ВЕНТИЛЬ РАДИАТОРА Российский патент 2005 года по МПК F16K1/42 

Изобретение касается вентиля радиатора, имеющего клапан с седлом, формирующим отверстие, закрываемое запорным элементом, прилегающим в закрытом положении к седлу клапана по линии закрытия.

Подобные вентили радиаторов известны и используются во многих радиаторах. Запорный элемент, или так называемый “конус вентиля”, нагружен пружиной в направлении открытия, то есть в направлении от седла клапана. Привод вентиля, как правило термостат, установленный на вентиль, в зависимости от температуры в помещении создает усилие закрытия на запорном элементе, которое, при достижении определенного уровня, прижимает запорный элемент к седлу клапана. В результате дальнейшее течение теплоносителя в радиатор прерывается. Контакт между запорным элементом и седлом клапана происходит по линии закрытия. Эта линия закрытия не является линией в математически точном смысле, она представляет собой относительно узкую область поверхности, по которой происходит прилегание запорного элемента к седлу клапана.

Наружные размеры подобных вентилей радиаторов ограничены как размерами присоединительных элементов радиатора, так и габаритами того места, где устанавливается радиатор.

Очевидно, что наружный диаметр седла клапана не может превысить некоторую заранее определенную величину. Это также накладывает ограничение на высоту подъема запорного элемента относительно седла клапана.

Целью изобретения является обеспечение возможности увеличения пропускной способности вентиля при его неизменных наружных размерах.

Эта задача решается для вентиля радиатора упомянутого выше типа тем, что линия закрытия состоит из участков, образующих замкнутую ломаную линию и имеет, по меньшей мере, один радиальный участок, выступающий от большего радиуса к центру отверстия, и тем, что вдоль наружной кромки линии закрытия предусмотрен свободный объем в закрытом положении запорного элемента.

При такой форме линии закрытия ее длина увеличивается по сравнению с длиной круговой линии, которая окружает обычное отверстие. Поэтому при подъеме запорного элемента от седла увеличивается площадь поперечного сечения, через которую может протекать теплоноситель. Дополнительным условием является то, что по обеим сторонам линии закрытия имеется некоторый свободный объем, через который теплоноситель может протекать свободно. Если этот свободный объем предусмотрен в положении закрытия, то он сохранится и при подъеме запорного элемента на небольшую высоту от седла. Удлинение линии закрытия приводит, таким образом, фактически к увеличению выходного поперечного сечения, через которое теплоноситель может протекать свободно.

Согласно изобретению линия закрытия может иметь несколько радиальных участков, распределенных симметрично по периметру отверстия. Чем больше таких участков, тем длиннее линия закрытия, то есть тем больше площадь поперечного сечения, через которое может протекать теплоноситель при подъеме запорного элемента от седла клапана. Симметричное расположение участков обеспечивает симметричную нагрузку на запорный элемент, что снижает вероятность его вибрации.

Наиболее предпочтительно выполнить радиальный участок линии закрытия с наклоном от большего радиуса к центру отверстия вниз от запорного элемента относительно плоскости, проходящей через наиболее удаленные по радиусу от центра участки периметра отверстия. В результате линия закрытия становится вогнутой. Запорный элемент при этом деформируется в положении закрытия несколько выпукло. Преимущество такого исполнения запорного элемента состоит в том, что при открытии вентиля, то есть при подъеме запорного элемента от седла клапана, небольшая щель, через которую уже возможен маленький поток теплоносителя, появляется в первую очередь на участках, лежащих по радиусу ближе к центру. По мере снижения усилия закрытия на запорный элемент и до полного подъема запорного элемента эта щель увеличивается. В результате такой конструкции возможно очень точное регулирование потока теплоносителя с помощью вентиля в начальной фазе его открытия.

В этом случае рекомендуется выполнить радиальный участок линии закрытия с максимальным заглублением от указанной плоскости в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Подобное малое заглубление внутренних концов участков относительно их наружных концов легко перекрывается деформацией запорного элемента. Оно позволяет, как указано ранее, очень точно регулировать поток теплоносителя.

