САМОРЕГУЛИРУЮЩИЙСЯ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИ КОМПАКТНЫЙ КЛАПАННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2018 года по МПК G05D16/16 

Изобретение относится к саморегулирующемуся клапанному узлу согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения.

Известен саморегулирующийся клапанный узел, который предложен и описан в публикации WO2006/108931А1. Главным образом и схематично на фиг. 1 предлагаемого изобретения саморегулирующийся клапанный узел 1 содержит:

- корпус клапана 2, который, в нижней зоне, имеет входной участок 6 для соединения с резервуаром 3, предназначенным содержать флюид F под давлением, и, в верхней зоне, выход 4 для подключения к системе трубопровода,

- поршень 26, перемещающийся в корпусе клапана 2 вдоль первой оси 7 между открытым положением, которое обеспечивает сообщение флюида между входным участком 6 и выходом 4, и закрытым положением, которое прерывает указанное сообщение флюида, причем поршень 26 имеет верхний концевой участок 34 и нижний запирающий участок 42,

- модуль пружинного типа 28, соединенный с поршнем 26 и с корпусом клапана 2 и динамически взаимодействующий с поршнем, по меньшей мере, после срабатывания спускового устройства (Act) клапана и в течение всего цикла саморегулирования клапана, который обусловливает позиционирование клапана между открытым положением и закрытым положением, обеспечивая сообщение флюида между входным участком 6 и выходом 4 под контролируемым выходным давлением.

Такой саморегулирующийся клапанный узел выпускается, таким образом, в настоящее время с колпаком для резервуара, который должен содержать все эти элементы, что позволяет защитить корпус клапана и подсоединенные компоненты, в частности в случае падения и, наконец, для обеспечения соответствия со стандартами по безопасности типа ИСО. Сегодня такой колпак выполнен по размеру и его размеры, по меньшей мере внутренняя высота, немного превышает 155 мм. Следовательно, не всегда можно предусмотреть колпак стандартного типа, такой, например, как для обычных резервуаров сжатого газа. Поэтому стоимость колпака сегодня довольно высокая, поскольку требует также больше материала для его изготовления.

Кроме того, саморегулирующийся клапанный узел, предложенный в WO2006/108931А1, содержит фазу активирования примерно в 2 с после приведения в действие, то есть очень небольшое время, но в идеале было бы предпочтительней минимизировать этот временной промежуток.

Наконец, по-прежнему, согласно предложенному в WO2006/108931А1 примеру, на фазе саморегулирования, клапанный узел позволяет выгодно получить контролируемое выходное давление 50 бар в течение по меньшей мере примерно 35 с, после чего это контролируемое давление примерно в течение 25 с медленно уменьшается примерно до 20 бар. В идеальном случае желательно максимально увеличить продолжительность поддержания постоянного контролируемого выходного давления по меньшей мере до полных 60 с. Допустимо также по существу снизить это постоянное давление ниже 50 бар.

Задачей изобретения является также предложить саморегулирующийся клапанный узел, имеющий более компактную геометрию, так что помещенный на резервуаре клапанный узел, такой как описан выше, может быть покрыт стандартным колпаком, в частности с внутренней высотой, равной или меньшей 155 мм.

Наконец, саморегулирующийся клапанный узел согласно изобретению должен обладать в идеале показателями контролируемого выходного давления в течение заданного временного интервала, близкими к идеальным критериям, таким как описаны во вступительной части документа.

С этой целью, согласно признакам по пункту 1 формулы изобретения, предлагается саморегулирующийся клапанный узел, включающий саморегулирующийся клапан, который соединен с резервуаром, содержащим флюид (жидкость/газ) под высоким давлением, например, противопожарное средство под давлением в 300 бар. Этот узел по своим размерам меньше узла, показанного на фиг. 1, обладает в предпочтительных формах осуществления оптимизированными показателями контролируемого выходного давления на определенный интервал времени.

Комплект зависимых пунктов формулы изобретения содержит также преимущества изобретения.

