УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В КЛАПАНЕ Российский патент 2013 года по МПК F16K47/08 F16K3/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее описание относится в целом к устройству для увеличения расхода текучей среды в клапане и, в частности, к устройству для увеличения расхода текучей среды в проходном канале для текучей среды через клапанную обойму клапана управления для текучей среды.

Уровень техники

Клапаны управления используются в технологических установках во множестве прикладных задач, таких как, например, регулирование расхода продукта в пищевой промышленности, поддержание уровней текучей среды в больших парках резервуаров и т.п. Автоматизированные клапаны управления используются для управления расходом продукта или поддержания уровней текучей среды путем использования в качестве изменяемого канала. Количество текучей среды, проходящей через корпус клапана управления, может точно регулироваться перемещением клапанного элемента управления (например, пробки). Пропускная способность клапана управления может быть увеличена путем увеличения размера клапана управления. Однако, как правило, это увеличивает стоимость клапана управления.

Раскрытие изобретения

Устройство для увеличения расхода текучей среды в клапане содержит корпус клапана, имеющий проходной канал для текучей среды, клапанную обойму, расположенную в проходном канале, и клапанную пробку, выполненную с возможностью осевого скольжения в канале обоймы. Клапанная обойма включает стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось. Стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых проходит между внутренней и внешней поверхностями для ограничения оси отверстия, проходящей через стенку. Каждая ось отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости, расположенной перпендикулярно оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия.

Дополнительно устройство для увеличения расхода текучей среды в клапане включает корпус клапана, имеющий проходной канал для текучей среды, клапанную обойму, расположенную в проходном канале, и клапанную пробку, выполненную с возможностью осевого скольжения в канале обоймы. Клапанная обойма содержит стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых имеет изогнутую ось, проходящую между внутренней и внешней поверхностями. Каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия.

Краткое описание графических материалов

Фиг.1 представляет собой вид с местным разрезом известного клапанного узла.

Фиг.2 представляет собой увеличенный вид клапанной обоймы известного клапанного узла, показанного на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой вид с местным разрезом примера клапанного узла.

Фиг.4 представляет собой вид с местным разрезом примера клапанного узла.

Фиг.5 представляет собой увеличенный вид части другого примера клапанного узла.

Фиг.6 представляет собой увеличенный вид части еще одного примера клапанного узла.

Осуществление изобретения

В целом пример устройства для увеличения расхода текучей среды в клапане, описанного в данном документе, может использоваться в различных типах узлов или установок. Несмотря на то, что описанные здесь примеры связаны с регулированием расхода продукта в обрабатывающей промышленности, описанные здесь примеры в целом применимы для разного рода управления с различными целями.

Фиг.1 представляет собой вид с местным разрезом известного клапанного узла 10. Узел 10 клапана управления включает корпус 11 клапана, имеющий впускное окно 12 и выпускное окно 14, клапанную обойму 16, узел 18 клапанной пробки и узел 20 крышки. В других узлах клапана управления впускное окно и выпускное окно можно поменять местами, то есть текучая среда может проходить в обратном направлении. Клапанная обойма 16 имеет цилиндрическую стенку 22, ограничивающую канал 24, расположенный вдоль оси А. Клапанная обойма 16 ограничивает клапанное седло 26, имеющее одну или более зон 28 прохождения текучей среды, обеспечивающих прохождение текучей среды между внешней поверхностью 32 стенки и внутренней поверхностью 34 цилиндрической стенки 22. Узел 18 клапанной пробки включает в целом цилиндрическую клапанную пробку 40, расположенную с возможностью скольжения в канале 24 и прикрепленную к штоку 42. Как показано на фиг.1, расход текучей среды через корпус 11 клапана определяется положением узла 18 клапанной пробки в клапанной обойме 16. Для пояснения левая половина узла 18 клапанной пробки показана в закрытом положении, в котором текучая среда не проходит, а правая половина узла 18 клапанной пробки показана в открытом положении, в котором текучая среда проходит.

