СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ПЛАСТИНЧАТОГО КЛАПАННОГО МОДУЛЯ И КЛАПАННОГО УЗЛА
SYSTEMS AND METHODS FOR FLAPPER VALVE MODULE AND VALVE UNITS

Родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США 61/262248 под названием «Пластинчатый клапанный модуль и клапанный узел», от 18 ноября 2009 г., которая включена в данный документ в ее полном объеме путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится вообще к клапанным узлам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новому пластинчатому клапанному модулю, который может быть использован в клапанном узле в различных системах регулирования расхода, включая компрессорные системы, и его системам и способам.
Уровень техники
Понятно, что текучие среды, такие как природный газ, водород, технологические газы, хладоагенты и воздух, имеют широкий спектр использования в промышленных и коммерческих применениях. Например, природный газ может быть использован для обеспечения мощности в ряде транспортных средств, для отопления домов зимой и для приведения в действие различных потребительских устройств, таких как духовые шкафы или сушилки для белья. Кроме того, природный газ может быть использован для генерирования электроэнергии для распределения в электрической сети. Различные технологические газы и воздух могут быть использованы в производстве ряда изделий и материалов, включая, например, стекло, сталь и пластмассу.
Для удовлетворения потребности в пригодном газе компании могут тратить значительное количество времени и средств на поиск, извлечение и транспортировку пригодного газа. Водород можно получать централизованно и распределять посредством трубопроводов. На производственных предприятиях различные газы и жидкости перемещаются по трубам до места, где они могут требоваться. На большинстве крупных заводов воздух под давлением предоставляется в различных точках посредством сети труб. Как может быть также понятно, транспортировка таких газов и жидкостей, например, по трубопроводу из одной точки в другую, часто облегчается посредством сжатия газа или жидкости посредством компрессора или насоса.
Одним известным типом компрессора для таких применений является поршневой компрессор. Такие поршневые компрессоры представляют собой вытеснительные устройства, в которых обычно используется коленчатый вал, который соединен с поршнями, посредством шатунов и крейцкопфов, с возможностью возвратно-поступательного движения поршней и сжатия текучей среды в прикрепленных цилиндрах сжатия. Как может быть понятно для специалиста в данной области техники, газ обычно вводят в камеры сжатия цилиндров через один или более впускных или всасывающих клапанных узлов, и после сжатия текучая среда обычно выходит из цилиндров через один или более выпускных или нагнетательных клапанных узлов.
Группа клапанных узлов, обычно используемых в компрессорах, включает тарельчатые клапаны, плоские клапаны, кольцевые клапаны, канальные клапаны и пластинчатые клапаны. В современной технике тарельчатые клапаны, плоские клапаны, кольцевые клапаны и канальные клапанные узлы все обычно включают один или комплект уплотнительных элементов, расположенных между пластиной седла и ограничительной пластиной. Существующие пластинчатые клапанные узлы, используемые в компрессорных применениях, состоят из пластины седла и множества створок и ограничителей/стопоров, закрепленных посредством пластины седла посредством крепежных средств, таких как винты.
Когда множество компрессоров повседневно работают со скоростью в сотни или тысячи оборотов в минуту (об/мин), уплотнительные элементы также открываются и закрываются с такой же высокой скоростью. Вследствие данной быстрой цикличной работы, пластина седла, ограничитель и/или уплотнительные элементы часто изнашиваются со временем, что приводит к отказу клапана, если он остается непроверенным. Для того чтобы предотвратить такой отказ, по программе регламентного обслуживания, клапаны периодически извлекают из компрессора и ремонтируют. В некоторых случаях отказ предотвратить невозможно. Но обычно клапаны могут ремонтироваться и повторно использоваться, в особенности дорогое седло и ограничитель. Это обычно осуществляется посредством замены уплотнительных элементов, механической обработки/восстановления или замены седла и/или ограничителя, или др. Такое техническое обслуживание, конечно, часто требует много времени и/или затрат.
В существующей технике в пластинчатом клапанном узле, створки и ограничители прикреплены к седлу/корпусу/обойме посредством отдельных крепежных средств. Во время работы данные крепежные средства могут ослабляться, по существу отделяясь. Створки могут разрушаться при усталости, и куски могут отрываться. Данные несвязанные куски могут попадать в цилиндр и вызывать серьезное повреждение в компрессоре или поршне/цилиндре двигателя.
Стоимость электроэнергии, требующейся для сжатия газа, является основной статьей эксплуатационных расходов для компании, занятой в данном бизнесе. Эффективность компрессора определяет электроэнергию, требующуюся для приведения его в действие; чем выше эффективность, тем ниже затраты. Потери в клапане являются основным источником потери эффективности в компрессорах и могут составлять от 5 до 20% общих эксплуатационных расходов. В существующих пластинчатых клапанах, тарельчатых клапанах, плоских клапанах, кольцевых клапанах и канальных клапанных узлов, используемых в процессе сжатия, газ должен делать два поворота под прямыми углами, чтобы пройти уплотнительный элемент, при этом проходя через клапан. Чем больше угол поворота, тем больше сопротивление перемещению через компрессор, которое непосредственно негативно влияет на эффективность.
