КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ ПАРОВОЙ КЛАПАН Российский патент 2018 года по МПК F01B25/10 F01D17/14 F01L15/00 

Изобретение касается клапана, в частности парового клапана, предпочтительно для расширительной машины, например для автомобиля.

Из уровня техники известны системы для использования отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания, в которых применяются, например, паровые циркуляционные контуры. Паровые циркуляционные контуры включают в себя расширительные машины, которые отрабатывают получаемый пар и переводят в механическую мощность. Целью этой разработки является ввести в такие системы расширительные машины с наибольшим возможным коэффициентом полезного действия. Управление впуском пара представляет собой при этом ключевую компоненту. При применении расширительных машин с поступательным движением поршня, например, могут применяться паровпускные клапаны, благодаря чему возможно уплотнение подачи свежего пара в расширительную камеру через седло клапана. Приведение в действие таких паровпускных клапанов осуществляется посредством штока клапана, который уплотнен относительно расширительной камеры уплотнительными элементами. Во время фазы рабочего хода, в которой уровень давления в расширительной камере больше, чем в пространстве для приведения в действие клапанов или вообще с наружной стороны расширительной камеры, возникают потоки утечек через уплотнительные элементы, представляющие собой потерю. Кроме того, коэффициент полезного действия расширительной машины в значительной степени зависит от коэффициента расширения. Высокий коэффициент расширения может реализовываться при низком вредном объеме.

Задачей изобретения является создать клапан, в частности, паровпускной клапан, который имеет наименьшие возможные потоки утечек и/или наименьший возможный вредный объем.

Эта задача может решаться с помощью признаков основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения и последующем описании.

Изобретение создает клапан, предпочтительно паровой клапан, такой как, например, паровпускной клапан, целесообразным образом для расширительной машины, например, автомобиля, в частности, автомобиля промышленного назначения, такого как, например, грузовой автомобиль или автобус. Клапан может также использоваться, например, для компрессора или двигателя внутреннего сгорания.

Клапан включает в себя камеру подачи, в частности, камеру свежего пара, в которую может вводиться среда, например, пар, воздух, текучая среда и прочее, через подвод клапана, рабочую камеру, в которую среда может вводиться из камеры подачи и в которой среда может расширяться или сжиматься, клапанную часть, посредством которой может открываться или, соответственно, закрываться соединение между камерой подачи и рабочей камерой, и целесообразным образом возвратно-поступательно передвигаемую штангу клапана, которая предпочтительно соединена первым отдельным участком с клапанной частью и/или может управляться целесообразным образом в некотором роде снаружи посредством второго отдельного участка.

Клапан отличается, в частности, тем, что он имеет сильфон, в частности, для герметичного уплотнения рабочей камеры на отдельных участках. Альтернативно или дополнительно клапан отличается, в частности, тем, что он имеет возвратный элемент клапана, который служит для возврата клапанной части и который целесообразным образом полностью расположен в камере подачи.

Возможно, чтобы сильфон был расположен вокруг штанги клапана и предпочтительно распространялся по штанге клапана.

Клапан включает в себя предпочтительно две удаленные друг от друга в продольном направлении штанги клапана направляющие штанги клапана, целесообразным образом одну для первого отдельного участка штанги клапана и одну для второго отдельного участка штанги клапана.

Возможно, чтобы сильфон был расположен вокруг направляющей штанги клапана для направления штанги клапана, в частности, первого отдельного участка, и целесообразным образом мог совершать возвратно-поступательное движение по направляющей штанги клапана соответственно движению штанги клапана.

Кроме того, возможно, чтобы сильфон был смонтирован на направляющей штанге клапана для направления штанги клапана, в частности, второго отдельного участка, как бы стационарно, предпочтительно своим торцевым или конечным участком.

Сильфон может быть своей внутренней поверхностью соединен посредством текучей среды с рабочей камерой и таким образом предпочтительно выполняться с возможностью нагрузки внутренним давлением посредством находящейся под давлением среды. Альтернативно сильфон может быть своей наружной поверхностью соединен посредством текучей среды с рабочей камерой, и таким образом предпочтительно выполняться с возможностью нагрузки наружным давлением посредством находящейся под давлением среды.

Сильфон выполнен так, что он пригоден для восприятия целесообразным образом возвратно-поступательного движения штанги клапана и/или выполнен так, что он одновременно совершает возвратно-поступательное движение штанги клапана.