Как показано на фиг.1 и 2, каждая зона 28 прохождения текучей среды включает несколько расположенных на расстоянии друг от друга прорезей 29, проходящих между внешней поверхностью 32 стенки и внутренней поверхностью 34 стенки клапанной обоймы 16. Каждая прорезь 29 имеет в целом прямоугольную форму и продольную ось 50, проходящую по окружности относительно клапанной обоймы 16 и ориентированную под углом C к базовой плоскости B, проходящей перпендикулярно оси A. Каждая прорезь 29 также имеет ось S отверстия и прорези, проходящую радиально оси A. Прорези 29 проходят непосредственно через цилиндрическую стенку 22 клапанной обоймы 16 так, что каждая прорезь лежит либо на оси S, либо расположена параллельно базовой плоскости В.

Прорези 29 представляют собой каналы текучей среды, вызывающие резкое изменение направления текучей среды, проходящей из впускного окна 12 в выпускное окно 14 через прорези 29 (см. фиг.1). Текучая среда изменяет направление при проходе через прорези 29 в выпускное окно 14. Изменение направления потока текучей среды происходит в результате направления текучей среды прорезями 29 непосредственно через стенку 22 от внутренней поверхности 34 стенки к внешней поверхности 35 стенки. Другими словами, направление потока текучей среды через каждую прорезь 29 либо совпадает с базовой плоскостью В, либо проходит параллельно ей. Как правило, изменение направления потока текучей среды сопровождается потерей скорости потока текучей среды, давления текучей среды и объема потока текучей среды. Увеличение пропускной способности узла 10 клапана управления может быть осуществлено путем увеличения размера узла 10 клапана управления. Однако, как правило, это увеличивает стоимость узла 10 клапана управления.

Примеры устройства для увеличения расхода текучей среды в клапане показаны на фиг.3-6. Конструктивные элементы, подобные элементам на фиг.1 и 2, обозначены на фиг.3-6 ссылочными номерами позиций, увеличенными соответственно на 100, 200, 300 или 400.

На фиг.3 показан вид с местным разрезом примера узла 100 клапана управления. Пример узла 100 клапана управления включает корпус 106 клапана, имеющий впускное окно 112 и выпускное окно 114, клапанную обойму 116, узел 318 клапанной пробки и узел 120 крышки. Клапанная обойма 116 представляет собой элемент в форме стакана, имеющий цилиндрическую стенку 112, ограничивающую канал 124, расположенный по оси Y. Клапанная обойма 116 ограничивает клапанное седло 126, имеющее одну или более зон 130 прохождения текучей среды, обеспечивающих прохождение текучей среды между внешней поверхностью 132 стенки и внутренней поверхностью 134 цилиндрической стенки 122. Узел 118 клапанной пробки включает в целом цилиндрическую клапанную пробку 140, расположенную с возможностью скольжения в канале 124 и прикрепленную к штоку 142.

Каждая зона 130 прохождения текучей среды включает несколько расположенных на расстоянии друг от друга сквозных отверстий 136, проходящих между внешней поверхностью 132 и внутренней поверхностью 134. Предпочтительно сквозные отверстия 136 в каждой зоне 130 прохождения текучей среды расположены на расстоянии и параллельно друг другу. Сквозные отверстия 136 могут быть расположены в цилиндрической стенке 122 по любой возможной схеме. Каждое сквозное отверстие 136 имеет в целом круглую форму, но также может иметь другую форму, например, прямоугольную, продолговатую, овальную, параллелепипедную, ромбовидную и др. Как показано на фиг.3, базовая плоскость X проходит перпендикулярно оси Y. Каждое сквозное отверстие 136 ограничивает ось R отверстия, проходящую через стенку 122. Ось R отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости X, например, под непрямым углом D, показанным на фиг.3. На фиг.3 указанный непрямой угол D составляет 45°. Однако для сквозного отверстия 136 в стенке 122 могут использоваться и другие углы больше 0°. Направление потока текучей среды между впускным окном 112 и выпускным окном 114 определяет требуемый угол оси R отверстия относительно базовой плоскости X.

