ТАРЕЛЬЧАТЫЙ КЛАПАН ПЕРЕМЕННОГО РАСХОДА
VARIABLE FLOW POPPET VALVE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Эта заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/523,845 поданной 23 июня 2017 г., под названием «VARIABLE FLOW POPPET VALVE», описание которой полностью включено в данный документ.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится в целом к трубопроводной арматуре. Более конкретно, настоящее изобретение относится к тарельчатому клапану переменного расхода для системы разлива текучей среды.
Системы разлива текучей среды, такие как те, которые используются для разлива масла и других смазочных материалов в автомастерских, используют дозирующие сопла для регулирования разлива текучих сред под давлением. Дозирующие сопла содержат внутренний клапан, который переводится пользователем для регулирования расхода. Пользователь механически переводит внутренний клапан между закрытым положением и открытым положением, нажимая на рычажок. Текучая среда, расположенная выше по потоку относительно клапана, находится под давлением, и это давление текучей среды направляет текучую среду вниз по потоку через клапан, когда клапан находится в открытом положении. Давление жидкости, расположенной выше по потоку, оказывает сопротивление перемещению клапана из закрытого положения в открытое положение таким образом, что пользователю необходимо приложить большое усилие, чтобы преодолеть давление жидкости, расположенной выше по потоку, и перевести клапан в открытое положение. Кроме того, клапан обычно обеспечивает два уровня расхода таким образом, что текучая среда либо течет, когда клапан открыт, либо не течет, когда клапан закрыт. Если клапан является двухступенчатым клапаном, клапан обеспечивает два различных расхода: низкий расход, если открыта первая ступень, и высокий расход, если открыта вторая ступень.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно аспекту настоящего изобретения клапан переменного расхода содержит внешний золотник клапана, втулку, внутренний золотник клапана, и крышку. Внешний золотник клапана содержит корпус золотника клапана, имеющий часть, расположенную выше по потоку, и сужающуюся часть внешнего золотника, проходящую от части, расположенной выше по потоку, и канал золотника, проходящий через корпус золотника клапана. Канал золотника содержит первый сегмент, проходящий в часть корпуса золотника клапана, расположенную выше по потоку, и содержащий седло первой ступени, и второй сегмент, проходящий от первого сегмента. Втулка расположена во втором сегменте и содержит расположенный выше по потоку конец, имеющий отверстие для штока, расположенный ниже по потоку конец и заплечик, проходящий радиально внутрь и расположенный между расположенным выше по потоку концом и расположенным ниже по потоку концом. Внутренний золотник клапана расположен внутри канала золотника и проходит во втулку через отверстие для штока. Внутренний золотник клапана содержит головку, имеющую сужающуюся часть внутреннего золотника, выполненную с возможностью сопряжения с седлом первой ступени, и шток, проходящий от головки через отверстие для штока. Крышка прикреплена к штоку и расположена внутри втулки. Крышка выполнена с возможностью перевода внутреннего золотника клапана между закрытым положением первой ступени и открытым положением первой ступени, и выполнена с возможностью контакта с заплечиком втулки для перевода внешнего золотника клапана между закрытым положением второй ступени и открытым положением второй ступени.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения сопло для разлива текучей среды содержит корпус сопла, определяющий расположенную выше по потоку камеру для текучей среды и расположенную ниже по потоку камеру для текучей среды, внешнее седло клапана, проходящее радиально внутрь от корпуса сопла между расположенной выше по потоку камерой для текучей среды и расположенной ниже по потоку камерой для текучей среды, и клапан переменного расхода, расположенный внутри корпуса сопла. Клапан переменного расхода выполнен с возможностью перемещения между полностью закрытым положением, частично открытым положением и полностью открытым положением. Клапан переменного расхода содержит внешний золотник клапана, пружину второй ступени, расположенную внутри расположенной выше по потоку камеры для текучей среды, и выполненную с возможностью смещения внешнего золотника клапана к внешнему седлу клапана, втулку, внутренний золотник клапана, крышку, пружину первой ступени. Внешний золотник клапана содержит корпус золотника клапана, имеющий часть, расположенную выше по потоку, и сужающуюся часть внешнего золотника, проходящую от части, расположенной выше по потоку, и выполненной с возможностью сопряжения с внешним седлом клапана, и канал золотника, проходящий через корпус золотника клапана и содержащий седло первой ступени. Втулка расположена в канале золотника. Внутренний золотник клапана расположен внутри канала золотника и проходит во втулку. Внутренний золотник клапана содержит головку, имеющую сужающуюся часть внутреннего золотника, которая выполнена с возможностью сопряжения с седлом первой ступени, и шток, проходящий от головки и во втулку. Крышка прикреплена к штоку и расположена внутри втулки. Пружина первой ступени расположена внутри втулки и вокруг штока и проходит между расположенным выше по потоку концом втулки и крышкой. Крышка выполнена с возможностью перевода клапана переменного расхода из полностью закрытого положения в частично открытое положение, при котором внутренний золотник клапана смещен от седла первой ступени, и из частично открытого положения в полностью открытое положение, при котором внешний золотник клапана смещен от внешнего седла клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1A представлен a вид в поперечном разрезе сопла в сборе.
На фиг. 1B представлен увеличенный вид в поперечном разрезе фрагмента Z на фиг. 1A, показывающего тарельчатый клапан переменного расхода в закрытом положении.
На фиг. 1C представлен вид в поперечном разрезе тарельчатого клапана переменного расхода, показанного на фиг. 1B, в частично открытом положении.