Пример осуществления саморегулирующегося клапанного узла согласно изобретению предлагается посредством фиг. 2.

По аналогии с фиг. 1 и в соответствии с режимом работы описанного в WO2006/108931А1 клапанного узла (или клапана), клапанный узел согласно изобретению (фиг. 2) подчинен главным образом одним и тем же правилам функционирования. По соображениям большей ясности изложения на различных фазах функциональности клапанного узла (приведение в действие, активирование, саморегулирование, завершение) делаются сноски на описание способов/фаз функционирования в документе WO2006/108931А1, а также на фиг. 4-8, в частности для понимания осуществления режима саморегулирования клапанного узла.

Фактически на фиг. 1 и фиг. 2 показано схематичное изображение в разрезе двух вариантов клапанного узла 1. Изображения представляют различные характеристики клапанного узла 1 в качестве примера использования в связи с противопожарной системой. В этих вариантах системы противопожарной безопасности клапанный узел 1 соединен (входной участок 6) с резервуаром 3 флюида и с системой трубопровода (которая соединена с выходом 4, но не показана в предложенных фигурах), выполненной таким образом, что обеспечивает подачу флюида F в одно или несколько мест, например, внутри здания. Резервуар 3 может представлять собой металлический цилиндрический баллон с толстыми стенками, содержащий флюид под давлением в пределах примерно от 200 бар до 500 бар, например 300 бар. Флюид F может быть представлен агентом, подавляющим и/или гасящим огонь. Например, флюид может включать инертный газ (такой как азот, аргон), или смесь двух или большего числа инертных газов, или любой другой флюид, обладающий свойствами гашения или подавления огня.

В режиме эксплуатации, например, при обнаружении чрезмерного тепла, задымления или огня, клапанный узел 1 активируется для подачи флюида F в пределах предусмотренного промежутка времени, по существу под постоянным давлением ниже давления флюида в баллоне 3. Клапанный узел 1 может подавать флюид F по существу под постоянным давлением в пределах примерно 10-100 бар примерно в течение одной или нескольких минут. В одном из вариантов согласно изобретению клапанный узел 1 подает предпочтительно флюид по существу под постоянным давлением примерно 40 бар в течение 40-50 с, как это описано в дальнейшем более детально. Специалисты в этой области могут оценить то обстоятельство, что клапанный узел 1 может быть использован не только в отношении системы противопожарной безопасности, но также в другой системе, в которой флюид под высоким давлением должен подаваться под более низким и по существу постоянным давлением, по сравнению с давлением в резервуаре 3, в пределах предусмотренного промежутка времени.

Чтобы проиллюстрировать общие для фиг. 1 и 2 элементы в нижеследующем изложении, соединенный с баллоном 3 клапанный узел 1 представлен в вертикальном разрезе по одному из его диаметров и оси вращения 7 и содержит корпус клапана 2. На изображениях в разрезе на фиг. 1 и 2 отсутствует штриховка, чтобы не перегружать чертеж. Фиг. 1 и 2 по существу выполнены в одном масштабе, чтобы показать, что клапанный узел на фиг. 2 может быть покрыт колпаком С значительно меньшего размера, чем колпак С, который покрывает клапанный узел на фиг. 1. Узел на обеих фиг. 1 и 2 показан лишь в закрытом положении, но, как указано выше, функциональные фазы приведения в действие и затем открытия аналогичны тем, которые изображены в документе WO2006/108931А1. Корпус клапана 2 имеет в целом продолговатую форму, с противолежащими нижним участком и верхним участком. По всему тексту описания предлагаемого документа относительные термины, такие как «нижний», «верхний, «ниже», «внизу» или аналогичные используются без ограничения для обозначения особенностей клапанного узла 1, причем этот клапанный узел представлен стоя или по существу в вертикальном положении. Впрочем, в среде специалистов в этой области принято, что эта терминология применяется также, когда клапанный узел 1 ориентирован в любом другом направлении. Нижняя зона корпуса клапана 2 имеет наружную резьбу, что обеспечивает, таким образом, в режиме эксплуатации болтовое закрепление клапанного узла 1 на баллоне 3, причем это болтовое закрепление исключает любую утечку давления наружу баллона 3.

