до такого значения, при котором тело клапана поднято над седлом клапана, посредством чего управляющая камера соединяется с выпускным газовым патрубком, причем указанные средства содержат постоянный канал, коаксиальный относительно тела клапана, в связи с чем тело клапана (15), по существу, имеет кольцеобразную форму. Клапан такого типа описан в патенте US-A-4911401.

Предпочтительней, если в таком клапане тело клапана расположено в центре мембраны. В другом предпочтительном варианте исполнения мембрана и тело клапана изготовлены полностью из материала, который эластичен до такой степени, что, с одной стороны, он достаточно тверд, чтобы изготовить из него тело клапана, и в то же время достаточно гибок для того, чтобы изготовить из него мембрану.

Такой клапан, в частности, может быть использован для подачи газового импульса, то есть непродолжительного, но интенсивного продувания газа, например для очистки пылеулавливающего фильтра, во время которого через этот фильтр в течение короткого промежутка времени пропускают интенсивный поток газа в направлении, противоположном направлению потока газа в режиме фильтрации.

Газовый клапан содержит мембрану, одна сторона которой непосредственно сообщается с впускным газовым патрубком. Площадь поверхности у этой стороны мембраны меньше, чем у другой стороны, которая образует границу управляющей камеры. Площадь первой стороны меньше, так как с этой стороны в центре мембраны расположено тело клапана. Управляющая камера соединена с впускным газовым патрубком через одно или более дроссельное отверстие, так что при закрытом клапане с обеих сторон мембраны одинаковое давление, а именно поступающее к клапану давление.

Газовый клапан открывают, резко понижая давление газа в управляющей камере. Это можно осуществить, открыв электромагнитный клапан и соединив тем самым управляющую камеру с окружающей атмосферой.

В документе US-A-4911401 описан клапан с отводящим устройством, включающим неподвижную полую трубку, проходящую через тело клапана, через седло клапана и выходящую в имеющееся в клапане выпускной газовый патрубок. Так как средства для выпуска газа из управляющей камеры образованы неподвижной полой трубкой, то когда клапан открыт, эта полая трубка образует препятствие в седле клапана. Кроме того, клапан, выполненный в соответствии с документом US-A-4911401, требует наличия уплотнения между неподвижной полой трубкой и подвижным телом клапана.

Целью данного изобретения является усовершенствование газового клапана, который можно быстро открыть за счет выпуска газа из управляющей камеры.

Для достижения этой цели указанные средства включают центральный канал, проходящий через тело клапана, а мембрана, если смотреть в осевом направлении, имеет кольцеобразную форму и проходит как снаружи, так и внутри тела клапана, причем часть мембраны, проходящая внутри тела клапана, закреплена в теле вокруг канала для того, чтобы выпускать газ из управляющей камеры в выпускной газовый патрубок.

Для того чтобы ускорить выход газа из управляющей камеры, предпочтительней, чтобы диаметр этого канала превышал 15%, а предпочтительней, чтобы превышал 20% диаметра седла клапана. Канал с такой большой площадью поперечного сечения может быть легко создан в центре, т.е. возле оси, тела клапана.

В одном предпочтительном варианте исполнения тело клапана и мембрана изготовлены из одного куска эластичного материала.

Предпочтительней, чтобы мембрана, проходящая внутри тела клапана, в месте крепления к телу клапана имела в сущности трубчатую форму, простираясь в осевом направлении в этом месте, посредством чего она окружает канал.

В одном предпочтительном варианте исполнения управляющая камера имеет кольцеобразную форму и стенка управляющей камеры, расположенная напротив мембраны, содержит входящий в управляющую камеру кольцеобразный выступ, причем при открытом положении клапана мембрана расположена с обеих сторон от выступа, т.е. как внутри, так и снаружи выступа, если смотреть в радиальном направлении. Таким образом может быть уменьшен холостой объем управляющей камеры, а выступ может создавать ограничитель, в который будет упираться тело клапана при открытом положении клапана.

В одном предпочтительном варианте исполнения канал связан со вторым седлом клапана, предусмотренным в корпусе, которое может быть закрыто вторым телом клапана для того, чтобы соединить центральный канал с управляющей камерой или изолировать его от нее. Предпочтительней, чтобы второе тело клапана было размещено в центре второй мембраны, которая с одной стороны ограничивает вышеуказанную управляющую камеру, а с другой стороны ограничивает вторую управляющую камеру, причем вторая мембрана содержит центральный канал, с помощью которого первая управляющая камера может быть соединена со второй управляющей камерой, причем в этом канале установлено третье седло клапана, к которому присоединен запирающий элемент, составляющий часть подвижного сердечника управляемого электромагнита.