Предпочтительно на седловом элементе выполнить седло клапана и создать свободный объем в виде выемки в седловом элементе. Преимуществом является то, что при такой форме седла клапана становится возможным применение обычного запорного элемента, имеющего форму круга. Контакт седла клапана с этой поверхностью запорного элемента происходит по линии закрытия, которая более не является круговой линией, образованной внутренней кромкой запорного элемента, и взаимодействие происходит с зонами поверхности запорного элемента, лежащими как вдоль радиуса, так и возле центра. В результате того, что со стороны наружной кромки линии закрытия предусмотрены выемки там, где участки линии закрытия проходят по радиусам к центру, обеспечивается открытие необходимого поперечного сечения для потока сразу после незначительного подъема запорного элемента от седла, что ведет к увеличенному расходу теплоносителя и тем самым обеспечивается большая пропускная способность вентиля.

Рекомендуется выполнить выемку с наклонным дном. Такое исполнение имеет механическое преимущество, так как седловой элемент с седлом клапана становится прочнее.

При таком исполнении линия закрытия проходит не по верхней кромке “стенки”, а надежно опирается на корпус седлового элемента.

При этом преимуществом является то, что дно снаружи переходит в линию закрытия. Таким образом, линия закрытия практически имеет достаточную опору по всей своей длине. Более того, в результате наклона дна, которое снаружи переходит в линию закрытия, происходит плавный переход теплоносителя при перетекании его через линию закрытия. Это приводит к бесшумной работе вентиля. Такое малошумное поведение вентиля является еще одним положительным эффектом, который является результатом удлинения линии закрытия и связанного с этим уменьшенного (по сравнению с обычным вентилем при равной высоте подъема) падения давления, и улучшенной формы дна.

При этом предпочтительно, чтобы дно имело угол наклона в пределах от 30° до 90°. Такой угол наклона обеспечивает, с одной стороны, достаточную механическую прочность, с другой стороны, создает относительно бесшумное течение теплоносителя через вентиль.

В альтернативном или дополнительном исполнении предлагается выполнить выемки, создающие свободный объем, в запорном элементе и зафиксировать запорный элемент от поворота относительно седла клапана. Если запорный элемент зафиксирован от поворота относительно седла клапана, тогда выемки можно выполнить в запорном элементе согласованно с расположением линии закрытия, то есть таким образом, чтобы на участках линии закрытия, расположенных по радиусу и возле центра отверстия, всегда был достаточный свободный объем, через который может протекать теплоноситель. Предпочтительно выполнить линию закрытия в форме звезды. Такая форма позволяет создать относительно длинную линию закрытия в малом пространстве.

В дополнительном исполнении предусмотрено, что имеется регулируемый упор, ограничивающий высоту подъема запорного элемента. Ограничитель высоты подъема создает возможность предварительной настройки максимального расхода теплоносителя через вентиль. Известно применение для этой цели “фартука”, установленного в корпусе вентиля и создающего регулируемое сечение выходного отверстия. Поворот этого фартука позволяет изменять поперечное сечение для прохода потока на выходе. Такое исполнение, однако, не всегда дает желаемый эффект в сочетании с удлиненной линией закрытия. В частности это может привести к неравномерным нагрузкам на запорный элемент. Эти недостатки устраняются применением ограничителя подъема запорного элемента.

Далее изобретение подробно представлено на чертежах в виде вышеописанных примеров вариантов исполнения, где:

Фиг.1 - осевой разрез вентиля нагревательного элемента,

Фиг.2 - вид сверху на седло клапана,

Фиг.3 - разрез по линии III-III седлового элемента на фиг.2,

Фиг.4 - разрез седлового элемента согласно дополнительному варианту изобретения,

Фиг.5 - вид сверху на седло клапана и запорный элемент по дополнительному варианту изобретения,

Фиг 6 - альтернативный вариант исполнения седла клапана,

Фиг.7 - четвертый вариант исполнения седла клапана.

