EA005880B1

EA005880B1 - Клапан разности давления

Info

Publication number: EA005880B1
Application number: EA200400418A
Authority: EA
Inventors: Оле Йоргенсен
Original assignee: Фрезе А/С
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2005-06-30
Also published as: DE60220535D1; ATE364149T1; ES2288564T3; CN100378383C; EP1442242B1; PT1442242E; US20050121082A1; EP1442242A1; DK1442242T3; CN1575390A; DE60220535T2; EA200400418A1; WO2003036143A1; US7128087B2

Abstract

Регулировочная вставка преимущественно для установки в корпусе клапана или подобного устройства, работающего в текучей среде, содержащая задающее устройство для регулировки и/или установки количества жидкости в системах с текучими средами с целью ограничения количества текучей среды до заданного максимального значения независимо от разности давления на клапане, и трубчатый регулировочный элемент, установленный в корпусе (3) подвижно в продольном направлении регулировочной вставки и прилегающий сверху к пружинному элементу (13), так что при перемещении трубчатый регулировочный элемент (2) открывает или закрывает отверстия (9) в корпусе (3). Для осуществления регулировки на трубчатый регулировочный элемент (2) действует мембрана (14), которая является складывающейся мембраной и прикреплена по наружному диаметру ко внутренней поверхности корпуса (3), а по внутреннему диаметру - к наружной поверхности регулировочного элемента (2), так что результирующие силы, обусловленные разностью давления на мембране (14), лежат на той же цилиндрической поверхности, что и поверхность, проходящая по поверхности (12) скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента (2) и наименьшим диаметром корпуса (3).

Description

Настоящее изобретение относится к регулировочной вставке, предназначенной преимущественно для установки в корпусе клапана или подобного устройства, работающего в текучей среде. Такая вставка содержит регулируемое или сменное задающее устройство для регулировки и/или установки количества жидкости в системах с текучими средами с целью ограничения потока текучей среды до заданной максимальной величины независимо от рабочей разности давления на клапане. Регулировочная вставка содержит также трубчатый регулировочный элемент, установленный в корпусе подвижно в продольном направлении вставки и прилегающий сверху к пружинному элементу так, что при перемещении трубчатый регулировочный элемент открывает или закрывает отверстия, выполненные по окружности корпуса, причем для осуществления регулировки на трубчатый регулировочный элемент воздействует мембрана.

Известны регулировочные клапаны различных конструкций, предназначенные для введения в корпуса работающих в текучей среде клапанов различного назначения. Например, из И8 3422842 известен регулировочный клапан, в котором жесткий регулировочный элемент закрывает или открывает отверстия в наружном корпусе. Регулировочный элемент перемещается давлением, действующим на мембрану, расположенную между ним и корпусом. Центральная часть мембраны прикреплена к регулировочному элементу, а наружная часть - к корпусу клапана. Клапан имеет задающее устройство, работающее от пружины, сжатой регулировочным винтом. Сила пружины создает давление, противодействующее давлению текущей в клапане среды.

Недостаток задающего устройства такого типа состоит в том, что при больших потоках требуются большие силы, что создает потери в насосе. При больших силах пружины задающего устройства для обеспечения нормальной работы регулировочной вставки на насос нужно подавать большее количество энергии.

В системах центрального отопления, которые составляют одну из областей применения клапанов такого типа, клапаны для регулировки обогрева устанавливают в разных помещениях. Клапаны также могут использоваться для регулировки охлаждения при кондиционировании воздуха. При работе таких клапанов или когда они производят регулировку в одном или нескольких помещениях, изменяется давление во всей системе и поэтому желательно иметь в контуре клапан, обеспечивающий автоматическую регулировку.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения регулировочный клапан имеет задающее устройство для регулировки проходящего через клапан потока, содержащее съемный диск с отверстием, соответствующим пропусканию потока определенной величины. Если через клапан нужно пропустить другой поток, то в него вставляют задающее устройство в виде диска с соответствующим этому потоку размером отверстия.

На выпускном конце регулировочной вставки выполнено несколько отверстий, конфигурация которых в сочетании с конфигурацией регулировочного элемента, выполненного в соответствии с конфигурацией корпуса, складывающейся мембраны и направляющей детали, позволяет осуществить точную регулировку в широком диапазоне разности давления.

Однако этого недостаточно для точной регулировки. Важно также не допустить нежелательных колебаний регулировочного элемента относительно корпуса и тем самым добиться более стабильной регулировки потока, проходящего через регулировочную вставку.

Это достигается с помощью складывающейся мембраны, прикрепленной по наружному диаметру ко внутренней поверхности корпуса, а по внутреннему диаметру - к наружной поверхности регулировочного элемента, так что результирующие силы, возникающие на мембране из-за разности давления, лежат на той же цилиндрической поверхности, которая проходит по поверхности скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента и наименьшим диаметром корпуса.