На фиг. 1D представлен вид в поперечном разрезе тарельчатого клапана переменного расхода, показанного на фиг. 1B, в полностью открытом положении.
На фиг. 2A представлен покомпонентный вид тарельчатого клапана переменного расхода.
На фиг. 2B представлена вертикальная проекция расположенного ниже по потоку конца тарельчатого клапана переменного расхода, показанного на фиг. 2A.
На фиг. 2C представлен вид в поперечном разрезе тарельчатого клапана переменного расхода, показанного на фиг. 2A.
На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе другого тарельчатого клапана переменного расхода.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1A представлен a вид в поперечном разрезе сопла 10, которое выполнено с возможностью разлива находящейся под давлением текучей среды, такой как масло, антифриз, трансмиссионная жидкость и/или смазочный материал, среди других вариантов. На фиг. 1B представлен увеличенный вид в поперечном разрезе фрагмента Z, показанного на фиг. 1A, показывающий тарельчатый клапан (VFPV) 12 переменного расхода в закрытом положении. На фиг. 1C представлен вид в поперечном разрезе, показывающий VFPV 12 в частично открытом положении. На фиг. 1D представлен вид в поперечном разрезе VFPV 12 в полностью открытом положении. Фиг. 1A—1D будут рассмотрены вместе.
Сопло 10 содержит VFPV 12, корпус 14 сопла, впускной патрубок 16 (фиг. 1A), выпускной патрубок 18 (фиг. 1A), рычажок 20 (фиг. 1A), кулачок 22 (фиг. 1A), толкатель 24. VFPV 12 содержит первую ступень 26, вторую ступень 28, втулку 30 и крышку 32. Первая ступень 26 содержит внутренний золотник 34 клапана и пружину 36 первой ступени. Внутренний золотник 34 клапана содержит шток 38 и головку 40, которая имеет форму усеченного конуса и содержит первую сужающуюся поверхность 42. Вторая ступень 28 содержит внешний золотник 44 клапана и пружину второй ступени 46. Внешний золотник 44 клапана содержит корпус 48 внешнего золотника и канал 50 золотника. Корпус 48 внешнего золотника содержит вторую сужающуюся поверхность 52 и часть 54, расположенную выше по потоку. Канал 50 золотника содержит первый сегмент 56 и второй сегмент 58. Первый сегмент 56 содержит седло 60 первой ступени и промежуточную часть 62. Втулка 30 содержит расположенный выше по потоку конец 64, расположенный ниже по потоку конец 66, отверстие 68 для штока и заплечик 70. Корпус 14 сопла содержит расположенную выше по потоку камеру 72 для текучей среды расположенную ниже по потоку камеру 74 для текучей среды и седло 76 второй ступени. Стрелка вверх по потоку и стрелка вниз по потоку показывают направление вверх по потоку и направление вниз по потоку соответственно.
Впускной патрубок 16 прикреплен к корпусу 14 сопла и обеспечивает подачу текучей среды в расположенную выше по потоку камеру 72 для текучей среды. Выпускной патрубок 18 прикреплен к корпусу 14 сопла и получает текучую среду из расположенной ниже по потоку камеры 74 для текучей среды. VFPV 12 расположен внутри корпуса 14 сопла между расположенной выше по потоку камерой 72 для текучей среды и расположенной ниже по потоку камерой 74 для текучей среды и выполнен с возможностью регулирования расхода текучей среды между расположенной выше по потоку камерой 72 для текучей среды и расположенной ниже по потоку камерой 74 для текучей среды. Толкатель 24 расположен в расположенной ниже по потоку камере 74 для текучей среды и переводит VFPV 12 между закрытым положением (показанным на фиг. 1B), частично открытым положением (показанным на фиг. 1C), и полностью открытым положением (показанным на фиг. 1D). Крышка 32 прикреплена к внутреннему золотнику 34 клапана и проходит в расположенный ниже по потоку конец 66 втулки 30. Толкатель 24 взаимодействует с крышкой 32 и выполнен с возможностью перемещения крышки 32 в направлении вверх по потоку. Хотя толкатель 24 описан как взаимодействующий с крышкой 32, но следует понимать, что в некоторых примерах расположенный ниже по потоку конец крышки 32 прикреплен к толкателю 24. Крышка 32 может быть прикреплена к толкателю 24 любым желаемым способом. Например, крышка 32 может содержать резьбу, выполненную с возможностью сопряжения с резьбой толкателя 24. Следует понимать, тем не менее, что крышка 32 может быть прикреплена к толкателю 24 с возможностью отсоединения любым желаемым способом, таким как соединение прессовой посадкой, при помощи клея или сварки, или без нее. В некоторых примерах, крышка 32 может составлять одно целое с толкателем 24. Рычажок 20 прикреплен с возможностью поворота к корпусу 14 сопла и соединен с кулачком 22. Кулачок 22 расположен в корпусе 14 сопла и выполнен с возможностью поворота для перемещения толкателя 24 клапана в направлении вверх по потоку для перевода VFPV 12.
