НАСАДКА КЛАПАНА, КЛАПАН И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ Российский патент 2018 года по МПК F16K3/00 

Изобретение относится к насадке клапана, содержащей привод, стержень, соединенный с приводом, и модуль управления, предназначенный для управления приводом, причем привод предназначен для смещения стержня, при этом насадка клапана выполнена с возможностью и предназначена для ее прикрепления к корпусу клапана так, что смещение стержня приводит также к смещению элемента клапана, расположенного в корпусе клапана, если стержень примыкает к штоку, расположенному в корпусе клапана, причем шток соединен с элементом клапана. Кроме того, изобретение относится к клапану, содержащему такую насадку клапана.

Насадки клапана указанного выше типа прикреплены к корпусам клапана, чтобы приводить в действие элементы клапана посредством взаимодействия стержня насадки клапана со штоком, расположенным в корпусе клапана. При этом стержень может толкать шток против усилия пружины или подобного элемента для изменения степени открытия клапана. Однако существуют нормально открытые и нормально закрытые клапаны, клапаны с разной высотой хода, а также клапаны разных многочисленных производителей. При этом необходимо обеспечить, чтобы смещение стержня в любом случае приводило к смещению штока. В противном случае между стержнем и штоком может образоваться зазор, если стержень слишком сильно удаляется от штока. Если, например, шток достиг своего положения максимального хода (например, полностью открытого или полностью закрытого положения клапана), стержень насадки клапана может в некоторых случаях все еще двигаться дальше и отделиться от штока. В течение следующего приведения стержня в действие это может привести в таком случае к неправильному управлению клапаном с помощью насадки клапана, поскольку стержень сможет смещать шток только после того, как он снова будет примыкать к штоку. Хотя существуют известные решения этой проблемы, обычно они требуют точной предварительной настройки насадки клапана, или необходимо выбрать насадку клапана для конкретного имеющегося корпуса клапана. Это приводит к увеличению затрат и приводит к ограничению гибкости применения известных насадок клапана.

Задача настоящего изобретения заключается, таким образом, в создании насадки клапана, которая обеспечивает точное управление степенью открытия клапана путем предотвращения возникновения зазора между стержнем и штоком.

Согласно настоящему изобретению вышеуказанная задача решена таким образом, что насадка клапана содержит по меньшей мере один датчик реактивного сопротивления для обнаружения наличия зазора между стержнем и штоком.

Датчик реактивного сопротивления измеряет изменение реактивного сопротивления одного из компонентов клапана и/или насадки клапана. Каждый из датчиков реактивного сопротивления может быть либо емкостным датчиком, обнаруживающим изменение емкости, либо индуктивным датчиком, измеряющим изменение индуктивности в одном из компонентов насадки клапана или клапана. Преимущество использования датчика реактивного сопротивления состоит в том, что модуль управления может обнаруживать момент, когда стержень и шток входят в контакт друг с другом или теряют контакт друг с другом. Таким образом, модуль управления может предотвращать возникновение зазора между стержнем и штоком путем предотвращения дальнейшего смещения стержня, как только стержень достиг своего положения максимального хода. Кроме того, модуль управления также сможет обнаруживать, с помощью датчика реактивного сопротивления, вхождение стержня в контакт со штоком, например, когда насадка клапана впервые прикрепляется к корпусу клапана.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один датчик реактивного сопротивления представляет собой емкостный датчик, соединенный со штоком, для обнаружения зазора между стержнем и штоком посредством измерения изменения времени разряда конденсатора емкостного датчика. В этом случае насадка клапана содержит конденсатор, например, электрически соединенный со стержнем так, что эффективная емкость объединенных друг с другом конденсатора и стержня изменяется, как только стержень примыкает к штоку. Это может быть измерено посредством обнаружения изменения времени разряда конденсатора. В альтернативном варианте конденсатор также может быть соединен со штоком.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере один датчик реактивного сопротивления представляет собой индуктивный датчик, при этом индуктивный датчик содержит по меньшей мере одну измерительную катушку для обнаружения зазора между стержнем и штоком посредством измерения изменения магнитного потока через измерительную катушку. В этом случае на магнитный поток измерительной катушки будет оказано воздействие, если между стержнем и штоком образуется зазор, или если зазор между стержнем и штоком исчезает. Соответственно, модуль управления может обнаруживать, путем измерения магнитного потока, примыкает ли стержень к штоку или нет. Этот вариант осуществления изобретения также позволяет измерять относительное положение стержня и штока.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна измерительная катушка расположена соосно вокруг штока. Это может быть осуществлено, например, путем использования цилиндрического элемента насадки клапана, который может быть расположен соосно вокруг штока по меньшей мере частично, когда насадка клапана прикреплена к корпусу клапана. В этом случае измерительная катушка будет частью насадки клапана и будет перемещаться в область вблизи штока при прикреплении насадки клапана к корпусу клапана.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна измерительная катушка расположена соосно вокруг стержня. Таким образом, магнитный поток через измерительную катушку будет меняться, когда между стержнем и штоком образуется зазор или если зазор между стержнем и штоком исчезает, как только стержень примыкает к штоку. Измерительная катушка может быть частью стержня или может быть расположена в элементе, расположенном соосно вокруг стержня.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна измерительная катушка расположена на осевом конце штока в виде поверхностной катушки вблизи стержня.

В варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна измерительная катушка расположена на осевом конце стержня в виде поверхностной катушки вблизи штока.

В варианте осуществления изобретения модуль управления останавливает привод, если по меньшей мере один датчик реактивного сопротивления обнаруживает появление зазора между стержнем и штоком. Таким образом, обеспечивается, что стержень немедленно остановится, и между стержнем и штоком может образоваться только очень маленький зазор. Соответственно, в следующий раз, когда привод будет приведен в действие, чтобы снова переместить стержень к штоку, стержень не должен быть смещен на более чем очень небольшое расстояние для повторного примыкания к штоку. Таким образом, можно обеспечить более точное управление положением открытия клапана.

В варианте осуществления изобретения модуль управления выполнен с возможностью остановки привода посредством прекращения подачи питания к приводу или посредством игнорирования управляющей команды на дальнейшее приведение в действие привода. Альтернативные варианты выполнения клапана гарантируют, что может быть предотвращено возникновение большого зазора между стержнем и штоком, и стержень не будет перемещаться более, чем на очень небольшое расстояние от штока.

Указанная выше задача также решается с помощью клапана, содержащего насадку клапана согласно любому из указанных выше вариантов осуществления, корпус клапана, к которому прикреплена насадка клапана, элемент клапана, седло клапана, выполненное с возможностью взаимодействия с элементом клапана, и шток, соединенный с элементом клапана. Шток, соединенный с элементом клапана, может взаимодействовать со стержнем, например, с одним осевым концом стержня, примыкающим к осевому концу штока. Корпус клапана может содержать один или более датчиков реактивного сопротивления или частей датчика реактивного сопротивления. В случае если клапан содержит датчик реактивного сопротивления с измерительной катушкой, измерительная катушка может быть расположена соосно вокруг штока. Измерительная катушка также может быть расположена непосредственно на поверхности штока или даже внутри штока. Сигналы соответствующего датчика реактивного сопротивления затем могут быть переданы на модуль управления в насадке клапана через соединяемые соединители данных, расположенные как в насадке клапана, так и в корпусе клапана. Однако сигналы от измерительной катушки также могут передаваться беспроводным образом.

Указанная выше задача также решается с помощью способа управления клапаном согласно любому из указанных выше вариантов осуществления, содержащего следующие этапы:

- приводят стержень и шток в контакт друг с другом;

- измеряют и сохраняют по меньшей мере одно опорное значение реактивного сопротивления с помощью по меньшей мере одного датчика реактивного сопротивления;

- измеряют реактивное сопротивление с использованием по меньшей мере одного датчика реактивного сопротивления при смещении стержня для изменения степени открытия клапана;

- обнаруживают, отличается ли измеренное значение реактивного сопротивления от по меньшей мере одного опорного значения; и, таким образом,

- определяют, примыкают ли стержень и шток друг к другу или нет.

