КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОТОЧНОГО КАНАЛА
VALVE FOR FLOWING CHANNEL ADJUSTMENT

Данное изобретение относится к клапану для регулирования проточного канала, установленному вместе с корпусом дросселя в проточном канале для создания дроссельного участка.
Из патентного документа DE 102005021975 А1, например, известен регулируемый дроссельный клапан, применяемый с гидравлическим исполнительным устройством. Этот клапан содержит корпус, через который проходит канал для текучей среды. Внутри канала для текучей среды установлен затвор клапана, выполненный в виде упругого диска из термобиметалла, который при изменении температуры автоматически меняет свою форму или положение для влияния на поперечное сечение канала для текучей среды. При превышении заданной температуры переключения этот упругий диск из термобиметалла мгновенно переключается, меняя свою форму, причем в результате диск закрывает регулируемый канал и, таким образом, вызывает изменение всего проходного сечения. Как только температура падает ниже определенной температуры переключения, диск снова переключается, принимая исходную форму. Таким образом, управление с целью изменения проходного сечения предусмотрено только при определенной температуре переключения.
Кроме того, известны клапаны, в частности дроссельные клапаны, которые часто применяют даже на открытом воздухе, например, с устройствами для автоматического закрывания дверей. Гидравлические устройства для закрывания дверей содержат поршень, расположенный в корпусе этого устройства. Этот поршень, нагруженный пружиной, взаимодействует с валом, на котором расположен рычаг для приведения в действие двери. При открывании двери этот рычаг приводится в действие и при помощи вала и поршня натягивает прилегающую к поршню пружину. При этом, так как поршневые полости с обеих сторон поршня в результате его перемещения изменяются, рабочая жидкость, находящаяся в корпусе устройства для закрывания дверей, по каналам и клапанам может перетекать с одной стороны поршня в другую. При этом при открывании дверей становится возможным наиболее легкое перетекание рабочей жидкости, чтобы достичь незаторможенного приведения дверей в действие. При автоматическом закрывании дверей в результате ослабления натянутой при открывании пружины поршень перемещается в свое исходное положение, а рабочая жидкость должна снова перепускаться, то есть течь в обратном направлении. Благодаря конфигурации гидроканалов с клапанами процесс открывания может происходить с торможением, причем несколько фаз процесса закрывания могут происходить с разной скоростью закрывания, в результате возможно надежное закрывание дверей.
Такие устройства для закрывания дверей работают по принципу прямого вытеснения. Вследствие того, что вязкость текучей среды, в частности рабочей жидкости, зависит от температуры, чтобы обеспечить одинаковые условия и требуемую характеристику закрывания, необходимо регулярно осуществлять, особенно в случае наружных дверей, регулировку клапанов, обусловленную метеорологическими условиями. То же самое относится и к другим областям применения, когда на дроссельном участке вследствие изменения вязкости текучей среды в зависимости от температуры устанавливаются различные условия эксплуатации устройств, объектов и так далее.
Поэтому в основе данного изобретения лежит задача создать такой клапан, который регистрирует изменения температуры и автоматически компенсирует обусловленные температурой изменения вязкости рабочей жидкости.
В соответствии с изобретением эта задача решается благодаря признакам пункта 1 формулы изобретения. Остальные предпочтительные варианты и усовершенствования изобретения приведены в дополнительных независимых пунктах.