Седло 76 второй ступени проходит от корпуса 14 сопла и составляет с ним одно целое. Седло 76 второй ступени является отверстием с фаской в корпусе 14 сопла. Хотя седло 76 второй ступени описано как составляющее одно целое с корпусом 14 сопла, следует понимать, что седло 76 второй ступени может быть выполнено отдельно от корпуса 14 сопла и установлено внутри корпуса 14 сопла. Внешний золотник 44 клапана расположен в корпусе 14 сопла и выполнен с возможностью примыкания к седлу 76 второй ступени при нахождении в закрытом положении. Часть 54, расположенная выше по потоку, корпуса 48 внешнего золотника выравнивает внешний золотник 44 клапана внутри корпуса 14 сопла. Вторая сужающаяся поверхность 52 проходит вниз по потоку от части 54, расположенной выше по потоку, и выполнена с возможностью взаимодействия с седлом 76 второй ступени. Пружина 46 второй ступени расположена внутри расположенной выше по потоку камеры 72 для текучей среды и проходит между впускным патрубком 16 и частью 54, расположенной выше по потоку, внешнего золотника 44 клапана.
Канал 50 золотника проходит через корпус 48 внешнего золотника и определяет путь потока для текучей среды, текущей через первую ступень 26. Первый сегмент 56 канала 50 золотника расположен выше по потоку относительно второго сегмента 58 канала 50 золотника. Седло 60 первой ступени является частью с фаской первого сегмента 56 и расположено в расположенном выше по потоку конце первого сегмента 56. Промежуточная часть 62 проходит вниз по потоку от седла 60 первой ступени ко второму сегменту 58 канала 50 золотника. Второй сегмент 58 имеет больший диаметр, чем промежуточная часть 62. Втулка 30 расположена во втором сегменте 58 канала 50 золотника. Отверстие 68 для штока проходит через расположенный выше по потоку конец 64 втулки 30 и, в некоторых примерах, отверстие 68 для штока имеет по существу такой же диаметр, как и промежуточная часть 62. Заплечик 70 проходит радиально внутрь от втулки 30 между расположенным выше по потоку концом 64 и расположенным ниже по потоку концом 66.
Внутренний золотник 34 клапана проходит через канал 50 золотника и во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Головка 40 содержит первую сужающуюся поверхность 42, и первая сужающаяся поверхность 42 выполнена с возможностью взаимодействия с седлом 60 первой ступени. Шток 38 проходит в направлении вниз по потоку от головки 40. Шток 38 проходит через промежуточную часть 62 и во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Расположенный ниже по потоку конец штока 38 соединен с крышкой 32. Шток 38 может быть соединен с крышкой 32 любым желаемым способом, таким как резьбовое соединение или соединение прессовой посадкой. Пружина 36 первой ступени расположена внутри втулки 30 вокруг штока 38. Пружина 36 первой ступени проходит между расположенным выше по потоку концом 64 втулки 30 и крышкой 32.
Корпус 14 сопла отлит из металла, такого как алюминий или нержавеющая сталь, среди других вариантов. Внешний золотник 44 клапана выполнен из эластомерного материала, вследствие чего внешний золотник 44 клапана образует непроницаемое для текучей среды уплотнение с корпусом 14 сопла, при этом внешний золотник 44 клапана входит в контакт с седлом 76 второй ступени. Внешний золотник 44 клапана может быть выполнен из любого желаемого эластомера, совместимого с текучей средой, которая разливается, и способного образовывать уплотнение с седлом 76 второй ступени, такого как термопластический эластомер. Например, внешний золотник 44 клапана может быть выполнен из каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), такого как Santoprene™. Внутренний золотник 34 клапана выполнен из металлического материала, способного образовывать непроницаемое для текучей среды уплотнение с внешним золотником 44 клапана, такого как алюминий или нержавеющая сталь.
Первая ступень 26 VFPV 12 выполнена с возможностью перевода в открытое положение перед переводом второй ступени 28 в открытое положение. Пружина 36 первой ступени имеет коэффициент жесткости ниже, чем пружина 46 второй ступени для обеспечения сдвига внутреннего золотника 34 клапана в открытое положение перед сдвигом внешнего золотника 44 клапана в открытое положение. При эксплуатации, VFPV 12 изначально находится в полностью закрытом положении, показанном на фиг. 1B. Пользователь регулирует расход текучей среды через сопло 10 рычажком 20. Для инициирования потока текучей среды через сопло 10 пользователь нажимает рычажок 20, что заставляет кулачок 22 вращаться и перемещать толкатель 24 в направлении вверх по потоку. Толкатель 24 перемещает крышку 32 в направлении вверх по потоку вследствие соединения крышки 32 и толкателя 24. Крышка 32 перемещает внутренний золотник 34 клапана в направлении вверх по потоку таким образом, что головка 40 выходит из контакта с седлом 60 первой ступени, и пружина 36 первой ступени сжимается между крышкой 32 и расположенным выше по потоку концом втулки 30. Выход головки 40 из контакта с седлом 60 первой ступени открывает путь потока между первой сужающейся поверхностью 42 и седлом 60 первой ступени, и текучая среда начинает течь вниз по потоку через канал 50 золотника. Текучая среда течет через путь потока между первой сужающейся поверхностью 42 и седлом 60 первой ступени, течет через промежуточную часть 62 и поступает во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Текучая среда течет через втулка 30 и выходит из VFPV 12 через крышку 32, как подробнее описано ниже в отношении фиг. 2A—2C.
