КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ РАДИАТОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2006 года по МПК F16K1/44 

Изобретение касается клапана, в частности радиаторного клапана, с впускным отверстием, первым седлом клапана, взаимодействующим с первым затвором, и вторым седлом клапана, взаимодействующим со вторым затвором, причем оба седла клапана размещены за впускным отверстием параллельно друг другу.

В некоторых случаях применения клапанов необходимо увеличивать пропускную способность клапана, то есть повышать максимальный расход жидкости, причем управление должно оставаться относительно чувствительным. В общем случае повышение пропускной способности клапана не представляет собой какой-либо проблемы. В простейшем варианте это можно обеспечить, увеличив размеры самого клапана. Однако существует целый ряд случаев применения клапанов, при которых увеличение габаритов клапана невозможно, это касается, например, встраиваемых радиаторных клапанов. В этом случае выйти за пределы монтажных размеров, определяемых конструкцией радиаторов, невозможно.

Клапан упомянутого вначале типа известен из DE 3607130 А1. В этом клапане каждому седлу клапана соответствует свое выпускное отверстие, которое, в свою очередь, снабжает соответствующую панель радиатора. Одна панель радиатора находится при этом ближе к стене отапливаемого помещения. Клапан имеет переключатель экономии энергии, с помощью которого можно открывать одно седло и закрывать другое седло клапана, так что расположенная у стены отопительная панель будет нагреваться сильнее, чем панель со стороны помещения.

В основе изобретения лежит задача предложить клапан, который при заданных внешних размерах обладал бы большой пропускной способностью.

Эта задача в случае клапана упомянутого вначале типа решается благодаря тому, что первое и второе седло клапана оканчиваются общим выпускным отверстием.

Таким образом, пропускная способность клапана увеличивается благодаря тому, что его функция распределена по двум клапанам, каждый из которых имеет седло и затвор. Эти два клапана включены параллельно. Благодаря параллельному включению клапанов можно увеличить пропускную способность клапана, не увеличивая его внешние размеры. Возможность относительно чувствительной регулировки протекания жидкости через клапан сохраняется.

Предпочтительно перемещение первого затвора должно зависеть от второго затвора. Такая конструкция обладает тем преимуществом, что для открывания и закрывания клапана по-прежнему необходима только одна приводная деталь. Достаточно воздействовать на один затвор клапана, а другой затвор будет двигаться вследствие движения первого затвора.

При этом является предпочтительным, чтобы второй затвор мог быть перемещен на заранее определенное расстояние прежде, чем первый затвор отойдет от первого седла клапана. В этом случае достигается особо чувствительное регулирование расхода жидкости при открывании клапана. После открывания клапана расход жидкости сначала определяется вторым затвором и вторым седлом клапана. Первый затвор по-прежнему прилегает к седлу клапана. И только после того, как второй затвор пройдет заранее определенное расстояние, первый затвор получит возможность отойти от первого седла клапана и таким образом открыть соответствующий клапан.

В одной из предпочтительных конструкций предусмотрено, что между вторым затвором или связанными с ним деталями и первым затвором или связанными с ним деталями находится пружина, нагружающая первый затвор по направлению к первому седлу клапана. Эта пружина предназначена для того, чтобы первый затвор прилегал к первому седлу клапана даже тогда, когда второй затвор отходит от второго затвора клапана. В этом случае можно выполнять относительно простое управление клапаном.

Предпочтительно первый и второй затворы должны быть установлены коаксиально относительно друг друга. Оба клапана помещают, так сказать, друг над другом, так что пространство, которое предоставляет монтажная длина клапана в осевом направлении, можно с успехом использовать для двух параллельно включенных клапанов.

Предпочтительно первый затвор должен иметь отверстие, через которое жидкость из впускного отверстия клапана может проходить ко второму затвору. Это наиболее простой способ подачи жидкости из впускного отверстия ко второму седлу клапана и второму затвору. В этом случае не нужно дополнительное конструктивное пространство снаружи вокруг первого седла клапана, необходимое для перемещения жидкости. Напротив, первый затвор может быть выполнен такой величины, какую позволяют конструктивные размеры клапана. Это также повышает пропускную способность клапана.

Предпочтительно второе седло клапана должно быть выполнено на первом затворе. В этом случае, если оба клапана открыты, для протекающей жидкости обеспечивается очень большая площадь поперечного сечения. Управление движениями обоих затворов осуществляется относительно легко.