Благодаря предлагаемому клапану для регулирования проточного канала, во-первых, благодаря основной установке корпуса дросселя клапана относительно проточного канала становится возможной установка постоянного проходного сечения, во-вторых, дополнительно к проходному сечению дроссельного участка в зависимости от обусловленного температурой изменения вязкости текучей среды возможно непрерывное регулирование поперечного сечения перепускного канала перепускного клапана. В результате можно достичь того, что при падающей температуре окружающей среды, при которой вязкость текучей среды повышается, благодаря управляемому перепускному клапану проходное сечение дроссельного участка в проточном канале увеличивается, чтобы компенсировать повышение вязкости, так что на дроссельном участке можно получить увеличение массового потока текучей среды, и при измененной вязкости можно сохранить продолжительность, установленную для управления перемещением при помощи текучей среды. Если, например, температура окружающей среды повышается, вязкость текучей среды, напротив, падает, что могло бы привести к повышенному массовому расходу. Благодаря управлению перепускным клапаном, который частично или полностью закрывается в прямой зависимости от температуры, в результате уменьшения проходного сечения дросселя можно установить и сохранить заданное время для процесса регулирования. Таким образом, температура текучей среды представляет собой управляющую переменную для изменяемого проходного сечения перепускного канала перепускного клапана, она делает возможным непрерывное изменение проходного сечения дросселя перепускного клапана в зависимости от температуры текучей среды. Благодаря встраиванию в клапан перепускного клапана, управляемого в зависимости от температуры, конструкцию существующего дроссельного участка, в общем, можно сохранить, так что можно предложить клапаны, которыми можно просто заменить существующие клапаны с их недостатками в отношении управления массовым расходом.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что перепускной клапан содержит затвор клапана, который открывает и закрывает по меньшей мере одно перепускное отверстие и управляет перепускным каналом, а перепускной канал предпочтительно вызывает увеличение поперечного сечения дроссельного участка и в частности сопряжен с корпусом дросселя, предпочтительно образующим постоянное проходное сечение дросселя для проточного канала. В результате создают клапан простой конструкции, в котором при изменениях вязкости, обусловленных температурой, постоянный дроссельный участок, благодаря расположению корпуса дросселя относительно проточного канала, можно увеличить.
Альтернативно перепускной клапан имеет затвор клапана, который открывает или закрывает по меньшей мере одно перепускное отверстие на наружной периферии корпуса дросселя и управляет проходящим через корпус дросселя перепускным каналом. Благодаря этому проходное сечение дроссельного участка в зависимости от температуры можно увеличить, чтобы компенсировать повышение вязкости при падающей температуре окружающей среды.
Кроме того, перепускной клапан предпочтительно установлен в корпусе клапана, и по меньшей мере одно перепускное отверстие соединяет наружную сторону корпуса клапана с расположенной в корпусе клапана камерой. Благодаря расположенной в корпусе клапана камере возможна полная интеграция и установка в ней перепускного клапана. Одновременно благодаря этому возможен несложный монтаж и закрытая конструкция, получающаяся в результате простой замены такого клапана.
В камере в корпусе клапана направленно подвижно установлен затвор клапана так, что в закрытом положении этот затвор закрывает по меньшей мере одно перепускное отверстие. Затвор клапана предпочтительно выполнен в виде золотника так, что по меньшей мере одно расположенное в стенке корпуса клапана перепускное отверстие в результате простого поступательного движения затвора клапана может быть закрыто, открыто лишь частично или открыто, а проходное сечение можно регулировать в зависимости от температуры. Для этого золотник предпочтительно имеет наружный периферический участок, опирающийся на стенку камеры так, что благодаря этому периферическому участку обеспечено как направление затвора клапана, так и закрывание перепускного отверстия. Альтернативно можно предусмотреть, что эти две функции выполнены на золотнике отдельно.
Кроме того, корпус дросселя предпочтительно выполнен в виде участка стенки на наружной периферии корпуса клапана, в частности в виде неподвижного контура корпуса. По меньшей мере одно перепускное отверстие перепускного клапана, например, соединяется с наружной периферийной поверхностью корпуса дросселя или граничит с ней, или состоит в функциональной связи с корпусом дросселя. Позиционирование и расположение может быть выполнено разнообразно, причем предусмотрено такое взаимодействие перепускного клапана и корпуса дросселя, что при обусловленном температурой изменении вязкости достижимо изменение в проточном канале всего проходного сечения дросселя.
Затвор перепускного клапана предпочтительно выполнен в виде цилиндрического полого тела, на один торец которого действует аккумулятор энергии, а на другой торец - тепловой исполнительный элемент. Тепловой исполнительный элемент также предпочтительно выполнен в виде аккумулятора энергии. В результате того, что аккумуляторы энергии расположены с обеих сторон затвора клапана, затвор клапана расположен в камере направленно подвижно. Затвор клапана предпочтительно можно выполнить в виде осесимметричной детали, причем наружная периферия этой детали одновременно представляет собой направляющие поверхности затвора клапана во внутренней стенке корпуса клапана. В затворе клапана предпочтительно предусмотрено центральное сквозное отверстие, так что поступающая в корпус клапана текучая среда может полностью заполнить камеру. Благодаря такому устройству создают плавающий затвор клапана, который в зависимости от аккумуляторов энергии может переводиться в открытое и/или закрытое положение. Температура текучей среды влияет на перестановочное усилие теплового исполнительного элемента, как при закрытом, так и при открытом перепускном клапане. В случае закрытых перепускных клапанов это становится возможным предпочтительно в результате того, что камера, в которой установлен тепловой исполнительный элемент, обтекается снаружи.