При смещении головки 40 с седла 60 первой ступени объем пути потока между первой сужающейся поверхностью 42 и седлом 60 первой ступени увеличивается. При увеличении объема пути потока расход через первую ступень 26 подобным образом увеличивается. Профиль первой сужающейся поверхности 42 и седла 60 первой ступени обеспечивает переменный расход таким образом, что расход через первую ступень имеет не два состояния, а вместо этого может регулироваться пользователем. Таким образом, пользователь регулирует расход текучей среды в расположенную ниже по потоку камеру 74 для текучей среды, регулируя расстояние, на которое головка 40 смещается от седла 60 первой ступени при нажатии на рычажок 20. Открытие первой ступени 26 также приводит к падению давления в расположенной выше по потоку камере 72 для текучей среды. Давление текучей среды в расположенной выше по потоку камере 72 для текучей среды продолжает падать, в то время как расход через первую ступень 26 увеличивается. Уменьшенное давление текучей среды в расположенной выше по потоку камере 72 для текучей среды обеспечивает то, что требуется значительно меньшее усилие для перевода VFPV 12 в полностью открытое положение, показанное на фиг. 1D.
Толкатель 24 продолжает перемещать крышку 32 в направлении вверх по потоку до вхождения крышки 32 в контакт с заплечиком 70 втулки 30. Первая ступень 26 полностью открыта, когда крышка 32 входит в контакт с заплечиком 70. Во время перевода первой ступени 26 вторая сужающаяся поверхность 52 остается в контакте с седлом 76 второй ступени таким образом, что при этом вторая ступень 28 закрыта. Таким образом, при нахождении VFPV 12 в частично открытом положении, показанном на фиг. 1C, текучая среда течет через первую ступень 26, но не может течь через вторую ступень 28.
Пользователь может дополнительно увеличивать расход через VFPV 12, переводя VFPV 12 из частично открытого положения, показанного на фиг. 1C, в полностью открытое положение, показанное на фиг. 1D. Пользователь переводит VFPV 12 в полностью открытое положение, дополнительно нажимая на рычажок 20. Кулачок 22 перемещает толкатель 24 далее вверх по потоку. Крышка 32 действует с усилием на заплечик 70 втулки 30, чтобы тем самым перемещать внешний золотник 44 клапана в направлении вверх по потоку. При выходе второй сужающейся поверхности 52 из контакта с седлом 76 второй ступени, путь потока открывается через вторую ступень 28 между второй сужающейся поверхностью 52 и седлом 76 второй ступени. Текучая среда течет из расположенной выше по потоку камеры 72 для текучей среды в расположенную ниже по потоку камеру 74 для текучей среды как через первую ступень 26, так и через вторую ступень 28. Подобно расходу через первую ступень 26, регулирование расхода через вторую ступень 28 осуществляется за счет регулирования расстояния, на которое внешний золотник 44 клапана смещается от седла 76 второй ступени при нажатии на рычажок 20. Как рассмотрено выше, давление текучей среды в расположенной выше по потоку камере 72 для текучей среды уменьшается, когда первая ступень 26 открыта, таким образом, требуется меньшее усилие для перевода второй ступени 28 в открытое положение. Поскольку требуется меньшее усилие для перевода второй ступени 28 в открытое положение, пользователь может лучше управлять переводом второй ступени 28.
После завершения события разлива текучей среды, VFPV 12 сдвигается обратно в полностью закрытое положение, показанное на фиг. 1B. Пользователь отпускает рычажок 20, таким образом, кулачок 22 возвращается в положение, показанное на фиг. 1A. Пружина 46 второй ступени перемещает внешний золотник 44 клапана из положения, показанного на фиг. 1D, в положение, показанное на фиг. 1C, таким образом, вторая сужающаяся поверхность 52 входит в контакт с седлом 76 второй ступени, тем самым закрывая путь потока через вторую ступень 28. Пружина 36 первой ступени перемещает крышку 32 и, таким образом, толкатель 24, в направлении вверх по потоку и обратно в положение, показанное на фиг. 1B. Крышка 32 возвращает внутренний золотник 34 клапана в закрытое положение, показанное на фиг. 1B, вследствие соединения штока 38 и крышки 32. Головка 40 повторно входит в контакт с седлом 60 первой ступени, тем самым закрывая путь потока через первую ступень 26. При контакте головки 40 с седлом 60 первой ступени и контакте второй сужающейся поверхности 52 с седлом 76 второй ступени, VFPV 12 находится в полностью закрытом положении, и текучая среда не может течь из расположенной выше по потоку камеры 72 для текучей среды в расположенную ниже по потоку камеру 74 для текучей среды.
VFPV 12 обеспечивает значительные преимущества. Пружина 36 первой ступени имеет коэффициент жесткости ниже, чем пружина 46 второй ступени, тем самым обеспечивая сдвиг внутреннего золотника 34 клапана в открытое положение перед сдвигом второго золотника клапана в открытое положение. Сдвиг внутреннего золотника 34 клапана в открытое положение приводит к падению давления в расположенной выше по потоку камере 72 для текучей среды, тем самым уменьшая усилие, требуемое для сдвига внешнего золотника 44 клапана в открытое положение. Таким образом, пользователь может лучше регулировать расход через вторую ступень 28. Кроме того, внешний золотник 44 клапана герметично прилегает непосредственно к корпусу 14 сопла, и внутренний золотник 34 клапана герметично прилегает непосредственно к внешнему золотнику 44 клапана, тем самым уменьшая количество деталей и упрощая производство и сборку. Внутренний золотник 34 клапана содержит первую сужающуюся поверхность 42, которая позволяет пользователю переменно регулировать расход через первую ступень 26 за счет регулирования расстояния между головкой 40 и седлом 60 первой ступени. Внешний золотник 44 клапана содержит вторую сужающуюся поверхность 52, которая дополнительно позволяет пользователю устанавливать разные расходы за счет регулирования расстояния между второй сужающейся поверхностью 52 и седлом 76 второй ступени. Таким образом, VFPV 12 позволяет пользователю точно регулировать расход через сопло 10, что обеспечивает лучшее регулирование, увеличивает уверенность пользователя и уменьшает расход материала.
