ОГРАНИЧИТЕЛЬ РАСХОДА
FLOW LIMITER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к ограничителю расхода для ограничения объемного потока через трубопровод для жидкости. Данное изобретение относится, в частности, к ограничителю расхода, который имеет несущий элемент с проходом и расположенную на несущем элементе изогнутую плоскую фасонную пружину, при этом плоская фасонная пружина выполнена с возможностью увеличивающегося распрямления при повышении перепада давлений.
Уровень техники
Ограничители расхода или регуляторы количества расхода ограничивают объемный поток через магистраль для жидкости, например, трубопровод, в заданном рабочем диапазоне перепада давлений и обеспечивают тем самым постоянный объемный поток через трубопровод независимо от изменений давления в трубопроводе.
В патенте GB 783323 приведено описание ограничителя расхода, который содержит центрально расположенную на выполненном круглым несущем элементе круглую плоскую фасонную пружину. Несущий элемент имеет несколько небольших круглых отверстий, которые расположены на двух концентричных кольцах вокруг центра несущего элемента и определяют максимальный расход. При возрастающем давлении жидкости в трубопроводе плоская фасонная пружина становится плоской, так что уменьшается открытая область между трубопроводом и плоской фасонной пружиной. Согласно GB 783323 распрямление пружины не является линейным при возрастающем давлении, поскольку распрямление начинается в центре и продолжается наружу, и поскольку круглое выполнение пружины приводит к тому, что не распрямленная область при увеличении распрямления быстро уменьшается к краевой области. В ограничителе расхода, согласно GB 783323, все пропускное отверстие ограничено расположенными кольцеобразно проломами, которые дополнительно к этому за счет своей небольшой величины имеют повышенную опасность загрязнения и закупоривания. Кроме того, существует повышенная склонность к колебаниям, когда при увеличивающемся распрямлении плоской фасонной пружины отдельные отверстия закрываются по отдельности и за счет этого ступенчато уменьшается общий проход.
В US-А-4884750 раскрыт ограничитель расхода для ограничения объемного потока через трубопровод для жидкости, который имеет несущий элемент с проходом и расположенную на несущем элементе изогнутую пружину, которая выполнена с возможностью увеличивающегося распрямления при повышающемся перепаде давлений (Δр). Различные формы пружины имеют либо недостаток недостаточного объемного потока, либо начинают колебаться при увеличивающемся закрывании прохода.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание ограничителя расхода для ограничения объемного потока через трубопровод для жидкости, который не имеет, по меньшей мере, определенных недостатков уровня техники. В частности, задачей данного изобретения является создание ограничителя расхода, который имеет по сравнению с уровнем техники меньшую опасность загрязнения и меньшую склонность к колебаниям.
Согласно данному изобретению эти цели достигаются, в частности, с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты выполнения следуют также из зависимых пунктов формулы изобретения и описания.
Ограничитель расхода для ограничения объемного потока через трубопровод для жидкости содержит несущий элемент с проходом (проходным отверстием) и расположенную на несущем элементе изогнутую плоскую фасонную пружину, которая выполнена с возможностью увеличивающегося распрямления при повышающемся перепаде давлений. При этом проход содержит, по меньшей мере, два расположенных рядом друг с другом отверстия, и несущий элемент содержит перемычку, которая отделяет друг от друга соответственно два расположенных рядом друг с другом отверстия. В этом случае пружинный язычок расположен так, что он при повышающемся перепаде давлений все больше прилегает к перемычке и непрерывно уменьшает отверстия, т.е. все больше закрывает их, при этом отверстия остаются открытыми в заданной остаточной области.