Предпочтительней, чтобы присутствовал электромагнитный клапан для регулирования сообщения между управляющей камерой и выпускным газовым патрубком. Это позволяет быстро открывать канал между управляющей камерой и выпускным газовым патрубком.

В одном предпочтительном варианте исполнения внутри тела клапана предусмотрен неподвижный направляющий элемент, который закреплен в корпусе вместе с центральной частью мембраны. Канал, предназначенный для создания сообщения управляющей камеры с выпускным газовым патрубком, может проходить через указанный направляющий элемент. Присутствие такого направляющего элемента, расположенного внутри тела клапана, предохраняет тело клапана от смещения в нежелательное (перекошенное) положение, но в то же время направляющие средства не мешают прохождению газа вокруг тела клапана. Кроме того, направляющий элемент поддерживает мембрану.

Предпочтительней, чтобы кольцеобразный край мембраны был герметично вставлен между двумя кольцеобразными поверхностями, имеющимися соответственно на двух деталях корпуса, являющимися, в сущности, цилиндрическими поверхностями, одна из которых окружает другую. Это делает возможным достаточно надежно выставить край мембраны даже в том случае, когда осевое расстояние между двумя деталями корпуса незначительно изменяется.

В одном предпочтительном варианте исполнения корпус газового клапана состоит из, по меньшей мере, двух скрепленных деталей, между которыми вставлено уплотнительное кольцо, причем каждая из деталей имеет цилиндрическую поверхность, соответственно внутреннюю и наружную, и между этими поверхностями вставлено уплотнительное кольцо. Кроме того, в этом случае расстояние между деталями корпуса в осевом направлении может незначительно изменяться, не вызывая ухудшения уплотнения между двумя деталями корпуса.

Наличие вышеописанных двух цилиндрических поверхностей, между которыми вставлен кольцеобразный край мембраны и/или уплотнительное кольцо, может рассматриваться как отдельное изобретение и оно может быть использовано независимо от вышеупомянутых аспектов в корпусе клапана или для других гидравлических или пневматических узлов, если указанный корпус состоит из, по меньшей мере, двух деталей, герметично соединенных друг с другом.

Кроме того, изобретение относится к способу подачи газового импульса, заключающемуся в том, что электромагнитный газовый клапан быстро открывают при помощи потока газа, выходящего из управляющей камеры, ограниченной мембраной, в выпускной газовый патрубок, в результате чего мембрана сдвигается давлением газа, которое существует у имеющегося в клапане выпускного газового патрубка, тем самым открывая газовый клапан, вследствие чего газ направляется от впускного к выпускному патрубку газового клапана.

Дополнительные аспекты, которые могут быть использованы независимо и в сочетании друг с другом, будут раскрыты посредством описания варианта исполнения и охарактеризованы в формуле изобретения.

С целью более полного раскрытия сущности изобретения вариант исполнения электромагнитного газового клапана будет теперь описан со ссылками на чертежи.

На фиг.1 изображен газовый клапан.

На фиг.2 представлен разрез по линии II-II, показанной на фиг.1.

На фиг.3 представлен разрез, соответствующий фиг.2, показывающий клапан в частично открытом положении.

На фиг.4 показан элемент, обозначенный на фиг.2 как IV.

На фиг.5 показан увеличенный фрагмент с фиг.2.

Газовый клапан на чертежах показан лишь условно, в том числе и на виде, показанном на фиг.1. На фиг.1 показаны впускной газовый патрубок 11, к которому может быть присоединена подводящая газ труба при помощи резьбы или другого способа соединения труб. В своей нижней части газовый клапан снабжен выпускным газовым патрубком 12, к которому сходным образом может быть присоединена газоотводная труба. Оба газовых патрубка, впускной 11 и выпускной 12, выполнены в первой детали 13 корпуса, в которой также выполнено кольцеобразное седло 14 клапана (см. фиг.2).

