ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
THERMOSTATIC SAFETY VALVE

Данное изобретение касается термостатического предохранительного клапана для регулирования массового потока, в частности клапана регулирования температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, имеющего корпус с входным и выходным отверстием, которые соединены проходным отверстием, причем в проходном отверстии установлено седло клапана, которое может закрываться затвором.
Из патентного документа DE 102006052296 А1 известен термостатический клапан для регулирования массового потока. Этот термостатический клапан в полости в корпусе между входным и выходным отверстием содержит затвор, с которым контактирует энергоаккумулирующий элемент. Этот энергоаккумулирующий элемент действует в первом направлении движения, он позиционирует затвор в исходном положении. На этот затвор воздействует, по меньшей мере, одно тепловое исполнительное звено из сплава с памятью формы, которое может действовать в направлении, противоположном первому направлению движения. Тепловое исполнительное звено в зависимости от температуры вызывает переключающее движение затвора против, по меньшей мере, одного энергоаккумулирующего элемента, поскольку переключающее усилие теплового исполнительного звена больше перестановочного усилия энергоаккумулирующего элемента. Благодаря этому в зависимости от температуры протекающей среды можно осуществить регулирование массового потока. Такой термостатический клапан применяют, например, как клапан регулирования температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, в частности для отопления нагретым полом. Благодаря ограничению температуры теплоносителя в обратном трубопроводе достигают того, что в таких системах отопления нагретым полом в подающем трубопроводе не течет теплоноситель, имеющий повышенную температуру.
Такие термостатические клапаны применяют также при установке отопительных систем. В частности, при снабжении дома теплом от системы централизованного теплоснабжения это тепло при помощи центрального теплообменника нагревает воду в системе отопления. Во-первых, воду системы отопления используют для снабжения радиаторов на каждом этаже дома. Во-вторых, при помощи этой воды в резервуаре, который можно предусмотреть также на каждом этаже, нагревают воду системы горячего водоснабжения. Расход нагретой горячей воды регистрируют и выставляют счет. Однако поскольку резервуар с водой системы горячего водоснабжения из-за чрезмерного нагрева нагревается выше необходимой рабочей температуры, могут возникнуть расходы, которые снабжающая организация взыскать не может. Это должно быть предотвращено. Хотя благодаря применению вышеописанных термостатических клапанов с тепловым исполнительным звеном можно достичь того, что при превышении верхней рабочей температуры термостатический клапан закрывается, так что дальнейший перегрев воды в системе горячего водоснабжения больше не происходит, такой перегрев, который может представлять собой также неисправность, этим термостатическим клапаном сигнализирован быть не может так же, как не может быть обеспечен контроль рабочего режима резервуара с водой при возможном повреждении термостатического клапана.
В связи с этим задачей изобретения является создание термостатического клапана для регулирования массового потока, который выполнен в виде предохранительного клапана и указывает на неисправность, например превышение определенной рабочей температуры.
В соответствии с изобретением эта задача решается благодаря термостатическому предохранительному клапану с признаками пункта 1 формулы изобретения. Остальные предпочтительные варианты и усовершенствования изобретения приведены в дополнительных пунктах.
Благодаря предлагаемой конструкции термостатического клапана, имеющего, по меньшей мере, один исполнительный элемент, выполненный с возможностью самоблокировки в двух определенных крайних положениях, и исполнительное звено, которое при достижении контролируемой температуры или температуры переключения создает переключающее усилие и перемещает затвор из одного крайнего положение в другое крайнее положение, становится возможным, что при превышении контролируемой температуры или температуры переключения запорная часть этого затвора перемещается в закрытое или открытое положение относительно седла клапана. Благодаря конструкции исполнительного элемента с возможностью самоблокировки в двух определенных крайних положениях, закрытое или открытое положение затвора сохраняется даже при изменяющейся вслед за этим температуре массового потока и возникающих вследствие этого изменениях переключающего движения исполнительного звена. Так, например, можно блокировать протекание массового потока или оставить предохранительный клапан открытым до устранения неисправности. Благодаря обусловленной неисправностью блокировке или открыванию термостатического предохранительного клапана и сохранению отключения служба технического обслуживания может определить, где возникла неисправность. При применении такого термостатического предохранительного клапана, например, в обратном трубопроводе, идущем к резервуару для нагревания воды системы горячего водоснабжения, благодаря этому можно предотвратить протекание перегретой среды через резервуар, так что дополнительный подвод тепла в этот резервуар не происходит. Благодаря сохранению выключенного положения можно без труда определить неисправность. Таким образом, в зависимости от условий применения такого термостатического предохранительного клапана крайнее положение исполнительного элемента, вызванное исполнительным звеном, охватывает как закрытое положение затвора относительно седла клапана, так и открытое положение затвора относительно седла клапана.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрен предпочтительно стержневой или штыревой элемент, соединенный с затвором и выступающий из корпуса предохранительного клапана. Длина выступающей концевой части стержневого или штыревого элемента указывает на положение затвора. Дополнительно на выступающей из корпуса концевой части предпочтительно стержневого или штыревого элемента в качестве устройства индикации положения можно предусмотреть маркировку, благодаря которой служба технического обслуживания может сразу же определить, в каком положении находится затвор.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что затвор приводит в действие устройство визуальной индикации положения, показывающее положение затвора относительно проходного отверстия. Благодаря этому неисправность можно определить уже при визуальном контроле термостатического предохранительного клапана. Такое оптическое устройство индикации положения можно создать, например, предусмотрев в корпусе клапана смотровое окно, в котором видна соединенная с затвором маркировка.
