КЛАПАН С НИЗКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F16K3/24 F16J15/56 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к клапану, подходящему для работы в сочетании с автоматическим приводом давления.

Для таких клапанов силы, необходимые для управления клапаном должны быть достаточно малы, чтобы позволить приводу перемещать регулирующую поток часть с получением быстрой и достаточной реакции в зависимости, например, от изменений перепада давления.

Автоматические приводы перепада давления могут, например, относиться к типу, в котором диафрагма разделяет объем на две отдельные камеры давления, сообщающиеся по давлению с двумя разными положениями в контуре потока, к которому присоединен клапан. Разность давлений в двух отдельных камерах давления отклоняет диафрагму, соединенную в свою очередь с регулирующей поток частью, которая в ответ изменяет свое положение. Если трение значительно, это может повлиять на эффективность регулировки давления клапанами.

Если привод должен противодействовать значительной силе для перемещения регулирующей поток части, это может существенно снизить эффективность регулировки давления.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из документа ЕР 0675304 известен клапан, содержащий корпус клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием; седло клапана, действующее совместно с запорным элементом, выполненным с возможностью перемещения между множеством расстояний относительно указанного седла клапана с образованием отрытых положений и закрытого положения, в котором запорный элемент находится в контакте с седлом клапана и расположен внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом запорный элемент, по меньшей мере частично, расположен внутри объема, имеющего внутреннюю стенку и область открытия, причем, по меньшей мере вблизи области открытия, расположен контактный элемент, контактирующий с внешней стороной запорного элемента с обеспечением уплотнения в закрытом положении.

Данный клапан имеет недостаток, заключающийся в низкой эффективности регулировки давления.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании клапана с повышенной эффективностью регулировки давления.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеуказанных проблем известных клапанов согласно изобретению предлагается клапан, содержащий корпус клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием; седло клапана, действующее совместно с запорным элементом, выполненным с возможностью перемещения между множеством расстояний относительно указанного седла клапана с образованием открытых положений и закрытого положения, в котором запорный элемент находится в контакте с седлом клапана и расположен внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом запорный элемент, по меньшей мере, частично расположен внутри объема, имеющего внутреннюю стенку и область открытия, причем, по меньшей мере, вблизи области открытия, расположен контактный элемент, находящийся в контакте с низким коэффициентом трения с внешней стороной запорного элемента в открытом положении и в уплотнительном контакте в закрытом положении.

Термин «контакт с низким коэффициентом трения» подразумевает, что части контактируют так, что при этом не обязательно создается уплотнение, и текучие среды могут протекать через это соединение, а сила, созданная контактом в результате трения при перемещении запорного элемента, значительно меньше силы уплотнительного соединения, не пропускающего текучие среды, как если бы контактный элемент был резиновым уплотнением. Этим обеспечивается, например, преимущество в том, что для перемещения запорного элемента может быть присоединен автоматический привод. Если присоединен привод, приводимый в действие двигателем, для преодоления силы уплотнительного соединения требуется лишь подобрать величину движущей силы, однако для автоматических приводов такая сила может оказывать существенное противодействие работе привода. Данное решение уменьшает такую силу, гарантируя при этом, что положение закрытия все еще уплотнено и, таким образом, полностью закрыто, даже когда соединение все еще негерметично в открытом положении.

Для обеспечения уплотнения, например, в закрытых положениях, в варианте осуществления изобретения внешняя сторона запорного элемента может содержать первый уплотнительный элемент и второй уплотнительный элемент, образующие уплотнение канала.

В одном варианте осуществления изобретения первый уплотнительный элемент расположен так, что, когда клапан закрыт, первый уплотнительный элемент контактирует с седлом клапана, способствуя, таким образом, образованию герметичного уплотнения в закрытом положении.

В другом варианте второй уплотнительный элемент расположен так, что когда клапан закрыт, второй уплотнительный элемент контактирует с контактным элементом, образуя герметичное соединение, в котором отсутствует утечка текучей среды.

