СОХРАНЯЮЩИЙ УПЛОТНЕНИЕ КЛАПАН ДЛЯ ДОЗАТОРА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
WELL-SEALED VALVE FOR FLUID DISPENSER

Предпосылки к созданию изобретения
Настоящее изобретение относится к клапанам-регуляторам расхода и, более конкретно, к клапанам с линейным приведением в действие, применяемым в раздаточных устройствах для текучей среды. Например, на станциях технического обслуживания автомобилей часто используют ручные дозаторы для выдачи небольших количеств смазочного масла из больших бочек в автомобильные двигатели. Такие ручные дозаторы и другие подобные устройства для выдачи текучей среды обычно включают в себя распределительный клапан, имеющий линейно приводящийся в действие шток клапана, который перемещается внутри картриджа. Картридж соединяется с возможностью пропуска потока с источником сжатой текучей среды внутри устройства, в то время как шток клапана приводится в действие оператором для регулирования потока сжатой текучей среды, проходящего через картридж клапана. Шток клапана обычно снабжается уплотнением, таким как уплотнительное кольцо, которое не допускает протекания текучей среды через клапан в то время, когда шток клапана находится в закрытом положении. В процессе работы, однако, уплотнение может быть сдвинуто с места, в особенности в случае, когда оператор резко приводит в действие шток клапана под высоким давлением, и продвигает его в картридж. Смещенное с места уплотнение допускает протечку текучей среды через клапан, а также нарушает поток выдаваемой текучей среды. Это оказывает отрицательное воздействие на точность работы раздаточного устройства. При этом возникает необходимость в разборке раздаточного устройства для текучей среды и клапана для восстановления и подгонки или замены уплотнения, и в прерывании работ с использованием раздаточного устройства для текучей среды. Поэтому существует необходимость в усовершенствовании конструкции клапана, который позволяет решить эти и другие проблемы в клапанах с линейным приведением в действие и в раздаточных устройствах для текучей среды.
Краткое описание
Настоящее изобретение относится к клапану, имеющему сохраняющий уплотнение элемент. Клапан содержит картридж, шток клапана и уплотнение клапана. Картридж содержит в целом цилиндрический корпус клапана, основной канал, проходящий в продольном направлении через картридж, и выпускной проход и прерывистые впускные проходы, проходящие через боковую стенку корпуса картриджа и пересекающие основной канал. Шток клапана содержит вытянутый корпус, приспособленный для скольжения внутри канала, и шейку и канал для уплотнения, окружающий вытянутый корпус. Уплотнение клапана помещено внутри канала для уплотнения. Шток клапана скользит внутри основного канала для перемещения канала для уплотнения мимо впускных проходов. Части корпуса картриджа между впускными проходами удерживают уплотнение клапана внутри канала клапана до тех пор, пока впускные проходы открыты по направлению к шейке. В одном варианте реализации впускные проходы образуют зубчатую кромку, имеющую множество проемов и зубцов. В другом варианте реализации впускные проходы образуют имеющий отверстия конец с множеством каналов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан перспективный вид ручного раздаточного устройства для текучей среды, в котором используется сохраняющий уплотнение клапан согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 показан вид сзади с разделением на детали ручного раздаточного устройства для выдачи текучей среды с фиг.1, демонстрирующий сохраняющий уплотнение клапан согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 показан вид спереди с разделением на детали ручного устройства для текучей среды с фиг.1;
на фиг.4 показан с разделением на детали перспективный вид сохраняющего уплотнение клапана с фиг.2, демонстрирующий картридж с зубчатым верхом, шток клапана и пружину клапана;
на фиг.5 показан вид в поперечном разрезе ручного раздаточного устройства для текучей среды с фиг.1, с имеющим зубчатый верх клапаном согласно настоящему изобретению;
На фиг.6А показан шток клапана в закрытом положении внутри имеющего форму крыши замка картриджа, применяемого в ручном раздаточном устройстве для текучей среды с фиг.5;
На фиг.6В показан шток клапана в открытом положении внутри имеющего зубчатый верх картриджа, применяемого в ручном раздаточном устройстве для текучей среды с фиг.5;
На фиг.7 показан шток клапана с фиг.5А и 5В в промежуточном положении внутри имеющего зубчатый верх картриджа, так что зубцы удерживают уплотнение клапана в канале для уплотнения на штоке клапана, в то время как проемы позволяют текучей среде проходить вокруг уплотнения клапана;
на фиг.8 показан второй вариант реализации картриджа согласно настоящему изобретению, имеющего содержащий отверстия верх.