Кроме того, на части преимущественно стержневого или штыревого элемента, расположенной вне корпуса, предпочтительно предусмотрена, по меньшей мере, одна поверхность воздействия, при помощи которой затвор можно вручную перемещать из одного крайнего положения в другое. Благодаря этому можно осуществлять ручную или механическую деблокировку, так что, например, при занятии затвором закрытого положения, приведя в действие устройство индикации положения, затвор можно снова привести в открытое положение. Благодаря стабильному в двух крайних положениях исполнительному элементу это открытое положение опять занимается с самоблокировкой. То же самое касается и занятия затвором открытого положения, затвор при этом можно перевести в закрытое положение.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения на сквозном отверстии или в сквозном отверстии в корпусе предохранительного клапана, в частности в основной части или крышке корпуса, предусмотрен уплотнительный элемент. Благодаря этому герметичный вывод предпочтительно стержневого или штыревого элемента обеспечен даже при более высоких гидродинамических давлениях. Этот уплотнительный элемент предусмотрен, например, в виде радиального уплотнения в сквозном отверстии, благодаря которому возможно поступательное движение предпочтительно стержневого или штыревого элемента в аксиальном направлении. Кроме того, в полости корпуса можно предусмотреть уплотнительную мембрану, перекрывающую и закрывающую сквозное отверстие.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что предпочтительно стержневой или штыревой элемент выполнен, по меньшей мере, из нескольких частей. При исполнении из нескольких частей сквозное отверстие в корпусе может закрываться, например, мембраной, причем мембрана установлена между двумя частями предпочтительно стрежневого или штыревого элемента. Благодаря этому можно создать внутреннее уплотнение, закрывающее полость в корпусе, в которой установлен затвор. Эта предпочтительная конструкция также позволяет несложным способом установить на мембране или уплотнительном элементе различные элементы, выведенные из корпуса.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что исполнительный элемент выполнен в виде пружинной защелки. Такие пружинные защелки имеют простую конструкцию. Они подходят, например, для контроля температуры воды в системе горячего водоснабжения, которая лежит, например, в пределах от 10 до 60°. Такие пружинные защелки подходят даже при превышении верхней предельной температуры воды.
Кроме того, такие пружинные защелки обладают следующим преимуществом: чтобы перевести исполнительный элемент из одного крайнего положения в другое, достаточно даже небольших переключающих движений. Благодаря этому можно достичь быстрых или молниеносных переключающих движений затвора. Такие функции защиты могут быть предпочтительными тогда, когда предохранительный элемент должен применяться для защиты от действия мороза, и молниеносное открытие проходного отверстия происходит при снижении температуры контролируемой среды ниже точки замерзания. Например, даже незначительное открытие отверстия при контроле бака для воды может привести к закупорке зазора вследствие замерзания. Это предотвращается благодаря исполнительному элементу в виде пружинной защелки, который стабилен в двух крайних положениях.
Исполнительный элемент, выполненный в виде пружинной защелки, предпочтительно имеет форму кольцевой шайбы. Наружная краевая часть предпочтительно контактирует с корпусом, а внутренняя краевая часть опирается на затвор, в частности на его запорную часть. Благодаря этому обеспечено несложное в конструктивном отношении устройство, чтобы устанавливать затвор в двух стабильных крайних положениях.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения исполнительного элемента предусмотрено, что пружинная защелка выполнена в виде тарельчатой пружины, шайбы с отверстием или шайбы в форме меандра. В зависимости от развиваемых сил и размера или диаметра исполнительных элементов можно применять различные конструктивные формы.
Для помещения исполнительного элемента, в частности пружинной защелки, предпочтительно на корпусе или запорной части затвора предусмотрено углубление, в котором опирается и фиксируется в своем положении относительно корпуса или затвора внутренняя или наружная краевая часть исполнительного элемента. Это делает возможным быстрый монтаж такого исполнительного элемента, а также простое переключение его из одного крайнего положения в другое.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения для помещения исполнительного элемента, в частности пружинной защелки, на корпусе или затворе предусмотрен упор, к которому прилегает наружная или внутренняя краевая часть исполнительного элемента, и наружная или внутренняя краевая часть, предпочтительно при помощи зажимного кольца закрепленная с позиционированием относительно уступа. Благодаря этому можно достичь фиксации положения исполнительного элемента, не затрудняя перемещения из одного крайнего положения в другое из-за жесткого зажима краевой части или краевых частей.
В соответствии с еще одним альтернативным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что исполнительный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одного подпружиненного стопорного выступа, который можно установить в фиксированное положение в соответствующем крайнем положении. При этом варианте, например, можно предусмотреть, что затвор, в частности его запорная часть, принимает, по меньшей мере, один подпружиненный стопорный выступ, сцепляющийся с противоположной частью корпуса, в которой направляется затвор. Эта часть корпуса имеет, по меньшей мере, одно углубление, так что благодаря подпружиненному стопорному выступу затвор можно надежно позиционировать в открытом или закрытом положении. Альтернативно также можно предусмотреть, что, по меньшей мере, один подпружиненный стопорный выступ выполнен на корпусе и имеется по крайней мере одно углубление в затворе для захвата стопорного выступа, так что опять же открытое и закрытое положение затвора можно считать надежно закрепленным.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что исполнительный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одной незамкнутой шайбы или незамкнутого кольца, в частности в виде стопорной шайбы. Благодаря такому альтернативному варианту осуществления исполнительного элемента также можно создать несложную функцию защиты, которая позволяет предотвратить возврат в открытое положение после движения затвора в направлении закрытия и благодаря которой, чтобы перевести затвор из открытого положения в закрытое, необходимо преодоление определенного переключающего усилия.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления исполнительного элемента, выполненного в виде незамкнутой шайбы или кольца, предусмотрено, что исполнительный элемент находится в зацеплении с выемкой в корпусе и с выемкой в стержневом или штыревом элементе и при перемещении из открытого положения в закрытое положение выходит из зацепления, по меньшей мере, с одной выемкой в корпусе или штыревом элементе. Можно предусмотреть, что этот выход из зацепления возможен после преодоления предварительно устанавливаемой силы. Соответственно для этого выбирают незамкнутую шайбу или незамкнутое кольцо, в частности стопорную шайбу.