Для сохранения положения первого и/или второго уплотнительных элементов, в варианте осуществления изобретения первый и/или второй уплотнительный элемент расположены в канавках, выполненных в запорном элементе.

Для облегчения конструкции в одном из вариантов запорный элемент образован центральной частью, имеющей внутреннюю полость, первой верхней частью, закрепленной на первом конце центральной части, причем указанный первый уплотнительный элемент зажат между указанной центральной частью и первым уплотнительным элементом, и второй верхней частью, закрепленной на втором конце центральной части, при этом указанный второй уплотнительный элемент зажат между указанной центральной частью и вторым уплотнительным элементом.

Для гарантии того, что силы текучих сред в канале для текучей среды не оказывают никакого критического противодавления перемещению запорного элемента, в одном из вариантов указанные первая и вторая верхние части имеют отверстия, образующие доступ для текучих сред в канале для текучей среды к указанной внутренней полости и объему.

В варианте осуществления контактный элемент представляет собой щеточный элемент, например элемент, выполненный из металла, такого как бронза.

В варианте осуществления запорный элемент соединен с приводом давления, таким как автоматический привод давления, для перемещения запорного элемента между множеством положений, причем в варианте осуществления соединение является таким, что запорный элемент соединен с первой секцией штока клапана, и привод соединен со второй секцией указанного штока клапана.

Одно исполнение уплотнительных элементов согласно одному варианту осуществления заключается в том, что по меньшей мере один из первого и второго уплотнительного элемента представляет собой крестообразный уплотнительный элемент, имеющий часть, выступающую наружу относительно внешней стороны, образуя, таким образом, контакт с контактным элементом и/или седлом клапана.

Настоящее изобретение относится также к способу работы клапана согласно любому из указанных выше вариантов осуществления, причем способ заключается в том, что обеспечивают контакт с низким коэффициентом трения в открытых положениях и уплотнение в закрытом положении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - клапан согласно настоящему изобретению в открытом положении.

Фиг. 2 - запорный элемент согласно варианту осуществления настоящего изобретения, выполненный из множества частей.

Фиг. 3 - клапан согласно настоящему изобретению в закрытом положении.

Фиг. 4 - клапан согласно настоящему изобретению в полностью открытом положении.

Фиг. 5 - вид в поперечном разрезе крестообразного уплотнительного элемента, используемого в клапане согласно варианту осуществления.

Фиг. 6. - иллюстрация одного варианта использования крестообразного уплотнительного элемента.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры вариантов осуществления изобретения приведены только для иллюстрации, поскольку из подробного описания специалисту будут очевидны различные изменения и модификации, возможные в рамках сущности и объема правовой охраны изобретения.

На фиг. 1 показан клапан (1), содержащий корпус (2) клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием. Внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием расположено седло (3) клапана, действующее совместно с запорным элементом (4) для определения степени открытия клапана посредством относительного положения запорного элемента (4) по отношению к седлу (3) клапана. Запорный элемент (4), таким образом, может перемещаться между множеством расстояний относительно указанного седла (3) клапана, образуя, тем самым, множество степеней открытия клапана от наиболее открытого или полностью открытого положения до полностью закрытого положения, в котором запорный элемент (4) контактирует с седлом (3) клапана. Таким образом, степени открытия клапана или расстояния между запорным элементом (4) и седлом (3) клапана определяют расход через канал для потока текучей среды от впускного отверстия до выпускного отверстия.

Запорный элемент (4), по меньшей мере частично, расположен внутри объема (5), образованного внутри корпуса (2) клапана и имеющего внутреннюю стенку (6) и область открытия, причем, по меньшей мере, вблизи области открытия контактный элемент (8) контактирует с внешней стороной (9) запорного элемента (4), содержащей первый уплотнительный элемент (10а) и второй уплотнительный элемент (10b).

