ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ КЛАПАНОВ
HYDRAULIC MECHANISM FOR VALVES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к клапанам и, в частности, к гидравлическим механизмам для активации санитарных регулирующих клапанов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Санитарные регулирующие клапаны в целом используются в области биотехнологии и фармацевтике, где требуется чистая или стерильная обработка. Известные санитарные регулирующие клапаны содержат приводную часть и регулирующую часть. Приводная часть содержит мембрану приводного механизма, которая соединена с проходящим в продольном направлении штоком приводного механизма, а текучая среда под давлением, введенная в приводную камеру, действует на мембрану для смещения приводного штока вдоль его оси.
[0003] Когда шток приводного механизма смещен в нижнем направлении, дальний конец штока приводного механизма взаимодействует с передаточным механизмом, имеющим пару взаимодействующих плеч, шарнирно соединенных с указанным механизмом, и таким образом принуждает взаимодействующие плечи к смещению в наружном направлении, когда шток приводного механизма вызывает поворот взаимодействующих плеч. Ролик, расположенный в дальнем конце каждого взаимодействующего плеча, создает действующую в нижнем направлении силу, приложенную к работающей на сжатие пластине, таким образом, что работающая на сжатие пластина смещается в нижнем направлении. Поскольку взаимодействующие плечи шарнирно соединены с передаточным механизмом, указанные плечи действуют в качестве рычага, умножающего действующую в нижнем направлении силу, приложенную к верхней поверхности работающей на сжатие пластины. Работающая на сжатие пластина имеет нижнюю поверхность, которая взаимодействует с регулирующей мембраной, и смещение в нижнем направлении работающей на сжатие пластины вызывает часть регулирующей мембраны взаимодействовать с седлом клапана для предотвращения протекания технологической текучей среды от входного отверстия клапана к выходному отверстию клапана. Когда шток приводного механизма смещен в верхнем направлении, пружина смещает работающую на сжатие пластину в верхнем направлении таким образом, что регулирующая мембрана расположена на некотором расстоянии в продольном направлении от седла клапана и таким образом обеспечивает возможность протекания технологической текучей среды от входного отверстия клапана к выходному отверстию клапана.
[0004] В такой конфигурации мусор или стружка, которые накопились в верхней части работающей на сжатие пластины, могут со временем повредить работающую на сжатие пластину и/или ролики, поскольку ролики взаимодействуют с работающей на сжатие пластиной. Такое повреждение может существенно снизить умножение силы, приложенной к работающей на сжатие пластине, в результате чего могут быть соответственно ухудшены уплотняющие характеристики мембраны. Кроме того, узел передаточного механизма содержит большое количество движущихся частей, и обслуживание и замена поврежденных и изношенных частей повышают затраты и увеличивают время простоя, необходимое для ремонта клапана.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Клапанный узел содержит шток клапана, который имеет первый конец и второй конец, проходящий вдоль продольной оси, и который выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси. Клапанный узел дополнительно содержит первый поршневой элемент, соединенный с первым концом штока клапана и имеющий наружный периметр, который ограничивает первую область. Клапанный узел дополнительно содержит работающий на сжатие элемент, выполненный с возможностью взаимодействия с мембраной, и второй поршневой элемент, соединенный с работающим на сжатие элементом и имеющий наружный периметр, который ограничивает вторую область, причем первый поршневой элемент и второй поршневой элемент могут быть разделены в продольном направлении. Клапанный узел дополнительно содержит первую камеру, имеющую первое отверстие, образованное одной или большим количеством внутренних поверхностей и выполненное с возможностью приема первого поршневого элемента таким образом, что первый поршневой элемент выполнен с возможностью смещения в продольном направлении внутри первого отверстия относительно первой камеры. Первый поршневой элемент с обеспечением герметичности взаимодействует с одной или большим количеством внутренних поверхностей, образующих первое отверстие, таким образом, что нижняя часть первого поршневого элемента и одна или большее количество внутренних поверхностей, образующих первое отверстие, по меньшей мере частично образуют первый внутренний объем. Клапанный узел дополнительно содержит вторую камеру, имеющую второе отверстие, образованное одной или большим количеством внутренних поверхностей и выполненное с возможностью приема второго поршневого элемента таким образом, что второй поршневой элемент выполнен с возможностью смещения в продольном направлении внутри второго отверстия относительно второй камеры, причем второй поршневой элемент с обеспечением герметичности взаимодействует с одной или большим количеством внутренних поверхностей, образующих второе отверстие, таким образом, что верхняя часть второго поршневого элемента и одна или большее количество внутренних поверхностей, образующих второе отверстие, по меньшей мере частично образуют второй внутренний объем. Трубчатая часть проходит от первой камеры ко второй камере таким образом, что первый внутренний объем сообщается со вторым внутренним объемом. Рабочая жидкость расположена в первом внутреннем объеме, трубчатой части и втором внутреннем объеме таким образом, что смещение первого поршневого элемента в нижнем направлении относительно первой камеры принуждает часть рабочей жидкости к созданию давления, действующего на верхнюю часть второго поршневого элемента и принуждающего второй поршневой элемент к смещению в нижнем направлении.