На фиг. 2A представлен покомпонентный вид VFPV 12. На фиг. 2B представлен вертикальный вид с торца VFPV 12. На фиг. 2C представлен вид в поперечном разрезе VFPV 12. Фиг. 2A–2C будут рассмотрены вместе. VFPV 12 содержит первую ступень 26 (фиг. 2A и 2C), вторую ступень 28 (фиг. 2A и 2C), втулку 30 и крышку 32. Первая ступень 26 содержит внутренний золотник 34' клапана, пружину 36 первой ступени (фиг. 2A и 2C), кольцеобразный путь 78a потока (фиг. 2C) и кольцеобразный путь 78b потока (фиг. 2C). Внутренний золотник 34' клапана содержит шток 38' (фиг. 2A и 2C) и головку 40 (фиг. 2A и 2C), и головка 40 содержит первую сужающуюся поверхность 42 (фиг. 2A и 2C) и паз 80 (фиг. 2A и 2C). Шток 38' содержит уступ 82 (фиг. 2A и 2C), крепежную часть 84 и фланец 86 (фиг. 2A и 2C). Показан внешний золотник 44 клапана второй ступени 28. Внешний золотник 44 клапана содержит корпус 48 внешнего золотника и канал 50 золотника. Корпус 48 внешнего золотника содержит вторую сужающуюся поверхность 52, часть 54, расположенную выше по потоку (фиг. 2A и 2C), и лопатки 88. Канал 50 золотника содержит первый сегмент 56 (фиг. 2C) и второй сегмент 58 (фиг. 2C). Первый сегмент 56 содержит седло 60 первой ступени (фиг. 2C) и промежуточную часть 62 (фиг. 2C). Втулка 30 содержит расположенный выше по потоку конец 64 (фиг. 2A и 2C), расположенный ниже по потоку конец 66 (фиг. 2A и 2C), отверстие 68 для штока (фиг. 2C) и заплечик 70 (фиг. 2B и 2C). Крышка 32 содержит корпус 90 крышки, центральное отверстие 92 и ребра 94. Ребра 94 и втулка 30 определяют зазоры 96 (фиг. 2B). Стрелка вверх по потоку и стрелка вниз по потоку, показанные на фиг. 2C, представляют направление вверх по потоку и направление вниз по потоку соответственно.
Канал 50 золотника проходит через корпус 48 внешнего золотника. Первый сегмент 56 расположен в расположенном выше по потоку конце канала 50 золотника, и второй сегмент 58 расположен в расположенном ниже по потоку конце канала 50 золотника. Седло 60 первой ступени является частью с фаской первого сегмента 56 и расположено в расположенном выше по потоку конце первого сегмента 56. Промежуточная часть 62 проходит между седлом 60 первой ступени и вторым сегментом 58 и обеспечивает путь потока между ними. Второй сегмент 58 имеет больший диаметр, чем первый сегмент 56. Втулка 30 проходит во второй сегмент 58 через расположенный ниже по потоку конец второго сегмента 58. Заплечик 70 проходит радиально внутрь от втулки 30. Отверстие 68 для штока проходит через расположенный выше по потоку конец 64 втулки 30.
Часть 54, расположенная выше по потоку, внешнего золотника 44 клапана расходится радиально в направлении вниз по потоку от седла 60 первой ступени ко второй сужающейся поверхности 52. Вторая сужающаяся поверхность 52 сходится в направлении вниз по потоку от части 54, расположенной выше по потоку, к расположенному ниже по потоку концу внешнего золотника 44 клапана. Лопатки 88 проходят радиально от части 54, расположенной выше по потоку, и выполнены с возможностью направления внешнего золотника 44 клапана внутри корпуса 14 сопла (фиг. 1A—1D).
Внутренний золотник 34' клапана расположен внутри канала 50 золотника. Первая сужающаяся поверхность 42 головки 40 взаимодействует с седлом первой ступени 60, когда первая ступень 26 находится в закрытом положении (лучше всего видно на фиг. 2C). Шток 38' проходит вниз по потоку от головки 40 через промежуточную часть 62, и шток 38' проходит во втулку 30 через отверстие для штока 68. Фланец 86 проходит радиально от штока 38' и выполнен с возможностью примыкания к расположенному выше по потоку концу крышки 32, когда внутренний золотник клапана 34' прикреплена к крышке 32. Уступ 82 расположен на штоке 38' между головкой 40 и фланцем 86 и обеспечивает уменьшение площади поперечного сечения штока 38'. Кольцеобразный путь 78a потока расположен между частью штока 38', расположенной выше по потоку от уступа 82, и внутренней стенкой канала 50 золотника, и кольцеобразный путь 78b потока расположен между частью штока 38', расположенной ниже по потоку от уступа 82, и внутренней стенкой канала 50 золотника. Хотя внутренний золотник 34' клапана показан как содержащий один уступ 82, следует понимать, что внутренний золотник 34' клапана может содержать так много или так мало уступов, как требуется, чтобы тем самым обеспечить улучшенное регулирование расхода через первую ступень 26.
