ПУСКОВОЙ КЛАПАН, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ МАШИНЫ, РАБОТАЮЩЕЙ С ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ, И РАБОТАЮЩИЙ В ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2017 года по МПК F04B37/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к пусковому клапану, предназначенному для машины, работающей с текучей средой, и работающему в вакуумной системе.

Кроме того, настоящее изобретение относится к вакуумной системе, содержащей вышеупомянутый пусковой клапан.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В технике, предназначенной для циркуляции и сжатия газа, в частности воздуха, довольно распространено использование пусковых клапанов, которые облегчают запуск компрессоров или воздуходувок при наличии противодавления на выходе системы.

Наличие указанного противодавления создает нагрузку на компрессор даже в случае машины в состоянии бездействия, следовательно, оно определяет внезапную высокую потребность в электрической энергии и, следовательно, перегрузку при запуске работающей машины, что вызывает предотвращение ее работы вследствие поглощения сильного тока пусковым электродвигателем.

В настоящее время на рынке имеются пусковые клапаны, которые обеспечивают возможность работы без нагрузки в течение ограниченного периода, в результате чего обеспечивается возможность надлежащего управления работой компрессоров и воздуходувок при избежании нежелательных перегрузок.

Соответствующий пусковой клапан выбирают в соответствии с рабочим давлением в системе и объемом газа, подлежащим обработке.

Наличие подобного пускового клапана позволяет устранить перегрузку при пуске при выравнивании давления между входом и выходом компрессора, в результате чего устраняется перепад давлений, который в противном случае вызвал бы большую начальную перегрузку.

Сразу же после этого пусковой клапан постепенно закрывается до тех пор, пока он не достигнет значения величины, используемой для калибровки клапана, которое соответствует рабочему давлению всей системы.

Постепенное закрывание пускового клапана обеспечивает возможность генерирования непрерывно увеличивающейся нагрузки работающей машины и, следовательно, пускового электродвигателя работающей машины.

Тем не менее, пусковые клапаны, имеющиеся на рынке в настоящее время, не позволяют достичь такой степени точности регулирования давления, при которой их можно было бы успешно использовать как в применениях, связанных с повышенным давлением, так и в применениях, связанных с вакуумом.

Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в разработке пускового клапана, который имеет высокую точность регулирования давления также в системах с машинами, работающими с текучими средами, которые работают в вакууме.

Для изготовления пускового клапана по настоящему изобретению были использованы уже признанные критерии создания, используемые в хорошо известных применениях, связанных с повышением давления, и представляющие собой критерии простоты и малых затрат.

Пусковой клапан по настоящему изобретению в особенности целесообразен во всех применениях, связанных с вакуумом, с низкой степенью расширения (то есть с отношением атмосферного давления и абсолютного рабочего давления системы, не превышающим 5) при высоких скоростях потока газа.

Пусковой клапан по настоящему изобретению помимо облегчения запуска работающих машин имеет функцию гарантирования поддержания постоянного рабочего давления (±1% от необходимого давления), то есть условия, которое оказалось базовым для правильной эффективной работы в данных типах применений.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, основная задача настоящего изобретения состоит в разработке пускового клапана, который в вакуумной системе предотвращает работу работающей машины в условиях чрезмерной перегрузки, следствием чего является экономия энергии, или работу при значениях ниже тех, которые соответствуют оптимальным рабочим режимам технологического процесса.

Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в разработке вакуумной системы, содержащей, по меньшей мере, один вышеупомянутый пусковой клапан.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением разработаны пусковой клапан и вакуумная система, в которую встроен подобный клапан, согласно соответствующим независимым пунктам формулы изобретения или любому из пунктов формулы изобретения, зависящих прямо или непрямо от независимых пунктов формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения некоторые предпочтительные варианты осуществления описаны далее только в качестве неограничивающих примеров и со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

- фиг.1 иллюстрирует продольное сечение пускового клапана, выполненного в соответствии с идеями настоящего изобретения;

- фиг.2 показывает первую конфигурацию вакуумной системы, содержащей пусковой клапан такого типа, как проиллюстрированный на фиг.1;

- фиг.3 иллюстрирует вторую конфигурацию вакуумной системы, содержащей пусковой клапан такого типа, как проиллюстрированный на фиг.1;

- фиг.4 показывает третью конфигурацию вакуумной системы, содержащей пусковой клапан такого типа, как проиллюстрированный на фиг.1;

- фиг.5 иллюстрирует пусковой клапан такого типа, как проиллюстрированный на фиг.1, соединенный с соответствующим управляющим клапаном; и

- фиг.6 показывает пусковой клапан и управляющий клапан по фиг.5, встроенные в вакуумную систему.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 ссылочная позиция 100 обозначает в целом пусковой клапан, встроенный в вакуумную систему 1000 (фиг.2, 3, 4).

