Пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом Российский патент 2021 года по МПК F16K1/12 F16K31/126 

Изобретение относится к прямоточным клапанам, используемым для управления и регулирования воздушных и газовых потоков в магистралях.

Известен диафрагменный привод регулирующей арматуры газовой магистрали (патент RU №116945 от 14.12.2011), имеющий два диафрагменных исполнительных механизма, установленных на кронштейне вдоль оси подпружиненного штока, жестко соединенных со штоком. Подпружиненный шток установлен в опорах, закрепленных на кронштейне между диафрагменными исполнительными механизмами. На каждой диафрагме с прикрепленным опорным диском установлена тарель с пружинами, симметрично расположенными относительно оси штока. Двухдиафрагменный механизм позволяет удвоить силу, действующую на шток.

Недостаток данного диафрагменного привода - его большая длина и усложнение конструкции устройств с данным диафрагменным приводом.

Известен прямоточный регулятор давления газа (патент RU№2042174 от 26.04.1993), состоящий из корпуса с внутренней полостью, в которой размещен цилиндрический клапан с диафрагменным приводом, имеющим одну кольцевую диафрагму, внутренняя часть которой закреплена на внешней поверхности цилиндрического клапана, а наружная часть - на внутренней поверхности корпуса

Недостаток данного регулятора - большой диаметр корпуса и неосуществимость конструкции, показанной на Фиг. 1 патента RU №2042174.

Известен прямоточный регулятор давления газа (патент RU №116225 от 03.10.2011) с диафрагменным приводом цилиндрического клапана.

Недостаток данного регулятора - большой диаметр корпуса прямоточного клапана в сравнении с его длиной, что усложняет его монтаж в шкафу вместе с другой аппаратурой системы пневматического управления.

Известен пневматический прямоточный клапан (патент RU №182505 от 17.11.2017), входящий в состав пневматического регулятора давления устройства управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (патент RU №2689468 от 17.11.2017). Прямоточный клапан (RU №182505) состоит из корпуса с внутренней полостью и установленного в ней цилиндрического клапана с закрепленным на нем поршнем, делящим внутреннюю полость на две камеры; пружины, поджимающую цилиндрический клапан в направлении его закрытия; первой и второй крышек, каждая - с внутренним отверстием, соответствующим наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в первой крышке седла с отверстиями на его периферии для протекания газа и с уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам входного и выходного фланцев с патрубками для пневмотрубопровода, при этом корпус выполнен в виде гильзы, а каждая крышка имеет выступ, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру гильзы; резьбовых соединений, установленных в периферийных отверстиях в крышках и фланцах.

Недостаток клапана - в его повышенной инерционности, обусловленной массой кольцевого поршня, вызывающей повышенную пульсацию давления в пневмолинии управления открытием клапана.

Известен прямоточный регулятор давления газа (патент CN №208845807 от 23.08.2018), состоящий из разъемного корпуса с внутренней полостью с установленным в ней подвижным цилиндрическим клапаном (ПЦК), наружная поверхность которого ограничивает внутреннюю полость и имеет выступ с закрепленной на нем кольцевой диафрагмой, делящей внутреннюю полость на две камеры, при этом внешняя часть диафрагмы закреплена в разъемном корпусе; отверстия в корпусе для подвода и отвода газа из камер; седла клапана, имеющего сквозные отверстия для протекания газа, расположенные на расстоянии от оси ПЦК, превышающем радиус его наружной поверхности; уплотнительного кольца в седле, взаимодействующего с торцом ПЦК; крышки, закрепленной на корпусе; устройства поджатая ПЦК к уплотнительному кольцу в седле; фланца, соединенного с крышкой со стороны седла, фланца, соединенного с крышкой со стороны, противоположной седлу.

Недостаток прямоточного клапана, используемого в качестве регулятора давления, - увеличенный диаметр диафрагмы и корпуса в области закрепления диафрагмы.

Техническая задача, решаемая изобретением, - уменьшение диаметра корпуса и снижение уровня колебаний давления в пневмолинии.