[0006] Клапанный узел также может содержать первый поршневой элемент, соединенный с первым концом штока клапана и расположенный с возможностью смещения внутри первого отверстия первой камеры. Первый поршневой элемент имеет наружный периметр, который ограничивает первую область. Клапанный узел также может содержать второй поршневой элемент, соединенный с закрывающим элементом клапана и расположенный с возможностью смещения внутри второго отверстия второй камеры. Второй поршневой элемент имеет наружный периметр, который ограничивает вторую область. Обеспеченное таким образом продольное смещение первого поршневого элемента относительно первой камеры принуждает рабочую жидкость, расположенную внутри герметизированного объема первой камеры, действовать на второй поршневой элемент таким образом, что второй поршневой элемент смещается в продольном направлении, и закрывающий элемент клапана с обеспечением герметизации взаимодействует с седлом клапана для предотвращения протекания технологической текучей среды от входного отверстия клапана к выходному отверстию клапана. Кроме того, площадь второй области больше, чем площадь первой области, таким образом, что действующая в нижнем направлении сила, созданная вторым поршневым элементом, больше, чем действующая в нижнем направлении сила, созданная первым поршневым элементом.
[0007] Кроме того, способ активации регулирующего клапана включает этапы, согласно которым соединяют первый поршневой элемент с приводным механизмом клапана и размещают первый поршневой элемент с возможностью смещения внутри первого отверстия первой камеры. Способ дополнительно содержит этапы, согласно которым соединяют второй поршневой элемент с закрывающим элементом клапана и размещают второй поршневой элемент с возможностью смещения внутри второго отверстия второй камеры. Часть первого отверстия первой камеры гидравлически соединена с частью второго отверстия второй камеры таким образом, что смещение первого поршневого элемента принуждает текучую среду действовать на второй поршневой элемент и таким образом вызывать соответствующее смещение второго поршневого элемента, в результате чего закрывающий элемент клапана с обеспечением герметичности взаимодействует с седлом клапана для предотвращения потока от входного отверстия клапана к выходному отверстию клапана. Способ также включает этап калибрования первого поршневого элемента и второго поршневого элемента, в результате чего сила, действующая на второй поршневой элемент, больше, чем сила, действующая на первый поршневой элемент.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] На фиг. 1А показан вид спереди в разрезе одного варианта реализации клапанного узла с клапаном в закрытом положении, причем приводной механизм клапана опущен для ясности.
[0009] На фиг. 1В показан вид спереди в разрезе одного варианта реализации клапанного узла, показанного на фиг. 1А, который содержит приводной механизм клапана.
[0010] На фиг. 1С показан местный вид спереди в разрезе варианта реализации клапанного узла, показанного на фиг. 1А, с клапаном в открытом положении.
[0011] На фиг. 2А показан местный вид спереди в разрезе первой камеры и второй камеры клапанного узла, когда клапан находится в закрытом положении, причем мембрана, корпус клапана и крышка опущены для ясности и
[0012] на фиг. 2В показан местный вид спереди в разрезе первой камеры и второй камеры клапанного узла, когда клапан находится в открытом положении, причем мембрана, корпус клапана и крышка опущены для ясности.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Как показано на фиг. 1А, клапанный узел 10 содержит шток 12 клапана, имеющий первый конец 14 и второй конец 16 и проходящий вдоль продольной оси 18, причем шток 12 выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси 18. Клапанный узел 10 дополнительно содержит первый поршневой элемент 20, соединенный с первым концом 14 штока 12, причем первый поршневой элемент 20 имеет наружный периметр 22, который ограничивает первую область А1. Кроме того, клапанный узел 10 содержит работающий на сжатие элемент 24, который выполнен с возможностью взаимодействия с диафрагмой 26 и вторым поршневым элементом 28, соединенным с работающим на сжатие элементом 24, при этом второй поршневой элемент 28 имеет наружный периметр 30, который ограничивает вторую область А2. Как показано на фиг. 2А и 2В, клапанный узел 10 дополнительно содержит первую камеру 32, имеющую первое отверстие 34, образованное одной или большим количеством внутренних поверхностей 36, причем первое отверстие 34 выполнено с возможностью приема первого поршневого элемента 20 таким образом, что первый поршневой элемент 20 выполнен с возможностью смещения в продольном направлении внутри первого отверстия 34 относительно первой камеры 32, при этом первый поршневой элемент 20 с обеспечением герметичности взаимодействует с одной или большим количеством внутренних поверхностей 36, образующих первое отверстие 34, таким образом, что нижняя часть 38 первого поршневого элемента 20 и одна или большее количество внутренних поверхностей 36, образующих первое отверстие 34, по меньшей мере частично образуют первый внутренний объем 40.
[0014] Как показано на фиг. 2А и 2В, клапанный узел 10 дополнительно содержит вторую камеру 42, имеющую второе отверстие 44, образованное одной или большим количеством внутренних поверхностей 46, причем второе отверстие 44 выполнено с возможностью приема второго поршневого элемента 28 таким образом, что второй поршневой элемент 28 выполнен с возможностью смещения в продольном направлении внутри второго отверстия 44 относительно второй камеры 42. Второй поршневой элемент 28 с обеспечением герметичности взаимодействует с одной или большим количеством внутренних поверхностей 46, образующих второе отверстие 44, таким образом, что верхняя часть 48 второго поршневого элемента 28 и одна или большее количество внутренних поверхностей 46, образующих второе отверстие 44, по меньшей мере частично образуют второй внутренний объем 50. Трубчатая часть 52 проходит от первой камеры 32 ко второй камере 42 таким образом, что первый внутренний объем 40 сообщается со вторым внутренним объемом 50. Рабочая жидкость 54 расположена в первом внутреннем объеме 40, трубчатой части 52 и втором внутреннем объеме 50 таким образом, что смещение в нижнем направлении первого поршневого элемента 20 относительно первой камеры 32 принуждает часть рабочей жидкости 54 создавать давление на верхнюю часть 48 второго поршневого элемента 28 и вызывать смещение второго поршневого элемента 28 в нижнем направлении. Рабочая жидкость 54 может быть любой подходящей гидравлической жидкостью, такой как пищевое гидравлическое масло.