Между тем, как проиллюстрировано на приложенных фигурах 2, 3, 4, вакуумная система 1000 содержит помимо упомянутого пускового клапана 100 работающую машину 200, расположенную по потоку за указанным пусковым клапаном 100.

Кроме того, вакуумная система 1000 содержит обратный клапан 300, расположенный между пусковым клапаном 100 и средством 400 обеспечения вакуума.

Динамическая линия текучей среды 500 соединяет средство 400 обеспечения вакуума, обратный клапан 300, пусковой клапан 100 и работающую машину 200, расположенные последовательно по отношению друг к другу.

На фиг.2, 3, 4 будет снова сделана ссылка ниже при описании работы пускового клапана 100 с учетом работы вакуумной системы 1000 в целом (см. ниже).

Как проиллюстрировано более подробно на фиг.1, пусковой клапан 100 содержит следующие элементы:

- корпус 10 клапана;

- крышку 11;

- пластину 12 рабочего поршня 13; при этом указанный рабочий поршень 13 может опираться на край отверстия 10А для прохода воздуха, которое находится внутри корпуса 10 клапана; следует отметить, что даже тогда, когда рабочий поршень 13 опирается на край первого отверстия 10А для прохода воздуха, в указанном рабочем поршне 13 имеется отверстие 13А, которое всегда открыто и которое всегда обеспечивает возможность прохода воздушного потока (F) при всех условиях работы клапана 100;

- стопорную круглую гайку 14;

- деформируемую диафрагму 15, присоединенную к пластине 12 и к рабочему поршню 13;

- шток 16, на котором пластина 12 закреплена на шлицах посредством стопорной круглой гайки 14;

- множество отверстий 17, выполненных в корпусе 10 клапана, через которые при использовании проходит вышеупомянутый воздушный поток (F), поступающий из внешней среды (см. ниже);

- центральную ступицу 18, опирающуюся на корпус 10 клапана посредством множества спиц 19 (только две спицы 19 можно видеть на фиг.1); при этом центральная ступица 19 выполнена с центральным сквозным отверстием 18А, через которое при использовании проходит шток 16, который может свободно скользить внутри указанного отверстия 18А вдоль центральной оси (Y) симметрии в первом направлении (ARW1) вниз или во втором направлении (ARW2) вверх;

- затвор 20 клапана, также установленный на шлицах на штоке 16; при этом указанный затвор 20 предусмотрен с уплотнительной прокладкой 21, выполненной с возможностью закрытия второго отверстия 10В для прохода воздуха; кроме того, затвор 20 предпочтительно имеет форму чашеобразного тела, содержащего нижнюю часть 20А, образующую одно целое с цилиндрическим кольцом 20В, выполненным с множеством сквозных отверстий 20С; следует отметить, что как рабочий поршень 13, так и затвор 20 установлены на шлицах на штоке 16;

- сквозное отверстие 16А, которое проходит в продольном направлении (вдоль вышеупомянутой оси (Y)) через шток 16 и включает в себя калиброванное отверстие 16В; при этом указанное сквозное отверстие 16А обеспечивает соединение по текучей среде между пространством, которое ограждено соединительным элементом 25, и пространством 22, ограниченным крышкой 23 в верхней части корпуса 10 клапана; кроме того, следует отметить, что в крышке 11 выполнено отверстие 24 для прохода воздуха (с формой круглого венца), которое обеспечивает соединение по текучей среде между пространством 22 и камерой 30 внизу, ограниченной сверху крышкой 11, снизу - узлом, состоящим из пластины 12 и деформируемой диафрагмы 15, и в центре - по существу цилиндрической поверхностью штока 16; кроме того, как проиллюстрировано на фиг.1, верхний конец штока 16 может свободно скользить в пространстве 22; кроме того, на верхнем конце штока 16 закреплена круглая гайка 35, которая при определенной конфигурации системы используется для ограничения открытия клапана; и

- цилиндрическую винтовую пружину 40, имеющую верхний конец 40А, опирающийся на спицы 19, и нижний конец 40В, опирающийся на верхнюю поверхность нижней части 20А; следовательно, затвор 20 подвергается первому воздействию, передаваемому ему штоком 16, и второму упругому воздействию, оказываемому цилиндрической винтовой пружиной 40 (см. ниже).