В соответствии с еще одной предпочтительной разновидностью этого альтернативного варианта исполнительного элемента предусмотрено, что, по меньшей мере, в корпусе или штыревом элементе рядом с выемкой для исполнительного элемента предусмотрена еще одна выемка, с которой исполнительный элемент может войти в зацепление после перемещения затвора из открытого положения в закрытое и предпочтительно сохранить закрытое положение. Благодаря этому можно обеспечить функцию защиты. Одновременно предпочтительно посредством стержневого или штыревого элемента указывается текущее положение затвора в закрытом положении. Зажим исполнительного элемента в виде незамкнутой шайбы или кольца можно осуществить непосредственно между выемкой в основной части корпуса и выемкой стержневого или штыревого элемента. Альтернативно можно предусмотреть промежуточную деталь, чтобы перекрыть промежуток между штыревым элементом и выемкой в основной части.
Предпочтительно термостатический предохранительный клапан в качестве теплового исполнительного звена имеет пружинный элемент, выполненный из сплава с памятью формы. Сплавы с памятью формы обладают тем преимуществом, что не является необходимым изменение агрегатного состояния, которое имеет место, например, в случае клапанов регулирования температуры теплоносителя в обратном трубопроводе, управляемых жидкостью или при помощи расширительного воскового элемента. Такие сплавы представляют собой материалы, которые после подвода тепла снова возвращаются к своей первоначальной форме и размеру. Такие сплавы с памятью формы, начиная с определенного значения температуры, могут создавать соответствующее переключающее усилие, в частности закрывающее усилие, так что благодаря тепловому исполнительному звену в зависимости от заранее определенной температуры может активироваться определенное переключающее движение.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления термостатического клапана предусмотрено, что с этим предохранительным клапаном сопряжен регулирующий клапан или что предохранительный клапан и регулирующий клапан предпочтительно интегрированы в один корпус, который делает возможным регулирование массового потока в пределах определенного температурного диапазона. Например, затвор в пределах регулируемого температурного диапазона может управляться тепловым исполнительным звеном, чтобы задавать объемный расход в соответствии с температурой массового потока, протекающего по предохранительному клапану. Одновременно благодаря этому возможен интегрированный предохранительный клапан, так что получается конструктивный узел, который делает возможным как регулирование объемного расхода, так и занятие застопоренного самоблокирующегося закрытого или открытого положения затвора, в частности его запорной части.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения предусмотрено, что тепловое исполнительное звено, контактирующее с седлом клапана, производит переключающее движение только выше верхней границы эксплуатационного диапазона температур и что тепловое исполнительное звено, предусмотренное на затворе, производит переключающее движение в пределах верхнего или нижнего предела рабочей температуры. Благодаря этому можно создать конструктивный узел, который относится к так называемому комбинированному клапану, содержащему как регулирующий, так и предохранительный клапан. Если, например, тепловое исполнительное звено, управляющее затвором, начинает работать ненадежно или ломается, затвор благодаря дополнительному энергоаккумулирующему элементу регулирующего клапана удерживается в открытом положении. Как только температура протекающего массового потока превысит определенное предельное значение, подвижное седло клапана, с которым контактирует тепловое исполнительное звено, перемещается из первого крайнего положения во второе крайнее положение, при котором затвор и седло клапана расположены относительно друг друга в закрытом положении. В этом положении на устройстве индикации положения может появиться маркировка, показывающая, что в тепловом исполнительном звене для управления массовым потоком между верхним и нижним пределом рабочей температуры имеется поломка. Благодаря вышеописанному устройству также может быть показана поломка энергоаккумулирующего элемента. В этом случае тепловое исполнительное звено на затворе вызывает переключающее движение затвора в закрытое положение к седлу клапана или закрывает седло и сигнализирует об этой неисправности посредством еще одной маркировки на устройстве индикации положения.
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, можно использовать по отдельности или в любой комбинации. На чертежах изображено следующее.
Фиг.1. Схематичный вид в разрезе первого варианта осуществления предлагаемого термостатического предохранительного клапана.
Фиг.2. Схематичный вид в разрезе варианта, альтернативного варианту согласно фиг.1.
Фиг.3. Схематичный увеличенный частичный вид запорной части затвора предохранительного клапана согласно фиг.2.
Фиг.4. Схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.1.
Фиг.5. Схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.1.
Фиг.6. Схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.1.
Фиг.7. Схематичный вид в разрезе комбинации из термостатического регулирующего клапана и предлагаемого термостатического предохранительного клапана.
Фиг.8. Схематичный вид в разрезе варианта, альтернативного варианту согласно фиг.6.
Фиг.9. Схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.6.
Фиг.10. Схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту согласно фиг.8.
Фиг.11. Схематичный чертеж примера монтажа предлагаемого термостатического предохранительного клапана.
Фиг.12-14. Схематичные чертежи вариантов, альтернативных регулятору, изображенному на фиг.7.
На фиг.1 представлен схематичный вид в разрезе термостатического предохранительного клапана 11. Предохранительный клапан 11 содержит корпус 12 с основной частью 13 корпуса, в которой предусмотрено входное отверстие 14 и выходное отверстие 16. Проходное отверстие 17 соединяет входное отверстие 14 и выходное отверстие 16, оно содержит седло 18 клапана, которое может закрываться запорной частью затвора 19.
Затвор 19 имеет стержневой элемент 22, например, содержащий устройство 21 индикации положения; начиная от затвора 19, он проходит наружу через сквозное отверстие 23 в крышке 24 корпуса. Альтернативно сквозное отверстие 33 можно предусмотреть также в основной части 13 корпуса. На наружной части стержневого элемента 22, выступающей из корпуса 12, предусмотрена поверхность воздействия 26, чтобы сделать возможным приведение в действие затвора 19 вручную.