Подробное описание
На фиг.1 показан перспективный вид ручного раздаточного устройства для текучей среды 10, в котором сохраняющий уплотнение клапан согласно настоящему изобретению используется для ограничения протечки текучей среды из устройства 10. Раздаточное устройство 10 включает в себя платформу 12, крышку 14, соединитель 16 для текучей среды под высоким давлением, раздаточную трубу 18, спусковой рычаг 20, интерфейс пользователя 22 и дисплей 24. Раздаточное устройство 10 позволяет выдавать текучую среду, хранящуюся в емкости большого объема, в меньших объемах и обычным образом. Например, в одном варианте реализации раздаточное устройство 10 содержит дозатор, применяемый в смазочных цехах для выдачи небольших количеств смазочного масла из бочки в двигатель транспортного средства. Соединитель 16 присоединяется к емкости большого объема через шланг для подачи текучей среды (не показан), в котором давление создают, например, с помощью пневмонасоса. Длина шланга позволяет устройству 10 с удобством достигать мест, в которые неудобно продвигать емкость большого объема. Раздаточная труба 18 приспособлена для легкого размещения в отверстии емкости небольшого объема, такой как картер двигателя, в который требуется выдать отмеренное количество текучей среды. Спусковой рычаг 20 смещается оператором для того, чтобы выдать текучую среду из емкости большого объема в емкость небольшого объема по раздаточной трубе 18. Интерфейс пользователя 22 и дисплей 24, которые соединяются с электронной системой под крышкой 14, позволяют оператору следить за количеством выданной текучей среды, обрабатывать наряд-заказы, составлять счета, собирать данные и тому подобное. Сохраняющий уплотнение клапан согласно настоящему изобретению, установленный на платформе 12 под крышкой 14, взаимодействует со спусковым рычагом 20 для того, чтобы обеспечить точную выдачу количества текучей среды без протечек и потерь.
На фиг.2 и 3 показаны с разделением на детали виды раздаточного устройства 10 с фиг.1. На фиг.2 показан вид сзади устройства 10, в котором показаны сохраняющий уплотнение клапан 26, расходомер 28 и механизм освобождения спуска 30. На фиг.3 показан вид спереди устройства 10, в котором показаны крышка 14, расходомер 28, механизм 30 освобождения спуска, аккумулятор 31 и соленоид 32. Соединитель 16 для текучей среды, который включает в себя вращающийся соединитель 33, фильтр 34 и насадку для шланга 35, соединяется с рукояткой 36 платформы 12. В частности, внешняя резьба на соединителе 33 соединяется с внутренней резьбой в канале для текучей среды под высоким давлением 39 внутри рукоятки 36. Рукоятка 36 включает в себя спусковую скобу 37, которая включает в себя выступы 38А и 38В и предназначена для того, чтобы предотвратить случайное приведение в действие клапана 26. Клапан 26, который включает в себя картридж 40, шток 42 и пружину 44, помещается внутри платформы 12 для прерывания потока между проходом 39 и трубой 18. Расходомер 28 включает в себя комплект шестерен 46, крышку 48 и крепежные элементы 50. Комплект шестерен 46 помещается внутри коробки редуктора 52 для взаимодействия с текучей средой, текущей между соединителем 16 и клапаном 26. Коробка редуктора 52 герметично закрыта крышкой 48, которая крепится крепежными элементами 50. Механизм 30 освобождения спуска, который включает в себя тягу 53 переключения, пружину 54, манжету 55 и опоры 56, помещается внутри канала 57, в нижней части которого тяга 53 переключения соединяется со спусковым рычагом 20. Спусковой рычаг 20 соединяется с тягой 53 переключения посредством штифта 58, образующего шарнирное соединение, которое закрыто внутри платформы 12 защитным элементом 59. Спусковой рычаг 20 проходит через платформу 12 между рукояткой 36 и спусковой скобой 37. Раздаточная труба 18, которая включает в себя сопло 60 и соединитель 61, соединяется с каналом для текучей среды под низким давлением 62 внутри платформы 12. В частности, внешняя резьба на соединителе 61 соединяется с внутренней резьбой внутри канала 62 для текучей среды под низким давлением.