Названные выше цели достигаются с помощью данного изобретения, в частности, тем, что плоская фасонная пружина имеет, по меньшей мере, один пружинный язычок, а проход имеет, по меньшей мере, одно отверстие, при этом пружинный язычок и отверстие имеют соответственно по существу одинаковую длину в продольном направлении, и что пружинный язычок выполнен и расположен над отверстием так, что он при повышающемся перепаде давлений все больше прилегает к несущему элементу и при этом непрерывно уменьшает отверстие и непрерывно сокращает проход внутри заданного диапазона давления. За счет соответствующего величине пружинного язычка размера отверстия можно достигать по сравнению с уровнем техники при сравнимой величине ограничителя расхода в целом увеличенный проход и уменьшенную опасность загрязнения. Другими словами, при одинаковом полном расходе можно выполнять ограничитель расхода более компактным и менее склонным к загрязнению. За счет увеличивающегося при повышающемся перепаде давлений прилегания плоской фасонной пружины к несущему элементу дополнительно к этому достигается не линейное увеличение сопротивления пружины при повышающемся давлении, однако при этом за счет связанного с этим непрерывного уменьшения прохода уменьшается по сравнению с уровнем техники склонность к колебаниям.
В одном варианте выполнения плоская фасонная пружина закреплена на наружной краевой области несущего элемента, и, по меньшей мере, одно отверстие проходит от наружной краевой области, где закреплена плоская фасонная пружина, до противоположной наружной краевой области несущего элемента.
В другом варианте выполнения проход содержит несколько расположенных вращательно-симметрично отверстий, и плоская фасонная пружина содержит несколько расположенных вращательно-симметрично пружинных язычков, которые расположены каждый так, что они при повышающемся перепаде давлений все больше прилегают к несущему элементу и непрерывно уменьшают отверстия, т.е. все больше закрывают. В различных вариантах выполнения пружинные язычки закреплены на наружной краевой области несущего элемента или в центре несущего элемента.
В одном варианте выполнения пружинный язычок расположен над отверстием так, что он при повышающемся перепаде давлений все больше прилегает к окружающим отверстие боковым областям и непрерывно уменьшает отверстие, т.е. все больше закрывает, при этом отверстие остается открытым в заданной остаточной области.
В одном варианте выполнения несущий элемент выполнен в виде круглого диска, который в наружной краевой области содержит отогнутую вверх закраину для введения в трубопровод, например, в соединительную деталь между двумя трубопроводами или в клапан, например, шаровой кран или подъемный клапан.
В одном варианте выполнения часть закраины отогнута к диску и зажимает плоскую фасонную пружину на несущем элементе.
Наряду с ограничителем расхода данное изобретение относится также к способу ограничения объемного потока через трубопровод для жидкости.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится описание данного изобретения на основе примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1а - ограничитель расхода с выполненной в виде пружинного язычка плоской фасонной пружиной, которая установлена над двумя отделенными друг от друга перемычкой отверстиями, в изометрической проекции;
фиг.1b - разрез ограничителя расхода, согласно фиг.1а, установленного в трубопровод для жидкости;
фиг.1с - ограничитель расхода, согласно фиг.1а, установленный в трубопровод для жидкости, на виде сверху;
фиг.2а - ограничитель расхода с плоской фасонной пружиной, которая имеет несколько расположенных вращательно-симметрично, закрепленных в центре пружинных язычков, которые установлены над несколькими отделенными друг от друга соответствующей перемычкой отверстиями, в изометрической проекции;
фиг.2b - разрез ограничителя расхода, согласно фиг.2а, установленного в трубопровод для жидкости;
фиг.2с - ограничитель расхода, согласно фиг.2а, установленный в трубопровод для жидкости, на виде сверху;