[0015] Выполненный таким образом санитарный клапанный узел 10 является бессальниковым и имеет меньшее количество движущихся частей, чем традиционные санитарные клапаны. Кроме того, поскольку рабочая жидкость под давлением принуждает второй поршневой элемент 28 смещать диафрагму 26 для закрывания и открывания клапанного узла 10, мусор или стружка во внутренней части деталей клапана не будет ухудшать рабочие характеристики клапана. Соответственно, описанный клапанный узел 10 имеет сниженные эксплуатационные затраты и эксплуатационные расходы, чем традиционные клапаны, с одновременным созданием равномерно распределенных и точных закрывающих сил и увеличением срока службы.
[0016] Клапанный узел 10 содержит корпус 56 клапана и крышку 58, соединенную с верхней частью корпуса 56 клапана, как показано на фиг. 1А. Корпус 56 имеет входное отверстие 59, выходное отверстие 60 и канал 62, проходящий между ними. Входное отверстие 59 может быть расположено горизонтально, и выходное отверстие 60 может быть расположено вертикально. Термин "горизонтальный", используемый в настоящей заявке, относится к направлению, параллельному или соосному с осью X в эталонной системе координат на фиг. 1А, и термин "вертикальный" относится к направлению, параллельному или соосному с осью Y в эталонной системе координат на фиг. 1А. Согласно другим вариантам реализации входное отверстие 59 и выходное отверстие 60 могут иметь любую подходящую ориентацию. Например, входное отверстие 59 и выходное отверстие 60 могут быть расположены горизонтально. Периферийный край выходного отверстия 60, сформированный в месте пересечения выходного отверстия 60 с входным отверстием 59, может формировать седло 64 клапана. Круглое рабочее отверстие 66 крышки может быть расположено напротив седла 64 корпуса 56, а крышка 58 может быть прикреплена к корпусу 56 для закрывания рабочего отверстия 66. Крышка 58 может проходить вдоль продольной оси 18 таким образом, что крышка 58 может иметь первый конец 68 рядом с корпусом 56 и второй конец 70, противоположный первому концу 68. Крышка 58 может иметь полую внутреннюю часть 72, которая может быть ограничена одной или большим количеством внутренних поверхностей. Например, крышка 58 может быть симметрично или, по существу симметрично, сформирована вокруг продольной оси 18 таким образом, что внутренняя часть 72 ограничена цилиндрической внутренней стенкой 74. Выполненная таким образом крышка 58 имеет общую форму цилиндра с первым концом 68, открытым в полую внутреннюю часть 72, которая частично образована цилиндрической внутренней стенкой 74. Крышка 58 может иметь верхнюю часть 76 рядом со вторым концом 70, и верхняя часть 76 может содержать рабочее отверстие 78 для штока, которое выполнено для приема с возможностью скольжения штока 12 клапана. Соответственно, рабочее отверстие 78 может иметь форму, которая в целом соответствует форме поперечного сечения штока 12. Например, рабочее отверстие 78 может иметь круглую форму для приема штока 12, имеющего поперечное сечение круглой формы. Рабочее отверстие 78 может быть сформировано в верхней части 80 стенки или может быть сформировано на выступе 82 для штока, который проходит в верхнем направлении от верхней части 80 стенки, как показано на фиг. 1А. Кроме того, уплотнение (не показано), такое как кольцевое уплотнение, может быть расположено в рабочем отверстии 78 или рядом с ним для взаимодействия с обеспечением герметизации со штоком 12 для препятствования попаданию мусора во внутреннюю часть 78 крышки 58 сквозь рабочее отверстие 78.
[0017] Как показано на фиг. 1В, шток 12 клапанного узла 10 может быть соединен с узлом 84 приводного механизма клапана. Узел 84 приводного механизма клапана может содержать верхний корпус 86 приводного механизма и нижний корпус 88 приводного механизма, соединенный с верхним корпусом 86. Нижний корпус 88 может иметь подпружинное гнездо 90, в котором цилиндрическая пружина 92 по меньшей мере частично расположена таким образом, что нижняя часть цилиндрической пружины 92 контактирует с нижней частью подпружинного гнезда 90. Мембрана 94 приводного механизма может быть расположена между верхним корпусом 86 приводного механизма и нижним корпусом 88 приводного механизма. Узел 84 приводного механизма также содержит пластину 96 мембраны, расположенную между мембраной 94 и нижним корпусом 88, причем нижняя поверхность 97 мембраны 94 взаимодействуют с верхней поверхностью 98 пластины 96. Шток 99 приводного механизма может быть соединен с пластиной 96 мембраны таким образом, что шток 99 проходит в нижнем направлении (т.е. проходит в направлении, противоположном оси Y эталонной системы координат на фиг. 1В) от нижней поверхности 100 пластины 96. Цилиндрическая пружина 92 может быть расположена соосно со штоком 99 таким образом, что цилиндрическая пружина 92 окружает верхнюю часть штока 99. Выполненная таким образом верхняя часть цилиндрической пружины 92 может взаимодействовать с нижней поверхностью 100 пластины 96 мембраны таким образом, что цилиндрическая пружина 92 смещает пластину 96 в верхнем направлении (т.е. в направлении оси Y эталонной системы координат на фиг. 1В). Нижняя часть штока 99 может быть соединена со вторым концом 16 штока 12 клапана таким образом, что вертикальное перемещение пластины 96 вызывает соответствующее вертикальное перемещение штока 12.