Спусковой рычаг 20 приводит в действие сохраняющий уплотнение клапан 26, чтобы позволить выдавать текучую среду при различном диапазоне расходов; чем дальше смещается спусковой рычаг 20, тем больше текучей среды выдается через трубу 18. Спусковой рычаг 20 может удерживаться во включенном положении, так что клапан 26 остается открытым с использованием спускового предохранителя 63 и запорной пружины 64, которые соединяются со спусковым рычагом 20 штифтом 65. В сочетании с измерительной электронной системой расходомер 28 следит за расходом, с которым текучая среда протекает через клапан 26, чтобы обеспечить аккуратную выдачу точных количеств текучей среды путем приведения в действие спускового рычага 20. Также в сочетании с измерительной электронной системой механизм освобождения спуска 30 предотвращает избыточную выдачу и уменьшает проливание путем отключения спускового рычага 20 после выдачи заданного количества текучей среды. Так, раздаточное устройство для текучей среды 10 позволяет использовать крупную емкость, отмеренное распределение и контроль расхода для уменьшения потерь текучей жидкости и улучшить контроль запасов текучей среды. Размеры клапана 26 устройства 10 подобраны так, чтобы обеспечить большой объемный расход текучей среды, такой, приблизительно, как 14 галлон/мин [приблизительно 883,6 кубических сантиметров/сек] или больше, чего обычно достигают путем использования высокого давления текучей среды. Высокое давление текучей среды позволяет раздаточному устройству 10 более быстро выдавать текучую среду для экономии времени, и более легко выдавать текучую среду с большой вязкостью. Сохраняющий уплотнение клапан согласно настоящему изобретению включает в себя элементы, которые не позволяют сжатой текучей среде протекать через устройство 10 от смещенного уплотнения 66 клапана во время работы устройства 10. Правильное размещение и удерживание уплотнения 66 клапана уменьшает протечку текучей среды через устройство 10, повышая таким образом точность работы раздаточного устройства 10 и уменьшая потери текучей среды.
На фиг.4 показан с разделением на детали вид клапана 26, который включает в себя картридж 40, шток 42, пружину 44 и уплотнение 66. Картридж 40 клапана содержит в общем цилиндрический корпус, имеющий приемный канал 67, внешнюю резьбу 68, выпускные отверстия 69, уплотнения 70А и 70В картриджа, и зубчатый верх 72. Зубчатый верх 72 содержит зубчатую кромку, имеющую зубцы (или выступы) 74 и амбразуры (или дугообразные выемки) 76. В показанном варианте реализации амбразуры 76 содержат полукруглые вырезы от конца корпуса картриджа 40, которые образуют боковые входные проходы в канал 67. Зубцы (мерлоны) 74 представляют собой часть корпуса картриджа 40, которая выступает между амбразурами 76, и имеют криволинейные боковые поверхности и плоскую верхнюю поверхность. Таким образом, зубчатая кромка имеет волнистый рисунок с усеченными гребнями. В других вариантах реализации зубчатый верх 72 может иметь другую геометрическую форму, такую как описанная для фиг.7, которая образует перемежающиеся входные проходы в боковой стенке картриджа 40 возле конца цилиндрического корпуса. Отверстия 69 представляют собой множество выпускных или выпускных проходов, позволяющих текучей среде поступать в канал 67 под воздействием штока 42 клапана для того, чтобы покидать клапан 26.
Шток 42 клапана содержит в общем цилиндрический корпус, имеющий канал для пружины 78, исполнительную часть 80, раздаточную часть 82, первую уплотнительную часть 84А, вторую уплотнительную часть 84В, первое уплотнение 86А штока, второе уплотнение 86В штока и уплотнение 66 клапана. Пружина 44 уплотнения приспособлена для того, чтобы свободно помещаться в канал 78 для пружины штока 42 клапана, в то время как шток клапана 42 приспособлен для плотного вхождения в приемный канал 67 картриджа 40. В частности, первая и вторая уплотнительные части 84А и 84В имеют диаметры, которые позволяют им скрыться в канале 67, располагаясь по сторонам выходных отверстий 69. Уплотнительные части 84А и 84В однако не настолько плотно входят в приемный канал 67, чтобы предотвратить прохождение текучей среды между штоком 42 клапана и картриджем 40 клапана. При этом второе уплотнение 86В штока и уплотнение 66 клапана, которые помещаются в каналах для уплотнения, окружающих шток 42 клапана, герметизируют раздаточную часть 82 внутри картриджа 40. Первое уплотнение штока 86А также помещается в канале для уплотнения и герметизирует шток клапана в платформе 12. Раздаточная часть 82 содержит шейку, помещенную между уплотнительными частями 84А и 84В и включающую радиально заглубленные внутрь поверхности от уплотнительных частей 84А и 84В для формирования выпускного порта между штоком клапана 42 и картриджем 40.
С использованием наружной резьбы 68 картридж 40 приспособлен для соединения с платформой раздаточного устройства 10, в то время как уплотнения картриджа 70А и 70В герметизируют соединение. Установленная в качестве таковой пружина клапана 44 упирается в платформу 12, отжимая шток клапана 42 в картридж 40. Зубцы 74 удерживают уплотнение клапана 66, помещенное на штоке клапана 42 в то время, когда спусковой рычаг 20 приводит в действие клапан 26.