Предпочтительно второй затвор должен иметь промежуточный элемент, например штифт, действующий на первый затвор. В этом случае относительно легко реализовать движения первого затвора в то время, когда приводится в действие второй затвор.

Предпочтительно второй затвор должен быть установлен на клапанном штоке, который может быть приведен в действие снаружи.

Обычно клапан такого вида, если он сконструирован как радиаторный клапан, приводится в действие термостатической насадкой, действующей на клапанный шток. В этом случае благодаря связи между вторым и первым затворами клапанный шток может воздействовать также на первый затвор.

В одной из предпочтительных конструкций клапанный шток выполнен в виде закрытой с одной стороны трубы, в этой трубе расположена пружина сжатия. Пружина сжатия благодаря промежуточному элементу, например штифту, выступающему из трубы с определенным осевым зазором, действует на первый затвор в направлении закрывания. Таким образом, пружина сжатия удерживает первый затвор в положении прилегания к первому седлу клапана даже тогда, когда второй затвор находится в движении. При этом осевой зазор определяет максимальную длину пути второго затвора, который он проходит, прежде чем первый затвор также начинает отходить от первого седла клапана. Это происходит тогда, когда труба со своей стороны вовлекает в движение промежуточный элемент и тем самым устраняет действие пружины сжатия.

В альтернативной конструкции может быть предусмотрено, что пружина сжатия находится между первым затвором и опорой, которая с определенным осевым зазором установлена на клапанном штоке. Таким образом, опора предварительно нагружена в направлении, в котором клапанный шток движется при открывании. Пока клапанный шток удерживает второй затвор в закрытом положении, первый затвор также прилегает к первому седлу клапана. Если теперь клапанный шток будет двигаться в направлении открывания, то опора будет зафиксирована пружиной сжатия на клапанном штоке в крайнем положении в направлении открывания. Пружина сжатия имеет достаточную длину, чтобы по-прежнему удерживать первый затвор на первом седле клапана. Однако длина пружины ограничена, так что после определенного движения клапанного штока опора уже не может действовать в качестве опоры для пружины сжатия. В этом случае под действием притекающей жидкости первый затвор отходит от первого седла клапана. Управляемое движение первого затвора достигается также благодаря тому, что клапанный шток тянет опору и оттягивает ее от первого седла. Если пружина сжатия прикреплена к опоре и первому затвору, то это движение передается также на первый затвор, благодаря чему происходит управляемый отвод первого затвора от первого седла клапана.

В третьей альтернативной конструкции предусмотрено, что открывающая пружина действует на первый затвор в направлении открывания, а второй затвор опирается на первый затвор. В этом случае клапан также открывается, когда давление, действующее на клапанный шток в направлении закрывания, уменьшается или прекращается.

При этом, конечно, может быть предусмотрено, что второй затвор посредством пружины опирается на первый затвор. После определенного движения второго затвора эта пружина действует на первый затвор с большей силой, чем открывающая пружина. Таким образом, благодаря этому движению открывается второй затвор, в то время как первый затвор под действием пружины все еще остается закрытым.

Причем является особенно предпочтительным, чтобы пружина была установлена в ограничительном элементе, крепящемся к седлу клапана с определенным осевым зазором. Таким образом, ограничительный элемент ограничивает перемещение, совершаемое вторым затвором, прежде чем первый затвор отойдет от первого седла клапана.

Далее изобретение более подробно описывается на примерах предпочтительных конструкций со ссылками на чертежи. При этом на фигурах показано следующее:

Фиг.1

Первый вариант конструкции клапана;

Фиг.2

Второй вариант конструкции клапана;

Фиг.3

Третий вариант конструкции клапана;

Фиг.3а

Кривая пропускной способности клапана, изготовленного в соответствии с Фиг.3;

Фиг.4

Четвертый вариант конструкции клапана;

Фиг.4а

Кривая пропускной способности клапана, изготовленного в соответствии с Фиг.4;

На Фиг.1 показан выполненный в виде радиаторного клапана клапан 1 с корпусом 2, имеющим крепежную деталь 3, например винтовую резьбу.

В корпусе 2 имеется впускное отверстие 4 и выпускное отверстие 5.

Впускное отверстие 4 заканчивается первым седлом 6 клапана, взаимодействующим с первым затвором 7. В первом затворе 7 выполнено второе седло 8 клапана, взаимодействующее со вторым затвором 9. В изображенном на Фиг.1 положении оба затвора 7, 9 прилегают к соответствующим седлам 6, 8. Клапан 1 закрыт, то есть канал между впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 5 перекрыт.