Это обеспечивается тем, что наибольший диаметр регулировочного элемента больше наименьшего диаметра складывающейся мембраны, а наименьший диаметр корпуса меньше ее наибольшего диаметра. Поэтому поверхность скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента и наименьшим диаметром корпуса имеет диаметр, лежащий в интервале между наибольшим и наименьшим диаметрами складывающейся мембраны.

Отверстия в корпусе, которые открываются и закрываются регулировочным элементом, могут иметь одинаковые или разные диаметры или представлять собой пазы одинаковой или разной длины.

Благодаря выполнению отверстий с определенной конфигурацией, как описано выше, можно регулировать длину хода регулировочного элемента для получения большей точности регулировки. При этом уменьшается риск возникновения колебаний регулировочного элемента.

Отверстия в корпусе, которые открываются и закрываются регулировочным элементом, могут быть круглыми с разными диаметрами или удлиненными, например в виде пазов. Эти пазы предпочтительно могут иметь поперечное сечение, уменьшающееся или увеличивающееся в направлении потока. Отверстия в корпусе могут представлять собой распределенные по его периферии отверстия с уменьшающимися и увеличивающимися поперечными сечениями, возможно, в сочетании с обычными удлиненными отверстиями.

Благодаря наличию отверстий разных размеров колебания в процессе регулировки потока сглаживаются и она становится более плавной, независимо от разности давления, так как иначе из-за изменений

- 1 005880 давления создавалась бы опасность, что регулировочный элемент будет колебаться взад-вперед и начнет открывать или закрывать отверстия, перекрывая их на расстояние, которое слишком мало для достижения плавной регулировки.

Колебания регулировочного элемента в процессе регулировки демпфируются благодаря наличию зазора между регулировочным элементом и его направляющей. Через этот зазор текучая среда может либо протекать в полость над мембраной, либо вытекать из нее, в зависимости от того, движется ли регулировочный элемент в сторону открытия или в сторону закрытия пути для потока. Демпфирование может быть усилено или ослаблено за счет увеличения или уменьшения зазора между регулировочным элементом и предназначенной для него направляющей.

Чертежи

Далее будут описаны предпочтительные варианты выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает в разрезе регулировочную вставку согласно изобретению и фиг. 2 изображает в разрезе регулировочную вставку, установленную в корпусе клапана.

Ниже описан предпочтительный вариант выполнения регулировочного клапана в виде регулировочной вставки 1, которая вставляется в корпус клапана, установленного в трубе трубопроводной сети для регулировки в ней потока текучей среды. Регулировочный клапан или регулировочная вставка 1 содержит регулировочный элемент в виде трубчатого элемента 2, установленного подвижно в корпусе 3. На конце, обращенном навстречу направлению потока, корпус 3 предпочтительно снабжен задающим устройством или диском. Путем замены этого диска и выбора диска с соответствующим отверстием можно получить определенную величину потока через клапан.

Трубчатый элемент 2 имеет примерно цилиндрическую форму, и на его нижнем конце толщина материала больше, чем в других местах, так что наружный диаметр самой нижней части трубчатого элемента 2 больше наружного диаметра его остальной наружной боковой поверхности.

В верхней части трубчатого элемента 2 или регулировочного элемента расположено задающее устройство, которое может иметь различные конфигурации и в простейшем варианте выполнения состоит из съемного диска 4 с отверстием 5 определенного размера. Путем установки диска 4 с отверстием 5, соответствующим заданной величине потока, регулировочную вставку 1 приспосабливают к определенной величине потока в регулируемой системе. Диск 4 прилегает сверху к выступу на внутренней стороне регулировочного элемента 2, на том его конце, который обращен к направлению потока. С наружной стороны диск 4 может быть уплотнен относительно регулировочного элемента 2 уплотнением 6. Диск 4 закреплен стопорным кольцом 7 или подобным элементом. Если через клапан 1 нужно пропускать поток другой величины, то в регулировочный элемент вставляют задающее устройство в виде диска 4 с отверстием 5, точно соответствующим этой величине потока.

Регулировочный элемент 2 перемещается в корпусе 3, имеющем нижнюю часть 8, от которой его боковые стороны отходят в направлении, противоположном направлению потока, окружая нижнюю часть регулировочного элемента 2. По периферии корпуса 3 между его верхней частью и нижней частью 8 выполнено несколько отверстий 9, через которые текучая среда вытекает из клапана. Верхняя часть корпуса 3 соединена с направляющей деталью. Направляющая деталь 10 и корпус 3 образуют поверхности 11,12 скольжения для стабильного движения регулировочного элемента 2 в направляющей детали 10 и корпусе 3. Направляющая деталь 10 имеет упор, препятствующий выходу регулировочного элемента 2 из корпуса 3 наружу. Между корпусом 3 и регулировочным элементом 2 расположен пружинный элемент 13, сила которого направлена навстречу направлению потока, поэтому регулировочный элемент 2 может находиться в уравновешенном состоянии.