Несмотря на то что на фиг.1 отверстия 20С имеют треугольную форму для простоты, указанные отверстия 20С могут иметь другие формы и размеры (полукруглую, квадратную, прямоугольную и т.д.), так что площадь проходного сечения для прохода воздушного потока увеличивается постепенно в большей или меньшей степени в зависимости от перемещения штока 16.

Данный конкретный признак обеспечивает возможность адаптации функционирования клапана по настоящему изобретению простым и эффективным образом к более широкому диапазону условий эксплуатации.

Следует отметить, что соединительный элемент 25 используется для гидравлического соединения клапана 100 с динамической линией текучей среды 500 (фиг.2, 3, 4).

Функционирование пускового клапана 100 будет описано ниже со ссылкой также на схематические изображения вакуумной системы 1000, приведенные на фиг.2, 3, 4:

- в исходной конфигурации пускового клапана 100, показанной в левой части фиг.1, затвор 20 не опирается на край отверстия 10В и работающая машина 200 (фиг.2) находится в состоянии покоя; следовательно, в данной исходной конфигурации пусковой клапан 100 удерживается открытым посредством цилиндрической винтовой пружины 40;

- когда работающая машина 200 приводится в действие (фиг.3), наружный воздух всасывается из внешней среды через отверстия 17 (стрелка (F)) и проходит через сквозные отверстия 20С; это вызывает падение давления вдоль сквозных отверстий 20С, имеющихся в кольце 20В затвора 20, что вызывает закрытие пускового клапана 100 в течение регулируемого промежутка времени;

- падение давление, генерируемое в затворе 20, медленно распространяется через калиброванное дросселирующее отверстие 16В и сквозное отверстие 16А к камере 30 (посредством отверстия 24), расположенной над рабочим поршнем 13; это приводит к разности сил между двумя сторонами рабочего поршня 13 вследствие различия поверхностей, на которые воздействует вакуум; указанная сила вызывает перемещение рабочего поршня 13 вверх (стрелка (ARW2)), что приводит к дополнительному увеличению падения давления и, следовательно, к увеличению силы, которая вызывает перемещение рабочего поршня 13 вверх (стрелка (ARW2)) до полного закрытия пускового клапана 100 вследствие того, что уплотнительная прокладка 21 теперь опирается на край отверстия 10В (см. правую часть фиг.1); это завершает фазу пуска работающей машины 200 (фиг.4).

Предпочтительно, но необязательно, сквозное отверстие 16А имеет диаметр, который больше или равен 1 мм (в частности, 2 мм), в то время как калиброванное дросселирующее отверстие 16В имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 0,10 мм до 3 мм (в частности, 0,20 мм).

Во время функционирования работающей машины 200 пусковой клапан 100 (фиг.4) остается закрытым вследствие различия между силами, создаваемыми за счет одного и того же давления, которое действует на разные поверхности рабочего поршня 13 и затвора 20.

Когда работающая машина 200 останавливается вследствие закрытия динамической линии текучей среды 500 благодаря наличию обратного клапана 300, расположенного по потоку перед пусковым клапаном 100 (см. фиг.2), ниже затвора 20 атмосферное давление восстанавливается и посредством калиброванного дросселирующего отверстия 16В и отверстия 16А атмосферное давление также восстанавливается в камере 30.

В этот момент усилие, создаваемое пружиной 40, которому больше не противодействуют силы, создаваемые вакуумом, обеспечивает открытие пускового клапана 100 (толкание затвора 20 вниз; стрелка (ARW1)), который возвращается к исходной конфигурации, показанной в левой части фиг.1, в которой он готов к новому пуску.

Для регулирования времени закрывания пускового клапана 100 положение круглой гайки 35 должно быть отрегулировано.

При затягивании круглой гайки 35 вокруг штока 16 затвор 20 перемещается ближе к отверстию 19В (в его исходной конфигурации, показанной в левой части фиг.1), что вызывает уменьшение времени закрывания пускового клапана 100; при ослаблении круглой гайки 35 затвор 20 перемещается от отверстия 10В, что вызывает пропорциональное увеличение времени закрывания пускового клапана 100.