Сильфон предпочтительно изготовлен из металлического материала.

Клапан может также иметь камеру клапана, в которой по меньшей мере на отдельных участках проходит второй отдельный участок штанги клапана и которая, например, на отдельных участках может ограничиваться направляющей штанги клапана для направления штанги клапана, в частности, второго отдельного участка.

Сильфон служит, в частности, для уплотнения рабочей камеры относительно участка приведения в действие клапана и/или относительно наружной стороны рабочей камеры, где обычно действует атмосферное давление. Участок приведения в действие клапана включает в себя, в частности, камеру клапана и/или второй отдельный участок штанги клапана.

Клапан целесообразным образом имеет корпус клапана, из которого выведен второй отдельный участок штанги клапана, предпочтительно через камеру клапана, чтобы с помощью органа управления (например, кулачка управления) его можно было приводить в действие для управления клапаном.

Возвратный элемент клапана служит целесообразным образом для возврата клапанной части в свое закрытое положение и/или расположен так, что он как бы непосредственно действует на клапанную часть, в частности, на торцевую поверхность клапанной части. Торцевая поверхность клапанной части целесообразным образом направлена к камере подачи.

Возвратный элемент клапана предпочтительно выполнен в виде возвратной пружины, например, спиральной возвратной пружины.

Клапанная часть может приводиться в контакт с седлом клапана, чтобы закрывать соединение между камерой подачи и рабочей камерой, и целесообразным образом отсоединяться от седла клапана, чтобы обеспечивать соединение между камерой подачи и рабочей камерой.

Возможно, чтобы клапанная часть представляла собой, в частности, составную и/или цельную часть штанги клапана, в частности, первого отдельного участка штанги клапана. Штанга клапана включает в себя, таким образом, первый отдельный участок, второй отдельный участок и клапанную часть.

Возможно, чтобы штанга клапана, в частности, клапанная часть, целесообразным образом была вращательно отделена от сильфона и/или была установлена с возможностью вращения независимо от сильфона. Это, например, позволяет клапанной части во время ее возвратно-поступательного движения иметь возможность по меньшей мере немного вращаться, что, в частности, предпочтительно с точки зрения износа клапанной части и седла клапана.

Клапанная часть может своей обращенной к камере подачи торцевой поверхностью на отдельных участках ограничивать камеру подачи.

Предпочтительно сильфон и возвратный элемент клапана и целесообразным образом штанга клапана, в частности клапанная часть, проходят коаксиально друг другу.

Также следует упомянуть, что целесообразным образом находящаяся под давлением среда в рабочей камере расширяется или сжимается, в то время как соединение между камерой подачи и рабочей камерой закрыто. Рабочая камера, таким образом, представляет собой, в частности, камеру расширения или сжатия.

Кроме того, следует упомянуть, что первый отдельный участок штанги клапана также мог бы называться штоком клапана, а второй отдельный участок штанги клапана также штангой толкателя.

Клапан предпочтительно представляет собой паровой клапан. Среда предпочтительно является средой, способной совершать работу, в частности, паром.

Возможно, чтобы сильфон использовался как единственный возвратный элемент для возврата клапанной части, например, в ее закрытое положение. Альтернативно сильфон может служить возвратным элементом дополнительно к возвратному элементу клапана. Для этой цели сильфон может быть выполнен в виде сильфона упругого действия.

Изобретение не ограничено клапаном, а включает в себя также расширительную машину или компрессорную машину для автомобиля, предпочтительно автомобиля промышленного назначения, например, грузового автомобиля или автобуса, снабженную клапаном, как описано в настоящей заявке. Возможно, чтобы клапан был выполнен в виде вертикального, подвесного или бокового клапана расширительной или компрессорной машины.

Кроме того, изобретение включает в себя автомобиль, предпочтительно автомобиль промышленного назначения, например, грузовой автомобиль или автобус, снабженный клапаном или расширительной или компрессорной машиной, как описано в настоящей заявке.

Описанные выше предпочтительные варианты осуществления изобретения могут комбинироваться друг с другом произвольным образом. Другие предпочтительные усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения или содержатся в последующем описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения в связи с прилагаемыми фигурами.

Фиг. 1: показан вид поперечного сечения клапана по одному из вариантов осуществления изобретения и

фиг. 2: показан вид поперечного сечения клапана по другому варианту осуществления изобретения.