Между затвором 19 и крышкой 24 корпуса предусмотрено тепловое исполнительное звено 28. Тепловое исполнительное звено 28 выполнено, например, в виде пружинного элемента и состоит из сплава с памятью формы. Такие сплавы с памятью формы, которые также носят название "сплав SMA" (shape memory alloy), например, состоят из сплава TiNi, сплава на основе меди, сплава на основе железа или из пластика с памятью формы. Такие сплавы делают переключающее движение возможным, начиная с определенного значения температуры. Так как эти сплавы в отличие от расширительных восковых элементов своего агрегатного состояния не меняют, обеспечивается быстрое время реакции. Кроме того, можно осуществить большие усилия закрывания.
Затвор 19 и корпус 12, в частности основная часть 13 корпуса, посредством исполнительного элемента 31 функционально связаны друг с другом. Исполнительный элемент 31 выполнен, например, в виде пружинной защелки, которая имеет два определенных крайних положения 32, 37, в которых исполнительный элемент 31 стабилен. Исполнительный элемент 31 может быть расположен с самоблокировкой в соответствующих крайних положениях 32, 37. Преимущественно можно применить тарельчатые пружины, которые могут занимать два стабильных или определенных крайних положения 32, 37. Альтернативно исполнительный элемент 31 можно выполнить в виде упругой шайбы с отверстием или шайбы в виде меандра, делающей возможным переключение, так что она занимает самоблокирующееся первое и второе крайнее положение 32, 37. В случае конструкции, изображенной на фиг.1, исполнительный элемент 31 предусмотрен в первом крайнем положении 32, при котором затвор 19 установлен в открытом 34 положении относительно седла 18 клапана. Пунктирными линиями обозначен затвор 19 в закрытом положении 36, при котором исполнительный элемент 31 предусмотрен во втором крайнем положении 37.
На затворе 19, например, предусмотрено кольцевое углубление 41, в зацеплении с ним находится внутренняя краевая часть 42 исполнительного элемента 31. Для создания на затворе 19 несложной опоры для внутренней краевой части 42 исполнительного элемента 31 в затворе, выполнено, например, полукруглое углубление 41. То же самое касается основной части 13 корпуса для приема наружной краевой части 43. Согласно данному варианту наружная краевая часть 43 исполнительного элемента 31 опирается на уступ 44, выполненный в полости 38 основной части 13 корпуса.
Соответственно представленному варианту затвор 19, например, состоит из одной части и содержит основную часть 45, в которой предусмотрено углубление 41 и запорная часть 20 затвора. Кроме того, можно предусмотреть стержневой или штыревой элемент 22, который выступает, по меньшей мере, до крышки 24 корпуса или в следующую часть корпуса, так что затвор 19 установлен направленно в полости 38. Альтернативно затвор 19 может состоять из нескольких частей, для несложного монтажа его можно выполнить из нескольких вставных деталей.
Кроме того, благодаря установке в основной части 13 корпуса крышки 24 для образования корпуса 12, предпочтительно при помощи резьбового соединения, можно регулировать усилие предварительной затяжки теплового исполнительного звена 28. Благодаря этому усилию предварительной затяжки также можно регулировать момент переключения, то есть момент переключения исполнительного элемента 31 из первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37.
Вышеописанный предохранительный клапан 11 может работать, например, следующим образом. Массовый поток протекает по предохранительному клапану 11 и через входное отверстие 14 доходит до выходного отверстия 16. Как только температура массового потока начинает превышать определенную температуру в пределах между нижним и верхним предельными значениями рабочей температуры, тепловое исполнительное звено 28 создает закрывающее усилие, которое больше удерживающего усилия исполнительного элемента 31 в первом крайнем положении 32. Вследствие этого затвор 19 из своего открытого положения 34 переводится в закрытое положение 36, а исполнительный элемент 31 занимает второе крайнее положение 37.
Из-за закрытого положения 36 протекание массового потока теперь уже невозможно, и среда, находящаяся в полости 38, охлаждается. С охлаждением массового потока переключающее усилие и закрывающее усилие исполнительного звена 28 уменьшается. Благодаря реализации исполнительного элемента 31 в виде элемента, самоблокирующегося в обоих крайних положениях 32, 37, можно сохранить застопоренное закрытое положение 36 с самоблокировкой. Исполнительное звено 28 только прилегает к опорной поверхности 39 на затворе 19, поэтому при снижении закрывающего усилия исполнительного звена 28 принудительный возврат затвора 19 в открытое положение 32 не происходит.
Благодаря положению стержневого элемента 22, выступающего из корпуса 12, это закрытое положение 36 затвора 19 показывается устройством 21 индикации положения. Предпочтительно на стержневом элементе 22 можно предусмотреть шкалу или одну или несколько маркировок, которые позволяют распознать соответствующее положение затвора 19. Благодаря поверхности 26 воздействия после определения неисправности можно осуществить механическую разблокировку, так что термостатический предохранительный клапан 11 снова переводят в рабочее состояние, после чего он опять готов к применению.
Следовательно, благодаря конструкции предохранительного клапана 11, показанной на фиг.1, при повышении температуры выше определенного предельного значения затвор 19 может переходить в закрытое положение 36. Этот термостатический предохранительный клапан 11 также можно сконструировать так, что при превышении определенной рабочей температуры переключающее движение исполнительного элемента 31 приводит к открыванию проходного отверстия 17, и затвор 19 может быть перемещен из своего закрытого положения в открытое положение. Такие термостатические предохранительные клапаны 11 можно использовать в обоих случаях применения, и применением, которое изображено на фиг.1, они не ограничиваются.