Внешняя сторона (9) запорного элемента (4) содержит первый уплотнительный элемент (10a) и второй уплотнительный элемент (10b), при этом в одном из вариантов осуществления изобретения, например, варианте, показанном более детально на фиг. 2, первый (10а) и/или второй (10b) уплотнительный элемент расположены в канавках, выполненных в запорном элементе (4).

В варианте осуществления изобретения запорный элемент (4) образован центральной частью (11), имеющей внутреннюю полость, первой верхней частью (12а), закрепленной на первом конце центральной части (11), и/или второй верхней частью (12b), закрепленной на втором конце центральной части (11).

В одном из вариантов внешняя сторона (9) запорного элемента (4) образует контактную поверхность запорного элемента (4) для текучей среды, втекающей справа налево, тогда как ее внутренняя поверхность образует контактную поверхность при течении слева направо. Расстояние от запорного элемента (4) до седла (3) клапана определяет степень открытия клапана. На фиг. 3 положение запорного элемента (4) таково, что он контактирует с седлом (3) клапана, закрывая, тем самым, весь поток текучей среды, текущий через клапан, при этом либо внешняя поверхность (9), либо внутренняя поверхность запорного элемента (9) блокирует поток текучей среды, текущий через канал.

На фиг. 2 также показано, что первый уплотнительный элемент (10a) зажат между центральной частью (11) и первой верхней частью (12а), а второй уплотнительный элемент (10b) зажат между указанной центральной частью (11) и вторым уплотнительным элементом (10b). Канавки, содержащие первый и/или второй уплотнительные элементы (10a, 10b), могут быть выполнены на периферии центральной части (11) внешней стороны, возможно на периферии внешней стороны (9) и/или полностью или частично выполнены на верхнем и нижнем участках центральной части (11), которые контактируют с первой и, соответственно, второй верхними частями (12а, 12b). Альтернативно или дополнительно канавки выполнены в первой и второй верхних частях (12а, 12b), причем первый и второй уплотнительные элементы (10a, 10b) расположены в канавке, либо выполненной в любом из элементов (11, 12а, 12b), либо частично выполненной в каждой из двух комбинированных частей, как в показанном варианте осуществления.

В варианте осуществления изобретения первая и вторая верхние части (12а, 12b) имеют отверстия (13), образующие доступ для текучих сред в канале для текучей среды к указанной внутренней полости и объему (5). Они выполнены для уравновешивания давлений, действующих через запорный элемент (4), и для оказания небольшого противодавления потоку текучей среды при перемещении запорного элемента (4).

Клапан (1) может содержать элемент (7), предотвращающий поворот и действующий совместно с запорным элементом (4), так что свободный запорный элемент (4) может перемещаться между множеством положений, но не может поворачиваться.

В варианте с фиг. 3, когда клапан полностью закрыт, запорный элемент (4) контактирует с седлом (3) клапана, при этом в одном из вариантов осуществления изобретения первый уплотнительный элемент (10а) контактирует с седлом (3) клапана либо как единственная точка контакта, либо в сочетании с другими частями запорного элемента (4). Таким образом, в закрытом положении первый уплотнительный элемент (10а) может образовывать уплотнение по отношению к потоку, проходящему от впускного отверстия к выпускному отверстию, по меньшей мере посредством уплотнения первой верхней части (12а) относительно центральной части (11), и возможно также посредством контакта с запорным элементом (4).

В варианте осуществления изобретения запорный элемент (4) включает в себя фланец (14), выступающий внутрь объема (5) дальше, чем центральная часть (11). В одном из вариантов, как показано, это осуществлено за счет того, что диаметр второй верхней части (12b) больше диаметра центральной части (11). В варианте осуществления изобретения фланец (14) выполнен и расположен так, что когда запорный элемент (4) находится в закрытом положении, контактный элемент (8) контактирует с фланцем (14) так, что при воздействии сил потока текучей среды контактный элемент (8) прижимается к фланцу (14) для обеспечения уплотнения против потока текучей среды. В одном из вариантов второй уплотнительный элемент (10b) расположен так, что, когда клапан (1) закрыт, второй уплотнительный элемент (10b) контактирует с контактным элементом (8), образуя часть уплотнения против потока текучей среды.

