КЛАПАН С ХОДОВЫМ ВИНТОМ
VALVE WITH LEADSCREW

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области электрических клапанов, конкретнее - электрических клапанов, приводимых в действие вращающимся винтом, а именно - электрических клапанов, в которых обеспечивается начальное вращение винта без нагрузки.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Клапаны с электроприводом, как правило, содержат электродвигатель, приводящий в движение винт через зубчатую передачу (обычно - редуктор). В некоторых случаях электродвигатель приводит винт в движение непосредственно, без зубчатой передачи. Винт входит в резьбовое зацепление с гайкой, которая фиксируется таким образом, чтобы она не могла поворачиваться вокруг винта. Следовательно, при вращении винта гайка перемещается. Когда гайка доходит до конца хода закрытия клапана (прямого хода), гайка прижимает уплотнитель клапана, обычно выполненный из кремнийорганического полимера, к кромке корпуса клапана, обеспечивая закрытие клапана.
Однако, когда уплотнитель прижат к кромке, усилия, развиваемого электродвигателем, может оказаться недостаточно для того, чтобы отделить уплотнитель от кромки корпуса клапана. Одним из технических решений этой проблемы является увеличение мощности электродвигателя. Однако такие электродвигатели стоят дороже; потребляют больше энергии; и, как правило, имеют большие размеры, что в свою очередь приводит к увеличению размеров клапана.
Задачей настоящего изобретения является создание клапана, позволяющего значительно уменьшить или преодолеть вышеупомянутые недостатки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание клапана, обеспечивающего начальное вращение винта без нагрузки в обоих направлениях, т.е. в направлении закрытия и в направлении открытия.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с вариантами осуществления одного из аспектов настоящего изобретения предлагается электрический клапан, имеющий корпус. В корпусе клапана размещена гайка с центральным валом; винт, входящий в резьбовое зацепление с гайкой и закрепленный относительно гайки таким образом, чтобы гайка не могла поворачиваться вокруг винта; и уплотнитель, установленный на центральном валу и выполненный с возможностью свободного перемещения (как осевого, так и вращательного) относительно центрального вала. Кроме того, клапан содержит подшипники скольжения, установленные между гайкой и уплотнителем и между гайкой и основанием винта; и кромку, расположенную соответствующим образом относительно уплотнителя и выполненную с возможностью входить и выходить из контакта с уплотнителем. На периферийной части гайки находится выступ; а на внутренней стенке корпуса клапана установлен ограничитель, выполненный таким образом, чтобы в него мог упираться этот выступ.Благодаря подшипникам скольжения уплотнитель не скользит по кромке ни при открытии, ни при закрытии клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения и демонстрации возможности его практического осуществления ниже приводятся ссылки на прилагаемые чертежи, где:
На Фиг. 1 приведен вид в перспективе одного из вариантов реализации клапана в соответствии с настоящим изобретением в открытом положении;
На Фиг. 2-7 приведены виды в перспективе клапана согласно Фиг. 1, на которых показан клапан на различных стадиях закрытия;
На Фиг. 8-13 приведены виды в перспективе клапана согласно Фиг. 1, на которых показан клапан на различных стадиях открытия; и
На Фиг. 14 приведен вид в продольном разрезе клапана согласно Фиг. 1 в закрытом положении.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг. 1-14 показан клапан 10 в соответствии с настоящим изобретением на различных стадиях - в закрытом положении, в процессе закрытия, в процессе открытия и в открытом положении. Клапан 10 содержит гайку 12 с центральным валом 14, на котором установлен уплотнитель 16. Уплотнитель 16 свободно перемещается относительно центрального вала 14 - как в осевом направлении, так и вращаясь вокруг центрального вала.
Следует отметить, что содержащиеся в техническом описании и формуле термины, указывающие на направление - например, «передний», «задний», «верхний», «нижний» и т.п.служат исключительно для удобства, обозначая положение различных поверхностей относительно друг друга. Эти термины определены со ссылками на чертежи, но используются исключительно в иллюстративных целях, и не ограничивают объем изобретения.
Подшипники скольжения 18 установлены между гайкой 12 и уплотнителем 16. Подшипники скольжения 18 обычно представляют собой два или несколько колец, выполненных из материала с низким коэффициентом трения или покрытых таким материалом, при этом кольца могут свободно перемещаться в осевом направлении и вращаться относительно центрального вала 14.
Гайка 12 имеет один или два выступа 22, находящихся на ее периферийной части. Подшипники скольжения 18 также установлены между гайкой 12 и основанием винта 20, имеющего ось винта А, таким же образом, как и подшипники скольжения 18, установленные между гайкой 12 и уплотнителем 16.