На фиг.2 представлен вариант исполнения, альтернативный варианту, изображенному на фиг.1. Этот вариант отличается в отношении опоры на затворе 19 для внутренней краевой части 42 исполнительного элемента 31. В этом варианте на затворе 19, например, предусмотрен выступ 47, к которому в первом крайнем положении 32 прилегает внутренняя краевая часть 42 исполнительного элемента 31. Поскольку затвор 19 переведен в закрытое положение 36, внутренняя краевая часть 42 исполнительного элемента 31 захватывает сзади выступ 47 и фиксирует затвор 19 во втором крайнем положении 37, то есть в закрытом положении 36 в седле 18 клапана, как, например, показано на фиг.3. Альтернативно можно предусмотреть, что в выступе 47 имеется кольцевое углубление 41, в которое при переводе затвора 19 из первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37 входит исполнительный элемент 31 и сохраняет закрытое положение 36.
Вышеописанные исполнения согласно фиг.1 и 2 действительны также в отношении подробно не показанных вариантов осуществления, при которых, например, затвор 19 установлен на основной части 13 корпуса неподвижно, а седло 18 клапана перемещается тепловым исполнительным звеном 28 из первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37.
На фиг.4 представлен вариант осуществления исполнительного элемента 31, альтернативный вариантам, изображенным на фиг.1 и 2. Этот исполнительный элемент 31 состоит, по меньшей мере, из одного подпружиненного стопорного выступа 51 или подпружиненного сферического элемента, например, установленного в затворе 19. Основная часть 45 затвора 19 предпочтительно имеет сквозное отверстие, сужающееся на концах, так что вставленные в них стопорные выступы 51 или подпружиненные шарики удерживаются в сквозном отверстии. Между выступами или шариками, например, установлен пружинный элемент. Альтернативно можно предусмотреть, что вставки вставляют в основную часть 45. Такие вставки содержат подпружиненный шарик, поэтому посредством регулировки положения вставки в затворе 19 также можно отрегулировать блокирующее усилие. Количество стопорных выступов 51 может быть задано в зависимости от усилий, необходимых для занятия стабильного крайнего положения 32, 37 исполнительного элемента 31. Вместо стопорных выступов 51 можно предусмотреть подпружиненные лапки или так называемые втулочные упругие элементы, благодаря которым возможно занятие стабильного крайнего положения 32, 37.
В изображенном на фиг.4 первом крайнем положении 32 подпружиненный стопорный выступ 51 прилегает к периферийной поверхности 52 полости 38, которая ограничена уступом 53. Затвор 19 из-за прилегающего к нему уступа 53 и небольшого переключающего усилия теплового исполнительного звена 28 предпочтительно удерживается в определенном первом открытом положении 34. Поскольку вследствие повышения температуры массового потока выше определенного заданного значения тепловое исполнительное звено 28 развивает закрывающие усилия, по меньшей мере, один стопорный выступ 51 входит, по крайней мере, частично в затвор 19. Благодаря этому происходит переключающее движение затвора 19 в закрытое положение 36. После этого движения затвора 19 под действием исполнительного звена 28, по меньшей мере, один стопорный выступ 51 заскакивает в углубление 54, которое опять же предусмотрено в стенке 56 корпуса 12. Исполнительный элемент 31 занимает определенное второе или стабильное положение 37 и позиционирует затвор 19 в закрытом положении 36.
Разумеется, можно предусмотреть расположение стопорного выступа 51 и углубления 54, противоположное изображенному на фиг.4, то есть в этом случае уступ 53 или углубление 56 образовано на затворе 19, а, по меньшей мере, один подпружиненный выступ 51 помещен в опору в корпусе 12.
На фиг.5 представлен схематичный вид в разрезе еще одного варианта, альтернативного варианту, изображенному на фиг.1-4. При этом варианте исполнительный элемент 31 выполнен в виде незамкнутой шайбы или незамкнутого кольца, которое с одной стороны входит в опору 101 в корпусе 12, а с другой стороны - в опору 102 на стержневом или штыревом элементе 22. Опору 101 можно образовать, например, благодаря уступу, который получается при соединении крышки 24 с основной частью 13 корпуса, так что наружная краевая часть исполнительного элементе 31 зажата в этом месте или помещена в опорное положение без перетяжки. Опора 101 на стержневом элементе 22 предпочтительно выполнена в виде кольцевого углубления. Кроме того, можно предусмотреть, что незамкнутая шайба или незамкнутое кольцо установлено через переходник, который либо установлен или сформован на стержневом или штыревом элементе 22, либо находится в зацеплении или сформован на основной части 13 или крышке 24 корпуса. Рядом с опорой 102 на стержневом элементе 22, например, предусмотрена еще одна опора 103. Когда затвор 19 перемещен из открытого положения 34 в закрытое положение 36, исполнительный элемент 31 может заскочить в опору 103, причем с противоположной стороны исполнительный элемент 31 остается в опоре 101. Благодаря этому закрытое положение 36 застопорено. Альтернативно можно предусмотреть, что опора 103 расположена на основной части 13 или крышке 24 корпуса. В остальном конструкция соответствует фиг.1-4.
На фиг.6 схематично представлен разрез исполнения, альтернативного варианту, который изображен на фиг.1. Ниже описываются изменения. Неизмененные элементы полностью соответствуют фиг.1.
При этом варианте предпочтительно стержневой или штыревой элемент 22 выполнен из двух частей. Первая часть элемента 22 с одной стороны прилегает к затвору 19, с другой стороны своим противоположным концом она соприкасается с уплотнительным элементом 98, в частности с мембраной. Уплотнительный элемент 98 предпочтительно расположен в кольцевом уступе 99. Благодаря такому мембранному уплотнительному элементу 98 сквозное отверстие 23 можно герметично закрыть. С противоположной стороны уплотнительного элемента 98 предусмотрена вторая часть стержневого или штыревого элемента 22, которая пронизывает сквозное отверстие 23 и также контактирует с уплотнительным элементом 98. Благодаря этому и устройству индикации 21 положения можно определить положение затвора 19 в предохранительном клапане 11. Одновременно благодаря этому упор 26 для перевода затвора 19 из закрытого положения 36 в открытое положение 34 можно приводить в действие, не воздействуя на уплотнительный элемент 98. Альтернативно в сквозном отверстии 23 или в наружной концевой части сквозного отверстия 23 можно предусмотреть уплотнение, благодаря которому осуществляют герметичное уплотнение относительно предпочтительно стержневого или штыревого элемента 22 и делают возможным поступательное движение в аксиальном направлении. Разумеется, вышеописанные предохранительные клапаны 11 можно выполнить также в виде клапанов защиты от перегрева с аналогичным принципом действия. При этом предусмотрено, что сначала клапан закрыт, а при перегреве он открывается.