На фиг.5 показан поперечный разрез раздаточного устройства для текучей среды 10, выполненный по линии 5-5. Раздаточное устройство для текучей среды 10 включает в себя платформу 12, крышку 14, соединитель 16 для текучей среды, раздаточную трубу 18, спусковой рычаг 20, интерфейс пользователя 22, дисплей 24, сохраняющий уплотнение клапан 26, расходомер 28, механизм освобождения спуска 30 и электронную систему 90. Платформа 12 включает в себя ручную часть 36, которая включает в себя канал для текучей среды под высоким давлением 39 и раздаточную часть 92, которая включает в себя канал 62 для текучей среды под низким давлением (который показан пунктиром на фиг.5 и виден позади раздаточной части 92 на фиг.3). Канал для текучей среды под высоким давлением 39 сообщается с каналом для текучей среды под низким давлением 62 через клапан 26 для пропуска текучей среды из соединителя 16 к раздаточной трубе 18. Канал для текучей среды под высоким давлением 39 проходит через середину платформы 12 в рукоятки 36 и пересекает клапан 26. Канал для текучей среды под низким давлением 62 идет тангенциально от клапана 26 через канал 57 к раздаточной трубе 18 параллельно каналу для текучей среды под высоким давлением 39. Соединитель 16 для текучей среды соединяется с верхним по потоку концом канала для текучей среды 39 через резьбовое зацепление. Шестерни 46 расходомера 28 располагаются внутри коробки редуктора 52, помещенной внутри средней части канала 39. Коробка редуктора 52 накрыта и герметизирована крышкой 48. Сохраняющий уплотнение клапан 26 и механизм освобождения спуска 30 размещаются в каналах 96 и 57 соответственно, проходящих внутрь платформы 12. Канал 57 идет внутрь платформы 12 под небольшим углом от вертикали относительно прохода 39, и не пересекает канал для текучей среды под высоким давлением 63. Канал клапана 96 идет приблизительно в поперечном направлении в платформу 12 для того, чтобы приблизительно перпендикулярно пересекать канал для текучей среды под высоким давлением 39. Верхняя часть канала 96 соединяется с нижним по потоку концом канала 39, а нижняя часть канала 96 соединяется с верхним по потоку концом канала 62. Механизм освобождения спуска 30 включает в себя соленоид 32, тягу переключения 53, пружину 54, манжету 55, опору 56, шейку 98, шток фиксатора 100 и приспособлен для отключения спускового рычага 20 после прохождения через измеритель 28 порогового количества текучей среды. Соединитель 61 соединяется с нижним по потоку концом канала 62 и направляет текучую среду от устройства 10 через раздаточную трубу 18.
С пружиной клапана 44, вставленной в шток клапана 42, и штоком клапана 42, вставленным в картридж 40, внешняя резьба 68 картриджа 40 ввинчена в канал 96 внутри платформы 12. Будучи так вставлена, пружина клапана 44 взаимодействует с глухим концом канала 96 внутри платформы 12 и сжата для того, чтобы отжимать шток клапана 42 в направлении картриджа 40. Картридж 40 включает в себя край 104, который взаимодействует с уплотнительной частью 84В штока клапана 42 для того, чтобы предотвратить прохождение штока клапана 42 через картридж 40. Уплотнения 70А и 70В (фиг. 4) герметизируют нижний канал 96 на картридже 40, в то время как уплотнение 86А (фиг.4) герметизирует верхний конец канала 96 на штоке клапана 42. Исполнительная часть 80 штока клапана 42 идет от приемного канала 67 (фиг. 4) в картридже 40 для взаимодействия со спусковым рычагом 20. Спусковой рычаг 20 соединяет тягу переключения 53 механизма освобождения спуска 30 штифтом 58 и идет в сторону через платформу 12, соприкасается с исполнительной частью 80 штока клапана 42 и продолжается в сторону через ручную часть 36.