Второй затвор 9 приводят в действие посредством штока 10. Шток 10 с помощью закрепленной в корпусе открывающей пружины 11 нагружен в направлении открывания. Предусмотрен приводной палец 12, этот палец выведен наружу через сальник 13 и управляет в направлении закрывания штоком 10. Таким образом, если на приводной палец 12 действует внешняя сила, например, от термостатической насадки, то второй затвор 9 прижимается ко второму седлу 8 клапана, выполненному на первом затворе 7. Благодаря этому первый затвор 7 прижимается к первому седлу 6 клапана и клапан закрывается.

Первый затвор 7 является составной частью корпуса затвора клапана, в котором параллельно первому затвору 7 имеется перегородка 15, которая посредством крепежной перемычки 16 соединена с первым затвором 7. В перегородке 15 выполнено отверстие 17, через которое проходит шток 10. На нижнем конце штока 10 с помощью штифта 18 установлен второй затвор 9. Длина штифта 18 превышает диаметр отверстия 17.

Шток 10 выполнен в виде трубы, верхний конец 19 штока 10 закрыт. В штоке 10 находится пружина 20 сжатия, с одной стороны опирающаяся на концевую часть 19, а с другой - на штифт 21, пропущенный сквозь шток 10 и выступающий наружу. Причем штифт 21 проходит через удлиненные отверстия 22. Длина штифта 21 также превышает диаметр отверстия 17. Удлиненные отверстия 22 вытянуты в осевом направлении настолько, что этого достаточно для того, чтобы тогда, когда второй затвор 9 прилегает ко второму седлу 8 клапана, штифт 21 прижал первый затвор 7 к первому седлу 6 клапана, а именно через перегородку 15 и крепежную перемычку 16. Здесь следует заметить, что перемычка 16 выполнена не только в одном месте по окружности, но может включать в себя несколько перемычек, например три перемычки, равномерно распределенные по окружности между перегородкой 15 и первым затвором 7.

Если давление на приводной палец 12 уменьшается, то открывающая пружина 11 отодвигает шток 10 от впускного отверстия 4. При этом второй затвор 9 отходит от второго седла 8 клапана. Хотя при этом пружина 20 разжимается, она все еще обладает силой, которая достаточна для того, чтобы посредством штифта 21 удерживать первый затвор 7 у первого седла 6 клапана. Соответственно, пружина 20 может быть более мощной, чем открывающая пружина 11. После преодоления определенного осевого зазора, который определяется расстоянием между штифтом 18 и перегородкой 15, штифт начинает прилегать к перегородке 15. Одновременно с этим нижний конец удлиненных отверстий 22 также может прилегать к штифту 21, однако не обязательно. При дальнейшем движении штока 10 от впускного отверстия 4 корпус затвора 14 отходит от впускного отверстия. При этом движении первый затвор 7 автоматически отходит от первого седла 6 клапана.

Когда оба затвора 7, 9 отходят от соответствующих седел 6, 8 клапана, возникает относительно большое поперечное сечение для потока жидкости, поэтому через клапан 1 может пройти больший объемный поток. Однако регулирование остается весьма чувствительным, особенно в момент, когда клапан 1 начинает открываться.

Движение при закрывании клапана происходит в обратной последовательности. Если через приводной палец 12 на шток 10 действует давление в направлении закрывания, то пружина сжатия 20 перемещает шток 10 к впускному отверстию 4. При этом положение второго затвора 9 определяется положением штока 10. Корпус затвора 14 благодаря пружине сжатия 20 оказывается предварительно нагружен относительно второго затвора 9 по направлению к впускному отверстию 4, так что первый затвор 7 начинает прилегать к первому седлу 6 клапана, в то время как второй затвор 9 все еще находится на удалении от второго седла 8 клапана. И только в процессе дальнейшего движения штока 10 вниз, то есть в направлении впускного отверстия 4, закрывается также второй клапан, образованный вторым затвором 9 и вторым седлом 8 клапана.

Таким образом, один клапан расположен над другим клапаном. Оба клапана включены параллельно между впускным отверстием 4 и выпускным отверстием 5. Второе седло 8 клапана выполняют на первом затворе 7.