Количество времени, требующееся для успешной установки клапана, определяет количество времени, которое машина простаивает и, в свою очередь, количество денежных средств, которое теряется вследствие простоя машины. Для клапанов, устанавливаемых на месте эксплуатации, очень трудно проверять качество собранного клапана, поскольку оно зависит от допуска всех деталей и качества сборки. Незначительная проблема в седле или ограничителе может означать, что ни один из уплотнительных элементов не уплотняет надлежащим образом, причем это может быть обнаружено только после сборки и установки всего клапана.
Раскрытие изобретения
Ниже изложены некоторые аспекты, соответствующие по объему с первоначально заявленным изобретением. Следует понимать, что данные аспекты представлены только для того, чтобы предоставить читателю краткий обзор некоторых форм, которые может принимать изобретение, и что данные аспекты не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения. В действительности изобретение может охватывать различные аспекты, которые могут быть не изложены ниже. Варианты осуществления настоящего изобретения вообще относятся к новому пластинчатому клапанному модулю и его клапанному узлу. В некоторых примерных вариантах осуществления пластинчатый клапанный модуль включает кожух, содержащий установочную поверхность, одну или более поверхностей уплотнения и один или более проточных каналов, ведущих от установочной поверхности к поверхностям уплотнения. Пластинчатый клапанный модуль также включает одну или множество пластинчатых створок, расположенных над поверхностью уплотнения корпуса модуля, и одну или более стенок, противоположных корпусу, от одной или множества пластинчатых створок. В другом варианте осуществления, пластинчатый клапанный модуль содержит модульный корпуса клапана, содержащий множество поверхностей и одно или более отверстий, и одну или более пластинчатых створок, каждая из которых выполнена с возможностью по существу закрытия одного или более из одного или более отверстий модульного элемента клапана. Пластинчатый клапанный модуль также содержит модульный кожух, выполненный с возможностью фрикционной посадки при размещении в принимающей выемке с модульным корпусом клапана и одной или более пластинчатых створок внутри и закрепленный посредством пластины седла. В еще одном варианте осуществления, пластинчатый клапанный модуль содержит модульный корпус клапана, содержащий множество поверхностей и одно или более отверстий, и одну или более пластинчатых створок, каждая из которых выполнена с возможностью по существу закрытия одного или более из одного или более отверстий модульного корпуса клапана. Модульный корпус клапана и одна или более пластинчатых створок совместно выполнены с возможностью фрикционной посадки при размещении в принимающей выемке с модульным корпусом клапана и одной или более пластинчатых створок внутри.
В другом варианте осуществления, модульный пластинчатый клапанный узел содержит пластину седла, включающую один или более проточных каналов и одну или более принимающих выемок, каждая из которых расположена вблизи соответствующего проточного канала из одного или более проточных каналов в пластине седла. Модульный пластинчатый клапанный узел также включает пластину упора, содержащую один или более проточных каналов, и один или более пластинчатых клапанных модулей, выполненных с возможностью размещения по отдельности или совместно в одной из одной или более принимающих выемок. В еще одном варианте осуществления, модульный пластинчатый клапанный узел содержит пластину седла, включающую один или более проточных каналов и одну или более принимающих выемок, каждая из которых расположена вблизи соответствующего проточного канала из одного или более проточных каналов в пластине седла. Каждая из одной или более принимающих выемок включает паз канавку один или более пластинчатых клапанных модулей. Каждый пластинчатый клапанный модуль содержит модульный кожух, включающий выступ, выполненный с возможностью размещения в канавке для закрепления пластинчатого клапанного модуля, когда модульный кожух вставляют в соответствующую одну из одной или более принимающих выемок.
В другом варианте осуществления, способ сборки пластинчатого клапанного модуля включает следующие этапы: обеспечение модульного элемента пластинчатого клапана, включающего установочную поверхность, одну или более поверхностей уплотнения и один или более проточных каналов, ведущих от установочной поверхности к поверхностям уплотнения; обеспечение по меньшей мере одной пластинчатой створки, приспособленной для одной или более из одной или более поверхностей уплотнения; обеспечение модульного кожуха; размещение по меньшей мере одной пластинчатой створки над одной или более из одной или более поверхностей уплотнения; и размещение модульного элемента пластинчатого клапана и по меньшей мере одной пластинчатой створки в модульном кожухе. В другом варианте осуществления, способ сборки пластинчатого клапанного узла включает следующие этапы: обеспечение одного или более пластинчатых клапанных модулей; обеспечение пластины седла, включающей один или более проточных каналов и одну или более принимающих выемок, причем каждая из одной или более принимающих выемок расположена вблизи соответствующего проточного канала из одного или более проточных каналов в пластине седла; и введение одного или более пластинчатых клапанных модулей в соответствующую принимающую выемку из одной или более принимающих выемок. Другой аспект настоящего изобретения представляет собой компрессор, состоящий из рамы, множества механических элементов, расположенных в раме, которые сжимают рабочую текучую среду, и по меньшей мере один модульный пластинчатый клапанный узел, соединенный с рамой и множеством механических элементов, с возможностью регулирования расхода текучей среды через по меньшей мере один модульный пластинчатый клапан.
Различные усовершенствования признаков, указанных выше, возможны в связи с различными аспектами настоящего изобретения. Дополнительные признаки могут быть также включены в данные различные аспекты. Данные усовершенствования и дополнительные признаки могут существовать в отдельности или в любом сочетании. Например, различные признаки, раскрытые ниже в связи с одним или более показанных вариантов осуществления, могут быть включены в любой из вышеописанных аспектов настоящего изобретения в отдельности или в любом сочетании. Кроме того, краткое изложение сущности изобретения, приведенное выше, предназначено только для ознакомления читателя с некоторыми аспектами и контекстами настоящего изобретения без ограничения заявленного объекта патентования.