фиг.3а - ограничитель расхода с плоской фасонной пружиной, которая имеет несколько расположенных вращательно-симметрично, закрепленных в наружной краевой области ограничителя расхода пружинных язычков, которые установлены над несколькими отделенными друг от друга соответствующей перемычкой отверстиями, в изометрической проекции;
фиг.3b - разрез ограничителя расхода, согласно фиг.3а, установленного в трубопровод для жидкости;
фиг.3с - ограничитель расхода, согласно фиг.3а, установленный в трубопровод для жидкости, на виде сверху;
фиг.4 - разрез ограничителя расхода при небольшом перепаде давлений и, соответственно, немного отклоненном пружинном язычке, а также кривая, которая иллюстрирует нелинейную зависимость отклонения и силы пружины;
фиг.5 - разрез ограничителя расхода при большом перепаде давлений и, соответственно, сильно отклоненном пружинном язычке, а также кривая, которая иллюстрирует нелинейную зависимость отклонения и силы пружины;
фиг.6 - график изменения величины объемного потока через ограничитель расхода;
фиг.7 - разрез подъемного клапана с встроенным ограничителем расхода в трубопровод подвода жидкости;
фиг.8 - разрез шарового крана с встроенным ограничителем расхода в трубопровод подвода жидкости;
фиг.9а - ограничитель расхода с плоской фасонной пружиной, которая имеет два закрепленных на проходящей поперек ограничителя расхода между наружными краевыми областями крепежной перемычке пружинных язычка, которые установлены над двумя отделенными друг от друга соответствующей перемычкой отверстиями, в изометрической проекции;
фиг.9b - ограничитель расхода, согласно фиг.9а, в другой изометрической проекции;
фиг.9с - разрез ограничителя расхода, согласно фиг.9а, установленного в трубопровод для жидкости;
фиг.9d - ограничитель расхода, согласно фиг.9а, установленный в трубопровод для жидкости, на виде сверху;
фиг.10 - ограничитель расхода с плоской фасонной пружиной, которая имеет четыре расположенных вращательно-симметрично, закрепленных в центре ограничителя расхода пружинных язычка, которые установлены над соответствующей перемычкой, которая отделяет друг от друга два согласованных с пружинным язычком отверстия, на виде сверху;
фиг.11 - другой ограничитель расхода с плоской фасонной пружиной, согласно фиг.9, два пружинных язычка которой установлены над двумя соответствующими перемычками, которые разделяют проход на три согласованных с соответствующим пружинным язычком отверстия.
Пути реализации изобретения
min
max
min
max
На фиг.1а, 2а, 3а, 4, 5, 7, 8, 9а, 10 и 11 позицией 1 обозначен ограничитель расхода, который называется также регулятором количества расхода и ограничивает объемный поток через трубопровод 2 для жидкости в пределах заданного рабочего диапазона [Δp, Δp] перепада давлений Δp. Независимый от давления объемный поток V достигается тем, что проход ограничителя 1 расхода, т.е. поперечное сечение прохода или поверхность прохода, уменьшается в зависимости от создаваемой перепадом давлений Δp силы. Для этого ограничитель 1 расхода содержит изогнутую с заданным радиусом (имеющим порядок трубопровода 2 для жидкости, например, порядок диаметра трубы) плоскую фасонную пружину 11, которая закреплена на несущем элементе 10 ограничителя 1 расхода и расположена над проходными отверстиями 13, 18, 23 ограничителя 1 расхода так, что она все больше увеличивающимся образом покрывает и закрывает изменяющуюся поверхность отверстий, т.е. проход ограничителя 1 расхода при повышающемся перепаде давлений Δp. При этом плоская фасонная пружина 11 все больше прилегает к несущему элементу 10, например, к перемычке 14, 24 и/или к боковым краям отверстий 18, за счет чего плоская фасонная пружина 11 становится все более жесткой. Плоская фасонная пружина 11 становится более жесткой, поскольку уменьшается ее эффективная длина за счет увеличивающегося прилегания к несущему элементу 10. Таким образом, целенаправленно регулируется проход и тем самым расход также при более высоком перепаде давлений Δp и удерживается по существу постоянным в определенном рабочем диапазоне [Δp, Δp]. Проходные отверстия выполнены в несущем элементе 10 в виде соответствующих выемов.