Предпочтительно предусмотрено, что управляемый в зависимости от температуры перепускной клапан в качестве аккумулятора энергии имеет возвратную пружину, которая действует между дном камеры и затвором клапана, а в качестве управляющего устройства имеет тепловой исполнительный элемент, который предпочтительно выполнен в виде аккумулятора энергии из сплава с памятью формы, прилегает к крышке камеры и затвору клапана, а при изменении температуры действует в направлении закрывания. При этом, например, при повышающейся температуре наружной среды закрывающая сила теплового исполнительного элемента может быть больше, чем закрывающая сила возвратной пружины, так что перепускные отверстия закрываются затвором клапана. Например, при температуре окружающей среды 20°С в случае применения клапана в устройстве для закрывания дверей тепловой исполнительный элемент и возвратную пружину выбирают так, что пропускной клапан установлен в закрытое положение. Если температура уменьшается и, например, падает до 0 или -10°С, то тепловой исполнительный элемент сжимается все больше и больше. Одновременно возвратная пружина вызывает поступательное движение затвора клапана в направлении открытия, так что перепускные отверстия постепенно открываются. В результате при повышающейся вязкости получают такой же массовый расход как, например, при температуре наружной среды 20°С, причем соответствующим образом согласован размер и/или количество перепускных отверстий.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что торец или торцы со стороны возвратной пружины и торец затвора клапана, обращенный к тепловому исполнительному элементу, выполнены в виде нагруженных давлением поверхностей одинакового размера. Благодаря этому в камере может иметь место компенсация силы действующего на затвор клапана давления текущей среды, как только перепускные отверстия открываются, по меньшей мере, частично, и текучая среда может течь в камеру. Итак, благодаря нагруженным давлением поверхностям одинакового размера движение затвора клапана управляется исключительно тепловым исполнительным элементом и возвратной пружиной, так как силы давления, действующие на затвор клапана или его нагружаемую давлением поверхность, компенсируют друг друга.
Для регулировки предварительного натяжения теплового исполнительного элемента для управления ходом, то есть движением в направлении открытия и закрытия, а также моментом открытия и закрытия затвора перепускного клапана предпочтительно предусмотрено, что дно камеры и/или крышка камеры в корпусе клапана могут регулироваться для регулировки высоты камеры.
Еще один предпочтительный вариант осуществления клапана предусматривает цельный корпус клапана, который на наружной периферии имеет корпус дросселя и содержит по меньшей мере одно соединяющееся с камерой перепускное отверстие, а также гнездо, в частности гнездо под инструмент с крепежным участком для регулировки корпуса клапана вместе с его корпусом дросселя относительно проточного канала. В камеру такого цельного корпуса клапана могут вставить затвор перепускного клапана, а также регулировочный элемент, образующий крышку камеры. В таком варианте осуществления изобретения количество деталей для изготовления клапана снижено до минимума. Наряду с этим обеспечен простой монтаж, так как сначала в камеру корпуса клапана вставляют и ввинчивают возвратную пружину, затвор клапана, тепловой исполнительный элемент и, наконец, регулировочный элемент для регулировки и позиционирования этих деталей в камере. Затем весь корпус клапана могут установить в дросселируемый проточный канал.