На Фиг.2 показана измененная конструкция клапана, одинаковые и соответствующие детали здесь обозначены одинаковыми номерами.

В конструкции, представленной на Фиг.2, второе седло 8 клапана также выполняют на первом затворе 7. Второй затвор 9 прикреплен к штоку 10'. Немного выше второго затвора 9 шток 10' имеет кольцеобразную выемку 23, на которой установлена опора 24. Причем выемка 23 имеет длину в осевом направлении больше, чем высота опоры 24. Между опорой 24 и первым затвором 7 помещена пружина 25 сжатия, опирающаяся как на опору 24, так и на первый затвор 7. Таким образом, пружина сжатия подходит также для передачи растягивающих сил между опорой 24 и первым затвором 7. Однако пружина сжатия 25 имеет ограниченную длину, то есть она не может растягиваться больше, чем на определенную длину, это объясняется ниже.

Если шток 10', как показано на Фиг.2, находится в положении закрытия, то он прижимает второй затвор 9 ко второму седлу 8 клапана на первом затворе 7, который, в свою очередь, прижат к первому седлу 6 клапана.

При движении штока 10' во время открывания клапана, которое происходит благодаря открывающей пружине 11, сначала второй затвор 9 отходит от второго седла 8 клапана. Пружина 25 сжатия предназначена для того, чтобы первый затвор 7 по-прежнему прилегал к первому седлу 6 клапана. Опора 24 благодаря действию пружины 25 сжатия прижата к верхнему краю выемки 23 в штоке 10'.

При дальнейшем движении штока 10' вверх, то есть от впускного отверстия 4, после прохождения штоком определенного расстояния он достигает точки, в которой пружина 25 сжатия максимально разжата. При этом давление, закрывающее первый затвор 7, уменьшается. При дальнейшем движении штока 10' вверх нижний край выемки 23 входит в зацепление с опорой 24 и тянет ее вверх, то есть от впускного отверстия 4. Это движение через пружину 25 передается первому затвору 7, так что затвор 7 отходит от седла 6 клапана. Если оба клапана, то есть первый затвор 7 с первым седлом 6 клапана и второй затвор 9 со вторым седлом 8 клапана открыты, то для жидкости, которая течет от впускного отверстия 4 к выпускному отверстию 5, имеется относительно большое поперечное сечение. Клапаны расположены параллельно друг другу. Дополнительно во впускном отверстии может быть помещен штуцер 26, установленный таким образом, чтобы он перекрывал отверстие 27 в первом затворе 7. Благодаря штуцеру 26 улучшается обтекание второго затвора 9.

На Фиг.3 показана третья альтернативная конструкция, одинаковые и соответствующие детали обозначены теми же номерами, что и на Фиг.1 и 2.

В отличие от конструкций, изображенных на Фиг.1 и 2, здесь оба седла 6, 8 клапана расположены в корпусе. Соответственно в корпусе 2 имеется два выпускных отверстия 5.

Открывающая пружина 11 действует на первый затвор 7 снизу, то есть от впускного отверстия 4. Шток 10'', на нижнем конце которого находится второй затвор 9, через ограничительный элемент 28, помещенный с осевым зазором в штоке 10'', опирается на затвор 7, например, благодаря звездчатой перемычке 29. Для наглядности на Фиг.3 показан лишь один луч звездчатой перемычки. Конечно, перемычка 29 не должна закрывать отверстие 27 в первом затворе 7. Пружина 30 обладает большей силой, чем открывающая пружина 11.

Этот клапан действует следующим образом.

Если шток 10'' отжат вниз, например, под действием приводного пальца 12, то второй затвор 9 прилегает ко второму седлу 8 клапана, а первый затвор 7 - к первому седлу 6 клапана.

Когда шток 10'' передвигают из этого положения вверх, то он отводит второй затвор 9 от второго седла 8 клапана. Однако первый затвор продолжает прилегать к первому седлу 6 клапана, так как пружина 30 в ограничительном элементе 28 действует на первый затвор 7 с силой, превышающей силу пружины 11. Но длина хода пружины 30 ограничена ограничительным элементом 28, который вовлекается в движение после определенного перемещения штока 10'' в осевом направлении. Как только ограничительный элемент 28 начинает двигаться, пружина 30 перестает действовать на первый затвор 7. Под действием открывающей пружины 11 первый затвор 7 отходит от первого седла 6 клапана.