По-прежнему со ссылкой на фиг. 1 и 2 орган приведения в действие клапанного узла выполнен спусковым устройством (Act), расположенным сбоку на корпусе клапана 2 и может быть включен по сигналу, исходящему из центрального блока управления или противопожарной системы, которая активирует спусковой механизм (например, пневматический, электрический или механический) путем приложения силы на орган приведения в действие и инициирования, таким образом, фазы приведения в действие клапанного узла.

Во время фазы приведения в действие так называемые каналы статического давления С2 устанавливают равновесие давления между резервуаром 3, нижней камерой Ci корпуса клапана 2 и верхней камерой Cs корпуса клапана 2. Это равновесие статического давления приводит к освобождению поршня 26 из его закрытого положения, так что нижний запирающий участок 42 перемещается по существу в сторону нижней зоны корпуса клапана в указанной нижней камере Ci. Также в ходе этой фазы приведения в действие давление на выходе корпуса клапана 2 должно быть установлено как можно быстрее на желаемом постоянном уровне (например, 40 бар) для выпуска флюида F из клапанного узла. Эта стабилизация давления достигается за счет уравновешивания динамического давления между резервуаром 3 и выходом 4 посредством так называемых каналов динамического давления С1 и заканчивающейся на выходе 4 промежуточной камеры Cint. Промежуточная камера Cint расположена между верхней камерой Cs и нижней камерой Ci корпуса клапана. Цилиндрическая зона тела поршня 26 пересекает промежуточную камеру Cint и имеет локально участок с минимальным диаметром, который при установлении динамического давления (определяемого также как фаза саморегулирования) удерживается на заданном расстоянии от кольцевого упорного участка, входящего как составная часть в корпус клапана 2, чтобы обеспечить проход флюида F в условиях саморегулирования, установленных между участком с минимальным диаметром поршня 26 и кольцевым упорным участком корпуса клапана 2. Во время фаз активирования и саморегулирования модуль пружинного типа 28 обеспечивает механически упругое удержание положения поршня 26 в корпусе клапана 2 в дополнение к статическому и динамическому равновесию давления. Вплоть до этой стадии функционирования, включающей вышеуказанные характеристики, клапанные узлы согласно фиг. 1 и 2 могут быть описаны аналогичным образом.

На фиг. 2 предлагается таким образом схематично саморегулирующийся клапанный узел 1 согласно изобретению, который содержит:

- корпус клапана 2, который в нижней зоне имеет входной участок 6 для соединения с резервуаром 3, предназначенным содержать флюид F под давлением, и, в верхней зоне, выход 4 для подключения к системе трубопровода,

- поршень 26, перемещающийся в корпусе клапана 2 вдоль первой оси 7 между открытым положением, которое обеспечивает сообщение флюида между входным участком 6 и выходом 4, и закрытым положением, которое прерывает указанное сообщение флюида, причем поршень 26 имеет верхний концевой участок 34 и нижний запирающий участок 42,

- модуль пружинного типа 28, соединенный с поршнем 26 и с корпусом клапана 2 и динамически взаимодействующий с клапаном, по меньшей мере, после срабатывания спускового устройства (Act) клапана и в течение всего цикла саморегулирования клапана, который обусловливает позиционирование клапана между открытым положением и закрытым положением, обеспечивая сообщение флюида между входным участком 6 и выходом 4 под контролируемым выходным давлением.

Все эти характеристики присутствуют также на фиг. 1 согласно уровню техники в документе WO2006/108931А1. В отличие от этого уровня техники саморегулирующийся клапанный узел согласно изобретению предусматривает, что модуль пружинного типа 28 помещен под нижним запирающим участком 42 поршня.