С помощью этого решения клапан может обнаруживать, примыкают ли стержень и шток друг к другу или нет, и, таким образом, определять, необходимо ли сначала сместить стержень к штоку, чтобы привести их в контакт до того, как может быть выполнено изменение степени открытия клапана. В то же время клапан может обнаруживать, если в процессе нормальной работы клапана стержень выходит из контакта со штоком, что приведет к изменению измеренного значения реактивного сопротивления.

В варианте осуществления определяют, что стержень и шток больше не примыкают друг к другу, только если измеренное значение реактивного сопротивления отличается от сохраненного опорного значения более чем на заданное пороговое значение. Таким образом, можно гарантировать, что флуктуация значения реактивного сопротивления, меньшее порогового значения, не сможет привести к ошибочному определению, что стержень и шток больше не примыкают друг к другу. Такие флуктуации могут быть вызваны, например, изменением температуры в клапане, что может привести к тепловому удлинению или уменьшению компонентов клапана.

В варианте осуществления изобретения привод останавливают, как только обнаруживают возникновение зазора между стержнем и штоком.

В варианте осуществления изобретения, после получения управляющего сигнала для клапана модуль управления сначала смещает стержень с помощью привода по направлению к штоку, пока измеренное в текущий момент значение и опорное значение реактивного сопротивления не станут одинаковыми, и затем смещает стержень далее в соответствии с управляющим сигналом для достижения требуемого положения открытия клапана. Таким образом гарантируется, что клапан будет открыт до требуемого положения открытия клапана, даже если между стержнем и штоком имеется зазор при приведении привода в действие.

Варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылками на чертежи, на которых:

- на фиг. 1 показан упрощенный вариант осуществления клапана согласно изобретению;

- на фиг. 2 показан первый вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 3 показан второй вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 4 показан третий вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 5 показан четвертый вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 6 показан пятый вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 7 показан шестой вариант осуществления изобретения;

- на фиг. 8 показана блок-схема способа согласно изобретению.

На фиг. 1 показан упрощенный вид клапана 1 согласно изобретению. На фиг. 2-7 показаны шесть вариантов осуществления изобретения, отличающихся друг от друга используемым датчиком.

На фиг. 1 показан клапан 1, содержащий корпус 2 клапана и насадку 3 клапана. Насадка 3 клапана прикреплена к корпусу 2 клапана через соединительный элемент 4. Насадка 3 клапана содержит привод 5, 7 с двигателем 5, который выполнен с возможностью и предназначен для смещения стержня 6 в данном примере с помощью механических компонентов 7. Привод 5, 7 содержит двигатель 5 и механические компоненты 7.

Если стержень 6 примыкает к штоку 8, то смещение стержня 6 приводит также к смещению элемента 9 клапана, расположенного в корпусе 2 клапана.

Показанный вариант осуществления клапана 1 представляет собой нормально открытый клапан, однако также может использоваться нормально закрытый клапан. Пружина, обеспечивающая усилие по направлению к открытому положению клапана, для простоты не показана. Когда клапан 1 закрыт, элемент 9 клапана взаимодействует с седлом 10 клапана, расположенным в корпусе 2 клапана.

На привод 5, 7 подается ток для приведения стержня 6 в действие с помощью модуля 11 управления. Модуль 11 управления в данном варианте осуществления изобретения содержит электронную плату 12, расположенную в корпусе 13 насадки 3 клапана, а также контроллер 14, расположенный снаружи корпуса 13. Однако модуль 11 управления также может быть расположен полностью внутри корпуса 13 или полностью снаружи корпуса 13.