Показанные на фигурах варианты осуществления частично совпадают, причем аналогичные или идентичные части снабжены одними и теми же ссылочными обозначениями, и для их пояснения также ссылаемся на описание другого варианта осуществления во избежание повторов.

На фиг. 1 показан вид поперечного сечения клапана V по одному из вариантов осуществления изобретения. Клапан V предпочтительно представляет собой паровой клапан, в частности, паровпускной клапан, целесообразным образом для расширительной машины для автомобиля. Ниже клапан V описывается в связи со способной совершать работу средой «пар». Использование клапана V, впрочем, не ограничено средой «пар», а он может также применяться для других текучих сред, например, сжимаемых текучих сред.

Клапан V имеет камеру 1 подачи, в частности, камеру свежего пара, в которую пар может вводиться через подвод 2 клапана.

Клапан V имеет также рабочую, в частности, расширительную камеру 3, в которую пар может вводиться из камеры 1 свежего пара и в которой пар может расширяться. При этом в расширительной камере 3 чаще всего действует давление, которое больше, чем давление вне расширительной камеры 3.

Клапан V имеет, кроме того, клапанную часть 4, посредством которой может открываться и закрываться соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, и которая целесообразным образом своей торцевой поверхностью на отдельных участках ограничивает камеру 1 свежего пара.

Клапан V имеет, кроме того, целесообразным образом возвратно-поступательно передвигаемую штангу 5 клапана, которая включает в себя первый отдельный участок 5.1, второй отдельный участок 5.2 и клапанную часть 4. Первый отдельный участок 5.1 соединен с клапанной частью 4, в то время как второй отдельный участок 5.2 может приводиться в действие снаружи клапана V с помощью органа 11 управления, например, кулачка управления, для управления клапаном V, чтобы посредством клапанной части 4 открывать или закрывать соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3.

Когда соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3 открыто, свежий пар может направляться в расширительную камеру 3. Когда соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3 закрыто, свежий пар может расширяться в расширительной камере 3.

Клапан V снабжен первой направляющей 9 штанги клапана для направления штанги 5 клапана и второй направляющей 12 штанги клапана для направления штанги 5 клапана. Первая направляющая 9 штанги клапана служит для направления первого отдельного участка 5.1 штанги 5 клапана, а вторая направляющая 12 штанги клапана служит для направления второго отдельного участка 5.2 штанги 5 клапана. Направляющие 9 и 12 штанги клапана удалены друг от друга в продольном направлении штанги 5 клапана.

Вокруг штанги 5 клапана расположен сильфон 7, который служит для целесообразным образом герметичного уплотнения расширительной камеры 3 на отдельных участках. Сильфон 7 расположен, в частности, вокруг первой направляющей 9 штанги клапана и предпочтительно целесообразным образом может совершать возвратно-поступательное движение по первой направляющей 9 штанги клапана соответственно движению штанги клапана. В целях долговечности сильфон 7 имеет минимальный диаметр и минимальную длину.

Клапан V включает в себя камеру 6 клапана, которая в отдельных местах ограничивается второй направляющей 12 штанги клапана и корпусом 10 клапана. Второй отдельный участок 5.2 штанги 5 клапана проходит на отдельных участках внутри камеры 6 клапана и выведен из камеры 6 клапана и корпуса 10 клапана наружу, чтобы его можно было приводить в действие с помощью органа 11 управления.

Возвратный элемент 8 клапана полностью размещен в камере 1 свежего пара и служит для возврата клапанной части 4 в ее закрытое положение. Благодаря тому, что возвратный элемент 8 клапана расположен в камере 1 свежего пара, сильфон 7 может располагаться так, чтобы вредный объем сокращался до минимума. Кроме того, благодаря этому возможно сокращение конструктивной высоты клапанного механизма и самого клапана V.

Возвратный элемент 8 клапана выполнен в виде возвратной пружины, в частности, спиральной пружины, которая действует непосредственно на торцевую поверхность клапанной части 4.

Чтобы закрыть соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, возвратный элемент 8 клапана нагружает клапанную часть 4 так, что она прижимается к седлу 4.1 клапана. Чтобы открыть соединение между камерой 1 свежего пара и расширительной камерой 3, орган 11 управления нагружает штангу 5 клапана и вместе с тем клапанную часть 4 так, что она отсоединяется от седла 4.1 клапана. Возможен также механизм, действующий противоположным образом.

