КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, В ЧАСТНОСТИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ Российский патент 2008 года по МПК F16K1/36 

Изобретение относится к клапану для регулирования расхода текучей среды, в частности горячей воды, с двумя запорными элементами, седлом и затвором, взаимодействующими друг с другом в области соприкосновения, а также с исполнительным механизмом. При этом один из двух запорных элементов содержит эластомерную деталь, по крайней мере, со стороны, обращенной к другому запорному элементу, и по меньшей мере один из двух запорных элементов имеет зону предварительного контакта, в пределах которой касание седла и затвора ограничено определенным участком, обладающим способностью к деформации, и при приближении затвора к седлу возникает сила, противодействующая их сближению.

Клапаны для регулирования расхода текучей среды применяют, например, для регулирования потока воды. При этом во многих случаях работа исполнительного механизма зависит от внешних или внутренних влияющих факторов, например, температуры воды. Если при этом имеет место постоянная связь между регулирующим сигналом и расходом жидкости, то возникает опасность нестабильности регулирования. Особенно это относится к прямоточным водоподогревателям в системах централизованного теплоснабжения, когда отбирается лишь небольшое количество горячей воды. В этом случае расстояние между седлом и затвором клапана невелико, и возможно возникновение пульсаций.

Эту проблему в какой-то мере можно решить, используя клапаны, имеющие прогрессивно-нелинейную характеристику зависимости между длиной хода клапана и расходом жидкости. Однако, как правило, это возможно только для клапанов с большой длиной хода. При небольшом ходе прогрессивно-нелинейной зависимости добиться трудно.

В клапанах с небольшими размерами и/или небольшой длиной хода можно использовать амортизирующую пружину, действующую на затвор в направлении открытия. Эта пружина увеличивает действие силы в направлении открытия, когда клапан находится в закрытом положении или вблизи него. С повышением упругости, для того чтобы, в конце концов, довести затвор до соприкосновения с седлом, необходимо повышенное усилие закрытия клапана, а вместе с тем, и увеличенный сигнал закрытия.

Однако такая амортизирующая пружина требует точной регулировки во время изготовления. Этот процесс связан с большими расходами и занимает много времени.

Цель изобретения - простым способом создать клапан с прогрессивной характеристикой.

Для клапана указанного типа эта задача решена благодаря тому, что по меньшей мере один из двух запорных элементов имеет зону предварительного контакта, в пределах которой касание седла и затвора ограничено определенным участком, обладающим способностью к деформации, и при приближении затвора к седлу возникает сила, противодействующая их сближению.

Эта зона предварительного контакта позволяет без дополнительной амортизирующей пружины создать увеличенную противодействующую силу на последнем отрезке движения при закрытии клапана. Эта противодействующая сила, в свою очередь, требует повышенного усилия закрытия. Если затвор придвинут к седлу настолько, что оба запорных элемента соприкасаются в зоне предварительного контакта, то среда по-прежнему может проходить через зазор между затвором и седлом клапана. Это происходит потому, что зона предварительного контакта охватывает только часть области соприкосновения затвора с седлом. Разумеется, для того чтобы затвор приблизился к седлу еще больше, необходимо сжать эластомерную деталь в зоне предварительного контакта. Для такого сжатия необходимо определенное усилие. Это усилие необходимо обеспечить дополнительно к указанному выше усилию закрытия. Поэтому, с уменьшением расхода растет требуемое усилие закрытия. Благодаря этому весьма простым способом достигают прогрессивной характеристики клапана (зависимость между сигналом и расходом).

Противодействующая сила предпочтительно возрастает с приближением затвора к клапану. Благодаря этому достигнута характеристика клапана, имеющая не только два линейных участка. Более того, можно получить такую зависимость, при которой усилие закрытия нарастает до определенного конечного значения. Чем меньше расход, тем больше необходимое усилие закрытия.

Предпочтительно зона предварительного контакта образована благодаря по крайней мере одному выступу на запорном элементе, который выдается в направлении другого запорного элемента. Это весьма простая конструкция позволяет создать зону предварительного контакта. Выступ может быть выполнен, например, на эластомерной детали. В этом случае выступ сжат, когда эластомерная деталь находится в контакте с другим запорным элементом и продолжает придвигаться к нему. Для того чтобы сжать этот выступ, необходима указанная сила. Однако выступ можно сделать и на том запорном элементе, который не несет на себе эластомерной детали. Например, если эластомерная деталь размещена на затворе, то седло клапана можно сделать из металла и снабдить его выступом. Прежде чем затвор войдет в полное соприкосновение с седлом, металлический выступ должен быть вдавлен в эластомерную деталь. Это также позволяет достичь необходимой прогрессивной характеристики клапана.

Предпочтительно предусмотреть несколько выступов, которые размещены симметрично относительно оси вращения затвора. Благодаря этому зона предварительного контакта не вызывает неравномерного распределения сил, которое при хранении затвора в течение длительного времени могло бы привести к износу. Более того, выступы размещены так, чтобы не возникало боковых сил, действующих на затвор.