Краткое описание чертежей
Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после изучения приведенного ниже подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые детали во всех чертежах, из которых:
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе поршневого компрессора, содержащего примерный модульный Пластинчатый клапанный узел в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой вид в продольном разрезе примерного компрессора в соответствии с фиг.1, показывающий внутренние элементы компрессора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 представляет собой вид примерного модульного пластинчатого клапанного узла с частичным разрезом, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов модульного пластинчатого клапана в соответствии с фиг.3, показывающий некоторые элементы модульного пластинчатого клапанного узла, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.5 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов модульного пластинчатого клапанного узла, содержащего модульные пластинчатые клапаны разных размеров, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе примерного сборочного узла пластинчатого клапанного модуля в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов пластинчатого клапанного модуля в соответствии с фиг.6, показывающий некоторые элементы сборочного узла в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.8 представляет собой вид в разрезе пластинчатого клапанного модуля в соответствии с фиг.6, изображающий створки в закрытом положении и в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.9 представляет собой вид в разрезе модульного пластинчатого клапана, содержащего внутренние створки в дополнение к внешним створкам, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.10 представляет собой вид в перспективе примерного модульного пластинчатого клапанного узла с частичным разрезом в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.11 представляет собой вид в перспективе, с частичным разрезом, устройства, использующего модульные пластинчатые клапаны, в котором часть пластинчатого клапанного узла выполнена за одно целое с конструкцией самого устройства;
Фиг.12 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов, с частичными разрезами, устройства, показанного на фиг.11, показывающий некоторые элементы устройства, содержащего пластинчатые клапанные модули;
Фиг.13 представляет собой вид с пространственным разнесением элементов примерного модульного пластинчатого клапана с внутренним механизмом закрепления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.14 представляет собой вид сверху одной створки клапана в неизогнутом положении, которая закрывает множество поверхностей уплотнения, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.13; и
Фиг.15 представляет собой вид с частичным вырезом примерного модульного пластинчатого клапанного узла, показывающий внутренний механизм закрепления из фиг.13, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, без упорной пластины и крепежных элементов.
Подробное описание изобретения
Ниже будет описан один или более конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Для обеспечения краткого описания данных вариантов осуществления, в данном описании не могут быть описаны все признаки практической реализации. Следует понимать, что при разработке любой такой практической реализации, как в любом инженерном или конструкторском проекте, множество решений, соответствующих конкретной реализации, должны быть приняты, для того чтобы достигнуть конкретных целей разработчика, таких как соблюдение ограничений, связанных с системой и бизнесом, которые могут изменяться от одной реализации к другой. Кроме того, следует понимать, что такая разработка может быть сложной и занимать много времени, но тем не менее будет обычной задачей разработки, изготовления и производства для специалистов, обладающих преимуществом данного раскрытия.
При описании элементов различных вариантов осуществления настоящего изобретения, если элементы употребляются в единственном числе, то это означает, что предусмотрен один или более таких элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» должны толковаться как не исчерпывающие и означают, что могут быть использованы дополнительные элементы, помимо перечисленных элементов. Кроме того, термины «верхний», «нижний», «выше», «ниже» и варианты данных терминов использованы для удобства, но не требуют какой-либо конкретной ориентации элементов.
На фиг.1 показан примерный компрессор 10. В показанном варианте осуществления компрессор 10 включает пару цилиндров 12 сжатия, соединенных с рамой 14. Как более подробно описано ниже, в цилиндре 12 и раме могут быть расположены различные внутренние элементы, чтобы обеспечить сжатие текучих сред в цилиндрах 12. В одном варианте осуществления, компрессор 10 может быть использован для сжатия природного газа. Однако в других вариантах осуществления компрессор 10 может быть приспособлен и/или использован для сжатия других текучих сред. К компрессору 10 может быть подсоединен источник механической энергии или приводное устройство 16, такое как двигатель или электродвигатель, чтобы выдавать механическую энергию в различные внутренние элементы и обеспечивать сжатие текучей среды в цилиндрах 12. Для того чтобы облегчить доступ к таким внутренним элементам, который может потребоваться для диагностики или технического обслуживания, в раме 14 могут быть предусмотрены отверстия с возможностью селективного доступа посредством удаляемых крышек, расположенных поверх отверстий.
Кроме того, примерные цилиндры 12 включают полости 18, закрытые крышками, приспособленные для приема клапанных узлов, таких как модульный пластинчатый клапанный узел 20 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Хотя показан один модульный пластинчатый клапанный узел 20, следует понимать, что, в различных вариантах осуществления, в некоторых или во всех других выемках 18, закрытых крышками, содержатся дополнительные модульные пластинчатые клапанные узлы 20. Следует также понимать, что цилиндры 12 могут включать внутренние проточные каналы между выемками 18 и модульными пластинчатыми клапанными узлами 20, чтобы обеспечить перемещение текучей среды в и из цилиндров 12 через такие модульные пластинчатые клапанные узлы 20. Кроме того, для обеспечения закрепления модульных пластинчатых клапанных узлов 20 внутри полостей 18 могут быть использованы различные установочные элементы, такие как обоймы или крепежные элементы (не показанные на чертежах).