На фиг.7 представлен схематичный вид в разрезе термостатического клапана 71, в который интегрирован, предпочтительно в одном корпусе 12, регулирующий клапан 72 и термостатический предохранительный клапан 11. Корпус 12 предпочтительно содержит основную часть 13 корпуса. Альтернативно корпус 12 может быть образован основной частью 13 вместе с дополнительными частями корпуса. Регулирующий клапан 72 содержит часть 74 корпуса, предпочтительно ввинчиваемую в основную часть 13 корпуса. Часть 74 корпуса закрыта крышкой 76 с резьбовым или другим разъемным креплением. Передаточный стержень 77 проведен через часть 74 корпуса и крышку 76 и выступает с одной стороны. Между частью 74 корпуса и крышкой 76 предусмотрен энергоаккумулирующий элемент 78, который на одном конце опирается на часть 74 корпуса, а на другом конце - на опорную шайбу 79, неподвижно установленную на передаточном стержне 77. Наружный конец передаточного стержня 77, выходящий за крышку 76, является частью устройства 21 визуальной индикации положения. По положению передаточного стержня 77 можно узнать положение затвора 19 в полости 38.
Между затвором 19 и дном 75 части 74 корпуса предусмотрено тепловое исполнительное звено 82, например, выполненное в виде пружинного элемента из сплава с памятью формы. Регулирующий клапан 72 предпочтительно может вставляться в виде комплектного узла в основную часть 13 корпуса.
Кроме того, в корпус 12 интегрирован предохранительный клапан 11, причем седло 18 клапана выполнено в виде подвижного седла, исполнительным элементом 31 оно может быть перемещено из первого крайнего положения 32, показанного на чертеже, во второе крайнее положение 37. Для перемещения седла 18 клапана из первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37 в полой части 84 предусмотрено тепловое исполнительное звено 28, контактирующее с седлом 18 клапана. В этом варианте предохранительного клапана 11 исполнительный элемент 31 выполнен, например, в виде стопорного выступа 51, который может заскакивать в углубление 54 в стенке 56 полости и, таким образом, с самостопорением располагаться в первом крайнем положении 32 или втором крайнем положении 37.
В альтернативном варианте по отношению к исполнению, изображенному на фиг.7, вместо стопорного выступа, который расположен на подвижном седле 18 клапана и может заскакивать в противоположное углубление в основной части 13 корпуса, между седлом 18 клапана и частью корпуса, окружающей седло 18, предусмотрена посадка с натягом. Посадка с натягом между седлом 18 клапана и противоположной частью отверстия в основной части 13 корпуса рассчитана так, что при воздействии переключающего усилия теплового исполнительного звена 28 происходит ослабление посадки с натягом, поскольку превышено определенное переключающее усилие исполнительного звена 28. Определенное переключающее усилие теплового исполнительного звена 28, в частности, можно задать, определив параметры сплава с памятью формы, так что, начиная с определенной температуры, достигается определенное переключающее усилие, чтобы добиться прилегания подвижного седла 18 к затвору 19 и закрывания проходного отверстия 17.
На фиг.8 представлен еще один вариант исполнения, альтернативный варианту, изображенному на фиг.7. В этом варианте с затвором 19 сопряжен еще один затвор 86. Второй затвор 86 благодаря стержневому элементу 87 установлен относительно затвора 19 с определенным интервалом. В частности, стержневой элемент 87 посредством резьбового соединения можно разъемно соединить с затвором 19 или передаточным стержнем 77. Напротив седла 18 расположено сопряженное с ним седло 89 клапана, так что этот клапан имеет такую конструкцию, что он может действовать в обе стороны. Следовательно, проходное отверстие 17 может быть закрыто как запорной частью 20 затвора 19, так и запорной частью 20 затвора 86. Седло 18 клапана можно расположить как в соответствии с вариантом, изображенным на фиг.8, так и при помощи посадки с натягом, как описано выше в отношении альтернативного варианта. Кроме того, альтернативно можно предусмотреть, что подвижное седло 18 является частью основной части 13 корпуса. Для монтажа предпочтительно предусмотрено, что выходное отверстие 16 по диаметру больше второго затвора 86.
Принцип действия этого варианта аналогичен принципу действия варианта согласно фиг.7. Однако если тепловое исполнительное звено 82 выйдет из строя, этот второй затвор 86 обеспечивает функцию защиты. В этом случае энергоаккумулирующий элемент 78 отводит стержень 77 влево. Благодаря этому предпочтительно сначала второй затвор 86 доходит до соприкосновения с седлом 18 клапана и закрывает проходное отверстие 17. Альтернативно это движение в направлении закрытия может быть ограничено прилеганием опорной шайбы 79 к крышке 76. По сравнению с крышкой 76, изображенной на фиг.7, 9 и 10, эта крышка 76 предпочтительно модифицирована, в частности для деблокировки дополнительного хода передаточного стержня 77, чтобы сделать возможной функцию закрытия второго затвора 86. Итак, обеспечена функция защиты, заключающаяся в том, что в случае неисправности теплового исполнительного звена 82 термостатический клапан 71 закрывается. Одновременно эта неисправность может быть отображена устройством 21 индикации положения.