Крепежная часть 84 является частью штока 38', проходящей вниз по потоку от фланца 86, и крепежная часть 84 проходит в центральное отверстие 92 крышки 32 для соединения с внутренним золотником 34' клапана и крышкой 32. В некоторых примерах крепежная часть 84 содержит наружную резьбу, и центральное отверстие 92 содержит внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью сопряжения с наружной резьбой крепежной части 84. Следует понимать, тем не менее, что крепежная часть 84 может быть закреплена внутри центрального отверстия 92 любым желаемым способом, таким как соединение прессовой посадкой. В других примерах, крепежная часть 84 может быть закреплена без возможности отсоединения внутри центрального отверстия 92, например, при помощи клея. Паз 80 проходит в головку 40 и выполнен с возможностью облегчения соединения внутреннего золотника 34' клапана и крышки 32. Например, если крепежная часть 84 и крышка 32 содержат взаимно зацепляющуюся резьбу, паз 80 позволяет пользователю поворачивать внутренний золотник 34' клапана относительно крышки 32 для облегчения соединения между ними, например, при помощи отвертки. Паз 80 может быть выполнен для любой желаемой конфигурации шлица для облегчения закрепления, такой как прямая, Phillips, Torx, зажимная, Pozidriv, квадратная, шестигранная или любая другая желаемая конфигурация шлица.
Крышка 32 проходит во втулку 30 через расположенный ниже по потоку конец 66 втулки 30. Ребра 94 проходят радиально от корпуса 90 крышки и выполнены с возможностью выравнивания крышки 32 внутри втулки 30. Кроме того, между ребрами 94 определены зазоры 96, которые обеспечивают пути потока, чтобы текучая среда текла вниз по потоку из первой ступени 26 VFPV 12. Ребра 94 дополнительно выполнены с возможностью контакта с заплечиком 70 втулки 30 для перевода второй ступени 28 между закрытым положением (показанным на фиг. 1B и 1C) и открытым положением (показанным на фиг. 1D). Расположенный ниже по потоку конец центрального отверстия 92 выполнен с возможностью размещения части толкателя 24 (фиг. 1A—1D) для прикрепления крышки 32 к толкателю 24. Например, центральное отверстие 92 может содержать внутреннюю резьбу, выполненную с возможностью сопряжения с наружной резьбой на толкателе 24. Пружина 36 первой ступени расположена во втулке 30 и окружает шток 38' внутреннего золотника 34' клапана. Пружина 36 первой ступени проходит между крышкой 32 и расположенным выше по потоку концом 64 втулки 30.
При эксплуатации первая ступень 26 переводится в открытое положение перед переводом второй ступени 28 в открытое положение. Для начала разлива текучей среды крышка 32 перемещается в направлении вверх по потоку, и крышка 32 толкает внутренний золотник 34' клапана в направлении вверх по потоку, и головка 40 выходит из контакта с седлом 60 первой ступени. В то время как крышка 32 сдвигается вверх по потоку, пружина 36 первой ступени сжимается между крышкой 32 и расположенным выше по потоку концом 64 втулки 30. При выходе головки 40 из контакта с седлом 60 первой ступени путь потока открывается между первой сужающейся поверхностью 42 и седлом 60 первой ступени, и текучая среда начинает течь вниз по потоку через первую ступень 26. Текучая среда течет через путь потока, открытый между первой сужающейся поверхностью 42 и седлом 60 первой ступени, вниз по потоку через промежуточную часть 62 и поступает во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Текучая среда течет вниз по потоку через втулку 30 и выходит из VFPV 12 через зазоры 96 расположенные между ребрами 94 крышки 32.
Пользователь регулирует расход через первую ступень 26, регулируя расстояние, на которое внутренний золотник 34' клапана смещается в направлении выше по потоку. При увеличении расстояния между головкой 40 и седлом 60 первой ступени расход через первую ступень 26 подобным образом увеличивается. Уступ 82 обеспечивает дополнительное регулирование расхода. Шток 38' имеет большую площадь поперечного сечения выше по потоку от уступа 82 и меньшую площадь поперечного сечения ниже по потоку от уступа 82. При сдвиге внутреннего золотника 34' клапана в направлении вверх по потоку длина кольцеобразного пути 78a потока уменьшается, а длина кольцеобразного пути 78b потока увеличивается. Уменьшение длины кольцеобразного пути 78a потока при одновременном увеличении длины кольцеобразного пути 78b потока увеличивает расход через первую ступень 26, так как кольцеобразный путь 78b потока имеет большую площадь поперечного сечения, чем кольцеобразный путь 78a потока. Таким образом, уступ 82 обеспечивает пользователя улучшенным регулированием расхода и позволяет пользователю дополнительно регулировать расход, регулируя расстояние, на которое внутренний золотник 34' клапана смещается в направлении вверх по потоку. Пользователь продолжает смещать крышку 32 и, таким образом, внутренний золотник 34' клапана, в направлении вверх по потоку до вхождения крышки 32 в контакт с заплечиком 70 таким образом, что ребра 94 входят в контакт с заплечиком 70. При вхождении крышки 32 в контакт с заплечиком 70 первая ступень 26 полностью открыта.
Пользователь может дополнительно увеличивать расход за пределами возможностей первой ступени 26, открывая вторую ступень 28. Крышка 32 входит в контакт с заплечиком 70 и прикладывает тяговое усилие к внешнему золотнику 44 клапана через втулку 30. Крышка 32 перемещает внешний золотник 44 клапана в направлении вверх по потоку, вследствие чего, вторая сужающаяся поверхность 52 выходит из контакта с седлом 76 второй ступени (лучше всего видно на фиг. 1B–1D). Пользователь регулирует расход через вторую ступень 28 VFPV 12, регулируя расстояние, на которое внешний золотник 44 клапана смещается от седла 76 второй ступени. Первая ступень 26 остается в полностью открытом положении при переводе второй ступени 28 между полностью закрытым и полностью открытым положением.