Хотя примерный компрессор 10 показан как двухколенный поршневой компрессор, другие конфигурации компрессора могут также использовать и иметь преимущество от раскрытых в данном документе технологий. Например, в других вариантах осуществления, компрессор 10 может включать другое количество колен с цилиндрами, например четырехколенный компрессор, шестиколенный компрессор, неспаренный поршневой компрессор или др. Кроме того, возможны также другие изменения, включая, помимо прочих, изменения в длине хода, рабочей скорости и размере. Кроме того, машина, в которой используется клапан, может быть другого типа, например, винтовой компрессор, спиральный компрессор, холодильный компрессор, центробежный компрессор, холодильник, система регулирования технологического потока и др.
На фиг.2 показан вид в разрезе примерного компрессора 10, который показывает ряд примерных внутренних элементов компрессора в соответствии с фиг.1. В показанном варианте осуществления рама 14 примерного компрессора 10 включает полый центральный элемент или корпус 22, который предпочтительно определяет внутренний объем 24, в котором могут быть размещены различные внутренние элементы, такие как коленчатый вал 26. В одном варианте осуществления, центральный элемент 22 может иметь предпочтительно изогнутую или цилиндрическую форму. Однако следует отметить, что центральный элемент 22 может иметь другие формы или конфигурации в полном соответствии с технологиями настоящего изобретения.
Во время эксплуатации приводное устройство 16 вращает коленчатый вал 26, расположенный во внутреннем объеме рамы 14. В одном варианте осуществления, коленчатый вал 26 соединен с крейцкопфами 30 посредством шатунов 28 и осей 32. Крейцкопфы 30 расположены в направляющих 34 крейцкопфов, которые предпочтительно продолжаются из центрального элемента 22 и обеспечивают соединение цилиндров 12 с компрессором 10. В одном варианте осуществления, компрессор 10 включает две направляющие 34 крейцкопфов, которые продолжаются предпочтительно перпендикулярно из противоположных сторон центрального элемента 22, хотя возможны также и другие конфигурации. Как может быть понятно, вращательное движение коленчатого вала 26 преобразуется посредством шатунов 28 в возвратно-поступательное линейное перемещение крейцкопфов 30 в направляющих 34 крейцкопфов.
Как отмечено выше, цилиндры 12 приспособлены для приема текучей среды для сжатия. Крейцкопфы 30 соединены с поршнями 36, расположенными в цилиндрах 12, и возвратно-поступательное движение крейцкопфов обеспечивает сжатие текучей среды в цилиндрах 12 посредством поршней 36. Аналогичным образом, когда поршень 36 перемещается вперед (т.е. в сторону от центрального элемента 22) в цилиндр 12, поршень 36 сжимает текучую среду в цилиндре в меньший объем, тем самым увеличивая давление текучей среды. При этом нагнетательный клапан, такой как модульный пластинчатый клапанный узел 20, может открываться, позволяя текучей среде под давлением или сжатой текучей среде выходить из цилиндра 12. Затем поршень 36 может осуществлять обратный ход, и дополнительная текучая среда может входить в цилиндр 12 через впускной клапан, который может также содержать модульный пластинчатый клапанный узел 20, для сжатия таким же образом, как описано выше. Кроме того, как будет понятно, цилиндры 12 могут быть выполнены с возможностью обеспечения сжатия текучей среды как при прямом, так и при обратном ходе поршня 36. Например, когда поршень 36 перемещается вперед так, как описано выше, чтобы сжимать текучую среду с одной стороны поршня, дополнительная текучая среда может быть введена в цилиндр с противоположной стороны поршня. Затем такая текучая среда подвергается сжатию при обратном ходе поршня 36.
Примерные модульные пластинчатые клапанные узлы 20 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения показаны на фиг.3-5, 10-12 и 15. В основном данные варианты осуществления представляют собой разные модульные пластинчатые клапанные узлы 20, выполненные в виде нагнетательного клапана, а на фиг.10 изображен всасывающий клапан. Как показано на фиг.3-4, примерный модульный пластинчатый клапанный узел 20 включает пластину 42 седла и пластину 44 упора. Пластины 42 и 44 седла и упора, могут быть соединены друг с другом посредством одной или более шпилек 48 и гаек 50 или при помощи каких-либо других пригодных крепежных средств. Следует отметить, что в данном варианте осуществления шпилька 48 и гайка 50 расположены в центре. В других вариантах осуществления, винты или шпильки/гайки могут быть использованы вдоль периферии клапанного седла (в случае нагнетательного клапана) или клапанного упора (в случае впускного клапана), так что они зафиксированы посредством обоймы, используемой для размещения модульных пластинчатых клапанных узлов 20 в выемках 18.