Альтернативно, как показано на фиг.9, можно предусмотреть, что седло 18 клапана установлено на основной части 13 корпуса между полостью 38 и сквозным отверстием 16. Тепловое исполнительное звено 28 расположено параллельно тепловому исполнительному звену 82, так что затвор 19 с исполнительным элементом 31 согласно одному из вышеописанных вариантов 1-4 может быть перемещен из первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37 и удерживаться в этом втором крайнем положении 37. Чтобы затвор 19 мог управляться в зависимости от температуры протекающего массового потока и совершать движение в направлении открытия и закрытия независимо от исполнительного элемента 31, предусмотрено, что исполнительный элемент 31 находится в зацеплении с кольцевым элементом 88, который установлен с возможностью перемещения относительно стержня 77. На своей наружной стороне кольцевой элемент 88 имеет профиль или углубление 41, например, как изображено в случае затвора 19 на фиг.1. Благодаря сквозному отверстию в кольцевом элементе 88 тепловое исполнительное звено 82 может контактировать непосредственно с запорной частью 20 затвора и, таким образом, пронизывать кольцевой элемент 88. Сам кольцевой элемент 88 одним торцом контактирует с запорной частью 20 затвора 19. Напротив выполнена кольцевая поверхность, к которой прилегает тепловое исполнительное звено 28, которое установлено параллельно тепловому исполнительному звену 82 и предпочтительно окружает его. Когда исполнительное звено 31 перемещено из первого крайнего положения во второе крайнее положение, запорная часть 20 затвора удерживается в седле 18 клапана. Кроме того, при этом тепловые исполнительные звенья 28, 82 развивать дополнительное переключающее усилие теперь уже не должны.
Такой термостатический клапан 71 с интегрированным термостатическим предохранительным клапаном 11 согласно фиг.7 и 8 действует следующим образом. Поскольку через корпус 12 протекает массовый поток, имеющий некоторую температуру, и эта температура меньше предельного значения рабочей температуры, затвор 19 относительно седла 18 клапана остается в показанном на чертеже открытом положении. Усилие энергоаккумулирующего элемента 38 превышает закрывающее усилие теплового исполнительного звена 82. Устройством индикации положения 21, например, отображается положение 0. Как только температура массового потока в циркуляционном контуре превысит нижнее предельное значение, в тепловом исполнительном звене 82 создается закрывающее усилие, которое больше возвращающей силы энергоаккумулирующего элемента 78. Затвор 19 совершает движение в направлении закрытия. При достижении верхнего предельного значения рабочей температуры массового потока седло 18 клапана закрывается затвором 19, а устройство индикации, например, стоит на 1. Из-за этого массовый поток прерывается, и температура массового потока в корпусе 12 снижается. Вследствие уменьшающегося закрывающего усилия теплового исполнительного звена 82 регулирующий клапан 72 начинает снова открываться. Из-за более высокой, чем у теплового исполнительного звена 82, критической температуры тепловое звено 28 остается в изображенном рабочем положении, то есть до верхнего предельного значения рабочей температуры, зависящее от температуры переключающее движение затвора 19 происходит только благодаря тепловому исполнительному звену 82.
Если возникает неисправность, при которой, например, неправильно работает или сломано тепловое исполнительное звено 82, при повышающейся температуре массового потока движение затвора 19 в направлении закрытия уже не происходит. Как только превышается верхнее граничное значение рабочей температуры, тепловое исполнительное звено 28 создает переключающее усилие, так что исполнительный элемент 31 вследствие поступательного движения седла 18 клапана перемещается из своего первого крайнего положения 32 во второе крайнее положение 37. При этом проходное отверстие 17 из-за затвора 19, прилегающего к седлу 18 клапана, закрыто. Благодаря неподвижной установке опорных шайб 79 на передаточном стержне 77 при поступательном движении затвора 19 можно предусмотреть ограничение этого движения, поскольку опорная шайба 79 прилегает к крышке 76. Благодаря этому достигают надежного закрытия в этом крайнем положении. Устройство 31 индикации положения выдвигается, так что, например, видна цифра 2 или маркировка 2. Итак, снаружи можно увидеть, что тепловое исполнительное звено 82 уже неработоспособно. При последующем падении температуры массового потока предохранительный клапан 11 благодаря исполнительному элементу 31 остается закрытым. После устранения неисправности термостатический клапан 71 можно деблокировать механическим способом. Для этого вручную или механическим способом посредством поверхности 26 воздействия или передаточного стержня 77 затвор 19 с седлом 18 клапана перемещают в первое крайнее положение 32. Клапан 71 готов к работе.
Если неправильно работает или ломается энергоаккумулирующий элемент 78, то преобладает переключающее усилие теплового исполнительного звена 82, оно позиционирует затвор 19 в седле 18 клапана. Благодаря этому на устройстве 21 индикации положения можно видеть, например, маркировку 1. Так как одновременно корпус 12 из-за теперь уже невозможного протекания массового потока охлаждается, на основании маркировки 1 можно судить о повреждении энергоаккумулирующего элемента 78.
В случае исполнения, описанного в сочетании с фиг.9, в котором исполнительное звено 28 установлено параллельно исполнительному звену 82 и с одной стороны опирается на опорную поверхность 39 затвора 19, а с другой стороны - на дно 75 части 74 корпуса, неисправность можно определить благодаря тому, что на устройстве 31 индикации положения, например, видна цифра 1, а корпус 12 имеет температуру, отличающуюся от собственно рабочей температуры или контролируемой температуры и, соответственно, температуры переключения.