Показанный на Фиг.1 вентиль 1 радиатора имеет корпус 2, в который ввинчена вставка 3. Вставка 3 имеет шток 4, который на одном своем конце несет запорный элемент 5. Запорный элемент 5 выполнен из эластомера и опирается на опорную шайбу 6. Запорный элемент 5 имеет цилиндрическую форму.

Шток 4 находится под воздействием управляющего пальца 7, проведенного сквозь сальник 8. Управляющий палец 7 толкает шток 4 навстречу действию открывающей пружины 9.

Запорный элемент 5 взаимодействует с седлом 10 клапана, которое выполнено в седловом элементе 11. На Фиг.1 седловой элемент 11 показан в двух различных вариантах. На левой половине Фиг.1 седловой элемент 11 соединен со вставкой 3 отбортовкой 12, причем вставка 3 имеет удлинение 13, имеющее ряд отверстий 14, через которые теплоноситель проходит от седла клапана в выходное пространство 15.

Седловой элемент 11 посажен на штуцер 16. Он несет на одном своем конце, обращенном к штуцеру 16, манжету 17, которая расположена во внутреннем пазу 18 седлового элемента 11. Показанная на правой половине Фиг. 1 форма исполнения седлового элемента 11 также удерживается отбортовкой 12 удлинения 13 вставки 3. Отбортовка 12 здесь одновременно держит манжету 17, которая уплотняет соединение со штуцером 16. В этом исполнении штуцер 16 удлинен.

Как видно на Фиг.2, седло 10 клапана имеет особую форму. Седло 10 клапана формирует отверстие 19, через которое теплоноситель может переходить из штуцера 16 в выходное пространство 15 при подъеме запорного элемента 5 от седла 10 клапана. Это отверстие имеет наибольший диаметр D, который ограничен типоразмером вентиля 1 радиатора.

На этом наибольшем диаметре D расположены участки 20 линии закрытия седла 10 клапана, к которым прилегает запорный элемент 5 при закрытом вентиле 1 радиатора. От этих участков 20 идут участки 21, которые в данном случае проходят к центру отверстия 19 как радиальные лучи. Два таких участка 21 соединены участками 22, которые находятся на существенно меньшем диаметре.

Линия закрытия, которая образована участками 20, 21, 22, имеет таким образом форму зигзага или звезды. Она значительно длиннее линии закрытия, образованной окружностью с диаметром D.

Внутренняя кромка линии закрытия 20-22 ограничивает отверстие 19. За внешней кромкой линии закрытия 20-22 всюду предусмотрены выемки, создающие свободный объем и выполненные в седловом элементе 11. Эти выемки 23 показаны на фиг 3.

Слева на фиг.3 показан седловой элемент 11 с седлом 10 клапана. Между участками 21 с внешней стороны предусмотрены выемки 23, создающие свободный объем. Эти выемки имеют дно 24, выполненное с наклоном от 30° до 90°. В последнем случае, строго говоря, нет никакого дна. Дно 24 переходит в седло 10 клапана, то есть каждая выемка 23 имеет самую маленькую высоту вблизи центра отверстия.

Эта высота выемки увеличивается по мере удаления дна от центра наружу.

Теплоноситель, вытекающий из штуцера 16 в выходное пространство 15, дросселируется только между запорным элементом 5 и седлом 10 клапана с линией закрытия 20-22, то есть сопротивление определяется только расстоянием между запорным элементом 5 и седлом 10 клапана. Теплоноситель, который выходит из штуцера 16 через участки 20, может беспрепятственно вытекать из седлового элемента 11 в выходное пространство 15. Теплоноситель, который переходит линию закрытия через участки 21, также беспрепятственно может вытекать в свободное пространство, образованное выемками 23. То же самое происходит на участках, лежащих близко к центру по радиусу, потому что выемки 23 с наклонным дном 24 не создают дополнительного дросселирующего сопротивления, достойного какого либо упоминания. Также не происходит практически никакого дополнительного дросселирования на участках 22 вследствие малого расстояния между запорным элементом 5 и седловым элементом 11. Если здесь возникает некоторое дополнительное дросселирование, то оно не является критическим, так как сумма длин участков 22, отнесенная к длине линии закрытия 20-22, является относительно малой.