Для открытия клапана 10 ось винта А вращается вправо, т.е. по часовой стрелке CD, как показано на чертежах. На этой стадии гайка 12 движется вместе с винтом 20, т.е. гайка 12 и винт 20 не перемещаются относительно друг друга и, следовательно, между ними не возникает сила трения. Благодаря подшипникам скольжения 18 гайка 12 может поворачиваться, в то время как уплотнитель 16 остается прижатым к кромке 24 клапана 10 без какого-либо относительного перемещения между ними.
После примерно половины оборота, в течение которого гайка 12 приобретает инерцию движения, выступы 22, расположенные по периметру гайки 12, доходят до ограничителя 26, установленного на внутренней стенке корпуса 28 клапана 10, и упираются в него. После упора в ограничитель 26 гайка 12 не может поворачиваться дальше и, следовательно, начинает осевое движение назад, т.е. в направлении открытия клапана, относительно винта 20.
На этой стадии гайка 12 уже приобрела инерцию движения, что, в сочетании с инерцией движения электродвигателя 30 и зубчатой передачи 32, облегчает осевое движение назад.
Уплотнитель 16 также начинает осевое движение и легко отходит от кромки 24, поскольку между ними отсутствует сила трения по причине того, что уплотнитель 16 не скользит по кромке 24 во время поворота на любой из стадий процесса.
В конце процесса открытия клапана 10, после того, как гайка 12 пройдет полный обратный ход, завершение открытия может быть достигнуто одним из двух способов: (а) задняя часть гайки 12 скользит по подшипникам скольжения 18, установленным между гайкой 12 и основанием винта 20; или (b) передняя часть винта 20 выполняется заостренной и касается внутренней части гайки 12, при этом трение между ними практически отсутствует благодаря заостренному концу винта 20.
Для закрытия клапана 10 ось винта А вращается влево, т.е. против часовой стрелки CCD, как показано на чертежах. На этой стадии гайка 12 движется вместе с винтом 20, т.е. они не перемещаются относительно друг друга и, следовательно, между ними не возникает сила трения.
После примерно половины оборота, в течение которого гайка 12 приобретает инерцию движения, выступы 22, расположенные по периметру гайки 12, упираются в ограничитель 26, установленный на внутренней стенке корпуса 28 клапана 10. После упора в ограничитель 26 гайка 12 не может поворачиваться дальше и, следовательно, начинает осевое движение вперед относительно винта 20, т.е. в направлении закрытия клапана 10.
На этой стадии гайка 12 уже приобрела инерцию движения, что, в сочетании с инерцией движения электродвигателя 30 и зубчатой передачи 32, облегчает осевое движение вперед. В конце хода закрытия клапана 10, за счет быстрого движения гайки 12 вперед, уплотнитель 16 прижимается в осевом направлении к кромке 24, при этом они не перемещаются относительно друг друга, т.е. между ними отсутствует трение, и не возникает износ. В продолжение движения гайки 12 вперед, гайка нажимает в осевом направлении на уплотнитель 16 через подшипники скольжения 18, обеспечивая полное и надежное уплотнение между уплотнителем 16 и кромкой 24.
Соответственно, клапан 10 обеспечивает ряд преимуществ, включая: (а) возможность использования относительно компактного электродвигателя; (b) экономию энергии; (с) высокое быстродействие клапана; (d) большое количество операций при минимальных или отсутствующих трении, износе и отказах; (е) простоту конструкции, устраняющую необходимость в концевых выключателях для управления открытием и закрытием клапана 10, и (f) относительно большое сечение для прохождения потока жидкости может быть получено при относительно компактном клапане.
Повторяя вышесказанное, со ссылкой на отдельные чертежи, на Фиг. 2 показан клапан 10 на начальной стадии закрытия, когда гайка 12 начинает вращаться, а выступ 22 отходит от ограничителя 26. На Фиг. 3 показана следующая стадия открытия - вращение гайки 12 и выступа 22; На Фиг. 4 показан клапан 10 в момент упора выступа 22 в ограничитель 26 в ходе последующей стадии закрытия, а на Фиг. 5 показан клапан во время осевого движения в направлении закрытия. На Фиг. 6 показана стадия закрытия клапана, на которой уплотнитель 16 дошел до кромки 24; на Фиг. 7 показан клапан в закрытом положении, в котором уплотнитель 16 прижат к кромке 24. На Фиг. 14 показан клапан 10 в закрытом положении.
На Фиг. 8 показан клапан 10 в момент начала операции открытия, когда выступ 22 отходит от ограничителя 26. На Фиг. 9 показано дальнейшее вращение гайки 12 в процессе открытия; на Фиг. 10 показано продолжение вращения гайки 12. На Фиг. 11 показано положение, в котором выступ 22 упирается в ограничитель 26. На Фиг. 12 показано начало осевого движения в процессе открытия клапана; а на Фиг. 13 показан клапан в полностью открытом положении, в котором гайка 12 достигла крайнего заднего положения.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описано с определенной степенью конкретности, следует понимать, что в него могут вноситься различные изменения и модификации без отступления от объема изобретения, изложенного в формуле ниже.