[0018] Как показано на фиг. 1В, несущая часть 102 может быть расположена между клапанным узлом 10 и узлом 84 приводного механизма клапана. В частности, несущая часть 102 может иметь первый конец 104 и второй конец 106, который расположен в продольном направлении противоположно первому концу 104. Первый конец 104 несущей части 102 может быть прикреплен к верхней части 80 стенки крышки 58, а второй конец 106 несущей части 102 может быть прикреплен к наружной части нижнего корпуса 88 приводного механизма.
2
[0019] Как показано на фиг. 1А и 1В, шток 12 клапана клапанного узла 10 проходит вдоль продольной оси 18 и имеет первый конец 14 и второй конец 16 в продольном направлении противоположный первый конец 14. Как описано выше, второй конец 16 штока 12 может быть соединен с нижней частью штока 99 приводного механизма таким образом, что вертикальное перемещение пластины 96 мембраны вызывает соответствующее смещение штока 12 вдоль продольной оси 18. Как показано на фиг. 2А (на которой, подобно фиг. 2В, корпус 56 клапана, мембрана 26 и крышка 58 не показаны для ясности), первый поршневой элемент 20 может быть соединен с первым концом 14 штока 12, а наружный периметр 22 первого поршневого элемента 20 может ограничивать первую область А1. Наружный периметр 22 может быть образован наружным краем первого поршневого элемента 20 при взгляде вдоль продольной оси 18, причем наружный периметр 22 может иметь любую подходящую форму. Согласно одному варианту реализации первый поршневой элемент 20 может иметь форму диска (т.е. цилиндрическую форму), имеющего верхнюю часть 108, расположенную рядом с первым концом 14 штока 12, и нижнюю часть 38, расположенную противоположно верхней части 108. Каждая из верхней части 108 и нижней части 38 может иметь плоскую поверхность. Согласно другому варианту реализации одна или обе из верхней части 108 и нижней части 38 могут быть профилированными или частично профилированными. Боковая часть 110 может проходить между верхней частью 108 и нижней частью 38, причем боковая часть 110 может иметь цилиндрическую или, по существу цилиндрическую, форму. Выполненный таким образом круглый край, сформированный пересечением боковой части 110 и нижней части 38, может формировать наружный периметр 22 первого поршневого элемента 20. Согласно данному варианту реализации первая область А1, ограниченная наружным периметром 22 первого поршневого элемента 20, может иметь площадь ∏(R1), где R1 - радиус круглого наружного периметра 22. Радиус R1 наружного периметра 22 может быть немного меньше, чем радиус цилиндрической внутренней поверхности 36 первого отверстия 34 первой камеры 32.
[0020] Первый поршневой элемент 20 может быть соединен с первым концом 14 штока 12 любым подходящим способом. Например, первый конец 14 штока 12 может быть прямо или непрямо механически соединен с первым поршневым элементом 20. В частности, как показано на фиг. 2А, первый конец 14 штока 12 может быть снабжен резьбой, и снабженный резьбой первый конец 14 может посредством резьбы взаимодействовать с соответствующим снабженным резьбой отверстием, расположенным в выступе 112, который в верхнем направлении проходит от верхней части 108 первого поршневого элемента 20. Согласно другому варианту реализации отдельный элемент крепления может соединять первый конец 14 штока 12 с первым поршневым элементом 20, или первый конец 14 штока 12 может быть прямо или непрямо соединен сваркой с первым поршневым элементом 20. Кроме того, уплотнение 114 может быть по окружности соединено с первым поршневым элементом 20 для препятствования протеканию текучей среды между боковой частью 110 первого поршневого элемента 20 и внутренней поверхностью 36 первой камеры 32, когда первый поршневой элемент 20 расположен внутри первого отверстия 34, как показано на фиг. 2А. Например, уплотнением 114 может быть кольцевое уплотнение, причем указанное кольцевое уплотнение может быть по меньшей мере частично расположено в периферийном желобе (не показан), сформированном в боковой части 110 первого поршневого элемента 20. Вместо одинарного уплотнения 114 могут быть использованы два и большее количество уплотнений 114.
[0021] Как показано на фиг. 2А, клапанный узел 10 также содержит первую камеру 32, причем первая камера 32 имеет первое отверстие 34, проходящее вдоль продольной оси 18. Первая камера 32 может иметь любую подходящую форму таким образом, что одна или большее количество внутренних поверхностей образуют первое отверстие 34. Например, первая камера 32 может иметь общую цилиндрическую форму, и первая камера 32 может содержать боковую стенку 116, которая имеет цилиндрическую наружную поверхность 118 и цилиндрическую внутреннюю поверхность 36, причем внутренняя поверхность 36 может формировать первое отверстие 34. Боковая стенка 116 может иметь любую подходящую толщину для сохранения жесткости и, по существу, должна оставаться недеформированной, когда первый поршневой элемент 20 и второй поршневой элемент 28 прикладывают давление к рабочей жидкости 54, как описано более подробно ниже. Продольная ось цилиндрической внутренней поверхности 36 может проходить вдоль продольной оси 18, и продольная ось цилиндрической внутренней поверхности 36 может быть расположена соосно с продольной осью 18. Верхняя стенка 120 может быть расположена в первом конце 122 первой камеры 32 или рядом с ним, причем верхняя стенка 120 может быть плоской или, по существу, плоской. Отверстие 124 для штока может проходить сквозь верхнюю стенку 120, причем указанное отверстие 124 может иметь размер, который немного больше, чем размер штока 12, при этом форма отверстия 124 в целом может соответствовать форме штока 12. Например, если шток 12 имеет круглое поперечное сечение, отверстие 124 также может иметь круглую форму. Продольная ось отверстия 124 может быть расположена соосно с продольной осью 18. Когда первый поршневой элемент 20 расположен внутри первого отверстия 34, шток 12 может проходить сквозь отверстие 124 таким образом, что второй конец 16 штока 12 расположен снаружи первого отверстия 34 (и первой камеры 32).