От штифта 58 тяга переключения 53 отходит вверх в канал 57 так, что манжета 55 взаимодействует с опорами 56. Опоры 56 помещаются внутри отверстий для опор в верхней части манжеты 55. Опора 56 содержит одну из трех опор, равномерно расположенных в манжете 55. Шейка 98 ввинчена в канал 57 для соединения соленоида 32 с платформой 12, так что шток 100 проходит в канал 57. Соленоид 32 содержит двухстороннее электромагнитное устройство, которое приводится в действие электронной системой 90 для изменения положения штока 100 между выдвижением внутрь соленоида 32 и продвижением в канал 57. В одном варианте реализации соленоид 32 представлен соленоидом с блокировкой, описанным в патенте США № 6392516, выданном Уорду и др., и переуступленным кампании TLX Technologies, Вокеша, шт. Висконсин. Когда шток 100 продвигается соленоидом 32 в канал 57, шток взаимодействует с опорами 56 и вдавливает опоры 56 в манжету 55, прижимая их к стенкам канала 57. Опоры 56 таким образом оказываются заклиненными между штоком 100 и каналом 57, и опоры 56 не допускают перемещения тяги переключения 53 вниз. Когда шток 100 извлекают из канала 57, опоры 56 могут отделиться от манжеты 55 и тяга переключения 53 может скользить внутри канала 57. Со штоком 100, продвинутым в канал 57, может быть приведен в действие спусковой рычаг 20, т.е. перемещен в направлении рукоятки 36 оператором для того, чтобы повернуть его вокруг штока 58 и продвинуть шток клапана 42 в картридж 40 и допуская протекание текучей среды в канал для текучей среды под низким давлением 62 из канала для текучей среды под высоким давлением 39. Спусковой предохранитель 63 и запорная пружина 64 могут быть применены для удержания спускового рычага 20 в положении, оставляющем клапан 20 открытым.
Механизм освобождения спуска 30 приводится в действие электронной системой 90 для освобождения спускового рычага 20 после того, как заданное количество текучей среды проходит через клапан 26 в соответствии с определением измерителем 28. Соленоид 32 соединяется с электронной системой 90, которая включает в себя программное обеспечение, схемы и другие компоненты, которые программируются для управления устройством 10. Например, с использованием интерфейса 22 и дисплея 24 оператор может программировать устройство 10 на раздачу заданного объема текучей среды. Кроме того, в других вариантах реализации, электронная система 90 включает в себя другие компоненты для сообщения с беспроводной сетью или радиосетью, так что устройство 10 может посылать и принимать информацию, такую как рабочие приказы и потребление текучей среды, в компьютерную систему и из нее. Устройство 10 включает также в себя аккумулятор 31 (фиг. 3) для приведения в действие интерфейса 22, дисплея 24, электроники 90 и любого другого электрического компонента устройства 10. После выдачи из устройства 10 заданного объема текучей среды соленоид 32 приводится в действие для отвода штока 100 из опор 56. При этом тяга переключателя 53 освобождается из штока 100 и может свободно перемещаться в канале 57. Пружина клапана 44 толкает шток клапана 42 и спусковой рычаг 20 вниз для извлечения тяги переключателя 53 из канала 57 и, соответственно, закрывания клапана 26. Таким образом, механизм освобождения спуска 30 облегчает автоматизированную выдачу текучей среды и предотвращает избыточную выдачу и пролив текучей среды. Пружина 54, которая отжимается внутри канала 57 между платформой 12 и манжетой 55, возвращает тягу переключателя 53 к шейке 98 для повторного соединения со штоком 100 и отделяет спусковой предохранитель 63, так что спусковой рычаг 20 возвращается в исходное положение для выполнения другой операции заполнения.
Способность устройства 10 точно выдавать текучую среду зависит от способности электронной системы приводить в действие спусковой рычаг после выдачи заданного объема текучей среды. Дальнейшее описание механизма освобождения спуска 30 можно найти в упомянутой находящейся одновременно на рассмотрении заявке, озаглавленной «Trigger release mechanism for fluid metering device» (Механизм освобождения спуска дозатора текучей среды), включенной сюда в качестве ссылки. Точность механизма освобождения спуска 30 зависит от точности, с которой измеритель 28 может определять величину расхода текучей среды в канале 39. Другие описания дозатора 28 можно найти в упомянутой выше находящейся на совместном рассмотрении заявке, озаглавленной: «Involute gear teeth for fluid metering device»(«Зубцы шестерни с эвольвентным зацеплением для дозатора текучей среды») и включенной сюда в качестве ссылки. Точность механизма освобождения спуска 30 и измерителя 28 зависит от способности клапана 26 прерывать, будучи закрытым, поток текучей среды между каналом 39 и каналом 62. Сохраняющий уплотнение клапан 26 согласно настоящему изобретению предотвращает протечку текучей среды в клапане 26 за счет удержания уплотнения 66, прилегающего к штоку клапана 42. В показанном варианте реализации клапан 26 включает в себя картридж 40 с зубчатым верхом, имеющий зубчатую кромку 72, прижимающую уплотнение 66 к штоку клапана 42, допуская также поступление текучей среды в картридж 40.