Величина непрямого угла D относительно базовой плоскости X определяет, сколько сквозных отверстий 136 может быть размещено в клапанной обойме 116. Таким образом, непрямой угол D предпочтительно, но не обязательно находится в диапазоне от 5° до 85°. Непрямой угол D также определяет количество текучей среды, которая может пройти через каждое сквозное отверстие 136. Путем расположения оси R сквозного отверстия 136 под непрямым углом D относительно базовой плоскости X ось R отверстия ориентируется вдоль направления потока текучей среды из впускного окна 112 в выпускное окно 114. Такая ориентация обеспечивает более эффективный и/или менее турбулентный поток текучей среды через сквозные отверстия 136 по сравнению с потоком текучей среды через прорези, продольная ось которых либо лежит в базовой плоскости, перпендикулярной оси канала, либо параллельна ей (например, как показано на фиг.2, на котором каждое отверстие 29 имеет продольную ось S, которая либо лежит в базовой плоскости B, либо параллельна ей). Более эффективный и/или менее турбулентный поток текучей среды через сквозные отверстия 136 приводит к увеличению пропускной способности примера узла 100 клапана без увеличения размера и стоимости примера узла 100 клапана.

На фиг.4 показан вид с местным разрезом примера узла 200 клапана управления. Пример узла 200 клапана управления включает корпус 206 клапана, имеющий впускное окно 212 и выпускное окно 214, клапанную обойму 216, узел 218 клапанной пробки и узел 220 крышки. Клапанная обойма 216 представляет собой элемент в форме стакана, имеющий цилиндрическую стенку 212, ограничивающую канал 224, расположенный по оси Y. Клапанная обойма 216 ограничивает клапанное седло 226, имеющее одну или более зон 230 прохождения текучей среды, обеспечивающих прохождение текучей среды между внешней поверхностью 232 стенки и внутренней поверхностью 234 цилиндрической стенки 222. Узел 218 клапанной пробки включает в целом цилиндрическую клапанную пробку 240, расположенную с возможностью скольжения в канале 224 и прикрепленную к штоку 242.

Каждая зона 230 прохождения текучей среды включает несколько расположенных на расстоянии друг от друга сквозных отверстий 236, проходящих между внешней поверхностью 232 и внутренней поверхностью 234. Предпочтительно сквозные отверстия 236 в каждой зоне 230 прохождения текучей среды расположены на расстоянии и параллельно друг другу. Сквозные отверстия 236 могут быть расположены в цилиндрической стенке 222 по любой возможной схеме. Каждое сквозное отверстие 236 имеет в целом прямоугольную форму, но также может иметь другую форму прорези, например, прямоугольную, продолговатую, овальную, параллелепипедную, ромбовидную и др. Как показано на фиг.4, базовая плоскость X проходит перпендикулярно оси Y. Каждое сквозное отверстие 236 ограничивает ось Т отверстия, проходящую через стенку 222. Ось T отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости X, например, под непрямым углом D, показанным на фиг.4. На фиг.4 указанный непрямой угол Е составляет 45°. Однако для сквозных отверстий 236 в стенке 222 могут использоваться и другие углы больше 0°. Направление потока текучей среды между впускным окном 212 и выпускным окном 214 определяет требуемый угол оси T отверстия относительно базовой плоскости X.

Величина непрямого угла Е относительно базовой плоскости X определяет, сколько сквозных отверстий 236 может быть размещено в клапанной обойме 216. Таким образом, непрямой угол E предпочтительно, но не обязательно находится в диапазоне от 5° до 85°. Непрямой угол E также определяет количество текучей среды, которая может пройти через каждое сквозное отверстие 236. Путем расположения оси T сквозного отверстия 236 под непрямым углом Е относительно базовой плоскости X ось Т отверстия ориентируется вдоль направления потока текучей среды из впускного окна 212 в выпускное окно 214. Как описано выше, такая ориентация обеспечивает более эффективный и/или менее турбулентный поток текучей среды через сквозные отверстия 236 по сравнению с потоком текучей среды через прорези, продольная ось которых либо лежит в базовой плоскости, перпендикулярной оси канала, либо параллельна ей (например, как показано на фиг.2, на которой каждое отверстие 29 имеет продольную ось S, которая либо лежит в базовой плоскости В, либо параллельна ей). Более эффективный и/или менее турбулентный поток текучей среды через сквозные отверстия 236 приводит к увеличению пропускной способности примера узла 200 клапана без увеличения размера и стоимости примера узла 200 клапана.