Вследствие относительно большой длины линии закрытия 20-22 создается соответственно большое сечение прохода для теплоносителя при подъеме запорного элемента 5 от седла 10 клапана. Площадь сечения прохода равна высоте подъема (расстояние между запорным элементом 5 и седлом 10 клапана), умноженной на длину линии закрытия 20-22.

Ясно видно, что при удлинении линии закрытия 20-22 возникает соответственно большее отверстие для прохода теплоносителя.

Вставка 3 имеет упор 25, который может перемещаться вдоль оси в результате его вращения во вставке 3. Для этого предусмотрена резьба 26. Упор 25 ограничивает высоту подъема запорного элемента 5. Таким образом может быть предварительно задана максимальная пропускная способность вентиля 1. Для поворота упора 25 во вставке 3 предусмотрен элемент 27, передающий крутящий момент. Этот элемент может вращаться рукояткой 28.

Такое исполнение обеспечивает пропускную способность от 1000 до 1500 л/час. Удлинение линии закрытия 20-22 позволяет повысить производительность примерно на 50% по сравнению с круговой линией закрытия с одинаковым наибольшим диаметром D.

Фиг.4, 5а и 5b показывают возможные варианты исполнения седлового элемента 11'. Во-первых, седловой элемент 11' имеет на своей наружной поверхности круговой паз 18', в который может быть уложена манжета для создания уплотнения между седловым элементом 11' и штуцером трубы, если седловой элемент 11' устанавливается в штуцер трубы.

Во-вторых, торцевая поверхность седлового элемента 11', где находится седло 10', выполнена плоской. Однако и здесь линия закрытия 20-22 имеет довольно большую длину, так как образована отверстием 19, имеющим форму звезды. Для создания в этом случае необходимого свободного объема в виде выемок 23' в запорном элементе 5', последний выполнен таким образом, что имеет форму, соответствующую форме отверстия 19, причем естественно запорный элемент 5' имеет больший размер для перекрытия отверстия в седле 10'. Кроме того, запорный элемент 5' имеет шток 4' с фиксатором 29, препятствующим повороту, таким образом запорный элемент 5' закреплен без возможности поворота относительно седлового элемента 11'.

Фиг.6 и 7 иллюстрируют другие варианты формы линии закрытия 30 или 31. Во всех случаях отверстие 19 сформировано относительно длинной линией закрытия 30, 31, поэтому вентиль радиатора в таком исполнении имеет очень высокую пропускную способность.

Таким образом, подобный вентиль 1 радиатора с относительно малой высотой подъема запорного элемента 5 позволяет обеспечить такой же расход теплоносителя, как и обычный вентиль. При равной высоте подъема получают существенно увеличенный расход. При сохранении же величины расхода можно уменьшить размеры вентиля. Вследствие относительно большой длины линии закрытия 20-22, допустимо большее падение давления на вентиле.

Термостатические элементы, которые обычно используются для управления подобными вентилями, развивают ограниченное управляющее усилие. При большой площади отверстия 19 большое падение давления недопустимо, потому что термостатический элемент не может приложить необходимое усилие для закрытия запорного элемента 5. Однако, если площадь отверстия 19 уменьшена и одновременно длина линии закрытия 20-22 увеличена, то допустимо повышенное падение давления.

То обстоятельство, что линия закрытия 20-22 становится длиннее, оказывает влияние на скорость течения воды сквозь вентиль. Это оказывает положительное влияние на уровень шума вентиля.