[0022] Как показано на фиг. 2А, нижняя стенка 126 может быть расположена во втором конце 128 первой камеры 32 или рядом с ним, причем нижняя стенка 126 может быть плоской или почти плоской. Первое трубчатое отверстие 130 может проходить сквозь верхнюю стенку 120, причем первое трубчатое отверстие 130 может иметь любую подходящую форму. Например, первое трубчатое отверстие 130 может иметь круглую форму, и диаметр первого трубчатого отверстия 130 может быть немного меньше, чем диаметр наружного периметра 22 первого поршневого элемента 20. Толщина нижней стенки может соответствовать или почти соответствовать толщине боковой стенки 116.
[0023] Первая камера 32 может быть соединена с крышкой 58, причем первая камера 32 может быть соединена с крышкой 58 любым подходящим способом или в любой подходящей ориентации. Например, первая камера 32 может быть соединена с крышкой 58 таким образом, что наружная поверхность верхней стенки 120 первой камеры 32 может находиться рядом с внутренней поверхностью верхней части 80 стенки крышки 58 или в контакте с ней. Первая камера 32 может быть соединена с крышкой 58 механическим креплением, сваркой или, например, адгезивами. Первая камера 32 может быть изготовлена из любого подходящего материала, такого как нержавеющая сталь.
[0024] Выполненный таким образом, первый поршневой элемент 20 может быть выполнен с возможностью смещения в продольном направлении (т.е. выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси 18) внутри первого отверстия 34 относительно первой камеры 32. Как описано выше, уплотнение (или уплотнения) 114 взаимодействуют с уплотнением внутренней поверхности 36 из боковой стенки 116, и взаимодействие с обеспечением герметизации поддерживается, когда первый поршневой элемент 20 в продольном направлении смещается внутри первое отверстие 34. Соответственно, первый поршневой элемент 20 с обеспечением герметизации взаимодействует с одной или большим количеством внутренних поверхностей, образующих первое отверстие 34 таким образом, что нижняя часть 38 первого поршневого элемента 20 и одна или большее количество внутренних поверхностей, образующих первое отверстие 34, по меньшей мере частично ограничивают первый внутренний объем 40. Например, нижняя часть 38 первого поршневого элемента 20, внутренняя поверхность 36 боковой стенки 116 и верхняя поверхность нижней стенки 126 могут взаимодействовать для частичного образования первого внутреннего объема 40. Первый поршневой элемент 20 может быть изготовлен из любого подходящего материала, такого как нержавеющая сталь.
[0025] Как показано на фиг. 2А, клапанный узел 10 также содержит вторую камеру 42, причем вторая камера 42 имеет второе отверстие 44, проходящее вдоль продольной оси 18. Вторая камера 42 может иметь любую подходящую форму таким образом, что одна или большее количество внутренних поверхностей образуют второе отверстие 44. Например, вторая камера 42 может иметь общую цилиндрическую форму, и вторая камера 32 может содержать боковую стенку 132, которая имеет цилиндрическую наружную поверхность 134 и цилиндрическую внутреннюю поверхность 46, при этом внутренняя поверхность 46 может формировать второе отверстие 44. Диаметр цилиндрической внутренней поверхности 46 может быть значительно больше, чем диаметр цилиндрической внутренней поверхности 36 первой камеры 32. Боковая стенка 132 может иметь любую подходящую толщину для сохранения жесткости и фактически может оставаться недеформированной, когда второй поршневой элемент 20 и второй поршневой элемент 28 прикладывают давление к рабочей жидкости 54, как описано более подробно ниже. Продольная ось цилиндрической внутренней поверхности 46 может проходить вдоль продольной оси 18, причем указанная продольная ось цилиндрической внутренней поверхности 46 может быть расположена соосно с продольной осью 18. Верхняя стенка 136 может быть расположена в первом конце 138 второй камеры 42 или рядом с ним, причем верхняя стенка 136 может быть плоской или почти плоской. Второе трубчатое отверстие 140 может проходить сквозь верхнюю стенку 136, причем второе трубчатое отверстие 140 может иметь ту же самую форму и иметь тот же размер, что и первое трубчатое отверстие 130. Например, если первое трубчатое отверстие 130 имеет круглую форму, диаметр второго трубчатого отверстия 140 может быть равен диаметру первого трубчатого отверстия 130. Продольная ось второго трубчатого отверстия 140 может быть расположена соосно с продольной осью 18. Второй конец 142 второй камеры 42 может быть открытым таким образом, что весь второй поршневой элемент 28 или его часть может быть установлен через открытый второй конец 142 во второе отверстие 44. Выполненный таким образом второй поршневой элемент 28 может смещаться в продольном направлении (т.е. выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси 18) внутри второго отверстия 36 относительно второй камеры 42. Вторая камера 42 может быть соединена с крышкой 58 любым подходящим способом или с любой подходящей ориентацией. Например, вторая камера 42 может быть соединена с крышкой 58 таким образом, что наружная поверхность 134 боковой стенки 132 второй камеры 42 может быть расположена рядом или находиться в контакте с внутренней стенкой 74 крышки 58. Вторая камера 42 может быть соединена с крышкой 58 механическим креплением, сваркой или, например, адгезивами. Вторая камера 42 может быть изготовлена из того же самого материала или материалов, что и первая камера 32.