Кривая открывания этого клапана показана на Фиг.3а. Ход штока 10'' отложен по оси Хр, а объемный расход - по оси Q. Из графика видно, что после открывания клапана сначала объемный расход растет относительно медленно, это происходит до тех пор, пока активен лишь клапан, образованный вторым затвором 9 и вторым седлом 8 клапана. Когда оказывается задействован второй клапан, объемный расход Q растет значительно быстрее.

На Фиг.4 показана упрошенная конструкция, при которой (см. Фиг.4а) объемный расход растет равномерно с увеличением длины хода Хр. В отличие от конструкции, изображенной на Фиг.3, здесь между штоком 10'' и первым затвором 7 нет никакой пружины. Напротив, шток 10'' через упор 31, жестко соединенный со штоком 10'', опирается прямо на первый затвор 7.

Если сила, действующая на шток 10'', уменьшается, то открывающая пружина 11 отжимает первый затвор 7 от первого седла 6 клапана. Это движение передается непосредственно второму затвору 9, поэтому второй затвор отводится от второго седла 8 клапана.

В конструкциях, представленных на Фиг.3 и 4, оба клапана включены также параллельно друг другу. Они расположены друг над другом (относительно оси клапана), а жидкость протекает через первый затвор 7 ко второму седлу 8 клапана.

Клапан предназначен для использования в системах отопления. Радиаторный клапан содержит шток, впускное отверстие, первое седло, взаимодействующее с первым затвором, второе седло, взаимодействующее со вторым затвором, приводимым в действие штоком; причем оба седла размещены параллельно друг другу за впускным отверстием и оканчиваются общим выпускным отверстием, а открывающая пружина нагружает первый затвор в направлении от первого седла; в клапане предусмотрен упор, посредством которого шток опирается на первый затвор, через отверстие в последнем ко второму затвору может подаваться жидкость из впускного отверстия. Изобретение обеспечивает высокую пропускную способность при заданных наружных диаметрах. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Радиаторный клапан, имеющий шток, впускное отверстие, первое седло клапана, взаимодействующее с первым затвором, и второе седло клапана, взаимодействующее со вторым затвором, приводимым в действие штоком, причем оба седла клапана размещены параллельно друг другу за впускным отверстием и оканчиваются общим выпускным отверстием, характеризующийся тем, что имеется открывающая пружина (11), нагружающая первый затвор (7) в направлении от первого седла (6) клапана, в клапане предусмотрен упор (31), посредством которого шток (10'') опирается на первый затвор (7), а в первом затворе (7) имеется отверстие (27), через которое ко второму затвору (9) может подаваться жидкость из впускного отверстия (4).2. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что первый затвор (7) связан со вторым затвором таким образом, что перемещение первого затвора (7) зависит от второго затвора (9).3. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что второй затвор (9) установлен с возможностью перемещения на определенное расстояние, прежде чем первый затвор (7) отойдет от первого седла (6).4. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что между вторым затвором (9) или связанными с ним деталями и первым затвором (7) или связанными с ним деталями находится пружина (20, 25), нагружающая первый затвор (7) по направлению к первому седлу клапана (6).5. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что первый затвор (7) и второй затвор (9) установлены коаксиально относительно друг друга.6. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что второе седло (8) клапана выполнено на первом затворе (7).7. Клапан по п.1, характеризующийся тем, что второй затвор (9) имеет штифт (18) и установлен с возможностью действовать на первый затвор (7).8. Клапан по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что второй затвор (9) установлен на клапанном штоке (10, 10', 10''), который может быть приведен в действие снаружи.9. Клапан по п.8, характеризующийся тем, что клапанный шток (10) выполнен в виде закрытой с одной стороны трубы, в которой установлена пружина сжатия (20), которая благодаря штифту (21), выступающему из трубы и установленному с определенным осевым зазором, нагружает первый затвор (7) в направлении закрывания.10. Клапан по п.8, характеризующийся тем, что пружина сжатия (25) находится между первым затвором (7) и опорой (24), установленной на клапанном штоке (10') с осевым зазором.11. Клапан по п.8, характеризующийся тем, что пружина (30) установлена с зазором в ограничительном элементе (28) с возможностью воздействия на первый затвор (7) с силой, превышающей силу воздействия открывающей пружины (11), на протяжении части хода второго затвора (9).12. Клапан по п.11, характеризующийся тем, что пружина (30) установлена в ограничительном элементе (28), крепящемся к клапанному штоку (10'') с осевым зазором.