В данном варианте осуществления, клапанный узел 20 включает пластину 42 седла и пластину 44 упора, содержащие множество проточных каналов или отверстий 320 и 340, соответственно, которые позволяют текучей среде, такой как природный газ, перемещаться через модульный пластинчатый клапанный узел 20. В данном варианте осуществления настоящего изобретения, пластина 42 седла содержит принимающую выемку 330, расположенную ниже по потоку от каждого из проточных отверстий 320, которая размещает и прочно закрепляет пластинчатый клапанный модуль (или модульный пластинчатый клапан) 46 в модульном пластинчатом клапанному узле 20. В других вариантах осуществления изобретения, принимающая полость 330 может быть предусмотрена в пластине 44 упора, или распределена частично между пластиной 42 седла и пластиной 44 упора, или же может быть предусмотрена отдельная пластина, пластина для принимающей выемки (см. фиг.10), расположенная между пластиной 42 седла и пластиной 44 упора, которая содержит принимающие полости 330 целиком или частично. Как более подробно описано ниже, примерный модульный пластинчатый клапанный узел 20 также включает один или множество пластинчатых клапанных модулей 46, расположенных в принимающей полости 330 и закрепленных посредством пластины 42 седла и пластины 44 упора.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, таких как вариант осуществления, показанный на фиг.3-5, каждое проточное отверстие 320 ведет в одну принимающую полость 330, которая ведет в одно выходное проточное отверстие 340. Принимающая выемка 330 выполнена с возможностью размещения в ней только одного пластинчатого клапанного модуля 46. Однако, как показано в других вариантах осуществления, может быть предусмотрено одно или более проточных отверстий 320, которые ведут в принимающую полость 330, которая в свою очередь ведет в одно или более выходных проточных отверстий 340. В данных вариантах осуществления принимающая полость 330 может принимать множество пластинчатых клапанных модулей 46. Кроме того, хотя некоторые варианты осуществления модульного пластинчатого клапанного узла 20 включают множество пластинчатых клапанных модулей 46, следует отметить, что другие варианты осуществления могут включать только один пластинчатый клапанный модуль 46 в полном соответствии с настоящим раскрытием. Следует отметить, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения, пластина 42 седла или пластина 44 упора может быть выполнена за одно целое с рамой 14 машины, в которой применяется клапанный узел.
Пластинчатые клапанные модули 46 селективно регулируют расход текучей среды через проточное отверстие 320, через пластинчатый клапанный модуль 46 и через отверстие 340. Пластина 42 седла и пластина 44 упора закрепляют пластинчатые клапанные модули 46 между ними. Пластина 42 седла может быть выполнена из металла, композиционного материала, армированного волокном, или какого-либо другого пригодного материла высокой прочности. Пластина 44 упора и пластина для принимающей полости имеют более низкие требования к прочности, но могут быть также выполнены из металла, композиционного материала, армированного волокном, или пластмассы. Следует отметить, что в других вариантах осуществления на модульном пластинчатом клапанном узле 20 могут быть предусмотрены средства для размещения разгрузочного устройства, устройства объема пространства сжатия или других устройств, которые обычно размещаются на клапане.
На фиг.5 показан примерный клапанный узел 20А, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Данный клапанный узел включает пластину 42А седла и пластину 44А упора. В данном варианте осуществления пластины 42А и 44А седла и упора прикреплены друг к другу посредством четырех винтов 49 с головками. Кроме того, в данном варианте осуществления предусмотрено всего шесть модулей: два модуля 46 одного размера, два модуля 510 другого размера и два модуля 520 третьего размера. В других вариантах осуществления, может быть предусмотрено несколько разных размеров модулей, они могут быть распределены асимметрично в клапане и они необязательно парные.
На фиг.6-8 показаны примерные пластинчатые клапанные модули 46 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Фиг.6 представляет собой вид в перспективе пластинчатого клапанного модуля 46. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, таких как вариант осуществления, показанный на фиг.6-8, пластинчатый клапанный модуль 46 включает корпус 610, одну или более створок 620 и может включать ограничитель (или стопор) 630 для створок. В некоторых вариантах осуществления корпус 610 и/или ограничитель 630 выполнены из пластмассы, с или без углеродных или стеклянных волокон, и выполнены посредством пригодного технологического процесса, такого как литье под давлением, компрессионное формование, механическая обработки или другой пригодный процесс. Количество волокна, содержащегося в пластмассе, определяется на основе получения оптимальной степени прочности для корпуса клапана и демпфирования ударов для створок, чтобы увеличить надежность клапана. Однако следует отметить, что некоторые применения могут требовать, чтобы корпус 610 и/или ограничитель 630 были выполнены из металла или какого-либо другого пригодного материала высокой прочности посредством пригодного технологического процесса, такого как литье металла под давлением, формование отливкой, порошковая металлургия или механическая обработка. Если корпус 610 и створки 620 выполнены из металла, то в корпусе 610 могут быть использованы пластмассовые прокладки (не показанные) для поверхности уплотнения, для того чтобы смягчить силу удара. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, корпус 610 и/или ограничитель 630 могут быть выполнены из металла с относительно толстым покрытием из пластмассы или эластомера. Корпус 610 и ограничитель 630 необязательно должны быть выполнены из одного материала. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, створки 620 пластинчатого клапана выполнены из нержавеющей стали, изготовленной из высокоточных тонких листов с использованием фотохимического фрезерования, штамповки, водоструйной резки, лазерной резки, вырезания на электроэрозионном станке или другого пригодного технологического процесса. Однако в других вариантах осуществления створки 620 могут быть выполнены из стали, композиционного материала, армированного волокном, или какого-либо другого гибкого материала с высокой усталостной прочностью, пригодного для данного применения.