На фиг.10 представлен схематичный вид в разрезе еще одного альтернативного варианта исполнения термостатического клапана 71, который содержит регулирующий клапан 72 и термостатический предохранительный клапан 11, предпочтительно интегрированные в одном корпусе. Термостатический предохранительный клапан 11 установлен в корпусе ниже по потоку, чем термостатический клапан 71. В отношении регулирующего клапана 72 этот вариант основан на компонентах, которые описаны в связи с фиг.7. Регулирующий клапан 72 содержит часть 74 корпуса, которую предпочтительно можно ввинчивать в основную часть 13 корпуса. Часть 74 корпуса закрыта крышкой 76 с резьбовым или каким-либо другим разъемным креплением. Передаточный стержень 77 проведен через часть 74 корпуса и крышку 76 и выступает с одной стороны. Между частью 74 корпуса и крышкой 76 предусмотрен энергоаккумулирующий элемент 78, который на одном конце упирается в часть 74 корпуса, а на другом конце - на опорную шайбу 79, неподвижно установленную на передаточном стержне 77. Наружный конец передаточного стержня 77, выступающий за крышку 76, является частью устройства 21 визуальной индикации положения. По положению передаточного стержня 77 вне крышки 76 можно определить положение затвора 19 в полости 38. Между затвором 19 и дном 75 части 74 корпуса предусмотрено тепловое исполнительное звено 82, например, выполненное в виде пружинного элемента из сплава с памятью формы. Каждый регулирующий клапан 72 предпочтительно может вставляться в виде комплектного узла в основную часть 13 корпуса. Основная часть 13 корпуса может быть выполнена цельной и образовывать корпус 12. Альтернативно основная часть 13 корпуса может образовывать корпус 12 вместе с дополнительными частями корпуса.
В полости 38 неподвижно установлено седло 18 клапана, окружающее сквозное отверстие 17, через которое протекает массовый поток, поступающий к выходному отверстию 16. Седло 18 клапана также можно выполнить в виде отдельной детали, впрессованной в полость 38. Альтернативно седло 18 клапана можно сформовать за одно целое с основной частью корпуса.
Относительно затвора 19 ниже по потоку предусмотрен тепловой предохранительный клапан 11, который установлен в основной части 3 корпуса отдельно от термостатического клапана 71 и сопряжен с выходным отверстием 16. Альтернативно этот термостатический предохранительный клапан 11 может контактировать с дополнительным седлом клапана, которое, например, сопряжено со сквозным отверстием 17 и расположено непосредственно напротив седла 18 клапана.
Предусмотренный в основной части 13 корпуса термостатический предохранительный клапан 11 содержит, например, вариант осуществления, соответствующий вышеописанному варианту по Фиг.5. Впускное отверстие 14, предусмотренное в основной части 13 корпуса в соответствии с фиг.5, в варианте согласно фиг.10 соответствует проходному отверстию 17. В остальном предусмотрены те же самые функции и альтернативные исполнения, что и в случае варианта согласно фиг.5. Альтернативно вместо исполнения согласно фиг.5 могут быть использованы варианты согласно фиг.1-4 и 6 и альтернативные им варианты, которые описаны выше, для использования других конструктивных форм исполнения термостатических предохранительных клапанов 11.
Благодаря варианту согласно фиг.10 или альтернативным вариантам, которые описаны выше, можно изготовить так называемые комбинированные регулирующие клапаны, которые с одной стороны содержат термостатический клапан 71 в роли регулирующего клапана, а с другой стороны - термостатический предохранительный клапан 11. Благодаря этому можно обеспечить, что в случае поломки исполнительного элемента 82, предназначенного для регулирования массового потока в зависимости от температуры, все же существует возможность закрытия термостатического клапана 71 при помощи термостатического предохранительного клапана 11. Вариант согласно фиг.10 является альтернативным по сравнению с исполнениями в соответствии с фиг.7-9.
На фиг.11 схематично показан случай применения, при котором, например, предусмотрен резервуар 91 с устройством подготовки горячей воды. Горячая вода, нагретая теплом от системы централизованного теплоснабжения, по подающему трубопроводу поступает в резервуар 91 и нагревает воду для системы горячего водоснабжения. Сетевая вода, поданная в резервуар 91, по обратному трубопроводу 92 снова подается в теплообменник, который соединен с подводимым в здание теплом от системы централизованного теплоснабжения. По трубопроводу 93 холодной воды в резервуар 91 подают холодную воду. При помощи трубопровода 94 горячей воды из резервуара 91 можно отбирать горячую воду. Посредством смесителя 96 в соответствии с потребностью можно обеспечить соответствующую температуру воды. Чтобы избежать слишком сильного нагрева или перегрева резервуара 91, в обратном трубопроводе 92 предусмотрен регулятор 97 температуры теплоносителя в обратном трубопроводе.
Чтобы сделать возможным перекрытие обратного трубопровода 92, обусловленное неисправностью, после регулятора 97 согласно первому варианту осуществления изобретения включают термостатический предохранительный клапан 11, например, как показано на фиг.12. Если регулятор 97 поврежден или работает неправильно, благодаря термостатическому предохранительному клапану 11 можно выявить слишком высокую рабочую температуру в обратном трубопроводе и перекрыть массовый поток, протекающий через резервуар 91. Благодаря этому можно предотвратить перегрев контролируемого резервуара 91.
Согласно альтернативному варианту контроля условий эксплуатации резервуара 91 согласно фиг.13 можно предусмотреть, что вместо регулятора 97 обычного типа, например жидкостного регулятора, применяется термостатический клапан, по конструкции соответствующий регулирующему клапану 72 согласно фиг.7. После этого регулирующего клапана 72 опять же можно предусмотреть подключение термостатического предохранительного клапана 11. Два клапана 72 и 11 соединены между собой трубопроводом 98.
Кроме того, альтернативно контролю условий эксплуатации в обратном трубопроводе 92 можно предусмотреть термостатический клапан 71, который по функции и исполнению соответствует клапану, изображенному на фиг.7, и представлен на схеме фиг.14.
Вышеописанные варианты осуществления как термостатического предохранительного клапана 11, так и комбинированного термостатического клапана 71, содержащего регулирующий клапан 72 и интегрированный термостатический предохранительный клапан 11, можно перенести на все трубопроводы для жидкостей, газов и пара, в которых необходимо регулировать, контролировать и/или прерывать зависящие от температуры массовые потоки.