На фиг.6А показана в увеличенном масштабе часть клапана 26 с фиг.5, в которой шток клапана 42 находится в закрытом положении внутри картриджа 40 с зубчатым верхом для того, чтобы предотвратить протекание текучей среды через клапан 26. Клапан 26 включает в себя картридж 40, шток клапана 42 и пружину клапана 44. Пружина клапана 44 вставлена в канал для пружины 78 в штоке клапана 42. Шток клапана 42 вставлен в приемный канал 67 картриджа 40. Картридж 40 вставлен на платформе 12 в канал 96, который содержит нижнюю часть 110 и верхнюю часть 112. Верхняя часть 112 сообщается с каналом для текучей среды под высоким давлением 39, в то время как нижняя часть 110 сообщается с каналом для текучей среды под низким давлением 62 (фиг.5). Верхняя часть 112 канала 96 герметизирована вокруг штока клапана 42 уплотнением 86А (фиг.4). Нижняя часть 110 канала 96 герметизирована вокруг картриджа 40 уплотнением 86В (фиг.4). Картридж 40 герметизирован вокруг штока клапана 42 с использованием уплотнения 66. В частности, в полностью закрытом положении, показанном на фиг.6А, шток клапана 42 проталкивается вниз в картридж 40 пружиной клапана 44 так, что уплотнение клапана 66 помещается под амбразурами 76 внутри канала для уплотнения 114. Таким образом, картридж 40 взаимодействует по всему периметру в триста шестьдесят градусов с уплотнением клапана 66 для того, чтобы продвигать уплотнение 66 в канал клапана 114.
Текучая среда из канала для текучей среды под высоким давлением 39 поступает в верхнюю часть 112 канала 96, окружает уплотнительную часть 84А штока клапана 42 и заполняет амбразуры 76. Уплотнение 66 не допускает поступления текучей среды в приемный канал 67, в то время как уплотнение 70В не допускает прохождения текучей среды между платформой 12 и картриджем 40. Уплотнительная часть 84А штока 42 не герметизирует канал 67 картриджа 40, и текучая среда может поступать в канал для уплотнения 114, открывая таким образом уплотнение 66 воздействию давления текучей среды, находящейся в канале 39. Уплотнение 66 удерживается в канале для уплотнения 114 основным корпусом картриджа 40, который прижимает уплотнение 66 к каналу для уплотнения 114 и каналу 67. Таким образом, не допускается поступление текучей среды в канал 67 или в нижнюю часть 110 и, в конечном счете, в канал с низким давлением 62. Спусковой рычаг 20 (фиг. 5) приводится в действие для перемещения штока клапана 42 вверх внутри канала 67 для того, чтобы продвинуть раздаточную часть 82 в положение, при котором она сообщается с амбразурами 76 и каналом 39.
На фиг. 6В показана в увеличенном масштабе часть клапана 26 с фиг.5, в которой шток клапана 42 находится в открытом положении внутри картриджа 40 с зубчатым верхом для того, чтобы допустить протекание текучей среды через клапан 26. В открытом положении спусковой рычаг 20 (фиг. 4) продвигает шток клапана 42 вверх для сжатия пружины клапана 44 между платформой 12 и штоком клапана 42. Шток клапана 42 смещается так, что канал для уплотнения 114 и уплотнение 66 находятся выше как амбразур 76, так и зубцов 74, а раздаточная часть 82 помещается рядом с амбразурами 76 и зубцами 74. Уплотнение 66 не размещается по внутреннему периметру картриджа 40 и не отделяет герметично раздаточную часть 82 от канала 39. Уплотнение 70В сохраняет герметизацию между внешней поверхностью картриджа 40 и верхней частью 112 канала 67, а уплотнения 86А и 86В (фиг. 4) остаются герметично связанными с платформой 12 и картриджем 40 соответственно. Таким образом, раздаточная часть 82 открыта в направлении выпускных отверстий 69 и текучая среда из канала 39 может течь в раздаточный порт между штоком клапана 42 и картриджем 40, в конечном счете в канал для текучей среды под низким давлением 62 (фиг.5).