Предпочтительно выступ и несущий его запорный элемент изготовлены из одного и того же материала. Это облегчает производство. Выступ можно сформировать, например, при изготовлении эластомерной детали. То же самое относится к случаю, когда выступ размещен на другом запорном элементе.

Предпочтительно выступ имеет сужение на конце. Этот весьма простой способ позволяет выполнить клапан с возрастающим усилием закрытия. Для сжатия более узкой части выступа необходима сила меньшая, чем та, которая необходима для сжатия основания выступа, имеющего, соответственно, поперечное сечение большей величины. То же самое относится к случаю, когда в эластомер вдавливаются металлические выступы. Здесь также необходимая сила уменьшается при меньшем поперечном сечении выступа.

Предпочтительно исполнительный механизм имеет привод с рабочей характеристикой "давление-температура". В этом случае повышение температуры увеличивает силу, с которой исполнительный механизм действует на затвор. Движение затвора становится нелинейным. Так как из-за зоны предварительного контакта с приближением к седлу затвору противодействует возрастающая сила, исчезает линейная зависимость между температурой и степенью открытия клапана, а вместе с тем, между температурой и расходом. Благодаря этому можно простым способом получить стабильный контур регулирования. Хотя этот контур не является абсолютно необходимым, он позволяет достичь большего рабочего диапазона.

Предпочтительно привод снабжен преобразователем температура-перемещение, имеющим газовое наполнение. С ростом температуры газ расширяется. Однако, так как газ сжимаем, ход привода в зависимости от температуры определяется также и противодействующей силой. Таким образом, использование газонаполненного чувствительного элемента позволяет получить стабильный контур регулирования.

Далее изобретение описано более подробно на основе предпочтительных примеров конструктивного исполнения, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее:

Фиг.1 - схематичное изображение регулятора расхода воды.

Фиг.2 - вид затвора со стороны седла.

Фиг.3 - прогрессивная характеристика клапана.

Фиг.4 - первая конструктивная форма седла клапана, взаимодействующего с затвором.

Фиг.5 - вид затвора в разрезе.

Фиг.6 - вторая конструктивная форма седла клапана, взаимодействующего с затвором.

На Фиг.1 показан регулятор 1 расхода горячей воды, то есть регулирующий клапан потока жидкости, протекающей от входа 2 к выходу 3 по направлению стрелки 4. Между входом 2 и выходом 3 находится запорное устройство 5, имеющее седло 6 клапана и затвор 7. Затвор 7 может перемещаться с помощью исполнительного механизма 9 посредством толкателя 8. Исполнительный механизм 9 может иметь, например, чувствительный к изменению температуры элемент 10. В данном случае чувствительный элемент 10 выполнен в виде преобразователя температура-перемещение, то есть он имеет рабочую характеристику "давление-температура".

Датчик температуры 11 передает исполнительному механизму 9 данные о температуре воды, протекающей через клапан 1. Конечно, возможны и другие способы регистрации и передачи данных о температуре. Управление клапаном может осуществляться также на основе других внешних влияющих факторов.

На Фиг.3 показан график прогрессивной характеристики клапана, достижение которой является целью настоящего изобретения. Прогрессивная характеристика клапана означает, что в зависимости от положения затвора изменение сигнала S приводит к различным изменениям расхода Q. Например, если затвор 7 с некоторого расстояния перемещается в направлении закрытия клапана 6, то изменение сигнала Х1 ведет к изменению расхода Y1. Если затвор 7 в большей степени удален от седла клапана 6, то точно такое же изменение сигнала Х2 должно вести к соответствующему большему изменению расхода Y2. Говоря другими словами, необходимо, чтобы действовало следующее соотношение:

Чтобы достичь такой характеристики, один из двух запорных элементов, то есть либо седло 6, либо затвор 7, или же оба запорных элемента должны иметь зону предварительного контакта. Зона предварительного контакта схематично показана на Фиг.2. На Фиг.2 показана область соприкосновения седла 6 и затвора 7 клапана.

В данном случае зона предварительного контакта показана на затворе 7. Поэтому на Фиг.2 представлен вид затвора 7 со стороны седла 6 клапана.

По окружности затвора 7 равномерно распределены четыре выступа 12, которые расположены центрально-симметрично относительно осевой линии 13. Затвор 7 установлен с возможностью перемещения вдоль осевой линии 13. Между выступами 12 оставлены промежутки 14, через которые жидкость может течь даже тогда, когда затвор 7 с выступами 12 прилегает к седлу 6 клапана. Когда затвор 7 вступает в контакт с седлом 6 и продолжает перемещаться дальше в направлении седла 6, выступы 12 сжимаются. Для этого требуется повышенное усилие. Итак, выступы 12 действуют как упругие элементы, которые с приближением затвора 7 к седлу 6 клапана создают противодействующую силу. Эта сила имеет направление, противоположное направлению закрытия. Чтобы затвор 7, в конце концов, плотно прилегал к седлу 6, исполнительное устройство должно преодолеть эту противодействующую силу. В этом случае выступы 12 сжаты с образованием плоскости прилегания затвора 7 к седлу 6. Здесь следует заметить, что полностью закрывать клапан во многих случаях и не требуется. Это относится, например, к тому случаю, когда клапан используют в качестве клапана, регулирующего объемный расход. Это имеет место, например, тогда, когда клапан установлен на входе теплообменника, питающегося от теплофикационной сети.