В одном из вариантов осуществления изобретения контактный элемент (8) выполнен с возможностью контакта с внешней стороной (9) без существенного трения, когда запорный элемент (4) перемещается между множеством расстояний. Для клапанов из уровня техники известно использование уплотнительного элемента на внутренней стенке (6) объема (5), который обеспечивает герметичное уплотнение при контакте с внешней стороной (9) запорного элемента (4). Однако, помимо уплотнения, это также создает значительное трение и, таким образом, сопротивление при перемещении запорного элемента между множеством положений. Это может быть проблематично, например, когда клапан (1) работает автоматически и соединен с приводом перепада давления, например с приводом такого типа, в котором диафрагма разделяет объем на две отдельные камеры давления, сообщающиеся по давлению с двумя разными положениями в контуре потока (одно или оба положения могут быть внутренними каналами давления, выполненными в корпусе (2) клапана). Разность давлений в двух отдельных камерах давления отклоняет диафрагму, соединенную в свою очередь с запорным элементом (4), который в ответ изменяет свое положение. Если трение значительно, это может повлиять на эффективность регулировки давления клапанами (1).

Таким образом, благодаря контактному элементу (8) полностью отсутствует или, по меньшей мере, присутствует лишь незначительное трение при перемещении запорного элемента (4). Недостаток заключается в том, что при нахождении запорного элемента (4) в открытом положении будет иметь место некоторая утечка текучей среды через контакт контактного элемента (8) с внешней стороной (9) запорного элемента (4) и, таким образом, внутрь объема (5).

В варианте осуществления изобретения контактный элемент (8) представляет собой щеточный элемент, имеющий все необходимые свойства. Контактный элемент (8), например, в виде щетки, может быть выполнен из металла, такого как бронза, медь, нержавеющая сталь и т.п.

Если клапан (1) соединен с приводом, таким как описанный выше автоматический привод перепада давления, запорный элемент (4) может быть соединен с приводом через шток (20) клапана так, что запорный элемент (1) будет соединен с первой секцией штока (20) клапана, а привод - со второй секцией штока (20) клапана.

В одном варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из первого (10а) и второго (10b) уплотнительного элемента представляет собой крестообразный уплотнительный элемент, имеющий часть, выступающую наружу относительно внешней стороны (9), с образованием тем самым контакта с контактным элементом (8) и/или седлом (3) клапана.

На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе крестообразного уплотнительного элемента, такого как первый (10а) и/или второй (10b) уплотнительный элемент, который показан на фиг. 6 в одном из вариантов, где он работает в контакте с контактным элементом (8) для создания уплотнительного соединения и где он выступает наружу относительно внешней поверхности (9) запорного элемента (4).

Группа изобретений относится к клапану, который работает в сочетании с автоматическим приводом давления и к способу работы клапана. Клапан содержит корпус клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием; седло клапана, действующее совместно с запорным элементом, выполненным с возможностью перемещения между множеством расстояний относительно указанного седла клапана с образованием открытых положений и закрытого положения, в котором запорный элемент находится в контакте с седлом (3) клапана и расположен внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием. Запорный элемент частично расположен внутри объема, имеющего внутреннюю стенку и область открытия, вблизи области открытия расположен контактный элемент, контактирующий с внешней стороной запорного элемента с обеспечением уплотнения в закрытом положении. В открытом положении контактный элемент и внешняя сторона запорного элемента контактируют с низким коэффициентом трения так, что при этом не создается уплотнение и обеспечена возможность протекания текучих сред через это соединение. Техническим результатом является создание клапана с повышенной эффективностью регулировки давления. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Клапан (1), содержащий корпус (2) клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием; седло (3) клапана, действующее совместно с запорным элементом (4), выполненным с возможностью перемещения между множеством расстояний относительно указанного седла (3) клапана с образованием открытых положений и закрытого положения, в котором запорный элемент (4) находится в контакте с седлом (3) клапана и расположен внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом запорный элемент (4) по меньшей мере частично расположен внутри объема (5), имеющего внутреннюю стенку (6) и область открытия, причем по меньшей мере вблизи области открытия расположен контактный элемент (8), контактирующий с внешней стороной (9) запорного элемента (4) с обеспечением уплотнения в закрытом положении, отличающийся тем, что в открытом положении контактный элемент (8) и внешняя сторона (9) запорного элемента (4) контактируют с низким коэффициентом трения так, что при этом не создается уплотнение и обеспечена возможность протекания текучих сред через это соединение.