После завершения события разлива VFPV 12 сдвигается обратно в полностью закрытое положение. Пружина 46 второй ступени (фиг. 1A–1D) перемещает внешний золотник 44 клапана обратно в закрытое положение, при этом вторая сужающаяся поверхность 52 входит в контакт с седлом 76 второй ступени. Пружина 36 первой ступени воздействует на крышку 32 и перемещает крышку 32 и, таким образом, внутренний золотник 34' клапана, в направлении вниз по потоку до вхождения первой сужающейся поверхности 42 в контакт с седлом 60 первой ступени.
VFPV 12 обеспечивает значительные преимущества. Сдвиг первой ступени 26 в открытое положение перед сдвигом второй ступени 28 в открытое положение создает падение давления в расположенной выше по потоку стороне VFPV 12. Уменьшенное давление в расположенной выше по потоку стороне VFPV 12 уменьшает усилие, требуемое для сдвига VFPV 12 в полностью открытое положение, при котором как первая ступень 26, так и вторая ступень 28 полностью открыты. При повышении расхода через первую ступень 26 давление в расположенной выше по потоку стороне VFPV 12 уменьшается. Уменьшенное давление и уменьшенное усилие, требуемое для перевода второй ступени 28, обеспечивает улучшенное регулирование пользователем расхода через VFPV 12. Уступ 82 обеспечивает улучшенные регулирование расхода и разнообразие расходов через первую ступень 26. Уменьшение длины кольцеобразного пути 78a потока при увеличении длины кольцеобразного пути 78b потока увеличивает объем пути потока через промежуточную часть 62. Увеличение объема пути потока увеличивает расход через первую ступень 26.
На фиг. 3 представлен вид в поперечном разрезе VFPV 12, который содержит первую ступень 26, вторую ступень 28, втулку 30 и крышку 32. Первая ступень 26 содержит внутренний золотник 34'' клапана и пружину 36 первой ступени. Внутренний золотник 34'' клапана содержит шток 38 и головку 40'. Головка 40' содержит первую сужающуюся поверхность 42' и паз 80. Шток 38 содержит крепежную часть 84 и фланец 86. Показан внешний золотник 44 клапана второй ступени 28. Внешний золотник 44 клапана содержит корпус 48 внешнего золотника и канал 50' золотника. Корпус 48 внешнего золотника содержит вторую сужающуюся поверхность 52, часть 54, расположенную выше по потоку, и лопатки 88. Канал 50' золотника содержит первый сегмент 56' и второй сегмент 58. Первый сегмент 56' содержит седло 60' первой ступени. Втулка 30 содержит расположенный выше по потоку конец 64, расположенный ниже по потоку конец 66, отверстие 68 для штока и заплечик 70. Крышка 32 содержит корпус 90 крышки, центральное отверстие 92 и ребра 94. Стрелка вверх по потоку и стрелка вниз по потоку представляют направление вверх по потоку и направление вниз по потоку соответственно.
Часть 54, расположенная выше по потоку, внешнего золотника 44 клапана расходится радиально в направлении вниз по потоку от седла 60' первой ступени ко второй сужающейся поверхности 52. Вторая сужающаяся поверхность 52 сходится в направлении вниз по потоку от части 54, расположенной выше по потоку, к расположенному ниже по потоку концу внешнего золотника 44 клапана. Лопатки 88 проходят радиально от части 54, расположенной выше по потоку, и выполнены с возможностью направления внешнего золотника 44 клапана внутри корпуса 14 сопла (фиг. 1A–1D).
Канал 50' золотника проходит через корпус 48 внешнего золотника. Первый сегмент 56' расположен в расположенном выше по потоку конце канала 50' золотника, и второй сегмент 58 расположен в расположенном ниже по потоку конце канала 50' золотника. Седло 60' первой ступени является частью с фаской первого сегмента 56'. Седло 60' первой ступени проходит через большую часть первого сегмента 56', вследствие чего расположенный ниже по потоку конец седла 60' первой ступени расположен вблизи второго сегмента 58. Втулка 30 расположена внутри второго сегмента 58 канала 50' золотника. Заплечик 70 проходит радиально внутрь от втулки 30. Отверстие 68 для штока проходит через расположенный выше по потоку конец 64 втулки 30 и расположено вблизи расположенного ниже по потоку конца седла 60' первой ступени.
Внутренний золотник 34'' клапана расположен внутри внешнего золотника 44 клапана. Внутренний золотник 34'' клапана проходит через седло 60' первой ступени и во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Первая сужающаяся поверхность 42' головки 40' выполнена с возможностью примыкания к седлу 60' первой ступени, когда внутренний золотник 34'' клапана находится в закрытом положении. Первая сужающаяся поверхность 42' проходит вниз по потоку до стыка со штоком 38. Первая сужающаяся поверхность 42' и седло 60' первой ступени являются удлиненными. Первая сужающаяся поверхность 42' проходит вниз по потоку за пределы седла 60' первой ступени и в отверстие 68 для штока при нахождении внутреннего золотника 34'' клапана в закрытом положении. Паз 80 проходит в головку 40' и выполнен с возможностью упрощения соединения внутреннего золотника 34'' клапана и крышки 32. Шток 38 проходит в направлении вниз по потоку от головки 40' до крышки 32. Крепежная часть 84 проходит в центральное отверстие 92 и прикрепляет внутренний золотник 34'' клапана к крышке 32. Фланец 86 проходит радиально от штока 38 и выполнен с возможностью примыкания к расположенному выше по потоку концу крышки 32, при этом внутренний золотник 34'' клапана прикреплен к крышке 32.