На фиг.4 и 5 показана нелинейная связь между пружинной силой F и отклонением s. На фиг.4 показано относительно небольшое отклонение s плоской фасонной пружины 11 или, соответственно, пружинного язычка 12 плоской фасонной пружины 11 в диапазоне небольших перепадов давлений Δp и, соответственно, небольшой пружинной силы F. На фиг.5 показано относительно большое отклонение s плоской фасонной пружины 11, соответственно, пружинного язычка 12 в диапазоне относительно больших перепадов давлений Δp и, соответственно, большой и все более увеличивающейся пружинной силы F.
max
min
ctrl
min
max
const
min
max
max
min
На фиг.6 позицией D обозначен ход изменения (величина) объемного потока V через ограничитель 1 расхода в зависимости от перепада давлений Δp при максимальном, не регулируемом проходе (полностью открытом пропускном отверстии). Позицией D обозначен ход изменения (величина) объемного потока V через ограничитель 1 расхода в зависимости от перепада давлений Δp при минимальном проходе, который остается свободным после полного прилегания плоской фасонной пружины 11 или, соответственно, пружинного язычка 12, 17, 19 (открытая остаточная область при максимально закрытом проходном отверстии). Как показано на фиг.6, регулируемый ход изменения (величина) объемного потока V следует жирной линии, которая в рабочем диапазоне между минимальным перепадом давлений Δp и максимальным перепадом давлений Δp принимает по существу непрерывное значение Vобъемного потока, ниже минимального перепада давлений Δp следует ходу изменения D объемного потока V при не регулируемом, максимальном проходе, и над максимальным перепадом давлений Δp следует ходу изменения D объемного потока V при минимальном (т.е. максимально закрытом) проходе.
Как показано на фиг.1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b и 3с, несущий элемент 10 предпочтительно выполнен круглым в соответствии с поперечным сечением трубопровода 2 для жидкости и имеет выступающую вверх закраину 15. Закраина 15 расположена на наружной краевой области имеющего форму диска несущего элемента 10 и выполнена, например, с помощью деформации давлением в виде единого целого с несущим элементом 10. В одном варианте выполнения закраина 15 имеет несколько участков 15', которые слегка отогнуты наружу и входят в соответствующие гнезда 21, например, канавку, в стенке трубопровода 2 для жидкости и фиксируют в осевом направлении ограничитель 1 расхода в трубопроводе 2 для жидкости.
В одном варианте выполнения (не изображен) часть закраины 15 отогнута к несущему элементу 10 и неподвижно зажимает плоскую фасонную пружину 11 на несущем элементе 10. Однако плоская фасонная пружина 11 может быть закреплена на несущем элементе 10 также с помощью заклепки 16 или клея.
min
max
В предпочтительном варианте выполнения, согласно фиг.1а, 1b и 1с, плоская фасонная пружина 11 содержит пружинный язычок 12, а несущий элемент 10 имеет проход с двумя лежащими рядом друг с другом отверстиями 13. Как показано на фиг.1с, оба отверстия 13 и пружинный язычок 12 имеют в продольном направлении L по существу одинаковую длину. Несущий элемент 10 имеет перемычку 14, которая отделяет друг от друга оба отверстия 13. Плоская фасонная пружина 11 установлена на наружной краевой области круглого несущего элемента 10. Оба отверстия 13 имеют форму прямоугольника или трапеции и проходят от наружной краевой области, где закреплена плоская фасонная пружина 11, до противоположной наружной краевой области несущего элемента 10. Плоская фасонная пружина 11 или, соответственно, пружинный язычок 12 ориентирован вдоль продольной оси перемычки 14 вдоль (параллельно) отверстий 13 и расположен над отверстиями 13 так, что он при увеличивающемся при повышающемся перепаде давлений Δp прилегании к перемычке 14 несущего элемента 10 непрерывно все больше покрывает и закрывает отверстия 13 внутри заданного рабочего диапазона [Δp, Δp], пока при максимальном прилегании пружинного язычка 12 не останется минимальный проход. Минимальный проход образован с помощью остающихся открытыми краевых областей в противоположных перемычке 14 краевых областях отверстий 13, которые не покрыты пружинным язычком 12.