Альтернативная конструкция клапана предусматривает, что корпус клапана выполнен из двух частей и имеет первую, предпочтительно втулочную часть корпуса, содержащую камеру для перепускного клапана, корпус дросселя и по меньшей мере одно соединяющееся с камерой перепускное отверстие, а также вторую часть корпуса, содержащую гнездо под инструмент с крепежным участком для регулировки корпуса клапана относительно дроссельного участка, причем первая и вторая части корпуса могут благодаря разъемному соединению регулироваться по высоте камеры, или они соединены друг с другом неразъемно с возможностью регулировки по высоте. Это конструктивное исполнение из двух частей имеет то преимущество, что, например, для создания части корпуса с гнездом под инструмент и крепежным участком могут применить стандартизированные детали, и в зависимости от дроссельного участка или требуемого проходного сечения для проточного канала могут устанавливать первые части корпуса разной конструкции. Первые части корпуса могут отличаться друг от друга в отношении корпуса дросселя и/или размера камеры, и/или перепускных отверстий. Первую и вторую части корпуса предпочтительно могут соединить друг с другом с возможностью регулировки, например, при помощи винтовой резьбы, так что также могут регулировать высоту камеры или, по меньшей мере, предварительное натяжение теплового исполнительного элемента. Альтернативно позиционирование частей корпуса относительно друг друга могут осуществить при помощи соединения с защелкой, прессового соединения или клеевого соединения, так что обеспечен простой монтаж. Кроме того, также может быть регулируемой высота камеры.
Еще одна альтернативная конструкция клапана предусматривает, что корпус клапана выполнен из двух частей, и первая часть корпуса содержит дно камеры и корпус дросселя, а вторая часть корпуса содержит корпус клапана с камерой для затвора перепускного клапана и гнездо под инструмент с крепежным участком, и первая и вторая части корпуса благодаря разъемному соединению могут регулироваться по высоте, или они не разъемно соединены друг с другом. По сравнению с вариантом исполнения корпуса клапана из двух частей, который был описан выше, этот вариант делает возможным перенесение места разъединения ближе к дну камеры. В этом альтернативном варианте осуществления также реализуются преимущества предыдущего варианта.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус клапана, гнездо под инструмент с крепежным участком и затвор клапана изготовлены из пластмассы. Благодаря этому такой клапан могут изготовить с небольшими затратами.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что корпус клапана, корпус дросселя и перепускной клапан выполнены в виде вставного патрона. Этот вставной патрон можно выполнить из одной, двух или трех частей. Благодаря исполнению в виде вставного патрона клапан как деталь можно хранить, перевозить, монтировать и демонтировать несложным образом так, что возможно несложное дооснащение или замена уже используемых клапанов.
Кроме того, корпус клапана предпочтительно имеет наружные размеры клапана для гидравлического устройства для закрывания дверей. Благодаря этому этот клапан можно легко использовать в существующих дроссельных клапанах и использовать преимущества управляемого в зависимости от температуры перепускного клапана.
Ниже изобретение, а также дополнительные предпочтительные конструктивные формы и усовершенствования описываются и объясняются более подробно на основе представленных на чертежах примеров. В соответствии с изобретением признаки, которые содержатся в описании и чертежах, могут использовать по отдельности или в любой комбинации.
На чертежах изображено следующее.
Фиг.1 представляет собой схематичное изображение в разрезе первого варианта осуществления предлагаемого клапана.
Фиг.2 представляет собой изображение варианта, альтернативного варианту согласно фиг.1.
Фиг.3 представляет собой изображение еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.2.
На фиг.1 представлено схематичное изображение в разрезе клапана 11, который установлен в проточном канале 12 и через который протекает текучая среда. Это устройство может быть предусмотрено, например, в устройстве для закрывания дверей, работающем на рабочей жидкости для гидросистем, причем проточный канал 12 расположен в корпусе устройства для закрывания дверей, при закрывании двери рабочая жидкость перетекает из одной поршневой полости во вторую поршневую полость, а благодаря дроссельному участку 14 между клапаном 11 и проточным каналом 12 обеспечивается демпфируемое закрывание. Демпфируемое закрывание может регулироваться при помощи дроссельного участка 14, в зависимости от его положения относительно канала 12. Использование клапана 11 для устройства для закрывания дверей приведено только как пример, оно также относится к аналогичному управлению при помощи текучей среды другими приспособлениями, устройствами или предметами.