Корпус 610 включает седло 640, которое примыкает к пластине 42 седла (не показана), когда пластинчатый клапанный модуль 46 собран в модульный пластинчатый клапанный узел 20. Корпус 610 может быть разделен на проточные каналы 650 посредством ребер 660 и 670, которые также упрочняют корпус 610. Поперечные ребра 660 также предназначены для поддержки створок 620, когда они находятся в закрытом положении и подвергаются воздействию высокого дифференциального давления. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть предусмотрены каналы, которые расположены в ребрах 660 и 670, которые соединяют один или более проточных каналов. Проточные каналы 650 ведут из отверстия 320 седла клапана для данного пластинчатого клапанного модуля 46 к одной или более поверхностям 710 уплотнения корпуса. Поверхности 710 уплотнения корпуса плоские и расположены под небольшим углом от вертикали, так что текучая среда, которая проходит через пластинчатый клапанный модуль 46, не делает никаких поворотов под большим углом, проходя через него. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, таких как показанные на фиг.6-8, предусмотрено две поверхности 710 уплотнения корпуса, расположенные под углом к вертикали для каждого корпуса 610. Однако в других вариантах осуществления может быть предусмотрена только одна поверхность 710 уплотнения, выполненная под углом к вертикали. В других вариантах осуществления, может быть предусмотрено несколько поверхностей, как показано на фиг.13. В некоторых других вариантах осуществления поверхности 710 уплотнения могут быть вертикальными.
В соответствии с каждой поверхностью 710 уплотнения корпуса предусмотрены одна или более створок 620 клапана, которые прилегают плоско к поверхности 710 уплотнения корпуса в пластинчатом клапанном модуле 46 в собранном состоянии, по существу уплотняя его. Каждая створка 620 имеет начальное положение, которое используется для закрепления ее в модуле клапана, и конечное положение, которое уплотняет корпус 610, когда давление больше на выходном отверстии 340, и отклоняется, открывая поверхность 710 уплотнения корпуса, когда давление больше на впускном проточном отверстии 320. На стороне отклонения створок 620, могут быть предусмотрены щели, которые разделяют створки на отдельные уплотнительные элементы и позволяют им независимо уплотнять разные проточные каналы 650 в корпусе 610. На закрепленном участке створок 620 может быть предусмотрен один или более вырезов 740, которые входят в зацепление с выступами 760 на ограничителе 630 и соответствующим пазом 720 в корпусе 610.
Ограничитель 630 для створок содержит внутреннюю поверхность, начальный участок которой выполнен с возможностью захвата корпуса 610 и створок 620, а конечный участок для обеспечения поверхности для столкновения со створкой 620 в полностью открытом положении. На конечном участке внутренней поверхности ограничителя 630 могут быть предусмотрены канавки 750 для уменьшения эффектов прилипания, возникающих в клапанах, если они содержат жидкости. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, которые показаны на фиг.6-9, ограничители могут содержать множество ловушек 770 в нижней части. Данные ловушки 770, предпочтительно, предотвращают выход больших кусков, которые могут отрываться от пластинчатого клапанного модуля 46, в частности кусков створки 620, из пластинчатого клапанного модуля 46, и в частности перемещение в цилиндр 12 и его повреждение. Нижняя часть 780 ограничителя 630 для створок выполнена так, что она больше проточного отверстия 340 в пластине 44 упора, так что нижняя часть 780 примыкает к пластине 44 упора и удерживает пластинчатый клапанный модуль 46 в модульном пластинчатом клапанном узле 20. В других вариантах осуществления ограничителя 630 для створок, ловушки 770 могут отсутствовать. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, ограничитель 630 для створок может содержать боковые стенки, соединяющиеся с профильными стенками поверхностей 710 уплотнения корпуса. В других вариантах осуществления, ограничитель 630 для створок может не содержать ни ловушек 770, ни боковых стенок. В этом случае ограничитель 630 для створок удерживается в заданном положении, когда пластинчатый клапанный модуль 46 находится в принимающей полости 330. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для закрепления пластинчатого клапанного модуля 46 в модульном пластинчатом клапанном узле 20 вместо использования нижней части ограничителя 780 может быть предусмотрен выступ 530 (показанный на фиг.5) на наружной стенке ограничителя 630 и/или корпуса 610 (не показано); при этом принимающая полость 330 может быть выполнена так, что данный выступ 530 входит в зацепление с уступом в полости 330, закрепляя пластинчатый клапанный модуль 46 в модульном пластинчатом клапанном узле 20. Однако могут быть предусмотрены другие или дополнительные устройства для прикрепления в полном соответствии с технологиями настоящего изобретения.
Вырезы 740, выступы 760 и пазы 720 размещают створку 630 около поверхности уплотнения, а также, в сочетании с силой трения, действуют как реальное закрепление, предотвращающее падение створки 630. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, выступ 760 может быть расположен на корпусе 610, а соответствующий паз 720 - на ограничителе 630. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, который показан на фиг.6-8, при размещении поверхностей 710 уплотнения корпуса под углом, створки 630 вклиниваются между корпусом 610 и ограничителем 630 для створок в пластинчатом клапанном модуле 46. В некоторых других вариантах осуществления, в которых поверхность 710 уплотнения вертикальная, створки 620 удерживаются на месте в пластинчатом клапанном модуле 46 посредством усилия зажима, возникающего при вдавливании модуля в принимающую полость 330. Усилие зажима является результатом прессовой посадки между пластинчатым клапанным модулем 46 и стенками принимающей полсти 330 или надлежащего профилирования пластинчатого клапанного модуля 46 и стенок полости 330 для обеспечения необходимого усилия зажима. В некоторых других вариантах осуществления, ограничитель 630 для створок удален от пластинчатого клапанного модуля 46. Вместо этого, внутренние стенки полости 330 выполнены так же, как внутренние стенки ограничителя 630 для створок, так что они выполняют данную функцию (см. фиг.11-12).