Кроме того, существует еще одно преимущество: относительно длинная линия закрытия 20-22 уменьшает опасность того, что запорный элемент 5 будет “захлопываться”, то есть притягиваться к седлу 10 клапана с ударом, если вентиль установлен неправильно относительно направления потока. Тем самым уменьшается опасность “гидравлического удара”.

Как видно на Фиг.3, седло 10 клапана выполнено вогнутым, то есть участки 21 наклонены по радиусу к центру так, что участки 22 имеют относительно участков 20 некоторое заглубление “а” по оси. Это заглубление “а” имеет величину порядка от 0,1 до 0,2 мм. Запорный элемент 5 должен иметь достаточную степень эластичности, чтобы он мог в закрытом положении компенсировать этот изгиб. На Фиг.3 степень вогнутости преувеличена.

Выполнение седла 10 клапана вогнутым имеет следующий эффект: по мере уменьшения усилия закрытия на запорном элементе 5, вследствие его эластичности, в радиальной внутренней зоне седла 10 клапана вначале создается негерметичность, и теплоноситель через участки 22 начинает переходить в свободный объем, образованный выемками 23. По мере дальнейшего уменьшения усилия закрытия вдоль участков 21 возникает щель, которая постоянно расширяется и создает все больший проход для теплоносителя. Когда запорный элемент 5 окончательно поднимется от седла 10 клапана и освободит участки 20 линии закрытия, вентиль открывается полностью. После этого дросселирование зависит только от расстояния между запорным элементом 5 и линией закрытия 20-22.

Вентиль радиатора предназначен для использования в системах теплоснабжения. Вентиль содержит клапан с седлом, формирующим отверстие, закрываемое запорным элементом, прилегающим в закрытом положении к седлу клапана по линии закрытия, состоящей из участков, образующих замкнутую ломаную линию, и имеющей по меньшей мере один радиальный участок, выступающий от большего радиуса к центру отверстия. Причем вдоль наружной кромки линии закрытия предусмотрены выемки, образующие свободный объем в закрытом положении запорного элемента. Изобретение обеспечивает возможность увеличения пропускной способности вентиля при его неизменных наружных размерах. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вентиль радиатора, имеющий клапан с седлом, формирующим отверстие, закрываемое запорным элементом, прилегающим в закрытом положении к седлу клапана по линии закрытия, отличающийся тем, что линия закрытия (20-22) состоит из участков, образующих замкнутую ломаную линию, и имеет, по меньшей мере, один радиальный участок (21), выступающий от большего радиуса к центру отверстия (19), вдоль наружной кромки линии закрытия (20-22) предусмотрены выемки 23, создающие свободный объем в закрытом положении запорного элемента (5).2. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что линия закрытия имеет несколько радиальных участков (21), распределенных симметрично по периметру отверстия (19).3. Вентиль по п.2, отличающийся тем, что радиальный участок линии закрытия выполнен с наклоном от большего радиуса к центру отверстия вниз от запорного элемента (5) относительно плоскости, проходящей через наиболее удаленные по радиусу от центра участки (20) периметра отверстия (19).4. Вентиль по п.3, отличающийся тем, что участок (22) имеет максимальное заглубление (а) от плоскости в пределах 0,1 - 0,2 мм.5. Вентиль по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что седло (10) клапана выполнено на седловом элементе (11) и свободный объем образован, по меньшей мере, одной выемкой (23) в седловом элементе (11).6. Вентиль по п.5, отличающийся тем, что выемка выполнена с наклонным дном (24).7. Вентиль по п.6, отличающийся тем, что дно (24) снаружи переходит в линию закрытия (20-22).8. Вентиль по п.6, отличающийся тем, что дно (24) имеет угол наклона от 30° до 90°.9. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что выемки, образующие свободный объем (23`), выполнены в запорном элементе (5`) и запорный элемент (5`) закреплен от поворота относительно седла (10`) клапана.10. Вентиль по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что линия закрытия (20-22, 30, 31) выполнена в форме звезды.11. Вентиль по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что содержит упор (25), ограничивающий высоту подъема запорного элемента (5).