Предпочтительным образом клапанный узел согласно изобретению предусматривает, что модуль пружинного типа 28 может быть вставлен в резервуар 3. Фактически, модуль пружинного типа 28 расположен в нижней зоне корпуса клапана 2 под нижней камерой Ci, причем сама указанная нижняя зона корпуса клапана по меньшей мере частично может быть вставлена в соединение с резервуаром 3, чтобы погрузить ее в флюид F. В сравнении с WO2006/108931А1 на фиг. 1 модуль пружинного типа 28 на фиг. 2 не находится больше внутри верхней камеры Cs корпуса клапана 2, поскольку он выполнен так, что прилагает на поршень силу возврата, чтобы вернуть его в открытое положение. Вследствие этого верхняя камера Cs на фиг. 2 больше не содержит модуль пружинного типа, она может быть значительно уменьшена в размере относительно камеры с фиг. 1. Следовательно, корпус клапана 2 и, соответственно, саморегулирующийся клапанный узел также выгодно сильно уменьшен в размере, что позволяет предусмотреть для покрытия меньший колпак С.

Клапанный узел согласно изобретению предусматривает также, что поршень 26 содержит под его нижним запирающим участком 42 удлинение поршня в форме дополнительной цилиндрической зоны, которая может быть вставлена в резервуар 3 и перемещаться в нижней зоне клапана. Таким образом, через соединение 6 модуль в форме цилиндрической пружины может быть продет в эту имеющуюся в резервуаре 3 или вставляемую в него дополнительную зону. Относительно фиг. 1 это имеет преимущество в том, что пространство, которое было предназначено для установки пружины в камере в верхней зоне поршня или корпуса клапана, может быть последовательно уменьшено, так как это пространство перенесено в дальнейшем согласно фиг. 2 в резервуар 3. Таким образом, размеры верхней зоны корпуса клапана 2, а также верхней камеры Cs сообщающегося давления также могут быть уменьшены, что несет в себе возможность уменьшить, в конечном итоге, также габариты колпака С.

Чтобы обеспечить удержание модуля пружинного типа 28 вдоль вводимой в резервуар 3 дополнительной цилиндрической зоны, указанный модуль пружинного типа содержит два конца, которые удерживаются соответственно между краем 2b нижней зоны корпуса клапана и подвижным удерживающим элементом ЕМ, положение которого относительно указанного края 2b предпочтительно может изменяться перемещением вдоль первой оси 7, а именно посредством подвижного элемента типа гайки, устанавливаемого на болт с нарезкой, соединенный с поршнем. Этот тип удержания на переменном удалении позволяет, таким образом, гибко калибровать пружину в заданных условиях фаз функционирования клапанного узла. С этой целью гайка может представлять собой либо удерживающий элемент EM, либо альтернативно или дополнительно калибровочную гайку ЕТ, край которой образует край 2b нижней зоны корпуса клапана. В случае калибровочной гайки ЕТ, образующей такой подвижный край 2b, может быть предусмотрен механизм регулирования болтовым соединением указанной гайки посредством системы зубчатого зацепления или внутреннего давления на корпус клапана и, следовательно, регулирующее устройство расположено с наружной зоны соединения с резервуаром 3, так что калибровка может быть осуществлена оператором, когда резервуар под давлением и корпус клапана жестко скреплены друг с другом. Средства измерения давления, например манометры, могут быть установлены снаружи резервуара или корпуса клапана, но по соображениям большей ясности изложения не показаны.

В равной мере клапанный узел согласно изобретению на фиг. 2 предусматривает, что корпус клапана 2 в верхней зоне имеет верхнюю камеру Cs статического давления, под которой расположен вспомогательный поршень Ра, причем этот вспомогательный поршень имеет нижнюю изогнутую поверхность Si, чтобы гарантировать контакт с уменьшенной поверхностью с верхним краем 34а верхнего концевого участка 34 поршня. Этот вспомогательный поршень замещает, если можно так сказать, верхнюю зону поршня 28 с фиг. 1. Другими словами, поршень с фиг. 1 разделен в дальнейшем на два поршневых блока, которые перемещаются в корпусе клапана 2. Следовательно, основная зона поршня 26, расположенная под вспомогательным поршнем, имеет лишь две образующие кругового направления относительно корпуса клапана 2. На фиг. 1, поршень имеет три образующих кругового направления относительно корпуса клапана 2. Полученное техническое преимущество состоит в уменьшении или устранении гиперстатизма поршня, перемещающегося в корпусе клапана 2.