Кроме того, газовый клапан содержит тело клапана 15, которое, как показано на фиг. 2, может плотно прилегать к седлу клапана 14. Тело клапана 15 составляет единое целое с мембраной 16, 17. Мембрана 16, 17 в радиальном направлении проходит снаружи тела клапана (обозначена цифрой 16) и внутри тела клапана (обозначена цифрой 17). Степень эластичности материала тела клапана 15 и мембраны 16, 17 такова, что, с одной стороны, он имеет жесткость, достаточную для создания из него тела клапана, а с другой стороны, он достаточно эластичен для создания мембраны 16, 17. Мембрана 16, 17 и тело клапана 15 могут быть также изготовлены из различных материалов.

Проходящий снаружи кольцеобразный край 18 мембраны 16 вставлен в зазор между первой деталью 13 корпуса и второй деталью 19 корпуса.

На фиг. 4 более подробно показано соединение между первой деталью 13 корпуса и второй деталью 19 корпуса. В первой детали 13 корпуса предусмотрена цилиндрическая внутренняя стенка 21, а вторая деталь 19 корпуса имеет цилиндрическую наружную стенку 22. Между двумя стенками 21, 22 имеется зазор, в который вставлен кольцеобразный край 18 мембраны 16. Чтобы обеспечить надлежащее газонепроницаемое уплотнение, на кольцеобразном крае 18 мембраны 16 выполнено выступающее наружу с наклоном ребро 23, которое плотно прилегает к стенке 21 первой детали 13 корпуса.

На фиг. 4 также показано уплотнительное кольцо 24, которое таким же образом размещено в зазоре между стенками 21, 22 первой 13 и второй 19 деталей корпуса соответственно. Уплотнительное кольцо имеет круглое сечение и слегка зажато между стенками 21, 22.

Расстояние между стенками 21, 22 может быть точно определено заранее и оно не зависит от положения в осевом направлении первой детали 13 корпуса относительно второй детали 19 корпуса. Таким образом, степень сжатия эластичного уплотнительного кольца 24 задана заранее, что обеспечивает оптимальную герметизацию между первой 13 и второй 19 деталями корпуса. То же самое относится к кольцеобразному краю 18 мембраны 17 и ребру 23, выполненному на этом кольцеобразном крае.

Первая деталь 13 корпуса и вторая деталь 19 корпуса соединены при помощи, в сущности, кольцеобразной скобы 25, которая частью своей длины входит в паз, проходящий снаружи на первой детали корпуса (см. фиг.4), а другой частью длины опирается на выступающую в радиальном направлении упорную поверхность на деталях 26 второй детали 19 корпуса (см. фиг.1). Соединение такого типа между двумя деталями 13, 19 корпуса описано в вышеупомянутой публикации WО 96/27095, а также в публикации WО 96/27096. Если такое соединение допускает небольшой люфт в осевом направлении между первой 13 и второй 19 деталями корпуса, то оптимальная герметизация между двумя деталями 13, 19 корпуса и надлежащее закрепление кольцеобразного края 18 мембраны 16 обеспечено благодаря применению вытянутых в осевом направлении стенок 21, 22.

Вторая деталь корпуса 19 и мембрана 16, 17 совместно ограничивают управляющую камеру 31. Давление газа в управляющей камере 31 прикладывает направленное вниз усилие к мембране 16, 17 и тем самым к телу 15 клапана, а давление газа во впускном газовом патрубке 11 прикладывает направленное вверх усилие к мембране 16, 17 и, следовательно, к телу 15 клапана. Управляющая камера 31 соединена с впускным газовым патрубком через дроссельное отверстие 32, поэтому давление газа в фактически замкнутой управляющей камере является таким же, что и давление газа во впускном патрубке 11 при закрытом положении газового клапана. Так как площадь поверхности мембраны 16, 17, к которой управляющая камера прикладывает направленное вниз усилие, превышает площадь поверхности мембраны 16, к которой то же давление газа в подающей газ трубе прикладывает усилие, направленное вверх, то тело 15 клапана будет опираться на седло клапана 14, закрывая тем самым газовый клапан. В связи с этим следует учитывать, что давление газа в выпускном газовом патрубке 13 всегда будет ниже, чем давление газа во впускном газовом патрубке 11.