Техническая задача решена в конструкции пневматического прямоточного клапана с диафрагменным приводом, состоящей из корпуса с внутренней полостью и с установленным в ней цилиндрическим клапаном с закрепленной на нем внутренней частью диафрагмы, и внешняя часть которой закреплена на внутренней поверхности корпуса; первой и второй крышек с отверстиями, имеющими внутренний диаметр, равный наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в корпусе седла с отверстиями на его периферии для протекания газа, с установленным в нем уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам корпуса прямоточного клапана входного и выходного фланцев с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; резьбовых соединений, установленных в коаксиально расположенных периферийных отверстиях в крышках и фланцах, между первой и второй крышками имеется рабочая полость, ограниченная внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью цилиндрического клапана, разделенная на диафрагмой на первую часть со стороны первой крышки и вторую часть со стороны второй крышки при этом рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости, при этом в каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую из полостей на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, внешняя часть - кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса, а в крышках и в перегородке разъемного корпуса имеются отверстия для подвода воздуха в каждую камеру каждой из полостей, отвода воздуха из камер и сообщения камер с атмосферой.

Для уменьшения напряжения в диафрагме процессе работы клапана расстояние между выступом на наружной поверхности цилиндрического клапана и выступом на внутренней поверхности корпуса составляет 0,3…0,5 максимального хода цилиндрического клапана.

Для обеспечения поджатия клапана к седлу, в случае отсутствия воздуха под давлением в одной из камер, между второй крышкой и торцом цилиндрического клапана имеется пружина.

Достижение технического эффекта, - уменьшение диаметра корпуса и снижение уровня колебаний давления в магистрали за счет снижения инерционности ПЦК, - обеспечивается следующей совокупностью отличительных признаков клапана:

рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости, при этом в каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую из полостей на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, внешняя часть закреплена кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса, а в крышках и в перегородке разъемного корпуса имеются отверстия для подвода воздуха в каждую камеру каждой из полостей и отвода воздуха из камер.

Данная совокупность отличительных признаков пневматического прямоточного клапана не обнаружена в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 показан пневматический прямоточный клапан с двухдиа-фрагменным приводом с цилиндрическим клапаном, поджимаемым к седлу воздухом под давлением, подаваемым в полость над одной из диафрагм.

На фиг. 2 показан пневматический прямоточный клапан с двухдиа-фрагменным приводом с цилиндрическим клапаном, поджимаемым к седлу пружиной.

Пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом состоит из корпуса 1; первой крышки 2 с внутренним отверстием 2а, второй крышки 3 с внутренним отверстием 3а и с периферийными отверстиями 4 для резьбовых соединений 5; цилиндрического клапана 6 с наружной поверхностью 6а установленного в отверстиях 2а и 3а; седла 7, закрепленного в корпусе 1 с установленным в нем уплотнительным кольцом 8, взаимодействующим с торцом 9 цилиндрического клапана 6 в закрытом положении, и с отверстиями 10 на периферии седла 7 для протекания воздуха; присоединенных к крышкам 2 и 3 входного и выходного фланцев 11 и 12 с периферийными отверстиями 13 для резьбовых соединений 5; кольцевой перегородки 14, установленной в корпусе 1 с уплотнениями 15 относительно торцов корпуса 1 и с уплотнением 15а относительно наружной поверхности 6а цилиндрического клапана 6, с образованием между перегородкой 14 и крышками 2 и 3 двух полостей 16 и 17, в каждой из которых установлены кольцевые диафрагмы 18 и 19, делящие каждую из полостей на первую (20 и 21) и вторую (22 и 23) камеры; внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы 18 и 19 закреплена кольцевыми планками 24 на выступах 25 внешней поверхности 6а цилиндрического клапана 6, их внешние части закреплены кольцевыми планками 26 на выступах 27 внутренней поверхности 1а корпуса 1, а в крышках 2 и 3 и в перегородке 14 имеются отверстия 28а, 286, 28в, 28 г для подвода воздуха под давлением в камеры 20, 21, 22, 23 полостей 16, 17 и отвода воздуха из камер 20, 21, 22, 23 в атмосферу; диафрагмы 18, 19 изготавливаются, например, из этилен-пропиленового каучука (https://www.inoxpa.de/uploads/document/Fitxa%20tecnica/Components/Valvules%20i%20accessoris/VeeValv/FT.VeeValv.6_RU.pdf).