Между направляющей деталью 10 и регулировочным элементом 2 и между корпусом 3 и регулировочным элементом 2, вдоль поверхностей 11, 12 скольжения может проходить небольшое количество жидкости. Путем увеличения или уменьшения зазора, образованного у верхней поверхности 11 скольжения, можно регулировать демпфирование регулировочного элемента 2. Это можно сделать также путем замены направляющей детали 10 и тем самым изменения внутреннего диаметра ее верхней части, на которой образована верхняя поверхность 11 скольжения. На регулировочном элементе 2, между участками, которые примыкают к поверхностям 11, 12 скольжения, закреплен один конец складывающейся мембраны 14. Крепление может осуществляться зажимным кольцом 15 или, например, с помощью множества точкообразных крепежных элементов, расположенных по периферии мембраны 14 на наружной стороне регулировочного элемента 2. Другой конец мембраны 14 закреплен между корпусом 3 и направляющей деталью 10. Вода, прошедшая вдоль верхней поверхности 11 скольжения в пространство между регулировочным элементом 2 и направляющей деталью 10, оказывает на верхнюю сторону мембраны 14 давление, обусловленное давлением в текучей среде в области до отверстия 5 диска 4, в результате чего на регулировочный элемент 2 действует сила в направлении потока. Сила пружины и сила, обусловленная давлением в области за отверстием 5 диска 4, действующая на наибольший диаметр регулировочного элемента 2, создают давление в противоположном направлении, в результате чего в зоне отверстия 5 диска 4 возникает постоянная разность давления, что позволяет поддерживать постоянный поток.

- 2 005880

Для того чтобы пропускаемый через клапан 1 поток не проходил вокруг корпуса 3, на периферии последнего установлено уплотнение 16 относительно стенки корпуса 18 клапана. Нижняя часть 8 корпуса 3 имеет на своем крае, обращенном от корпуса 3, кольцевой выступ 17, который служит в качестве фланца для крепления в соответствующем углублении 19 в заглушке 20.

На фиг. 2 показан корпус 18 клапана, предназначенный для установки в виде единого узла в трубопровод системы отопления или охлаждения. Корпус 18 имеет впускное отверстие с цилиндрической полостью 21, соединенной с выпускным отверстием 23 каналом 22, в котором установлена регулировочная вставка 1. Канал 22 на своем конце, обращенном в сторону от впускного отверстия 21 и выпускного отверстия 23, закрыт заглушкой 20, которую можно снять для введения регулировочной вставки 1. В корпусе 18 клапана могут быть и другие отверстия 24, которые при работе клапана закрыты.

Поступающая к клапану текучая среда проходит в цилиндрическую полость 21 к верхней части вставки 1, содержащей внутренний трубчатый регулировочный элемент или поршень 2 круглого поперечного сечения и наружный чашеобразный корпус 3, на периферии нижней части которого выполнено несколько отверстий.

Для установки вставки 1 в корпусе 18 клапана нижнюю часть 8 вставки 1 вводят в зацепление с выступом 19 заглушки 20. Выступ 19 захватывает край 17 нижней части 8 вставки 1, окружая его на некотором участке периферии нижней части 8, который меньше или равен половине длины окружности нижней части 8.

Благодаря выполнению задающего устройства 4 в виде диска регулировочный элемент 2 имеет небольшую длину. Поэтому для установки регулировочной вставки 1 требуется намного меньший объем, что позволяет снизить ограничения на размеры корпуса 18 клапана, в который вводится регулировочная вставка 1.

Регулировочная вставка 1 может быть вставлена непосредственно в прямолинейный участок трубопровода. В этом случае участок трубы имеет такой размер, что текучая среда может проходить между его внутренней стенкой и наружной периферией регулировочной вставки. Между внутренней поверхностью этого участка трубы и наружной периферией регулировочной вставки 1 расположено уплотнение 16 обычного типа, чтобы текучая среда не могла пройти дальше, минуя регулировочную вставку 1.

Регулировочная вставка 1 состоит из трех основных частей: корпуса 3, регулировочного элемента в виде трубчатого элемента 2 и задающего устройства 4. Между нижней частью корпуса 3 и регулировочным элементом 2 установлен пружинный элемент 13 (фиг. 1), который отжимает регулировочный элемент 2 навстречу направлению потока, т. е. действует в противоположном направлении по отношению к давлению текучей среды. Между корпусом 3 и регулировочным элементом 2, точнее между верхней частью корпуса 3 и участком цилиндрической поверхности регулировочного элемента 2, находится складывающаяся мембрана 14, разделяющая области давления снаружи (до) клапана и внутри клапана (в регулировочном элементе 2, после задающего устройства 4).