Изобретение решает следующую проблему. Стержень 6 и шток 8 могут отделяться в течение нормальной работы в клапанах, известных из уровня техники. Это может происходить, например, в нормально открытых клапанах, когда элемент 9 клапана достигает своего полностью открытого положения, но привод 5 все еще может перемещать стержень 6 дальше к более открытому положению клапана. В этом случае стержень 6 может отделиться от штока 8 и удалиться от штока 8. В этом случае возникает зазор, который приводит к неправильному управлению клапаном в следующий раз, когда привод приводится в действие для перемещения элемента 9 клапана по направлению к более закрытому положению клапана.

Кроме того, в нормально закрытых клапанах может возникать зазор, когда клапан достигает своего полностью закрытого положения клапана, а стержень 6 все еще может перемещаться дальше к более закрытому положению клапана, что приводит к отделению штока 8 и стержня 6. В этом случае также будет возникать зазор. В следующий раз, когда привод приводится в действие, чтобы снова открыть клапан, привод в этом случае сначала перемещает стержень к штоку 8 без достижения изменения положения открытия клапана.

Для решения этой проблемы насадка клапана согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере один датчик реактивного сопротивления для обнаружения наличия зазора между стержнем 6 и штоком 9. Ниже описаны различные варианты осуществления насадки 3 клапана и клапана 1 согласно изобретению с использованием по меньшей мере одного датчика реактивного сопротивления.

На фиг. 2 показан первый вариант осуществления изобретения, содержащий датчик реактивного сопротивления, в данном случае емкостный датчик 16. Емкостный датчик 16 соединен со стержнем 6 через параллельные переключатели. В случае если стержень 6 примыкает к штоку 8, можно измерить изменение времени разряда конденсатора 17 емкостного датчика 16.

На фиг. 3 показан второй вариант осуществления изобретения. В данном случае датчик реактивного сопротивления представляет собой индуктивный датчик 18, содержащий измерительную катушку 19. Если между штоком 8 и стержнем 6 возникает зазор, то на магнитный поток через измерительную катушку 19 оказывается воздействие, что может быть измерено индуктивным датчиком 18. Кроме того, данный вариант осуществления также позволяет обнаруживать положение штока 8.

На фиг. 4 показан третий вариант осуществления изобретения. Индуктивный датчик 18 содержит в данном случае две измерительные катушки 19, 20. Измерительная катушка 19 расположена соосно вокруг штока 8, при этом измерительная катушка 20 расположена соосно вокруг стержня 6. Таким образом, в дополнение к размеру зазора, можно измерить положение штока 8, а также положение стержня 6.

На фиг. 5 показан четвертый вариант осуществления изобретения, содержащий индуктивный датчик 20. Индуктивный датчик 18 в данном случае содержит измерительную катушку 21 в виде спиральной пружины, расположенной между осевыми торцевыми поверхностями стержня 6 и штока 8. В данном варианте осуществления изобретения также можно обнаружить относительное положение стержня 6 и штока 8 путем измерения изменения магнитного потока через измерительную катушку 21.

На фиг. 6 и 7 показан пятый и шестой варианты осуществления изобретения, содержащие в каждом случае индуктивный датчик 22. В случае варианта осуществления, показанного на фиг. 6, индуктивный датчик 22 содержит измерительную катушку 23 в виде поверхностной катушки, расположенной на поверхности штока 8. Предпочтительно поверхностная катушка может быть расположена на осевом конце штока 8, обращенном к стержню 6. В зависимости от наличия и размера зазора между штоком 8 и стержнем 6 изменение магнитного потока в измерительной катушке 23 может быть обнаружено индуктивным датчиком 22.

В шестом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 7, используется индуктивный датчик 22, сходный с предыдущим вариантом осуществления изобретения. Индуктивный датчик 22 здесь содержит измерительную катушку 23 в виде поверхностной катушки, расположенной на поверхности штока 8, а также измерительную катушку 24 в виде поверхностной катушки, расположенной на поверхности стержня 6. Предпочтительно, измерительные катушки 23, 24 расположены на поверхностях стержня 6 и штока 8, обращенных друг к другу. Путем измерения изменений магнитного потока через измерительные катушки 23, 24, с помощью индуктивного датчика 22 могут быть измерены как наличие зазора 15, так и относительное положение стержня 6 и штока 8.