На фиг.6В показан шток клапана 42, полностью или почти полностью открытый, так что допускается протекание в канал 67 максимального количества текучей среды из канала 39. Изменение положения штока клапана 42 от фиг.6А до фиг.6В демонстрирует длину хода клапана 26. Уплотнение 66 помещается в стороне от картриджа 40 и в направлении, в котором текучая среда приводится в движение перепадом давления между каналом 39 и каналом 62. В открытом положении сумма сил, воздействующих на уплотнение 66, позволяет уплотнению 66 оставаться на месте внутри канала для уплотнения 114. Например, присущая уплотнению 66 упругость смещает уплотнение 66 вверх по направлению к штоку клапана 42. Силы от текучей среды под высоким давлением, воздействующие на уплотнение 66, создают направленные внутрь силы, которые также продвигают уплотнение 66 в канал 114. Текучая среда протекает также вокруг уплотнения 66 внутри канала 114, окружая уплотнение 66 и создавая внешнее давление. Однако, поскольку уплотнение 66 помещается в стороне от направления потока текучей среды, направленные вовне силы не достаточны для того, чтобы преодолеть направленные внутрь силы, генерируемые текучей средой и уплотнением 66. Уплотнение 66 остается помещенным внутри канала для уплотнения 114. Когда шток клапана 42 перемещается на длину хода, при определенных условиях возможно, что силы текучей среды, действующие на уплотнение 66, могут превысить упругость уплотнения 66. Например, быстрое приведение в действие штока клапана 42 по длине хода может вызвать расширение уплотнения 66 относительно канала для уплотнения 114. Зубцы 74 помещаются, однако, для предотвращения смещения уплотнения 66 из канала 114 в то время, когда силы текучей среды достаточно велики для того, чтобы преодолеть упругость уплотнения 66.
На фиг.7 показана в увеличенном масштабе часть клапана 26 с фиг.5, в которой шток клапана 42 находится в промежуточном положении внутри картриджа 40 с зубчатым верхом, в точке, как раз предшествующей раздаточной части 82, открытой в канал для текучей среды под высоким давлением 39. В показанном промежуточном положении канал для уплотнения 114 помещается рядом с зубцами 74. Так амбразуры 76 препятствуют непрерывному размещению уплотнения клапана 66 рядом с внутренней поверхностью картриджа 40. Таким образом герметичность между штоком клапана 42, уплотнением клапана 66 и картриджем 40 частично нарушается и текучая среда может проходить под уплотнением клапана 66 через амбразуры 76. При этом текучая среда начинает течь через клапан 26 между штоком клапана 42 и картриджем 40. Перепад давления на уплотнении 66, вызванный потоком текучей среды, стремится преодолеть упругость уплотнения 66 и создать чистое направленное вовне усилие, действующее на уплотнение 66. Уплотнение клапана 66, однако, помещается рядом с зубцами 74 для того, чтобы предотвратить растягивание уплотнения под давлением текучей среды, что ведет к смещению из канала для уплотнения 114 и сдвигу вниз на раздаточную часть 82 при продолжении движения штока 42 по длине хода. Зубцы 74 противодействуют направленным вовне силам текучей среды, удерживая уплотнение клапана 66 внутри канала клапана 114 до тех пор, пока уплотнение 66 не сместится в достаточной степени вверх с пути потока текучей среды, а раздаточная часть 82 не соединится с возможностью пропуска потока с каналом для текучей среды под высоким давлением 39, так, как показано на фиг.6В. Таким образом, зубцы 74 и амбразуры 76 уменьшают перепад давления на уплотнении клапана 66 во время перехода штока клапана 42 из полностью открытого положения в полностью закрытое положение. В частности, зубцы 74 удерживают уплотнение клапана 66 до тех пор, пока раздаточная часть 82 откроется в амбразуры 76.
Зубцы 74 включают в себя наружные скосы 116, предназначенные для того, чтобы облегчить вкладывание картриджа 40 в канал 67. Внутри канала 67 картридж 40 располагается так, что торцевая поверхность картриджа 40, обращенная к зубцам 74, приблизительно совмещается с периметром канала 39, и выпускные каналы 69 размещаются внутри нижней части 110. Нижняя часть 110 имеет больший диаметр чем верхняя часть 112 для того, чтобы позволять текучей среде протекать через отверстия 69. Зубцы 74 включают также в себя внутренние скосы 118, предназначенные для того, чтобы облегчить скольжение штока клапана 42 внутри канала 67, и канал для уплотнения 114 после зубцов 74. Шток клапана 42 размещается внутри картриджа 40 таким образом, что раздаточная часть 82 выравнивается с выпускными отверстиями 69 и может перемещаться спусковым рычагом 20 для совмещения с амбразурами 76.