Во время функционирования работающей машины 200 существует потребность в точном поддержании или ограничении вакуума, требуемого системой, и это может быть выполнено посредством соединения с пусковым клапаном 100, описанным выше, управляющего устройства 600 (фиг.5, 6), описанного ниже.

Управляющее устройство 600 получают посредством использования клапана прямого действия, предназначенного для ограничения давления и установленного на крышке 11 пускового клапана 100 (фиг.5).

Рабочее разрежение в вакуумной системе 1000 обнаруживается управляющим устройством 600 посредством нагнетательного фитинга 601, расположенного на соединительном элементе 25 (фиг.5) или непосредственно на динамической линии текучей среды 500.

Следовательно, управляющее устройство 600 реагирует на изменения вакууму путем изменения, в свою очередь, потока атмосферного воздуха, поступающего в камеру 30 пускового клапана 100.

Если, например, разрежение в вакуумной системе 1000 увеличивается, управляющее устройство 600 обнаруживает изменение давления посредством диафрагмы 602, которая подвергается с одной стороны воздействию атмосферного давления посредством отверстия 603 и с другой стороны воздействию разрежения в вакуумной системе 1000 посредством трубопровода 604.

Перепад давлений на диафрагме 602 вызывает перемещение затвора 605 в направлении стрелки (ARW3) (фиг.5). При перемещении затвора 605 затвор 605 сжимает пружину 606.

Перемещение затвора 605 обеспечивает установление сообщения - посредством проходного отверстия 607 - между внешней средой, находящейся под атмосферным давлением, и камерой 30 пускового клапана 100 посредством двух соединительных элементов 608, 609 (фиг.5).

Следовательно, давление в камере 30 увеличивается, что вызывает перемещение затвора 20 пускового клапана 100 вниз (в направлении стрелки (ARW1)), в результате чего увеличивается количество воздуха, который поступает в вакуумную систему через отверстия 17 пускового клапана 100 до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия.

Если разрежение в вакуумной системе уменьшается, поведение управляющего устройства 600 и пускового клапана будет точно противоположным по отношению к тому, которое было только что описано, что вызовет уменьшение впуска атмосферного воздуха из проходного отверстия 607 до тех пор, пока не будет достигнуто новое состояние равновесия.

Основные преимущества пускового клапана в соответствии с изобретением могут быть обобщены в нижеприведенных пунктах:

- гарантируется функционирование без нагрузки для применений, связанных с вакуумом, с целью ограничения максимального поглощения энергии во время фазы броска при запуске работающей машины; данная новая механическая конфигурация клапана позволяет обеспечить более высокую точность открытия клапана, предотвратить работу работающей машины в условиях чрезмерной перегрузки, следствием чего является экономия энергии, или работу при значениях ниже тех, которые соответствуют оптимальному рабочему режиму технологического процесса;

- поддержание рабочего давления в системе с высокой точностью (±1% от необходимого давления) может гарантироваться за счет использования соответствующего управляющего элемента в случае необходимости;

- функция включения/приведения в действия сочетается с функцией прекращения/прерывания для отрицательных давлений в одном и том же механическом элементе (данные функции обычно разделены в клапанах, имеющихся на рынке в настоящее время); это позволяет избежать обычных усложнений конструкции;

- возможность - в конфигурации данного клапана - встраивания элемента для перекрытия потока для расширения области применения клапана до более широкого диапазона условий эксплуатации по сравнению с обычным как для применений, связанных с вакуумом, так и для применений, связанных с повышенным давлением, при одновременном избежании нестабильности функционирования, которая в настоящее время возникает при наличии значительного уменьшения скорости потока (30% от расчетной скорости потока) в клапане и в системе в целом; и

- число составляющих элементов клапана было уменьшено при выборе приводной системы одностороннего действия с одной камерой, на которую воздействует давление, в отличие от систем двустороннего действия и систем с двумя камерами, имеющихся на рынке.