Крышка 32 проходит во втулку 30 через расположенный ниже по потоку конец 66 втулки 30. Ребра 94 проходят радиально от корпуса 90 крышки и выполнены с возможностью выравнивания крышки 32 внутри втулки 30. Кроме того, между ребрами 94 определены зазоры 96, которые обеспечивают пути потока, чтобы текучая среда текла вниз по потоку из первой ступени 26 VFPV 12. Ребра 94 дополнительно выполнены с возможностью контакта с заплечиком 70 втулки 30 для перевода второй ступени 28 между закрытым положением (показанным на фиг. 1B и 1C) и открытым положением (показанным на фиг. 1D). Расположенный ниже по потоку конец центрального отверстия 92 выполнен с возможностью размещения части толкателя 24 (фиг. 1A–1D) для прикрепления крышки 32 к толкателю 24.
При эксплуатации первая ступень 26 переводится в открытое положение перед переводом второй ступени 28 в открытое положение. Для начала разлива текучей среды крышку 32 перемещают в направлении вверх по потоку, и крышка 32 толкает внутренний золотник 34'' клапана в направлении вверх по потоку, вследствие чего головка 40' выходит из контакта с седлом 60' первой ступени. В то время как крышка 32 сдвигается вверх по потоку, пружина 36 первой ступени сжимается между крышкой 32 и расположенным выше по потоку концом 64 втулки 30. При выходе головки 40' из контакта с седлом 60' первой ступени путь потока открывается между первой сужающейся поверхностью 42' и седлом 60' первой ступени, и текучая среда начинает течь вниз по потоку через первую ступень 26. Текучая среда течет через путь потока, открытый между первой сужающейся поверхностью 42' и седлом 60' первой ступени, и поступает во втулку 30 через отверстие 68 для штока. Текучая среда течет вниз по потоку через втулку 30 и выходит из VFPV 12 через крышку 32.
Профиль первой сужающейся поверхности 42' и седла 60' первой ступени позволяет пользователю устанавливать разные расходы через первую ступень 26. Чем дальше эта головка 40' смещена от седла 60' первой ступени, тем больше объем пути потока, который открыт между первой сужающейся поверхностью 42' и седлом 60' первой ступени. При увеличении объема пути потока расход через первую ступень 26 также увеличивается. Таким образом, пользователь регулирует расход через первую ступень 26, регулируя расстояние между первой сужающейся поверхностью 42' и седлом 60' первой ступени. Удлиненные профили первой сужающейся поверхности 42' и седла 60' первой ступени определяют удлиненный путь потока между первой сужающейся поверхностью 42' и седлом 60' первой ступени. Удлиненный путь потока обеспечивает большее разнообразие расходов, которые первая ступень 26 способна обеспечить, и таким образом, удлиненные профили первой сужающейся поверхности 42' и седла 60' первой ступени обеспечивают пользователя улучшенным регулированием расхода через первую ступень 26.
Пользователь может дополнительно увеличивать расход за пределами возможностей первой ступени 26, открывая вторую ступень 28. Крышка 32 входит в контакт с заплечиком 70 втулки 30 и прикладывает тяговое усилие к внешнему золотнику 44 клапана через втулку 30. Крышка 32 перемещает внешний золотник 44 клапана в направлении вверх по потоку, вследствие чего, вторая сужающаяся поверхность 52 выходит из контакта с седлом 76 второй ступени (лучше всего видно на фиг. 1B—1D). Пользователь регулирует расход через вторую ступень 28 VFPV 12, регулируя расстояние, на которое внешний золотник 44 клапана смещается от седла 76 второй ступени. Первая ступень 26 остается в полностью открытом положении, в то время как вторая ступень 28 переводится в открытое положение.
После завершения события разлива VFPV 12 сдвигается обратно в полностью закрытое положение. Пружина 46 второй ступени (фиг. 1A–1D) перемещает внешний золотник 44 клапана обратно в закрытое положение, при этом вторая сужающаяся поверхность 52 входит в контакт с седлом 76 второй ступени. Пружина 36 первой ступени воздействует на крышку 32 и перемещает крышку 32 и, таким образом, внутренний золотник 34'' клапана, в направлении вниз по потоку до входа первой сужающейся поверхности 42' в контакт с седлом 60' первой ступени.
VFPV 12 обеспечивает значительные преимущества. Первая сужающаяся поверхность 42' и седло 60' первой ступени являются удлиненными и определяют удлиненный путь потока между ними. Удлиненный путь потока позволяет пользователю осуществлять точное регулирование расхода через первую ступень 26. Перевод первой ступени 26 в открытое положение перед переводом второй ступени 28 в открытое положение уменьшает давление текучей среды, расположенной выше по потоку от VFPV 12, тем самым уменьшая усилие, требуемое для перевода второй ступени 28 в открытое положение и увеличивая контроль пользователя над переводом второй ступени 28. Кроме того, первая сужающаяся поверхность 42' и вторая сужающаяся поверхность 52 обеспечивают больший контроль пользователя над расходом через VFPV 12.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что в форму и детали могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы сути и объема настоящего изобретения.