Возвратный элемент 8 клапана и сильфон 7 и предпочтительно штанга 5 клапана, в частности, клапанная часть 4, проходят коаксиально.

Штанга 5 клапана установлена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. Следовательно, клапанная часть 4 также обладает возможностью вращения. Штанга 5 клапана, в частности, клапанная часть 4 вращательно отделена от сильфона 7 и обладает возможностью вращения почти независимо от сильфона. Это позволяет клапанной части 4 в различных ориентациях приводиться в контакт с седлом 4.1 клапана, и тем самым достигается равномерный износ клапанной части 4 и/или седла 4.1 клапана.

Из фиг. 1 видно, что сильфон 7 служит для того, чтобы уплотнять расширительную камеру 3 относительно наружной стороны AS клапана V, и, в частности, относительно камеры 6 клапана и участка VB приведения в действие клапана, включающего в себя второй отдельный участок 5.2 штанги 5 клапана, где обычно действует более низкое давление, чем в расширительной камере 3, находящейся под давлением расширения.

В показанном на фиг. 1 варианте осуществления изобретения внутренняя поверхность сильфона 7, т.е. поверхность, обращенная к штанге 5 клапана, соединена посредством текучей среды с расширительной камерой 3. Таким образом, пар может действовать на внутреннюю поверхность сильфона 7, так что сильфон 7 может нагружаться внутренним давлением.

Следует упомянуть, что альтернативно или дополнительно к возвратному элементу 8 клапана сильфон 7 может быть выполнен в виде возвратного элемента упругого действия для возврата клапанной части 4.

На фиг. 2 показан вид поперечного сечения клапана V по другому варианту осуществления изобретения.

Особенностью варианта осуществления, показанного на фиг. 2, является, что сильфон 7 своим неподвижным концевым или торцевым участком смонтирован на второй направляющей 12 штанги клапана.

Другой особенностью является, что наружная поверхность сильфона 7, т.е. поверхность, отвернутая от штанги 5 клапана, соединена посредством текучей среды с расширительной камерой 3. Таким образом, пар может действовать на наружную поверхность сильфона, так что сильфон 7 может нагружаться наружным давлением.

Изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, которые также используют идею изобретения и поэтому попадают в объем охраны. Кроме того, изобретение претендует также на охрану предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения, независимо от признаков и пунктов формулы изобретения, на которые делалась ссылка.

Список ссылочных обозначений

1 Камера подачи

2 Подвод клапана

3 Расширительная камера

4 Клапанная часть

4.1 Седло клапана

5 Штанга клапана

5.1 Первый отдельный участок штанги клапана (шток клапана)

5.2 Второй отдельный участок штанги клапана (штанга толкателя)

6 Камера клапана

7 Сильфон

8 Возвратный элемент клапана

9 Направляющая штанги клапана

10 Корпус клапана

11 Орган управления

12 Направляющая штанги клапана

V Клапан

VB Участок приведения в действие клапана

AS Наружная сторона клапана

Изобретение касается клапана (V), в частности парового клапана, предпочтительно для расширительной машины для автомобиля. Клапан (V) включает в себя камеру (1) подачи, выполненную с возможностью введения в нее среды, в частности пара, через подвод (2) клапана, рабочую камеру (3), выполненную с возможностью введения в нее среды из камеры (1) подачи, причем среда имеет возможность расширяться или сжиматься в рабочей камере (3), клапанную часть (4), посредством которой открывается или закрывается соединение между камерой (1) подачи и рабочей (3) камерой, и возвратно-поступательно передвигаемую штангу (5) клапана, которая соединена первым отдельным участком (5.1) с клапанной частью (4) и управляется посредством второго отдельного участка (5.2), причем клапан (V) имеет возвратный элемент (8) клапана, который служит для возврата клапанной части (4), при этом клапан (V) имеет сильфон (7), который служит для уплотнения рабочей камеры (3) на отдельных участках, причем сильфон (7) расположен вокруг штанги (5) клапана, и возвратный элемент (8) клапана расположен в камере (1) подачи. Техническим результатом является уменьшение возможных потоков утечек и наименьший возможный вредный объем. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Клапан (V), включающий в себя