Клапан 11 содержит корпус 16 клапана, имеющий гнездо 18 под инструмент с крепежным участком 19. При помощи гнезда 18 клапан 11 могут, например, ввинчивать и вывинчивать. Крепежный участок 19 прилегает к корпусу 21, через который проходит проточный канал 12. Между гнездом 18 и крепежным участком 19 предусмотрен, например, кольцевой паз 23 под уплотнение 24, чтобы уплотнить относительно окружающей среды принимающую полость 25 в корпусе 21, в которую вставлена часть корпуса 16 клапана.
Кроме того, корпус 16 клапана содержит цилиндрический участок 27 стенки, к которому примыкает корпус 28 дросселя. Корпус 28 дросселя, например, имеет конусообразную форму и расположен или сформован на наружной периферии корпуса 16 клапана. На внешнем конце корпуса 16 клапана расположен концевой участок 29. Дроссельный участок 14 образован свободным проходным сечением, которое получается из контура принимающей полости 25 и вставленного корпуса 16 клапана, в частности корпуса 28 дросселя, который сопряжен с впускным и выпускным отверстиями проточного канала 12, проходящими в принимающую полость 25 и из принимающей полости 25. Благодаря корпусу 28 дросселя возможна регулировка проходного сечения проточного канала 12 посредством изменения положения корпуса 28 дросселя в принимающей полости 25. Проходное сечение можно увеличивать или уменьшать, например, посредством ввинчивания или вывинчивания. Кроме того, корпус 28 дросселя имеет такую конструкцию, что при полном ввинчивании в принимающую полость 25 впускное отверстие и выпускное отверстие проточного канала 12 закрыты. Благодаря этому, например, можно застопорить дверь в определенном положении, чтобы, к примеру, провести ремонтные или монтажные работы.
В районе корпуса 28 дросселя в корпусе 16 клапана предпочтительно установлен перепускной клапан 31. Перепускной клапан 31 содержит по меньшей мере одно перепускное отверстие 32, которое проходит от наружной стороны корпуса 28 дросселя до камеры 34 в корпусе 16 клапана, соединено с еще одним перепускным отверстием 32 и образует перепускной канал 30. Перепускные отверстия 32 предпочтительно выполнены в виде высверленных или удлиненных отверстий и, в частности, равномерно распределены по периферии. Предпочтительно все отверстия расположены в одной аксиальной плоскости камеры. Альтернативно эти отверстия могут быть расположены по ходу резьбы, так что дополнительно постепенно открываются перепускные отверстия. В камере 34 установлен затвор 36 клапана, который при помощи теплового исполнительного элемента 37, состоящего из сплава с памятью формы, может перемещаться в закрытое положение, а при помощи возвратной пружины 38, выполненной в виде аккумулятора энергии, может перемещаться в открытое положение. Затвор 36 клапана выполнен, например, в виде полого цилиндрического тела и имеет наружную периферийную поверхность 41, служащую в качестве направляющей поверхности в камере 34 корпуса 16 клапана. Вместе с тем благодаря этой наружной периферической поверхности 41 при закрытом положении перепускные отверстия 32 закрыты, так что дополнительного проходного сечения в распоряжении нет. На дно 43 камеры, которое для создания надежной опоры для возвратной пружины 38 можно снабдить уступами, опирается возвратная пружина 38, которая прилегает к кольцевому буртику 44 затвора 36 клапана. Со стороны, противоположной дну 43 камеры, камера 34 корпуса 16 клапана закрыта крышкой 48 камеры. Между затвором 36 клапана и крышкой 48 камеры установлен тепловой исполнительный элемент 37. Тепловой исполнительный элемент 37 опирается на торец 45 затвора 36 клапана.
При закрытом положении затвора 36 клапана затвор клапана торцом 46 прилегает к дну 43 камеры. При этом одновременно закрыто по меньшей мере одно перепускное отверстие 32, соединяющееся с камерой 34.
Когда камера 34 нагружается давлением текучей среды, то торец 46 и кольцевой буртик 44 затвора 36 клапана образуют нагруженную давлением поверхность, которая предпочтительно имеет такую же площадь, как нагруженная давлением поверхность, которая образована торцом 45 и к которой прилегает тепловой исполнительный элемент 37. Благодаря этому имеющееся в камере 34 давление текучей среды действует на затвор клапана нейтрально, так что поступательное движение затвора клапана определяется исключительно тепловым исполнительным элементом 47 и возвратной пружиной 38.