На фиг.5 показан увеличенный вид части другого примера клапанного узла 300. В целом цилиндрическая клапанная пробка 340 расположена с возможностью скольжения в канале 324 (по оси Y) клапанной обоймы 316. Клапанная обойма 316 включает цилиндрическую стенку 322, имеющую внешнюю поверхность 332 и внутреннюю поверхность 334. Зона 330 прохождения потока включает сквозные отверстия 336, проходящие между внешней поверхностью 332 и внутренней поверхностью 334 для обеспечения прохождения потока текучей среды через отверстия 336 при перемещении клапанной пробки 340 относительно клапанной обоймы 316. Сквозные отверстия 336 в зоне 330 прохождения текучей среды расположены на расстоянии и параллельно друг другу. Однако сквозные отверстия 336 могут быть расположены в цилиндрической стенке 322 по любой возможной схеме.

Каждое сквозное отверстие 336 имеет в целом круглую форму, но также может иметь другую форму, например, прямоугольную, продолговатую, овальную, параллелепипедную, ромбовидную и др. Как показано на фиг.5, базовая плоскость X проходит перпендикулярно оси Y. Каждое сквозное отверстие 336 ограничивает ось U отверстия, проходящую через стенку 322. Ось U отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости X, например, под непрямым углом F, показанным на фиг.5. На фиг.5 указанный непрямой угол F составляет 45°. Однако для сквозных отверстий 336 в стенке 322 могут использоваться и другие углы больше 0°. Также как непрямой угол Е, показанный на фиг.4, непрямой угол F, показанный на фиг.5, предпочтительно, но не обязательно находится в диапазоне от 5° до 85°.

Каждое сквозное отверстие 336 включает увеличенный участок или участок 338 с фаской на внешней поверхности 332. В некоторых случаях острый угол или край на границе сквозного отверстия 336 с внешней поверхностью может вызвать турбулентность потока текучей среды и соответствующее уменьшение пропускной способности. Наличие увеличенных участков или участков 338 с фасками на границе сквозных отверстий 336 с внешней поверхности 332 сводит к минимуму вероятность возникновения турбулентного потока текучей среды и обеспечивает относительно ровный поток текучей среды через сквозные отверстия 336. Ровный поток текучей среды через сквозные отверстия 336 приводит к увеличению пропускной способности примера узла 300 клапана без увеличения размера и стоимости примера узла 300 клапана.

На фиг.6 показан увеличенный вид части еще одного примера клапанного узла 400. В целом цилиндрическая клапанная пробка 440 расположена с возможностью скольжения в канале 424 (по оси Y) клапанной обоймы 416. Клапанная обойма 416 включает цилиндрическую стенку 422, имеющую внешнюю поверхность 432 и внутреннюю поверхность 434. Зона 430 прохождения потока включает сквозные отверстия 437, проходящие между внешней поверхностью 432 и внутренней поверхностью 434 для обеспечения прохождения потока текучей среды через изогнутые сквозные отверстия 437 при смещении клапанной пробки 440 относительно клапанной обоймы 416. Изогнутые сквозные отверстия 437 в зоне 430 прохождения текучей среды расположены на расстоянии и параллельно друг другу. Однако изогнутые сквозные отверстия 437 могут быть расположены в цилиндрической стенке 422 по любой возможной схеме.

Каждое изогнутое сквозное отверстие 437 имеет в целом круглую форму, но также может иметь другую форму, например, прямоугольную, продолговатую, овальную, округлую, параллелепипедную, ромбовидную и др. Как показано на фиг.6, базовая плоскость X проходит перпендикулярно оси Y. Каждое изогнутое сквозное отверстие 437 ограничивает ось V отверстия, проходящую через стенку 422. Ось V отверстия изогнутая или непрямая относительно базовой плоскости X. Каждое изогнутое сквозное отверстие обеспечивает ровный переход текучей среды между внешней поверхностью 432 и внутренней поверхностью 434, и благодаря направлению потока текучей среды через изогнутое сквозное отверстие 437 клапанная обойма 416 может обеспечить повышенную пропускную способность.

Каждое изогнутое сквозное отверстие 437 включает увеличенный участок или участок 438 с фаской на внешней поверхности 432. Как и для фиг.5, наличие увеличенных участков или участков 438 с фасками на границе изогнутых сквозных отверстий 437 с внешней поверхностью 432 сводит к минимуму вероятность возникновения турбулентного потока и обеспечивает относительно ровный поток (то есть с относительно низкой турбулентностью) текучей среды через изогнутые сквозные отверстия 437. Ровный поток текучей среды через изогнутые сквозные отверстия 437 приводит к увеличению пропускной способности примера узла 400 клапана без увеличения размера и стоимости примера узла 400 клапана.