[0026] Как показано на фиг. 2А, клапанный узел 10 также содержит второй поршневой элемент 28, соединенный с работающим на сжатие элементом 24. В частности, нижняя часть 144 второго поршневого элемента 28 может быть соединена или иначе прочно скреплена с верхней частью 146 работающего на сжатие элемента 24 любым подходящим способом. Например, нижняя часть 144 второго поршневого элемента 28 может быть механически соединена с верхней частью 146 работающего на сжатие элемента 24. Согласно другому варианту реализации второй поршневой элемент 28 может быть соединен с работающим на сжатие элементом 24, например, с использованием адгезива или сваркой. Кроме того, второй поршневой элемент 28 может быть непрямо соединен с работающим на сжатие элементом 24, и один или большее количество промежуточных элементов или частей (например, расположенный в продольном направлении шток) могут быть расположены между нижней частью 144 второго поршневого элемента 28 и верхней частью 146 работающего на сжатие элемента 24.
2
[0027] Наружный периметр 30 второго поршневого элемента 28 может быть образован наружным краем верхней части 48 второго поршневого элемента 28 при взгляде вдоль продольной оси 18, причем наружный периметр 30 может иметь любую подходящую форму. Согласно одному варианту реализации второй поршневой элемент 28 может иметь форму диска (т.е. цилиндрическую форму), и верхняя часть 48 может содержать плоскую поверхность. Согласно другому варианту реализации верхняя часть 108 может быть профилирована или частично профилирована. Боковая часть 148 может проходить между верхней частью 48 и нижней частью 144, причем боковая часть 148 может иметь цилиндрическую или, по существу цилиндрическую, форму. Выполненный таким образом круглый край, сформированный пересечением боковой части 148 и верхней части 48, может формировать наружный периметр 30 второго поршневого элемента 28. Согласно данному варианту реализации вторая область А2, ограниченная наружным периметром 30 второго поршневого элемента 28, может иметь площадь ∏(R2), где R2 - радиус круглого наружного периметра 30. Радиус R2 круглого наружного периметра 30 может быть немного меньше, чем радиус цилиндрической внутренней поверхности 46 второго отверстия 44 второй камеры 42. Площадь второй области А2 второго поршневого элемента 28 предпочтительно больше, чем площадь первой области А1 первого поршневого элемента 20. Второй поршневой элемент 28 может быть изготовлен от того же самого материала или материалов, что и первый поршневой элемент 20.
[0028] Кроме того, уплотнение 150 может быть по окружности соединено со вторым поршневым элементом 28 для препятствования протеканию текучей среды между боковой частью 148 второго поршневого элемента 28 и внутренней поверхностью 46 второй камеры 42, когда второй поршневой элемент 28 расположен внутри второго отверстия 44. Например, уплотнением 150 может быть кольцевое уплотнение, которое может быть по меньшей мере частично расположено в периферийном желобе (не показан), сформированном в боковой части 148 второго поршневого элемента 28. Вместо одинарного уплотнения 150 могут быть использованы два и большее количество уплотнений 150.
[0029] При смещении второго поршневого элемента 28 в продольном направлении (т.е., вдоль продольной оси 18) внутри второго отверстия 34 относительно второй камеры 42 уплотнение или уплотнения 150 взаимодействуют с внутренней поверхностью 46 боковой стенки 132. Соответственно второй поршневой элемент 28 взаимодействует с уплотнением с одной или большим количеством внутренних поверхностей, образующих второе отверстие 44, таким образом, что верхняя часть 48 второго поршневого элемента 28 и одна или большее количество внутренних поверхностей, образующих второе отверстие 44, по меньшей мере частично образуют второй внутренний объем 50. Например, верхняя часть 48 второго поршневого элемента 28, внутренняя поверхность 46 боковой стенки 132 и нижняя поверхность верхней стенки 136 могут взаимодействовать для частичного образования второго внутреннего объема 50.
[0030] Как показано на фиг. 2А, клапанный узел 10 также содержит трубчатую часть 52. Трубчатая часть 52 может содержать боковую стенку 152, имеющую внутреннюю поверхность 154 и наружную поверхность 156, причем боковая стенка 152 может быть жесткой. Поперечное сечение трубчатой части 52 может иметь любую подходящую форму. Например, поперечное сечение трубчатой части 52 может иметь круглую форму таким образом, что боковая стенка 152 является полым цилиндром. Продольная ось трубчатой части 52 может проходить вдоль продольной оси 18, причем продольная ось цилиндрической трубчатой части 52 может быть расположена соосно с продольной осью 18. Первое трубчатое отверстие 130 первой камеры 32 и второе трубчатое отверстие 140 второй камеры 32 могут частично формировать внутреннюю поверхность 154 боковой стенки 152. Ограниченный таким образом внутренний объем 158 трубчатой части 52 может сообщаться с каждым из первого внутреннего объема 40 и второго внутреннего объема 50. Соответственно, рабочая жидкость 54, расположенная в первом внутреннем объеме 40 и втором внутреннем объеме 50, может перемещаться между первым внутренним объемом 40 и вторым внутренним объемом 50 посредством внутреннего объема 158 трубчатой части 52.
[0031] Трубчатая часть 52 может быть выполнена из того же материала, что и первая и вторая камеры 32, 42, и может быть соединена с первой и второй камерами 32, 42 любым подходящим способом (например, механическим креплением, сваркой, адгезивами, и т.п.). Боковая стенка 152 не обязательно должна быть жесткой, и согласно другому варианту реализации боковая стенка 152 может быть гибкой. Например, трубчатая часть 52 может быть гибким шлангом, проходящим между первым трубчатым отверстием 130 первой камеры 32 и вторым трубчатым отверстием 140 второй камеры 32.