В вариантах осуществления, показанных на фиг. 3, 4, 5 и 7, датчик 16, 18, 22 реактивного сопротивления или его части могут быть расположены на корпусе 2 клапана или в корпусе. Сигналы от датчика 16, 18, 22 реактивного сопротивления могут передаваться в модуль 11 управления через соединяемые соединители данных, расположенные как в насадке 3 клапана, так и в корпусе 2 клапана. Эти сигналы могут альтернативно передаваться беспроводным образом.

В вариантах осуществления изобретения, содержащих по меньшей мере одну измерительную катушку 19, 20, 21, 23, 24, датчик 16, 18, 22 реактивного сопротивления может содержать гибкое электрическое соединение между измерительной катушкой 19, 20, 21, 23, 24 и остальной частью датчика 16,18, 22 реактивного сопротивления.

На фиг. 8 показана блок-схема способа управления согласно изобретению. Согласно способу управления стержень 6 и шток 8 сначала приводят в контакт друг с другом. Это может, например, быть выполнено простым перемещением стержня 6 на максимальное расстояние хода по направлению к штоку 8. В этом положении измеряют и сохраняют по меньшей мере одно опорное значение реактивного сопротивления посредством по меньшей мере одного датчика 16, 18, 22 реактивного сопротивления. Таким образом, определяют опорное значение реактивного сопротивления, для которого стержень 6 и шток 8 примыкают друг к другу. Когда стержень 6 затем смещают в течение нормальной работы клапана 1, реактивное сопротивление измеряют постоянно или с интервалами с использованием по меньшей мере одного датчика 16, 18, 22 реактивного сопротивления. Таким образом, можно определить, изменяется ли значение измеренного реактивного сопротивления и отличается ли оно от по меньшей мере одного опорного значения. Это позволяет определить, примыкают ли стержень 6 и шток 8 друг к другу или нет.

В варианте осуществления изобретения могут определять только то, что стержень 6 и шток 8 больше не примыкают друг к другу, если измеренное значение реактивного сопротивления отличается от сохраненного значения реактивного сопротивления более чем на заданное пороговое значение. Это пороговое значение может быть фиксированным процентным отношением сохраненного опорного значения.

Привод могут останавливать, как только обнаруживают зазор 15 между стержнем 6 и штоком 8.

После получения управляющего сигнала для клапана модуль управления может сначала сместить стержень 6 посредством привода 5, 7 по направлению к штоку 8 до тех пор, пока измеренное в текущий момент значение и опорное значение реактивного сопротивления не будут одинаковыми. Опять же, это может означать, что они совпадают в пределах заданного порогового значения. Как только обнаруживают, что измеренное в текущий момент значение реактивного сопротивления и опорное значение являются теми же самыми, стержень 6 может быть затем смещен дальше в соответствии с управляющим сигналом для достижения требуемого положения открытия клапана.

Изобретение относится к насадке (3) клапана, содержащей привод (5), стержень (6), соединенный с приводом (5), и модуль (11) управления, предназначенный для управления приводом (5). Привод (5) предназначен для смещения стержня (6), при этом насадка (3) клапана выполнена с возможностью и предназначена для ее прикрепления к корпусу (2) клапана так, что смещение стержня (6) приводит также к смещению элемента (9) клапана, расположенного в корпусе (2) клапана, если стержень (6) примыкает к штоку (8), расположенному в корпусе (2) клапана. Шток (8) соединен с элементом (9) клапана. Новизной изобретения является то, что насадка (3) клапана содержит по меньшей мере один датчик (16, 18, 22) реактивного сопротивления для обнаружения наличия зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8). Технический результат заключается в повышении точности регулирования работы клапана, так как датчик реактивного сопротивления позволяет предотвратить возникновение зазора между стержнем и штоком. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Насадка (3) клапана, содержащая привод (5), стержень (6), соединенный с приводом (5), и модуль (11) управления, предназначенный для управления приводом (5, 7), причем привод (5, 7) предназначен для смещения стержня (6), при этом насадка (3) клапана выполнена с возможностью и предназначена для ее прикрепления к корпусу (2) клапана так, что смещение стержня (6) приводит также к смещению элемента (9) клапана, расположенного в корпусе (2) клапана, если стержень (6) примыкает к штоку (8), расположенному в корпусе (2) клапана, причем шток (8) соединен с элементом (9) клапана, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один датчик (16, 18, 22) реактивного сопротивления для обнаружения наличия зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8).