- камеру (1) подачи, выполненную с возможностью введения в нее среды, в частности пара, через подвод (2) клапана,

- рабочую камеру (3), выполненную с возможностью введения в нее среды из камеры (1) подачи, причем среда имеет возможность расширяться или сжиматься в рабочей камере (3),

- клапанную часть (4), посредством которой открывается или закрывается соединение между камерой (1) подачи и рабочей (3) камерой, и

- возвратно-поступательно передвигаемую штангу (5) клапана, которая соединена первым отдельным участком (5.1) с клапанной частью (4) и управляется посредством второго отдельного участка (5.2), причем

- клапан (V) имеет возвратный элемент (8) клапана, который служит для возврата клапанной части (4),

отличающийся тем, что

- клапан (V) имеет сильфон (7), который служит для уплотнения рабочей камеры (3) на отдельных участках, причем сильфон (7) расположен вокруг штанги (5) клапана, и

- возвратный элемент (8) клапана расположен в камере (1) подачи.

2. Клапан (V) по п.1, отличающийся тем, что сильфон (7) расположен вокруг направляющей (9) штанги клапана для направления штанги (5) клапана, в частности ее первого отдельного участка (5.1), и предпочтительно выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательное движение по направляющей (9) штанги клапана.

3. Клапан (V) по п.1, отличающийся тем, что сильфон (7) неподвижно смонтирован на направляющей (12) штанги клапана для направления штанги (5) клапана, в частности ее второго отдельного участка (5.2).

4. Клапан (V) по п.2, отличающийся тем, что сильфон (7) неподвижно смонтирован на направляющей (12) штанги клапана для направления штанги (5) клапана, в частности ее второго отдельного участка (5.2).

5. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) своей внутренней поверхностью соединен по текучей среде с рабочей камерой (3), и таким образом предпочтительно выполнен с возможностью нагружения внутренним давлением.

6. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) своей наружной поверхностью соединен по текучей среде с рабочей камерой (3) и таким образом предпочтительно выполнен с возможностью нагружения наружным давлением.

7. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) служит для восприятия движения штанги клапана и целесообразным образом следует движению штанги клапана.

8. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) выполнен металлическим.

9. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапан (V) имеет камеру (6) клапана, причем второй отдельный участок (5.2) штанги (5) клапана по меньшей мере на отдельных участках проходит в камере (6) клапана.

10. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) служит для уплотнения рабочей камеры (3)

- относительно участка (VB) приведения в действие клапана, в частности камеры (6) клапана и/или второго отдельного участка (5.2) штанги (5) клапана, и/или

- относительно наружной стороны (AS) клапана (V).

11. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапан (V) имеет корпус клапана, а второй отдельный участок (5.2) штанги (5) клапана предпочтительно через камеру (6) клапана выведен из корпуса (10) клапана наружу, чтобы с помощью органа (11) управления его можно было приводить в действие для управления клапаном (V).

12. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что возвратный элемент (8) клапана служит для возврата клапанной части (4) в ее закрытое положение и/или расположен так, что он действует непосредственно на клапанную часть (4).

13. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что возвратный элемент (8) клапана выполнен в виде возвратной пружины.

14. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапанная часть (4) выполнена с возможностью приведения в контакт с седлом (4.1) клапана.

15. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапанная часть (4) является частью штанги (5) клапана, в частности частью первого отдельного участка (5.1) штанги клапана.

16. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапанная часть (4) вращательно отделена от сильфона (7) и, в частности, установлена с возможностью вращения независимо от сильфона (7).

17. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что клапанная часть (4) своей торцевой поверхностью на отдельных участках ограничивает камеру (1) подачи.

18. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) и возвратный элемент (8) клапана расположены коаксиально.

19. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что

- клапан (V) представляет собой паровой клапан и/или

- среда представляет собой среду, способную совершать работу, предпочтительно пар.

20. Клапан (V) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что сильфон (7) используется как возвратный элемент для возврата клапанной части (4).

21. Расширительная или компрессорная машина для автомобиля, снабженная клапаном (V) по одному из предыдущих пунктов.

22. Расширительная или компрессорная машина по п.21, отличающаяся тем, что клапан (V) выполнен в виде вертикального клапана (V).

23. Автомобиль, снабженный клапаном (V) по одному из пп.1-20 или расширительной или компрессорной машиной по п.21 или 22.