[0032] Как показано на фиг. 1А, 2А и 2В, клапанный узел 10 также содержит работающий на сжатие элемент 24. Как описано выше, нижняя часть 144 второго поршневого элемента 28 может быть соединена или иначе прочно прикреплена к верхней части 146 работающего на сжатие элемента 24 таким образом, что продольное смещение второго поршневого элемента 28 приводит к соответствующему продольному смещению работающего на сжатие элемента 24. Работающий на сжатие элемент 24 может иметь профилированную нижнюю часть 160, которая может иметь скругленный гребень 162, являющийся симметричным относительно оси, которая может быть соосна с продольной осью 18. Внутренняя часть гребня 162 может формировать центральное углубление 164, которое является симметричным относительно оси, которая может быть установлена соосно с продольной осью 18. Наружная периферийная часть работающего на сжатие элемента 24 может формировать фланец 166, который может иметь круглый наружный край, диаметр которого больше, чем диаметр наружной поверхности 134 второй камеры 42.
[0033] Второй поршневой элемент 28 расположен внутри второго отверстия 44, причем смещающий элемент 168, такой как пластинчатая пружина, может действовать в нижней части 160 работающего на сжатие элемента 24 рядом с фланцем 166 для смещения работающего на сжатие элемента 24 в направлении к верхней стенке 136 второй камеры 42, как показано на фиг. 1А и 2А. Смещающий элемент 168 может быть закреплен в фиксированном положении относительно смещающего элемента 168 любым подходящим способом. Например, смещающий элемент 168 может быть удержан на месте неподвижным пружинным кольцом 170, которое зафиксировано внутри желоба, сформированного во внутренней поверхности крышки 58 рядом с первым концом 68 крышки 58. Как показано на фиг. 1А, работающий на сжатие элемент 24 может быть выполнен с возможностью взаимодействия с мембраной 26, которая расположена между работающим на сжатие элементом 24 и седлом 64 клапана. В частности, мембрана 26 содержит верхнюю часть 172 и нижнюю часть 174. Верхняя часть 172 выполнена с возможностью соответствовать форме нижней части 160 работающего на сжатие элемента 24 таким образом, что контуры нижней части 160 работающего на сжатие элемента 24 взаимодействуют с соответствующими контурами верхней части 172 мембраны 26 и размещаются в них. Верхняя часть 172 мембраны 26 в целом однородно смещена относительно нижней части 174 мембраны 26, поскольку общая форма нижней части 174 соответствует общей форме нижней части 160 работающего на сжатие элемента 24. Таким образом, нижняя часть 174 мембраны 26 может содержать скругленный гребень 176, который является симметричным вокруг оси, которая может быть расположена соосно с продольной осью 18. Внутренняя часть гребня 176 может формировать центральное углубление 178, которое является симметричным вокруг оси, которая может быть расположена соосно с продольной осью 18. Наружная периферийная часть мембраны 26 может формировать фланцевую часть 180, диаметр которой больше, чем диаметр круглого наружного края работающего на сжатие элемента 24.
[0034] Как показано на фиг. 1А, фланцевая часть 180 может быть захвачена между первым концом 68 крышки 58 и корпусом 56 клапана рядом с рабочим отверстием 66 крышки, когда крышка 58 прикреплена к корпусу 56 клапана. Закрепленная таким образом мембрана 26 действует в качестве уплотнения, которое предотвращает просачивание или иное попадание текучих сред, протекающих в канале 62 корпуса 56, в рабочее отверстие крышки 66. Когда второй поршневой элемент 28 находится в первом положении (т.е. в положении закрытого клапана), как показано на фиг. 1А, 1В и 2А, вершина гребня 176 мембраны 26 взаимодействует с поверхностью корпуса 56, образующего седло 64 клапана, таким образом, что мембрана 26 препятствует протеканию текучей среды из входного отверстия 68 в канал 62 и, в конечном счете, в выходное отверстие 60. Однако когда второй поршневой элемент 28 находится во втором положении (т.е. в положении открытого клапана), как показано на фиг. 1С и 2В, вершина гребня 176 мембраны 26 смещена в продольном направлении от поверхности корпуса 56, образующего седло 64 клапана, и таким образом, текучая среда, входящая во входное отверстие 68, продолжает протекать в канал 62 и к выходному отверстию 60.
[0035] При использовании, когда клапанный узел 10 должен перейти из положения открытого клапана в положение закрытого клапана, текучая среда под давлением может быть подана во внутреннюю камеру верхнего корпуса 86 приводного механизма 84 клапана известным способом, и указанное давление действует на мембрану 94 приводного механизма таким образом, что пластина 96 мембраны смещается в нижнем направлении, как показано на фиг. 1В. При смещении мембраны 94 в нижнем направлении шток 99 приводного механизма и шток 12 клапана также смещаются в нижнем направлении и таким образом приводят к смещению в нижнем направлении первого поршневого элемента 20 в первой камере 32. Указанное смещение в нижнем направлении первого поршневого элемента 20 внутри первой камеры 32 вызывает перетекание рабочей жидкости 54 из первого внутреннего объема 40 во внутренний объем 158 трубчатой части 52 и во второй внутренний объем 50. Поскольку рабочая жидкость 54 является несжимаемой или. по существу, несжимаемой, рабочая жидкость 54, которая входит во второй внутренний объем 50 по причине смещения первого поршневого элемента 20, прикладывает давление к верхней части 48 второго поршневого элемента 28, и результирующая действующая в нижнем направлении сила вызывает смещение второго поршневого элемента 28 в нижнем направлении против действия смещающей в верхнем направлении силы, приложенной к работающему на сжатие элементу 24 смещающим элементом 168. Поскольку второй поршневой элемент 28 смещается в нижнем направлении, второй поршневой элемент 28 перемещается из второго положения (положения открытого клапана) к первому положению (положению закрытого клапана). В первом положении вершина гребня 176 мембраны 26 взаимодействует с поверхностью корпуса 56, образующей седло 64 клапана, таким образом, что мембрана 26 препятствует протеканию текучей среды от входного отверстия 68 в канал 62 и, в конечном счете, к выходному отверстию 60.