Для уменьшения напряжения в диафрагмах 18 и 19 в процессе работы клапана расстояние между выступом 25 на внешней поверхности 6а цилиндрического клапана 6 и выступом 27 на внутренней поверхности la корпуса 1 составляет 0,3…0,5 максимального хода цилиндрического клапана 6.

Для обеспечения поджатия цилиндрического клапана 6 к седлу 7 в случае отсутствия воздуха под давлением в обеих камерах 21 и 22 между второй крышкой 2 и торцом 9 цилиндрического клапана 6 имеется пружина 29.

При подаче воздуха под давлением через отверстия 28б и 28в в камеры 20 и 23 и выпуске воздуха в атмосферу из камер 21 и 22 через отверстие 28a и 28 г клапан 6 отходит от седла 7, пропуская воздух, поступающий через отверстия 10 к потребителю (пневмоцилиндр).

При выпуске воздуха в атмосферу из камер 20 и 23 через отверстия 28а 28г и подаче воздуха в камеры 21 и 22 клапан 6 перемещается и поджимается к седлу 7, и подача воздуха к потребителю (пневмоцилиндр) прекращается.

Двухдиафрагменный привод цилиндрического клапана 6 снижает амплитуду колебаний давления воздуха в камерах 20, 21, 22, 23 при быстром открытии и закрытии клапана 6 вследствие меньшей инерционности в сравнении с поршневым приводом, а также вследствие упругости диафрагм 18 и 19 и, как следствие, - снижение амплитуды колебаний воздуха в рабочей пневмолии и пневмоцилиндрах, а также снижение неконтролируемого изменения тормозной силы. Двухдиафрагменный привод позволяет уменьшить диаметр корпуса клапана в сравнении с однодиафрагменным приводом, что важно при установке пневматического клапана в шкафу, подогреваемом для достижения стабильной рабочей температуры.

Изобретение относится к прямоточным клапанам, используемым для управления и регулирования воздушных и газовых потоков в магистралях. Пневматический прямоточный клапан с двухдиафрагменным приводом состот из корпуса с внутренней рабочей полостью, ограниченной первой и второй крышками с отверстиями, и установленным в отверстиях крышек цилиндрическим клапаном; закрепленного в корпусе седла с отверстиями на его периферии для протекания газа, с установленным в нем уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам корпуса прямоточного клапана входного и выходного фланцев. Рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку, установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости. В каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую полость на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, ее внешняя часть закреплена кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса. Такой привод позволяет снизить амплитуду колебаний давления воздуха в камерах и неконтролируемое изменение тормозной силы, уменьшает диаметр корпуса клапана, что важно при установке пневматического клапана в шкафу, подогреваемом для достижения стабильной рабочей температуры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом, состоящий из корпуса с внутренней полостью и с установленным в нем цилиндрическим клапаном с закрепленной на нем внутренней частью диафрагмы, и внешняя часть которой закреплена на внутренней поверхности корпуса; первой и второй крышек с отверстиями, имеющими внутренний диаметр, равный наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в корпусе седла с отверстиями на его периферии для протекания газа, с установленным в нем уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам корпуса прямоточного клапана входного и выходного фланцев с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; резьбовых соединений, установленных в коаксиально расположенных периферийных отверстиях в крышках и фланцах, между первой и второй крышками имеется рабочая полость, ограниченная внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью цилиндрического клапана, разделенная диафрагмой на первую часть со стороны первой крышки и вторую часть со стороны второй крышки, отличающийся тем, что рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку, установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости, при этом в каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую полость на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, ее внешняя часть закреплена кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса, а в крышках и в перегородке разъемного корпуса имеются отверстия для подвода воздуха в каждую камеру каждой из полостей, отвода воздуха из камер и сообщения камер с атмосферой.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между выступом на наружной поверхности цилиндрического клапана и выступом на внутренней поверхности корпуса составляет 0,3…0,5 максимального хода цилиндрического клапана.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что он имеет пружину, установленную между второй крышкой и торцом цилиндрического клапана.