В варианте выполнения, согласно фиг.2а, 2b, 2c, 3a, 3b и 3с, несущий элемент 10 имеет проход с четырьмя расположенными вращательно-симметрично отверстиями 18, которые отделены друг от друга соответствующей перемычкой 14. Как показано на фиг.2с и 3с, перемычки 14 можно рассматривать в качестве спиц колеса, которое образовано из круглого несущего элемента 10 с помощью отверстий 18. Отверстия 18 выполнены, каждое, в виде примерно треугольных секторов круга круглого несущего элемента 10, которые проходят не полностью до центра несущего элемента 10. Плоская фасонная пружина 11 содержит несколько расположенных вращательно-симметрично пружинных язычков 17, 19, которые расположены так, что они при повышающемся перепаде давлений все больше прилегают к несущему элементу 10 и непрерывно уменьшают отверстия 18.
min
max
В варианте выполнения, согласно фиг.2а, 2b, 2c, плоская фасонная пружина 11 установлена в центре Z несущего элемента 10, и пружинные язычки 17 согласованы с соответствующим отверстием 18. Как показано на фиг.2с, отверстия 18 и пружинные язычки 17 имеют соответственно в продольном направлении L, L' по существу одинаковую длину. Пружинные язычки 17 расположены над согласованным отверстием 18 так, что они при повышающемся перепаде давлений Δp все больше прилегают к обеим перемычкам 14, которые ограничивают соответствующее отверстие 18. Таким образом, отверстия 18 непрерывно все больше покрываются и закрываются в пределах заданного рабочего диапазона [Δp, Δp], пока при максимальном прилегании пружинных язычков 17 не останется минимальный проход. Минимальный проход образован в отверстиях 18 за счет остающейся открытой остаточной области в противоположной центру Z краевой области отверстий 18, которые не покрыты пружинными язычками 17.
В варианте выполнения, согласно фиг.3а, 3b, 3c, плоская фасонная пружина 11 имеет наружную кольцевую область 110, которая образована на несущем элементе 10. Таким образом, в отличие от варианта выполнения, согласно фиг.2а, 2b, 2c, пружинные язычки 19 закреплены на наружной краевой области несущего элемента 10.
min
max
Как показано на фиг.3с, отверстия 18 и пружинные язычки 19 имеют соответственно вдоль своего продольного направления, т.е. вдоль их соответствующей оси симметрии от кольцевой области 110 к центру Z, по существу одинаковую длину. Пружинные язычки 19 расположены, каждый, над соответствующей перемычкой 14 так, что они при повышающемся перепаде давлений Δp все больше прилегают к соответствующей перемычке 14 и все больше покрывают оба граничащих с перемычкой 14 отверстия 18. Таким образом, отверстия 18 непрерывно все больше покрываются и закрываются внутри заданного рабочего диапазона [Δp, Δp], пока при максимальном прилегании пружинных язычков 19 не останется минимальный проход. Минимальный проход образован в отверстиях 18 за счет остающейся открытой остаточной области между двумя соседними пружинными язычками 19 вдоль оси симметрии соответствующего отверстия, которая не покрыта пружинными язычками 19.
Для специалистов в данной области техники понятно, что могут быть предусмотрены также три или больше четырех отверстий 18 и соответствующих пружинных язычков 17, 19.
На фиг.7 показан разрез подъемного клапана 7 со съемно или неподвижно установленным ограничителем 1 расхода (согласно одному из указанных выше вариантов выполнения) в подводящем трубопроводе 2 для жидкости.
На фиг.8 показан разрез шарового крана 8 со съемно или неподвижно установленным ограничителем 1 расхода (согласно одному из указанных выше вариантов выполнения) в подводящем трубопроводе 2 для жидкости.
На фиг.9а, 9b, 9c и 9d показан в изометрических проекциях, в разрезе и на виде сверху ограничитель 1 расхода с плоской фасонной пружиной 11, которая имеет два закрепленных на проходящей поперек над ограничителем 1 расхода между наружными краевыми областями крепежной перемычке 34 пружинных язычка 27. При этом крепление пружины 11 на перемычке 34 может быть выполнено с помощью клея, заклепок или в соответствии с указанными выше другими способами крепления. Каждая частичная область пружины 11, т.е. каждый пружинный язычок 27 установлен над двумя отделенными друг от друга перемычкой 24 отверстиями 23. Таким образом, отверстия занимают примерно, за вычетом перемычек 24 и 34, один квадрант круглого прохода ограничителя 1 расхода.