В варианте исполнения согласно фиг.1 крышка 48 камеры образована торцом вставляемого в корпус 16 клапана регулировочного элемента 47.
Регулировочный элемент 47 может регулироваться относительно корпуса 16 клапана так, что высота камеры 34 определяется регулировочным элементом. Благодаря этому можно осуществить основную установку, то есть момент открытия и момент закрытия теплового исполнительного элемента 37.
Благодаря такому клапану 11, применяемому, например, в качестве устройства для закрывания дверей, можно компенсировать обусловленное температурой изменение вязкости рабочей жидкости и независимо от существующей температуры окружающей среды сохранять время закрывания дверей почти на постоянном уровне. Например, основную установку времени закрывания устройства для закрывания дверей при температуре окружающей среды осуществляют, позиционируя клапан 11 вместе с корпусом 28 его дросселя в проточном канале 12, чтобы образовать дроссельный участок 14. После этой основной установки открывается проходное сечение для проточного канала 12, которое в соответствии с вязкостью текучей среды при температуре на момент регулировки определяет заданное время закрывания или заданный расход текучей среды, в частности рабочей жидкости, в течение определенного интервала времени. При температуре окружающей среды перепускной клапан 31, например, закрыт. Это означает, что тепловой исполнительный элемент 37 из сплава с памятью формы рассчитан относительно возвратной пружины 38 так, что действующие силы исполнительного элемента больше действующих восстанавливающих сил возвратной пружины 38.
Если температура окружающей среды падает, то сила теплового исполнительного элемента 37 уменьшается и становится меньше силы возвратной пружины 38. Это означает, что затвор 36 клапана открывает перепускные отверстия 32, по меньшей мере, частично. В результате дроссельный участок 14, что касается его общего проходного сечения, может увеличиться. Это делает возможным повышенный массовый расход рабочей жидкости, однако при этом следует учитывать, что из-за падающей температуры окружающей среды вязкость, наоборот, повышается, следовательно, в сущности, увеличивающееся время закрывания компенсируется увеличением проходного сечения. Итак, возможно регулирование с непрерывным изменением поперечного сечения перепускного клапана 31 в прямой зависимости от температуры текучей среды.
На фиг.2 представлен вариант исполнения клапана 11, альтернативный варианту, изображенному на фиг.1. Принцип конструкции, функция и принцип действия клапана 11, изображенного на фиг.2, остаются таким же, как и в случае клапана, выполненного согласно фиг.1. Отличие от варианта, изображенного на фиг.1, касается только конструктивного исполнения корпуса 16 клапана. В варианте исполнения согласно фиг.2 предусмотрен корпус 16 клапана, состоящий из двух частей. Первая часть 51 корпуса содержит гнездо 18 под инструмент и крепежный участок 19, а также паз 23 под уплотнение 24. Кроме того, на части 51 корпуса установлена крышка 48 камеры. Вторая часть 52 корпуса содержит корпус 16 клапана для образования камеры 34, корпус 28 дросселя, перепускные отверстия 32 и концевой участок 29.
В этом варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено, что первая часть 51 корпуса и вторая часть 52 корпуса на участке 54 соединения 54 соединены друг с другом, в частности привинчены друг к другу, чтобы регулировать высоту камеры 34. Альтернативно может быть предусмотрено, что две части 51 и 52 корпуса на участке 54 соединения соединяют друг с другом без возможности разъединения, например, посредством прессования, склеивания, сварки и т.д. Предварительно также могут предпринять регулировку высоты камеры.
На фиг.3 представлен вариант исполнения клапана 11, альтернативный варианту, изображенному на фиг.2. Конструктивная форма корпуса 16 клапана, состоящего из первой части 51 корпуса и второй части 52 корпуса, в принципе сохраняется, причем в этом варианте осуществления изобретения участок 54 соединения между первой частью 51 корпуса и второй частью 52 корпуса находится в районе камеры 34, так что часть стенки камеры 34 образует одно целое с первой частью 51 корпуса, а часть стенки 34 соединена с частью 52 корпуса. Участок 54 соединения может быть выполнен аналогично варианту осуществления согласно фиг.2. Также могут предусмотреть фиксатор, байонетное соединение и так далее.