Предпочтительно, в варианте осуществления, показанном на фиг.3-8, модульный пластинчатый клапанный узел 20 выполнен с возможностью обеспечения эффективного технического обслуживания или ремонта. Было замечено, что весь износ, предпочтительно, содержится в пластинчатом клапанном модуле 46, который содержит: створки 620, которые могут изнашиваться вследствие усталостной и ударной нагрузки, корпус 610, поверхность 710 уплотнения, которая подвергается повторяющимся ударам от створок 620, и ограничитель 630, который также подвергается ударам от створки 620 во время открытия клапана. Предпочтительным способом технического обслуживания модульного пластинчатого клапанного узла 20 является простая замена всех пластинчатых клапанных модулей 46 в заранее установленное время технического обслуживания. Для пластины 42 седла клапана или пластины 44 упора клапана никакой механической обработки не требуется, поскольку данные элементы не изнашиваются, в отличие от существующих тарельчатых, плоских, канальных и пластинчатых клапанов. Настоящее изобретение позволяет получать модули предварительно собранными и испытанными на качество прямо с завода и таким образом устраняет необходимость в сложном испытательном оборудовании для испытаний собранного модульного пластинчатого клапана 20 после ремонта. Таким образом, восстановление и ремонт данных модульных пластинчатых клапанных узлов 20 может осуществляться в условиях эксплуатации, значительно уменьшая стоимость ремонта и время простоя оборудования. Модульная конструкция по существу устраняет необходимость замены дорогостоящей пластины 42 седла клапана и пластины 44 упора клапана, делая данные клапаны очень рентабельными в течение срока службы машины. В существующих конструкциях тарельчатых, плоских, кольцевых, канальных и пластинчатых клапанов, пластину 42 седла и пластину 44 упора или ограничитель обычно нужно заменять, после того как они пару раз подвергались восстановлению. В непредпочтительном варианте осуществления, можно также заменять элементы пластинчатого клапанного модуля 46 в условиях эксплуатации, а именно створки 620, ограничитель 630 или корпус 610.
Работа клапана становится понятной при рассмотрении фиг.3 и разреза модуля, показанного на фиг.8. Если давление текучей среды над пластиной 42 седла в модульном пластинчатом клапанном узле 20 выше, чем давление под пластиной 44 упора, то перепад давлений на створке 620 в пластинчатом клапанном модуле 46 вынуждает створку 620 отклоняться и устанавливает пластинчатый клапанный модуль 46 и соответственно модульный пластинчатый клапанный узел 20 в открытое положение. Текучая среда перемещается сверху пластины 42 седла, через проточные отверстия 320 через корпус 610 модуля и через ловушки 770 ограничителя 630, и, наконец, через проточные отверстия 340 в пластине 44 упора в область низкого давления. Когда давление на обеих сторонах модульного пластинчатого клапанного узла 20 выравнивается, створки 620 закрываются, эффективно уплотняя корпус 610 модуля. В закрытом положении, модульный пластинчатый клапанный узел 20 не допускает перемещения текучей среды снизу пластины 44 упора выше пластины 42 седла, даже когда давление выше пластины 44 упора значительно выше, чем давление ниже пластины 42 седла.
На фиг.9 показан примерный пластинчатый клапанный модуль в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Данный вариант осуществления пластинчатого клапанного модуля 46В включает, помимо внешних створок 620, комплект внутренних створок 910. В варианте осуществления, показанном на фиг.9, внутренние створки 910 прижаты к поверхности 710 уплотнения посредством внешних створок 620. В данном варианте осуществления настоящего изобретения только внешние створки прижаты к корпусу 610 посредством ограничителя 630.
На фиг.10 показан примерный модульный пластинчатый клапанный узел 20В в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления настоящего изобретения, принимающие полости 330 расположены в отдельной пластине 43, которая расположена между пластиной 42 седла и пластиной 44 упора. Другие признаки в соответствии с фиг.10 могут быть найдены в описаниях фиг.3-8.
На фиг.11 показан вид в перспективе устройства с частичным разрезом, а на фиг.12 показан его вид с пространственным разнесением элементов. Устройство 1100 содержит модульный пластинчатый клапанный узел 20 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 1100, которое может представлять собой, например, цилиндр компрессора, двигатель или трубу технологического процесса, состоит из корпуса 60, который разделен на два объемных участка 62 и 64. В данном устройстве содержится модульный пластинчатый клапанный узел 20, который позволяет текучей среде перемещаться из участка 62 в участок 64, но не иначе. В данных вариантах осуществления настоящего изобретения, пластинчатые клапанные модули 46С не содержат ограничителей 630 для створок в составе пластинчатого клапанного модуля 46С. Пластинчатые клапанные модули 46С расположены в принимающих полостях 330, которые выполнены за одно целое с корпусом 60. В данном варианте осуществления пластина 44 упора фактически содержит принимающие полости 330, а пластина 44 упора выполнена за одно целое с корпусом 60. Кроме того, внутренняя поверхность принимающих полстей 330 выполнена так, чтобы выполнять такую же функцию, как и внутренняя поверхность ограничителя 630 для створок, показанного на фиг.6-9. То есть данные варианты осуществления прижимают створки 620 к корпусу 610 и предотвращают выпадение корпуса 610 из полости 330, и они ограничивают перемещение створок 620, когда они открываются. Пластинчатый клапанный модуль 46С закреплен в принимающей полости 1210 посредством пластины 42 седла с помощью крепежных средств, таких как винты 49.