2. Клапан (1) по п. 1, в котором внешняя сторона (9) запорного элемента (4) содержит первый уплотнительный элемент (10а) и второй уплотнительный элемент (10b).

3. Клапан (1) по п. 2, в котором первый уплотнительный элемент (10a) расположен так, что когда клапан (1) закрыт, первый уплотнительный элемент (10a) контактирует с седлом (3) клапана.

4. Клапан (1) по п. 2 или 3, в котором второй уплотнительный элемент (10b) расположен так, что когда клапан (1) закрыт, второй уплотнительный элемент (10b) контактирует с контактным элементом (8), образуя герметичное соединение.

5. Клапан (1) по любому из пп. 1-4, в котором первый (10a) и/или второй уплотнительный элемент (10b) расположены в канавках, выполненных в запорном элементе (4).

6. Клапан (1) по п. 5, в котором запорный элемент (4) образован центральной частью (11), имеющей внутреннюю полость, первой верхней частью (12а), закрепленной на первом конце центральной части (11), причем указанный первый уплотнительный элемент (10а) зажат между указанной центральной частью (11) и первым уплотнительным элементом (10а), и второй верхней частью (12b), закрепленной на втором конце центральной части (11), при этом указанный второй уплотнительный элемент (10b) зажат между указанной центральной частью (11) и вторым уплотнительным элементом (10b).

7. Клапан (1) по п. 6, в котором указанные первая и вторая верхние части (12а, 12b) имеют отверстия (13), образующие доступ для текучих сред в канале для текучей среды к указанной внутренней полости и объему (5).

8. Клапан (1) по любому из пп. 1-7, в котором контактный элемент (8) представляет собой щеточный элемент.

9. Клапан (1) по любому из пп. 1-8, в котором контактный элемент (8) выполнен из металла, такого как бронза.

10. Клапан (1) по любому из пп. 1-9, в котором запорный элемент (4) соединен с приводом давления.

11. Клапан по п. 11, в котором запорный элемент (1) соединен с первой секцией штока (20) клапана, при этом привод соединен со второй секцией указанного штока (20) клапана.

12. Клапан (1) по любому из пп. 1-11, в котором по меньшей мере один из первого (10a) и второго (10b) уплотнительных элементов представляет собой крестообразный уплотнительный элемент, имеющий часть, выступающую наружу относительно внешней стороны (9), с образованием тем самым контакта с контактным элементом (8) и/или седлом (3) клапана.

13. Способ работы клапана (1), содержащего корпус (2) клапана, образующий канал для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием; седло (3) клапана, действующее совместно с запорным элементом (4), выполненным с возможностью перемещения между множеством расстояний относительно указанного седла (3) клапана с образованием открытых положений и закрытого положения, в котором запорный элемент (4) находится в контакте с седлом (3) клапана и расположен внутри канала для потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием, при этом контактный элемент (8) контактирует с внешней стороной (9) запорного элемента (4), причем в способе обеспечивают контакт с уплотнением в закрытом положении, отличающийся тем, что в открытых положениях обеспечивают контакт с низким коэффициентом трения, причем контактный элемент (8) и внешняя сторона (9) запорного элемента (4) контактируют так, что при этом не создается уплотнение и обеспечена возможность протекания текучих сред через это соединение.

14. Способ по п. 13 работы клапана по любому из пп. 2-12.