Клапанный узел согласно изобретению на фиг. 2 предусматривает также, что корпус клапана 2 имеет нижнюю камеру Ci статического давления под нижним краем запирающего участка 42 поршня 26, причем давление этой нижней камеры, вследствие активирования клапана, приводится в соответствие с давлением упомянутой верхней камерой Cs статического давления, которая предпочтительно имеет минимальный объем. Эту верхнюю камеру, имеющую в дальнейшем минимальный объем, можно быстрее и проще поместить под давление вместе с нижней камерой, что позволяет сократить продолжительность фазы активирования клапанного узла. Следовательно, осуществление авторегулирования требует меньше времени.

Клапанный узел согласно изобретению содержит срединный участок 38 поршня 26, расположенный между концевым участком 34 и запирающим участком 42 и помещенный в промежуточной камере Cint динамического давления корпуса клапана, объем которой превышает объемы верхних и нижних камер статического давления, а именно в соотношении по меньшей мере 3:1. Это соотношение между объемами камер служит критерием размерности корпуса клапана 2, который учитывается при миниатюризации указанного корпуса, чтобы получить оптимальным образом заданные условия фаз активирования и саморегулирования по продолжительности и выходному контролируемому давлению. Такой критерий позволяет получить на выходе 4 такой интервал давления, который находится между 30 и 60 бар, идеально ближе к 40 бар, продолжительностью от 40 до 60 с стабилизированного давления.

С вышеуказанной целью, клапанный узел согласно изобретению предусматривает, что промежуточная камера Cint динамического давления посредством первых каналов С1 подключена к соединению резервуара 3, тогда как верхние Cs и нижние Ci камеры статического давления подключены к соединению резервуара 3 посредством вторых каналов С2, причем первые каналы С1 имеют больший диаметр, чем вторые каналы С2, а именно в соотношении по меньшей мере 5:1. Также здесь эта размерность миниатюризированной формы корпуса клапана позволяет получить оптимальные по вышеприведенным результатам условия активирования и саморегулирования.

Наконец, клапанный узел согласно изобретению позволил выполнить корпус клапана снаружи резервуара, имеющий вдоль первой оси 7 высоту меньше 125 мм и в поперечном направлении к указанной оси диаметр меньше 83 мм.

Саморегулирующийся клапанный узел содержит корпус клапана, который в нижней зоне имеет входной участок для соединения с резервуаром, предназначенным содержать текучую среду под давлением, и, в верхней зоне, выход для подключения к системе трубопровода, поршень, перемещающийся в корпусе клапана вдоль первой оси между открытым положением, которое обеспечивает сообщение текучей среды между входным участком и выходом, и закрытым положением, которое прерывает указанное сообщение текучей среды, причем поршень имеет верхний концевой участок и нижний запирающий участок. Также узел содержит модуль пружинного типа, соединенный с поршнем и с корпусом клапана и динамически взаимодействующий с поршнем, по меньшей мере, после срабатывания спускового устройства (Act) клапана и в течение всего цикла саморегулирования клапана, который обусловливает позиционирование клапана между открытым положением и закрытым положением, обеспечивая сообщение текучей среды между входным участком и выходом под контролируемым выходным давлением, при этом модуль пружинного типа помещен под нижним запирающим участком поршня. За счет этого смещения, габариты клапанного узла могут быть значительно уменьшены. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Саморегулирующийся клапанный узел (1), который содержит:

- корпус клапана (2), который в нижней зоне имеет входной участок (6) для соединения с резервуаром (3), предназначенным содержать текучую среду (F) под давлением, и, в верхней зоне, выход (4) для подключения к системе трубопровода,