На фиг.13 показан примерный сборочный узел 46D пластинчатого клапанного модуля с пространственным разнесением элементов в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления корпус 610С клапана содержит установочную поверхность 640С и шесть поверхностей 710С уплотнения. Модуль 46D пластинчатого клапана может состоять из одной или более створок 620С клапана, которые уплотняют отдельные поверхности 710С уплотнения. В данном варианте осуществления, одна створка 620С, изображенная на фиг.14 в неизогнутом положении и принимающая соответствующую форму в конечном положении, закрывает все поверхности 710С уплотнения корпуса 610С клапана, в сборочном узле 46D пластинчатого клапанного модуля. Корпус 610С клапана и створки 620С закреплены в ограничителе для створок/кожухе 630С, когда сборочный узел 46С пластинчатого клапанного модуля собран в модульный пластинчатый клапанный узел 20D.
На фиг.13 один вариант осуществления ограничителя для створок/корпуса 630С представляет собой защелкивающуюся конструкцию, для того чтобы устранить упор (винт/гайку и др.) в модульном пластинчатом клапане 20D, в котором данные модули собраны. Щели 1310 и выступ 680 позволяют устанавливать сборочные узлы 46D пластинчатых клапанных модулей в седле 42D клапанного узла 20D, показанном на фиг.15, без необходимости использования упора, шпильки (шпилек) или гайки (гаек).
На фиг.15 показан примерный модульный пластинчатый клапанный узел 20D в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Упор, шпилька (шпильки) и гайка (гайки), которые были показаны в других вариантах осуществления, 20 и 20В, устранены посредством использования защелкивающегося сборочного узла 46D пластинчатого клапанного модуля, один вариант осуществления которого показан на фиг.13. Каждая из принимающих полостей 330С, в седле 42D, содержит канавку 1510, выполненную в ней с возможностью приема выступов 680, на внешней поверхности ограничителей 630 для створок, в сборочных узлах 46D пластинчатых клапанных модулей с защелкивающейся конструкцией.
Вообще, говоря о большинстве вариантов осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что во время прохождения текучей среды через модульный пластинчатый клапанный узел 20, текучая среда перемещается по существу по прямолинейной траектории с очень малыми потерями, обусловленными поворотом текучей среды, в отличие от существующих конструкций плоских, пластинчатых, канальных, кольцевых и пластинчатых клапанов компрессоров, в которых текучая среда по существу должна делать два поворота под прямыми углами, проходя мимо уплотнительного элемента, что приводит к большим потерям в клапане. Кроме того, компактная конструкция пластинчатого клапанного модуля 46 и характеристики потока данной конструкции обеспечивают более эффективное перекрытие доступной площади клапана с площадью потока текучей среды при использовании показанных вариантов осуществления данного изобретения, обеспечивающих более эффективный клапан по сравнению с существующими плоскими клапанами, кольцевыми клапанами, тарельчатыми клапанами, канальными клапанами и пластинчатыми клапанами.
Кроме того, следует понимать, что в показанных вариантах осуществления настоящего изобретения, если постороннего тело, такое как ржавчина, проходит через модульный пластинчатый клапанный узел 20, то повреждение ограничивается одним или более проточными каналами 650 в одном пластинчатом клапанном модуле 46 модульного пластинчатого клапанного узла 20. Проточный канал, обеспечиваемый каждым пластинчатым клапанным модулем 46, является независимым от проточного канала другого пластинчатого клапанного модуля 46. Поскольку обычный модульный пластинчатый клапанный узел 20 может состоять из нескольких пластинчатых клапанных модулей 46, модульный пластинчатый клапанный узел 20 может продолжать эффективно работать до тех пор, пока плановая остановка оборудования не обеспечит ремонт поврежденного пластинчатого клапанного модуля (модулей) 46, экономя денежные средства для оператора. Тогда как в существующих конструкциях клапанов такой инцидент приводит к более срочному ремонту. В случае плоских клапанов, которые содержат только один уплотнительный элемент, повреждение требует незамедлительной остановки и ремонта машины, в которой установлен клапан.
В одном варианте осуществления, ограничители для створок выполнены из пластмассы с заданным количеством волокна, 0-25%, чтобы обеспечить оптимальное сочетание прочности в условиях эксплуатации и способности демпфировать ударные нагрузки и поглощать энергию створок. В одном варианте осуществления корпус пластинчатого клапанного модуля выполнен из пластмассы с заданным количеством волокна, 0-60%, чтобы обеспечить оптимальное сочетание прочности корпуса в условиях эксплуатации и способности демпфировать удары одной или множества пластинчатых створок. В другом варианте осуществления, корпус пластинчатого клапана выполнен из металла, сформованного посредством процесса литья под давлением. Створки могут быть выполнены из композиционных материалов, армированных волокном, для повышения надежности. Ограничитель для створок может быть выполнен из металла, сформованного посредством процесса литья под давлением.
Хотя изобретение может допускать различные модификации и альтернативные формы, конкретные варианты осуществления показаны в качестве примера на чертежах и подробно описаны в данном документе. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено описанными конкретными вариантами осуществления. Вернее, изобретение должно охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, находящиеся в пределах объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.