Как показано в разрезе на фиг.9с, пружинные язычки 27 в исходном положении, т.е. без потока текучей среды, имеют угол касательной между 10° и 30° к продольной оси трубопровода 2 для жидкости. При увеличивающемся потоке текучей среды эта кривизна уменьшается, и, в частности, средняя часть 32 пружинного язычка 27 прилегает к перемычке 24, в то время как боковые части 33 пружинных язычков прилегают к краевым областям 44 несущего элемента.
Между средней частью 32 и боковыми частями 33 пружинных язычков имеются выемки 43, которые могут быть выполнены, в частности, в виде вырубок. Они соответствуют на виде сверху половине эллипса или овально округленной прорези. Если средней оси пружинного язычка 27, который расположен над перемычкой 24, в радиальном направлении соответствует угол 0°, то эти обе выемки 43 пружинного язычка 27 расположены под углом между 20° и 45°, в частности, примерно 30°.
Пружина 11, когда она становится плоской и не имеет показанную на фиг.9с напряженную форму, не является полностью круглым диском, а обрезана, в частности, в области средней части 32. Кромка среза соответствует хорде 47 окружности. Эта хорда 47 после округления в боковых частях 33 может переходить в круглый край пружины 11. Таким образом, при полностью прилегающей к перемычкам 24 и 34 пружине 11 образуется двойной остаточный проход. С одной стороны, это область выемок 43 и, с другой стороны, остающееся по ту сторону хорды 47 пространство обоих отверстий 23. Ясно, что в не показанном на чертежах примере выполнения один раз могут оставаться лишь выемки 43 и другой раз лишь заданное хордами остаточное пространство обоих отверстий 23.
Закраина 15 имеет также в этом случае несколько участков 15', которые слегка отогнуты наружу и могут фиксировать ограничитель 1 расхода в трубопроводе 2 для жидкости.
На фиг.10 показан на виде сверху ограничитель 1 расхода с плоской фасонной пружиной 11, которая имеет расположенные вращательно-симметрично, закрепленные в центре Z ограничителя 1 расхода пружинные язычки 37. Эти пружинные язычки 37 повернуты относительно примера выполнения на фиг.2 на 45°, так что они расположены, каждый, над соответствующей перемычкой 24, которая отделяет друг от друга два согласованных с пружинным язычком 37 отверстия 23. С другой стороны, с каждым отверстием в данном случае согласованы два пружинных язычка 37. Остающиеся свободными области прохода образуются в этом случае из имеющих форму клеверного листа промежуточных отверстий между пружинными язычками 37. В другом, не изображенном на чертежах примере выполнения углы 48 пружинных язычков могут быть обрезаны с целью образования проходящих дальше выемок, или же выемки могут быть образованы в соответствии с овальными вырубками, согласно показанному на фиг.9 примеру выполнения.
Наконец, на фиг.11 показан на виде сверху другой ограничитель 1 расхода с плоской фасонной пружиной 11, модифицированной относительно фиг.9, два пружинных язычка 27 которой расположены, каждый, над двумя соответствующими перемычками 24. Перемычки 24 пересекаются в центре под углом 90° друг к другу и под углом 45° к крепежной перемычке 34. Проход в данном случае также разделен на три согласованных с одним пружинным язычком 27 отверстия 23. Выемки 43 и отрезок 47 хорды соответствуют фиг.9, так что, в частности, в среднем участке 32 остается открытым остаточная область прохода, в то время как боковые области пружинных язычков прилегают к краевой области несущего элемента 10. Однако возможно также предусмотрение выемок 43 также лишь или дополнительно в боковых областях 33.
Пружина 11 предпочтительно выполнена из пружинной стали, которая предварительно изогнута, в частности, в диапазоне между примерно 30°, как в примерах выполнения на фиг.1, 2 и 3, или до 80°, как в примерах выполнения на фиг.9 и 11. Ширина перемычек 14 и 24 выбрана так, что она образует надежную механическую поверхность прилегания. Для этого достаточна ширина, составляющая 5-10%, максимально 20% диаметра ограничителя 1 расхода или выступающей по обе стороны ширины плоской фасонной пружины 11.