- поршень (26), перемещающийся в корпусе клапана (2) вдоль первой оси (7) между открытым положением, которое обеспечивает сообщение текучей среды между входным участком (6) и выходом (4), и закрытым положением, которое прерывает указанное сообщение текучей среды, причем поршень (26) имеет верхний концевой участок (34) и нижний запирающий участок (42),

- модуль пружинного типа (28), соединенный с поршнем (26) и с корпусом клапана (2) и динамически взаимодействующий с поршнем, по меньшей мере, после срабатывания спускового устройства (Act) клапана и в течение всего цикла саморегулирования клапана, который обусловливает позиционирование клапана между открытым положением и закрытым положением, обеспечивая сообщение текучей среды между входным участком (6) и выходом (4) под контролируемым выходным давлением, отличающийся тем, что модуль пружинного типа (28) помещен под нижним запирающим участком (42) поршня.

2. Клапанный узел по п.1, в котором модуль пружинного типа (28) может быть вставлен в резервуар (3).

3. Клапанный узел по п.2, в котором модуль пружинного типа (28) расположен в нижней зоне корпуса клапана, причем сама указанная нижняя зона корпуса клапана, по меньшей мере, частично может быть вставлена в соединение с резервуаром (3).

4. Клапанный узел по п.3, в котором поршень (26) содержит под его нижним запирающим участком (42) полностью цилиндрическую зону, которая может быть вставлена в резервуар (3) и перемещаться в нижней зоне клапана.

5. Клапанный узел по п.2, в котором модуль пружинного типа (28) содержит два конца, которые удерживаются соответственно между краем (2b) нижней зоны корпуса клапана и подвижным удерживающим элементом (ЕМ), положение которого относительно указанного края (2b) предпочтительно может изменяться перемещением вдоль первой оси (7), а именно, посредством подвижного элемента типа гайки, устанавливаемого на болт с нарезкой, соединенный с поршнем.

6. Клапанный узел по п.5, в котором гайка представляет собой либо удерживающий элемент (ЕМ), либо альтернативно или дополнительно калибровочную гайку (ЕТ), край которой образует край (2b) нижней зоны корпуса клапана.

7. Клапанный узел по п.1, в котором корпус клапана в верхней зоне имеет верхнюю камеру (Cs) статического давления, под которой расположен вспомогательный поршень (Ра), причем этот вспомогательный поршень имеет нижнюю изогнутую поверхность (Si), чтобы гарантировать контакт с уменьшенной поверхностью с верхним краем (34а) верхнего концевого участка (34) поршня.

8. Клапанный узел по п.7, в котором корпус клапана имеет нижнюю камеру (Ci) статического давления под нижним краем запирающего участка (42) поршня (26), причем эта нижняя камера вследствие активирования клапана приводится в равновесие давления с упомянутой верхней камерой статического давления, которая предпочтительно имеет минимальный объем.

9. Клапанный узел по п.7 или 8, в котором поршень (26) имеет лишь две образующие кругового направления относительно корпуса клапана (2).

10. Клапанный узел по предыдущим пп.7 и 8, в котором срединный участок (38) поршня (26), расположенный между концевым участком (34) и запирающим участком (42), помещен в промежуточной камере (Cint) динамического давления корпуса клапана, объем которой превышает объемы верхних и нижних камер статического давления, а именно, в соотношении по меньшей мере 3:1.

11. Клапанный узел по п.10, в котором:

- промежуточная камера динамического давления посредством первых каналов (С1) подключена к соединению резервуара (3);

- и верхние и нижние камеры статического давления подключены к соединению резервуара (3) посредством вторых каналов (С2);

- первые каналы (С1) имеют больший диаметр, чем вторые каналы (С2), а именно в соотношении по меньшей мере 5:1.

12. Клапанный узел по п.1, в котором корпус клапана снаружи резервуара (3) имеет вдоль первой оси (7) высоту меньше 125 мм и в поперечном направлении к указанной оси диаметр меньше 83 мм.