Проходящая внутрь в радиальном направлении часть мембраны 17 имеет трубчатую форму, сужающуюся кверху, и зажата между второй деталью 19 корпуса и направляющим элементом 33, установленным в этой детали корпуса, причем соответствующая герметизация обеспечена уплотнительным кольцом 34. Направляющий элемент 33 расположен внутри тела 15 клапана и образует направляющую, обеспечивающую точное вертикальное перемещение тела 15 клапана. Направляющий элемент может опускаться еще ниже, чем показано на фиг.2.

В теле 15 клапана имеется центральный канал 35, который сообщается с центральным каналом 36 внутри направляющего элемента 33.

В состав второй детали 19 корпуса входит второе седло 41 клапана, которое может герметично закрываться второй мембраной 42 (см. фиг.5). Пока мембрана 42 закрывает седло 41 клапана, газовый клапан остается закрытым благодаря направленной вниз результирующей силе, действующей на тело клапана 15, как это описано выше. Газовый клапан открыт тогда, когда мембрана 45 поднята над седлом клапана 41, в результате чего управляющая камера 31 через канал 36 в направляющем элементе 33, расположенном в канале 35, соединяется с выпускным газовым патрубком 13, где давление газа является более низким. Падение давления газа в управляющей камере 31 вызывает смещение вверх мембраны 16, 17 и, следовательно, тела клапана 15, в результате чего газовый клапан открывается. Газовый клапан в этом, по крайней мере, частично открытом положении показан на фиг.3, где, в сущности, показано меньше деталей газового клапана, чем на фиг.2, в частности первая и вторая детали 13, 19 корпуса клапана и детали, относящиеся к ним.

Как показано на фиг.5, кольцеобразный край второй мембраны 42, которая может плотно прилегать к седлу клапана 41, зажат между второй деталью 19 корпуса и третьей деталью 43 корпуса, причем во второй мембране предусмотрено центральное отверстие, в которое вставлен управляющий элемент 44. Управляющий элемент 44 содержит центральный канал 45 и третье седло 46 клапана, на которое опирается вмонтированный в подвижный сердечник 48 электромагнита 49 запирающий элемент 47, изготовленный из эластичного материала.

Над второй мембраной 42 находится вторая управляющая камера 52, которая сообщается с управляющей камерой 31 через дроссельное отверстие (не показано) в мембране 42. Следовательно, при закрытом положении газового клапана давление газа во второй управляющей камере 52 такое же, как во впускном газовом патрубке 11. Когда подвижный сердечник 48 в результате подачи напряжения на электромагнит 49 сдвинется вверх, преодолевая усилие пружины 54, давление газа во второй управляющей камере 52 упадет, так как она будет свободно сообщаться с выпускным газовым патрубком через открытый клапан 46, 47, канал 45 в управляющем элементе 44, канал 36 в направляющем элементе 33 и канал 35 в теле 15 клапана. В результате вторая мембрана 42 сдвинется вверх, так что управляющая камера 31 будет свободно сообщаться с выпускным газовым патрубком через клапан 41, 42, канал 36 и канал 35. Это, как уже было описано ранее, вызовет смещение вверх детали 15 клапана, в результате чего газовый клапан будет открыт. При практическом использовании выяснилось, что когда газовый клапан открывают таким образом, т.е. когда, фактически, последовательно открываются три клапана, то это открывание происходит очень быстро.

Электромагнитный клапан управляется с помощью устройства управления 51.

Клапаном можно также управлять дистанционно, с помощью газовой трубки, присоединенной ко второй управляющей камере 52. В этом случае для того чтобы открыть клапан, газ выпускают из второй управляющей камеры 52 через эту газовую трубку. С этой целью газовая трубка может быть присоединена к электромагнитному газовому клапану, установленному на некотором расстоянии от клапана.

Описанный выше вариант исполнения приведен только для пояснения изобретения, возможны и другие его варианты.