На фиг. 1 видно, что текучая среда в области, расположенной непосредственно перед задающим устройством 4, оказывает давление на рабочий участок, образованный мембраной 14 в корпусе 3, благодаря чему регулировочный элемент 2 сжимает пружинный элемент 13 и открытый край регулировочного элемента 2 постепенно закрывает выпускные отверстия 9, выполненные в корпусе 3.

Как правило, по причинам технического характера при расчете сил, действующих на складывающуюся мембрану 14, учитывают ее средний диаметр, равный полусумме ее наибольшего и наименьшего диаметров, однако практически силы действуют на весь карман мембраны 14, образованный ее частью, расположенной между корпусом 3 и регулировочным элементом 2.

Для обеспечения постоянства потока при увеличении разности давления, кроме изменения упругих характеристик пружинного элемента 13 и размера отверстия 5, можно при изготовлении клапана учитывать площадь поршня регулировочного элемента 2 и тем самым получать клапан со сглаженными колебаниями и постоянным потоком при увеличении разности давления, когда достигается минимальное давление в насосе или минимальное рабочее давление.

Выпускные отверстия 9 в корпусе 3 могут быть круглыми и могут быть расположены с равными интервалами по окружности на одном конце корпуса. Выпускные отверстия 9 могут быть также расположены по окружности в порядке увеличения или уменьшения размера.

В предпочтительном варианте выполнения выпускные отверстия 9 имеют частично параболическую форму с вершиной, обращенной в сторону от впускного отверстия.

В другом варианте выполнения выпускные отверстия 9 в корпусе 3 могут быть выполнены в виде продолговатых пазов, поперечное сечение которых уменьшается в направлении потока.

Выпускные отверстия 9 могут иметь поперечное сечение, которое увеличивается, если смотреть в направлении потока в начале регулировочного перемещения трубчатого элемента 2, и уменьшается, если смотреть в том же направлении в конце его регулировочного перемещения.

В еще одном варианте выполнения, не показанном на чертежах, в корпусе 3 могут быть выполнены одинаковые по форме выпускные отверстия 9, а край регулировочного элемента 2 может иметь неправильную форму, что позволяет избежать слишком резкого закрытия поперечного сечения выпускных отверстий 9 и тем самым некоторой нестабильности регулировки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Регулировочная вставка, преимущественно для введения в корпус клапана или подобного устройства, устанавливаемого в текучей среде, содержащая задающее устройство для регулировки и/или установки количества жидкости в системах с текучими средами с целью ограничения количества текучей среды до заданного максимального значения, независимо от рабочей разности давления на клапане, и трубчатый регулировочный элемент (2), установленный в корпусе (3) подвижно в продольном направлении регулировочной вставки (1) и прилегающий сверху к пружинному элементу (13) так, что при перемещении трубчатый регулировочный элемент (2) своим наружным краем открывает или закрывает отверстия (9) в корпусе (3), причем для осуществления регулировки на трубчатый регулировочный элемент (2) воздействует мембрана (14), представляющая собой складывающуюся мембрану и прикрепленная по наружному диаметру ко внутренней поверхности корпуса (3), а по внутреннему диаметру - к наружной поверхности регулировочного элемента (2), отличающаяся тем, что результирующие силы, обусловленные разностью давления на мембране (14), лежат на той же цилиндрической поверхности, что и поверхность, которая проходит по поверхности (12) скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента (2) и наименьшим диаметром корпуса (3).
2. Регулировочная вставка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр поверхности (12) скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента (2) и наименьшим диаметром корпуса (3) соответствует среднему диаметру складывающейся мембраны (14).
3. Регулировочная вставка по п.2, отличающаяся тем, что диаметр поверхности (12) скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента (2) и наименьшим диаметром корпуса (3) больше среднего диаметра складывающейся мембраны (14).
4. Регулировочная вставка по п.1, отличающаяся тем, что диаметр поверхности (12) скольжения между наибольшим диаметром регулировочного элемента (2) и наименьшим диаметром корпуса (3) меньше среднего диаметра складывающейся мембраны (14).
5. Регулировочная вставка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что корпус (3) имеет выпускные отверстия (9), поперечное сечение которых уменьшается, если смотреть в направлении потока в начале регулировочного движения трубчатого элемента (2).
6. Регулировочная вставка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (9), выполненные в корпусе (3), являются круглыми и расположены по окружности на одном конце корпуса (3) .
7. Регулировочная вставка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (9), выполненные в корпусе (3), имеют частично параболическую форму с вершиной, обращенной в сторону от впускного отверстия.
8. Регулировочная вставка по одному из пп.5-7, отличающаяся тем, что выпускные отверстия имеют разные размеры.