2. Насадка (3) клапана по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один датчик (16, 18, 22) реактивного сопротивления представляет собой емкостный датчик (16), соединенный со стержнем (6), для обнаружения зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8) посредством измерения изменения времени разряда конденсатора (17) емкостного датчика (16).

3. Насадка (3) клапана по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один датчик (16, 18, 22) реактивного сопротивления представляет собой индуктивный датчик (18, 22), при этом индуктивный датчик (18, 20, 22) содержит по меньшей мере одну измерительную катушку (19, 20, 21, 23, 24) для обнаружения зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8) посредством измерения изменения магнитного потока через измерительную катушку (19, 20, 21, 23, 24).

4. Насадка (3) клапана по п. 3, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна измерительная катушка (19) расположена соосно вокруг штока (8).

5. Насадка (3) клапана по п. 3 или 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна измерительная катушка (20) расположена соосно вокруг стержня (6).

6. Насадка (3) клапана по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна измерительная катушка (23) расположена на осевом конце штока (8) в виде поверхностной катушки вблизи стержня (6).

7. Насадка (3) клапана по любому из пп. 3-6, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна измерительная катушка (24) расположена на осевом конце стержня (6) в виде поверхностной катушки вблизи штока (8).

8. Насадка (3) клапана по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что модуль (11) управления выполнен с возможностью остановки привода (5, 7), если по меньшей мере один датчик (16, 18, 22) реактивного сопротивления обнаруживает появление зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8).

9. Насадка (3) клапана по п. 8, отличающаяся тем, что модуль (11) управления выполнен с возможностью остановки привода (5, 7) посредством прекращения подачи питания к приводу (5, 7) или посредством игнорирования управляющей команды на дальнейшее приведение в действие привода (5, 7).

10. Клапан (1), содержащий насадку (3) клапана по любому из пп. 1-9, корпус (2) клапана, к которому прикреплена насадка (3) клапана, элемент (9) клапана, седло (10) клапана, выполненное с возможностью взаимодействия с элементом (9) клапана, и шток (8), соединенный с элементом (9) клапана.

11. Способ управления клапаном (1) по п. 10, содержащий следующие этапы:

- приводят стержень (6) и шток (8) в контакт друг с другом;

- измеряют и сохраняют по меньшей мере одно опорное значение реактивного сопротивления с помощью по меньшей мере одного датчика (16, 18, 22) реактивного сопротивления;

- измеряют реактивное сопротивление с использованием по меньшей мере одного датчика (16, 18, 22) реактивного сопротивления при смещении стержня (6) для изменения степени открытия клапана;

- обнаруживают, отличается ли измеренное значение реактивного сопротивления от по меньшей мере одного опорного значения, и, таким образом,

- определяют, примыкают ли стержень (6) и шток (8) друг к другу или нет.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что определяют, что стержень (6) и шток (8) больше не примыкают друг к другу, только если измеренное значение реактивного сопротивления отличается от сохраненного опорного значения более чем на заданное пороговое значение.

13. Способ по п. 11 или 12, в котором привод (5, 7) останавливают, как только обнаруживают возникновение зазора (15) между стержнем (6) и штоком (8).

14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что после получения управляющего сигнала для клапана (1) модуль (11) управления сначала смещает стержень (6) с помощью привода (5, 7) по направлению к штоку (8) до тех пор, пока измеренное в текущий момент значение и опорное значение реактивного сопротивления не станут одинаковыми, и затем смещает стержень (6) далее в соответствии с управляющим сигналом для достижения требуемого положения открытия клапана.