Амбразуры 76 глубже, чем высота канала для уплотнения 114, для того, чтобы позволить зубцам 74 замкнуть уплотнение 66 внутри канала 114 и позволить текучей среде проходить под уплотнением 66 для достижения поверхности раздела между картриджем 40 и штоком клапана 42, уменьшая таким образом перепад давления на уплотнении 66. Канал для уплотнения 114 отделен от раздаточной части 82 штока клапана 42 расстоянием d, которое меньше высоты зубцов 74, так что зубца 74 образуют ограничение для уплотнения 66 на участке длины хода, на котором канал 67 первоначально открывается в канал для жидкости под высоким давлением 39, т.е. тогда, когда раздаточная часть 82 сначала открывается в амбразуры 74, и давление текучей среды стремится превзойти упругие силы внутри уплотнения 66. В других вариантах реализации канал для уплотнения 114 отделяется от раздаточной части 82 расстоянием, превышающим высоту зубцов 74, так что уплотнение далеко отодвигается от направленного вниз потока текучей среды, поступающей в канал 67 и связанного с ним давления на участке длины хода, когда канал 67 первоначально открывается в канал для жидкости под высоким давлением 39. Когда раздаточная часть 82 более полно открывает канал 67 в проход 39, уплотнение 66 продвигается дальше вверх в канал 96 в сторону от направления потока и связанных с ним давлений текучей среды, что уменьшает потребность в зубцах 74. Высота зубцов 74 и амбразур 76 подобрана так, чтобы удерживать уплотнение 66 возле дна и ниже канала 39, где силы текучей среды особенно сильно воздействуют на уплотнение 66, до того, как раздаточная часть 82 открывает амбразуры 76.
Зубцы 74 и амбразуры 76 предотвращают смещение уплотнение 66 из канала для уплотнения 114. Когда шток клапана 42 возвращается в закрытое положение, такое как показано на фиг.5А, уплотнение 66 будет таким образом вновь правильно помещено в канале для уплотнения 114 и не допускать протечку текучей среды через клапан 26. Таким образом, точность, с которой расходомер 28 (фиг.4) регистрирует расход текучей среды, не нарушается протечкой текучей среды. Зубцы 74 и амбразуры 76 увеличивают также герметизирующие возможности клапана 26, позволяя изготавливать уплотнение 66 из материалов с лучшими рабочими характеристиками. Например, уплотнение 66 может быть изготовлено из резиновых уплотнительных колец. Резина обладает большой упругостью, что позволяет резиновым уплотнениям облагать более высокими герметизирующими способностями за счет их способности деформироваться и заполнять зазоры, подобные зазору между штоком клапана 42 и картриджем 40. Упругость, однако, в большей степени позволяет давлению внутри клапана 26 смещать уплотнение 66 из канала для уплотнения 114. Зубцы 74 создают препятствие для уплотнения 66 в то время, когда шток клапана 42 открывается, в то время как упругость уплотнения 66 обеспечивает герметизацию канала 67 в то время, когда шток клапана 42 закрывается. Таким образом, становится ненужным использовать более твердые уплотнения, которые являются менее упругими и обеспечивают более низкую способность к герметизации при низких перепадах давления и низких температурах, ради улучшения удерживания уплотнения. Использование обладающих большой упругостью уплотнений, которое обеспечивается зубцами 74, допускает также менее жесткие допуски между штоком клапана 42 и картриджем 40, что облегчает изготовление и уменьшает затраты. Кроме того, сохраняющие уплотнение элементы также позволяют использовать устройство 10 с текучей средой, находящейся под высоким давлением. Хотя преимущества настоящего изобретения описаны со ссылкой на клапан с зубчатым верхом, имеющим зубчатую кромку, другие варианты реализации содержат другие виды сохраняющих уплотнение элементов.
На фиг.8 показан второй вариант реализации картриджа 40 сохраняющего уплотнение клапана 26 согласно настоящему изобретению, имеющего верх с отверстиями 120 и отверстия 122. Картридж 40 содержит элементы, сходные с теми, которые имеет картридж 40, описанный на фиг.4, такие как в общем цилиндрический корпус, имеющее приемный канал 67, наружная резьба 68, выпускные отверстия 69, уплотнения картриджа 70А и 70В. Однако верх с зубцами 72 заменяется верхом с отверстиями 120. Верх с отверстиями 120 включает в себя каналы 122, которые выполнены в конце корпуса картриджа 40. В показанном варианте реализации отверстия 122 содержит круглые отверстия, которые образуют впускные проходы в канале 67. Каналы 122 выполняют такую же функцию, что и амбразуры 76, в отношении того, что они допускают протекание текучей среды под уплотнением 66, в то время как части корпуса картриджа 40, выступающие между каналами 122, подобно зубцам 74 сдерживают радиальное расширение наружу уплотнения 66.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты реализации, специалисты в данной области техники признают, что в форму и детали могут быть внесены изменения без отклонения от существа и объема изобретения.