Как видно, например, из Фиг.4 и 5 выступы 12 по высоте имеют переменное поперечное сечение. Выступ 12 сужен к своему концу, то есть в направлении седла клапана 6. Вследствие этого в начале движения по закрытию клапана для сжатия выступов 12 необходима незначительная, а в конце движения - большая сила. Соответственно возрастает и противодействующая сила, которую необходимо преодолеть, чтобы закрыть клапан 1.

На Фиг.5 показан схематичный разрез затвора 7. Затвор 7 содержит сердечник 15, покрытый эластомерной деталью 16. Выступы 12 выполнены как одно целое с эластомерной деталью 16.

Как видно из Фиг.2, промежутки 14 в радиальном направлении имеют расширение наружу. Линия прилегания 17, показывающая положение седла 6 клапана при начальном контакте с затвором 7, в радиальном направлении по окружности слегка выступает за пределы сужения промежутков 14. Это гарантирует относительно свободное стекание жидкости из зазора между седлом клапана 6 и затвором 7, поскольку затвор 7 еще не полностью прилегает к седлу 6.

На Фиг.6 показано немного измененное конструктивное исполнение. Те детали, которые соответствуют деталям на Фиг.1-5, обозначены штриховкой.

В отличие от конструкции, которая изображена на Фиг.4, в данном случае выступы 12' размещены уже не на затворе 7', а на седле 6' клапана. Выступы 12' выполнены заодно с седлом 6', то есть выступы 12' сделаны из того же материала, что и седло 6'. Их также можно изготовить из металла.

В этом случае при закрывающем клапан движении выступы 12' вдавлены в эластомерную деталь 16 затвора 7', что, по существу, имеет такое же техническое воздействие, то есть выступы 12' сжимают соответствующий участок эластомерной детали 16, для чего требуется определенная сила. Чтобы довести затвор 7' до прилегания к седлу клапана 6', необходимо преодолеть эту противодействующую силу.

Конечно, выступы можно выполнить как на затворе 7, 7', так и на седле клапана 6, 6'. Подробно это не показано.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для применения в системах регулирования расхода текучей среды, в частности, горячей воды с переменной температурой. Клапан для регулирования расхода текучей среды, в частности горячей воды, содержит два запорных элемента: седло (6, 6') и затвор (7, 7'), и исполнительный механизм (9). Седло и затвор взаимодействуют друг с другом в зоне соприкосновения. Один из двух запорных элементов снабжен эластомерной деталью, по крайней мере, со стороны, обращенной к другому запорному элементу. По меньшей мере, один из двух запорных элементов имеет зону предварительного контакта. В пределах этой зоны касание седла и затвора ограничено определенным участком, обладающим способностью к деформации. При приближении затвора к седлу возникает сила, противодействующая их сближению. Зона предварительного контакта (12, 12') образована, по меньшей мере, одним выступом на запорном элементе (6, 7; 6', 7'). Упомянутый выступ выступает в направлении другого запорного элемента (7, 6; 7', 6'), образуя промежуток (14), так что контакт двух запорных элементов (6, 7; 6', 7') вне указанного участка между затвором (7, 7') и седлом (6, 6') образует зазор, обеспечивающий проход среды. Изобретение направлено на создание клапана с прогрессивной характеристикой (зависимость между сигналом и расходом). 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапан для регулирования расхода текучей среды, в частности горячей воды, с двумя запорными элементами, седлом и затвором, взаимодействующими друг с другом в зоне соприкосновения, а также с исполнительным механизмом, причем один из двух запорных элементов снабжен эластомерной деталью, по крайней мере, со стороны, обращенной к другому запорному элементу, и по меньшей мере один из двух запорных элементов имеет зону предварительного контакта, в пределах которой касание седла и затвора ограничено определенным участком, обладающим способностью к деформации, и при приближении затвора к седлу возникает сила, противодействующая их сближению, отличающийся тем, что зона предварительного контакта образована, по меньшей мере, одним выступом на запорном элементе (6, 7; 6', 7'), выступающем в направлении другого запорного элемента (7, 6; 7', 6'), образуя промежуток (14), так что контакт двух запорных элементов (6, 7; 6', 7') вне указанного участка между затвором (7, 7') и седлом (6, 6') образует зазор, обеспечивающий проход среды.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что при указанном приближении противодействующая сила увеличивается.3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что предусмотрено несколько выступов, расположенных симметрично относительно осевой линии (13), вдоль которой движется затвор (7, 7').4. Клапан по п.2 или 3, отличающийся тем, что выступ выполнен из того же материала, что и несущий его запорный элемент (6', 7).5. Клапан по п.2 или 3, отличающийся тем, что к своему концу выступ сужен.6. Клапан по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что исполнительный механизм (9) имеет привод (10) с рабочей характеристикой «давление-температура».7. Клапан по п.6, отличающийся тем, что привод (10) выполнен в виде преобразователя температура-перемещение с газовым наполнением.