Газовый клапан содержит корпус с впускным газовым патрубком и выпускным газовым патрубком. Корпус содержит кольцеобразное седло клапана и расположенную выше него по потоку тарелку клапана, которая может плотно прижиматься к указанному седлу клапана. Тарелка клапана расположена в центре мембраны, а кольцеобразный край мембраны закреплен в корпусе. Сторона мембраны, которая обращена в сторону седла клапана, непосредственно сообщается с впускным газовым патрубком. Сторона мембраны, которая обращена от седла клапана, служит границей управляющей камеры. Последняя сообщается с впускным газовым патрубком через дроссельное отверстие. Имеются средства для того, чтобы газ мог выходить из регулирующей камеры в выпускной газовый патрубок, в результате чего газовый клапан открывается. Изобретение повышает надежность устройства. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газовый клапан, содержащий корпус с впускным газовым патрубком (11) и выпускным газовым патрубком (12), причем корпус (13, 19) содержит кольцеобразное седло (14) клапана и расположенное выше него по потоку тело (15) клапана, которое может плотно прилегать к указанному седлу (14) клапана и установлено в центре мембраны (16, 17), в то время как кольцеобразный край мембраны (16) закреплен в корпусе (13, 19), причем сторона мембраны (16), которая обращена к седлу (14) клапана, непосредственно сообщается с впускным газовым патрубком (11), а сторона мембраны (16, 17), которая обращена от седла (14) клапана, является границей управляющей камеры (31), которая сообщается с впускным газовым патрубком (11) через дроссельное отверстие, причем имеются средства (35, 36), позволяющие выпускать газ из управляющей камеры (31) для того, чтобы понизить давление до такого значения, при котором тело (15) клапана поднято над седлом (14) клапана, посредством чего указанные средства (35, 36) соединяют управляющую камеру (31) с выпускным газовым патрубком (12), причем указанные средства содержат постоянный канал (36), коаксиальный относительно тела клапана (15), в связи с чем тело клапана (15), по существу, имеет кольцеобразную форму, отличающийся тем, что указанные средства содержат центральный канал (35), проходящий через тело клапана (15), и тем, что мембрана (16, 17), если смотреть в осевом направлении, имеет кольцеобразную форму и проходит как снаружи тела (15) клапана, так и внутри тела (15) клапана, и часть мембраны (17), проходящая внутри тела клапана (15), закреплена в корпусе (19) вокруг канала (36) для того, чтобы выпускать газ из управляющей камеры (31) в выпускной газовый патрубок (12).2. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что тело (15) клапана и мембрана (16, 17) изготовлены из одного куска эластичного материала.3. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что мембрана (17), проходящая внутри тела клапана (15), в месте крепления к корпусу (19) имеет, в сущности, трубчатую форму и вытянута в осевом направлении.4. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что управляющая камера (31) имеет кольцеобразную форму, причем стенка управляющей камеры (31), которая расположена напротив мембраны (16, 17), имеет кольцеобразный выступ (40), выступающий в управляющую камеру (31), и тем, что при открытом положении клапана мембрана (16, 17) расположена с обеих сторон от указанного выступа.5. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный канал (36) соединен со вторым седлом клапана (41), выполненным в корпусе (19), которое может быть закрыто вторым телом клапана для того, чтобы соединить указанный канал (36) с управляющей камерой (31) или изолировать его от нее.6. Газовый клапан по п.5, отличающийся тем, что второе тело клапана установлено в центре второй мембраны, которая, с одной стороны, ограничивает указанную управляющую камеру (31), а, с другой стороны, ограничивает вторую управляющую камеру (52), причем вторая мембрана (42) содержит центральный канал (35, 36), который позволяет соединить вторую управляющую камеру (52) с центральным каналом клапана, причем в этом канале (45) имеется третье седло клапана (46), с которым сопрягается запирающий элемент (47), являющийся частью подвижного сердечника (48) управляемого электромагнита (49).7. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что имеется электромагнитный клапан (41, 42; 46, 47) для регулирования сообщения между управляющей камерой (31) и выпускным газовым патрубком (12).8. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что внутри тела клапана (15) имеется неподвижный направляющий элемент (33).9. Газовый клапан по п.8, отличающийся тем, что указанный направляющий элемент (33) закреплен в корпусе (19) вместе с центральной частью мембраны (17).10. Газовый клапан по п.9, отличающийся тем, что указанный направляющий элемент (33) содержит канал (36) для создания сообщения управляющей камеры (31) с выпускным газовым патрубком (12).11. Газовый клапан по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный корпус (13, 19) состоит из, по меньшей мере, двух скрепленных вместе деталей, в каждой из указанных деталей (13, 19) имеется цилиндрическая поверхность (21, 22), соответственно внутренняя поверхность (21) и наружная поверхность (22), между которыми вставлено уплотнительное кольцо и/или кольцеобразный край (18) указанной мембраны (16, 17).