[0036] Для открывания клапанного узла 10 (т.е. перемещения второго поршневого элемента 28 из первого положения во второе положение) текучую среду под давлением, находящуюся во внутренней камере верхнего корпуса 86 приводного механизма 84, отводят в атмосферу, и пружина 92 принуждает пластину 96 мембраны к смещению в верхнем направлении, в результате чего указанное смещение в верхнем направлении принуждает первый поршневой элемент 20 к смещению в верхнем направлении внутри неподвижной первой камеры 32. Поскольку смещающий элемент 168 прикладывает действующую в верхнем направлении силу к работающему на сжатие элементу 24 и прикрепленному к нему второму поршневому элементу 28, и поскольку давление, приложенное рабочей жидкостью 54 ко второму поршневому элементу 28, уменьшается, так как первый поршневой элемент 20 смещается в верхнем направлении, следовательно, второй поршневой элемент 28 также смещается в верхнем направлении. Это смещение в верхнем направлении второго поршневого элемента 28 принуждает рабочую жидкость 54 перетекать из второго внутреннего объема 50 сквозь внутренний объем 158 трубчатой части 52 в первый внутренний объем 40. Силу и величину продольного перемещения смещающего элемента 168 выбирают таким образом, чтобы обеспечить контакт нижней части 38 первого поршневого элемента 20 с рабочей жидкостью 54, когда клапанный узел 10 находится во втором положении. Для специалиста очевидно, что промежуточное положение между первым положением и вторым положением может быть поддержано путем создания желательного давления во внутренней камере верхнего корпуса 86 приводного механизма 84 клапана, которое приводит к желательному смещению в нижнем направлении пластины 96 мембраны, которое меньше, чем смещение в нижнем направлении пластины 96, соответствующее первому положению, но которое больше, чем смещение в нижнем направлении пластины 96 (если таковое имеется), соответствующее второму положению.
[0037] Как описано выше, первый поршневой элемент 20 имеет наружный периметр 22, который ограничивает первую область А1, а второй поршневой элемент 28 имеет наружный периметр 30, который ограничивает вторую область А2, причем площадь второй области А2 второго поршневого элемента 28 предпочтительно больше, чем площадь первой области А1 первого поршневого элемента 20. Выполненный таким образом приводной механизм 84 клапана прикладывает действующую в нижнем направлении силу к первому поршневому элементу 20, и таким образом приводной механизм 84 смещает в нижнем направлении первый поршневой элемент 20. В результате, указанная действующая в нижнем направлении сила создает в первом внутреннем объеме 40 первое давление, действующее на рабочую жидкость 54, причем указанное давление приблизительно равно действующей в нижнем направлении силе приводного механизма, разделенной на площадь первой области А1. Для специалиста очевидно, что давление, созданное в результате смещения в нижнем направлении первого поршневого элемента 20, также действует на второй поршневой элемент 28, и таким образом действующая в нижнем направлении сила, приложенная ко второму поршневому элементу 28, пропорциональна отношению площади второй области А2 к площади первой области А1. Таким образом, если площадь второй области А2 вдвое больше площади первой области А1, сила, действующая на второй поршневой элемент 28, равна удвоенной силе, созданной первым поршневым элементом 20 (которая, в свою очередь, является действующей в нижнем направлении силой приводного механизма 84 клапана). Отношение площадей второй области А2 и первой области А1 может иметь любое подходящее значение. Например, указанное отношение площадей второй области А2 и первой области А1 может находиться между 1,5 и 10 (т.е. площадь второй области А2 может быть от 1,5 до 10 раз больше, чем площадь первой области А1). Соответственно, такая гидравлическая система действует в качестве умножителя силы, повышающего контактную силу, действующую между мембраной 26 и седлом 64 клапана.
[0038] Выполненный как описано выше санитарный клапанный узел 10 имеет небольшое количество движущихся частей, что приводит к уменьшенному износу или повреждению частей, снижению эксплуатационных расходов, сокращению времени простоя клапана и увеличению срока службы по сравнению с традиционными санитарными клапанами. Кроме того, описанная выше гидравлическая система создает точные закрывающие силы, приложенные к работающему на сжатие элементу 26, в результате чего достигнуты равномерно распределенные уплотняющие характеристики между мембраной 26 и седлом клапана 64, независимо от присутствия мусора во внутренней части 72 крышки 58. Кроме того, санитарный клапанный узел 10 является бессальниковым, поскольку мембрана 26 действует в качестве изолятора для внутренней части 72 крышки 58 от технологической текучей среды, протекающей в канале 62. Для специалиста очевидно, что использование указанного бессальникового санитарного клапанного узла 10 сокращает эксплуатационные расходы и минимизирует простой клапана.
[0039] Не смотря на то, что выше были описаны различные варианты реализации, настоящее описание не должно быть истолковано как ограничение настоящего изобретения. В описанные выше варианты реализации могут быть внесены изменения, которые, тем не менее, находятся в пределах объема защиты, определенного в пунктах приложенной формулы. Например, узел 10 приводного механизма клапана согласно настоящему изобретению может быть использован с любым подходящим регулирующим клапаном.