Разработан пусковой клапан (100) для машины (200), работающей с текучими средами, для вакуумной системы (1000). Пусковой клапан (100) содержит: корпус (100) клапана с отверстием (17), предназначенным для впуска газа, и рабочий поршень (13), установленный на шлицах на штоке (16), который может скользить в направляющей (18А). Рабочий поршень (13) вместе с частью корпуса (10) клапана определяет границы камеры (30). Рабочий поршень (13) подвергается воздействию деформируемой диафрагмы (15). Калиброванное дросселирующее отверстие (16В) выполнено последовательно со сквозным отверстием (16А) соосно со штоком (16) для обеспечения сообщения по текучей среде между камерой (30) и динамической линией текучей среды (500) вакуумной системы (1000). Кроме того, предусмотрен затвор (20), также установленный на шлицах на штоке (16). Затвор (20) закрывает отверстие (10В) для прохода газа в зависимости от перепада давлений между камерой (30) и гидродинамической линией (500). Калиброванное дросселирующее отверстие (16В) и сквозное отверстие (16А) обеспечивают сообщение по текучей среде между пространством, которое ограждено соединительным элементом (25), и пространством (22), которое ограничено закрывающим элементом (13), расположенным в верхней части корпуса (10) клапана. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пусковой клапан (100) для машины (200), работающей с текучей средой, и работающий в вакуумной системе (1000);

пусковой клапан (100), в котором предусмотрены:

- корпус (10) клапана, который выполнен с, по меньшей мере, одним отверстием (17) для впуска газа; и

- рабочий поршень (13), который установлен на шлицах на штоке (16), который способен скользить в направляющем средстве (18А); при этом рабочий поршень (13) определяет камеру (30) вместе с частью корпуса (10) клапана; при этом рабочий поршень (13) подвергается воздействию деформируемой диафрагмы (15),

причем выполнены калиброванное дросселирующее отверстие (16В) и сквозное отверстие (16а), расположенные последовательно, которые проходят в продольном направлении через шток (16); при этом отверстия (16А, 16В) устанавливают соединение по текучей среде между камерой (30) и динамической линией текучей среды (500) вакуумной системы (1000);

и при этом пусковой клапан (100) содержит, кроме того, затвор (20), который также установлен на шлицах на штоке (16); при этом затвор (20) выполнен с возможностью закрывания отверстия (10В) для прохода газа в зависимости от перепада давлений, существующего между камерой (30) и динамической линией текучей среды (500);

при этом пусковой клапан отличается тем, что калиброванное дросселирующее отверстие (16В) и сквозное отверстие (16А) устанавливают сообщение по текучей среде между пространством, которое ограничено соединительным элементом (25), и пространством (22), которое образовано закрывающим элементом (23), расположенным в верхней части корпуса (10) клапана;

и причем пространство (22) и камера (30) сообщаются по текучей среде друг с другом посредством отверстия (24) для прохода воздуха.

2. Пусковой клапан (100) по п.1, отличающийся тем, что указанное сквозное отверстие (16А) имеет диаметр, который больше или равен 1 мм (в частности, 2 мм), в то время как калиброванное дросселирующее отверстие (16В) имеет диаметр, находящийся в диапазоне от 0,10 мм до 3 мм (в частности, 0,20 мм).

3. Пусковой клапан (100) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанный затвор (20) подвергается воздействию упругих сил, создаваемых упругим элементом (40).

4. Пусковой клапан (100) по п.1, отличающийся тем, что указанный затвор (20) предпочтительно выполнен в виде чашеобразного тела и содержит нижнюю часть (20А), за одно целое с которой выполнено цилиндрическое кольцо (20В), в котором выполнено множество сквозных отверстий (20С).

5. Пусковой клапан (100) по п.4, отличающийся тем, что указанные отверстия (20С) имеют разные формы и размеры (треугольную, полукруглую, квадратную, прямоугольную и т.д.), так что площадь проходного сечения для прохода воздушного потока увеличивается постепенно в большей или меньшей степени в зависимости от перемещения указанного стержня (16).

6. Пусковой клапан (100) по п.5, отличающийся тем, что верхний конец указанного штока (16) может свободно перемещаться в указанном пространстве (22).

7. Пусковой клапан (100) по п.6, отличающийся тем, что верхний конец указанного штока (16) прикреплен к круглой гайке (35), которая используется для ограничения открытия самого пускового клапана (100).

8. Пусковой клапан (100) по п.1, отличающийся тем, что он содержит соединительные средства (601, 608, 609) для текучих сред, предназначенные для соединения с управляющим устройством (600), которое реагирует на изменения вакуума путем прямого изменения потока атмосферного воздуха, поступающего в указанную камеру (30).

9. Вакуумная система (1000), содержащая, по меньшей мере, один пусковой клапан (100) по любому из пп.1-8.