Несмотря на то, что выше описан конкретный пример устройства, объем данного изобретения им не ограничивается. Напротив, данное изобретение включает в себя все способы, устройства и изделия, однозначно входящие в пределы объема прилагаемой формулы либо буквально, либо в соответствии с теорией эквивалентов.

Предложено устройство для увеличения расхода текучей среды в клапане. Устройство содержит: корпус клапана, имеющий проходной канал для текучей среды; клапанную обойму, расположенную в проходном канале и содержащую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых проходит между внутренней и внешней поверхностями для ограничения оси отверстия, проходящей через стенку, причем каждая ось отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости, расположенной перпендикулярно оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия, при этом по меньшей мере одно из сквозных отверстий представляет собой прорезь, которая имеет продольную ось, проходящую по окружности относительно стенки; и клапанную пробку, выполненную с возможностью осевого скольжения в канале обоймы. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для увеличения расхода текучей среды в клапане, содержащее:
корпус клапана, имеющий проходной канал для текучей среды;
клапанную обойму, расположенную в проходном канале и содержащую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых проходит между внутренней и внешней поверхностями для ограничения оси отверстия, проходящей через стенку, причем каждая ось отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости, расположенной перпендикулярно оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия, при этом по меньшей мере одно из сквозных отверстий представляет собой прорезь, которая имеет продольную ось, проходящую по окружности относительно стенки; и
клапанную пробку, выполненную с возможностью осевого скольжения в канале обоймы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что непрямой угол составляет порядка сороки пяти градусов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что непрямой угол находится в диапазоне от порядка пяти до восьмидесяти пяти градусов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет увеличенный участок на внешней поверхности клапанной обоймы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет участок с фаской на внешней поверхности клапанной обоймы.

6. Устройство для увеличения расхода текучей среды в клапане, содержащее:
корпус клапана, имеющий проходной канал для текучей среды;
клапанную обойму, расположенную в проходном канале и содержащую стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых имеет изогнутую ось, проходящую между внутренней и внешней поверхностями, при этом изогнутая ось является непрямой относительно базовой плоскости, перпендикулярной оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия; и клапанную пробку, выполненную с возможностью осевого скольжения в канале обоймы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что сквозные отверстия расположены по определенной схеме.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет увеличенный участок на внешней поверхности.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет участок с фаской на внешней поверхности.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждое сквозное отверстие представляет собой круглый проходной канал.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждое сквозное отверстие представляет собой продолговатый проходной канал.

12. Клапанная обойма для размещения в проходном канале для текучей среды клапана, содержащая:
стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых проходит между внутренней и внешней поверхностями для ограничения оси отверстия, проходящей через стенку, при этом каждая ось отверстия расположена под непрямым углом относительно базовой плоскости, расположенной перпендикулярно оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия, причем по меньшей мере одно из сквозных отверстий представляет собой прорезь, которая имеет продольную ось, проходящую по окружности относительно стенки.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что непрямой угол находится в диапазоне от порядка пяти до восьмидесяти пяти градусов.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет увеличенный участок на внешней поверхности клапанной обоймы.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет участок с фаской на внешней поверхности клапанной обоймы.

16. Клапанная обойма для размещения в проходном канале для текучей среды клапана, содержащая:
стенку, имеющую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внутренняя поверхность ограничивает канал обоймы, имеющий ось, а стенка имеет по меньшей мере одну зону прохождения потока, содержащую множество сквозных отверстий, каждое из которых имеет изогнутую ось, проходящую между внутренней и внешней поверхностями, при этом изогнутая ось является непрямой относительно базовой плоскости, перпендикулярной оси канала обоймы, а каждое сквозное отверстие расположено на расстоянии от смежного сквозного отверстия.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что сквозные отверстия расположены по определенной схеме.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет увеличенный участок на внешней поверхности.

19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере одно из сквозных отверстий имеет участок с фаской на внешней поверхности.

20. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере одно сквозное отверстие представляет собой круглый проходной канал.

21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере одно сквозное отверстие представляет собой продолговатый проходной канал.