КЛАПАН ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГАЗОВОГО ИМПУЛЬСА
GAS PULSE CREATING VALVE

Настоящее изобретение относится к газовому клапану, содержащему корпус, снабженный впускным отверстием и выпускным отверстием, подвижный клапанный элемент, который может плотно прилегать к седлу клапана для его закрытия; камеру управления, образованную со стороны подвижного клапанного элемента, удаленной от седла, содержащую ходовой объем клапана и соединенную через дроссельный канал со впускным отверстием; выходной канал, проходящий в фиксированном положении между камерой управления и выпускным отверстием клапана; управляющий клапан, способный под управлением закрывать и открывать выходной канал, позволяя газу вытекать из камеры управления к выпускному отверстию, так что давление, действующее на часть другой стороны подвижного элемента клапана, которая непосредственно связана с впускным отверстием, перемещает подвижный клапанный элемент в направлении от седла и открывает клапан
Такой клапан описан в WO 99/60292. Одна из особенностей этого клапана состоит в том, что его открытие и/или закрытие может выполняться очень быстро, так что за короткое время через клапан может проходить большое количество газа, что позволяет использовать такой клапан, в частности, для создания короткого газового импульса. В WO 2004/070245 и WO 96/27095 описаны похожие клапаны, у которых выходной канал ведет не к выпускному отверстию, а к наружному выходному отверстию. Путем небольших доработок в таких клапанах можно выполнить выходной канал между камерой управления и выпускным отверстием.
Такие газовые клапаны используются для чистки пылевых фильтров, например, в промышленных вытяжных системах. Пылевые фильтры при работе забиваются пылью, что увеличивает сопротивление потоку. Пылевой фильтр можно очистить газовым импульсом, направленным противоположно нормальному направлению газового потока, протекающего через пылевой фильтр. В связи с этим важно, что можно получить эффективный газовый импульс с помощью газового клапана, способного очень быстро открываться и закрываться с пропусканием большого количества газа за очень короткое время.
Во многих случаях предпочтительно иметь выход из камеры управления в выпускное отверстие клапана, а не в окружающее клапан пространство, так как это уменьшает шум за счет того, что выпускное отверстие клапана, как правило, изолировано от окружающего пространства. Кроме того, когда используется выход в окружающее пространство, нужно установить дополнительный фильтр, который тоже может забиваться пылью.
Выходной канал предназначен для вывода газа из камеры управления к выпускному отверстию клапана, в котором давление меньше, что является важным фактором для работы клапана. Выходной канал предпочтительно проходит в выпускное отверстие клапана. Перед открытием клапана открывается управляющий клапан и газ может протекать из камеры управления через выходной канал в выпускное отверстие. В результате этого давление в камере управления будет падать и когда оно достаточно уменьшится, подвижный клапанный элемент будет подниматься от седла, при этом между впускным и выпускным отверстиями клапана создается газовый поток.
Когда давление в камере управления падает, газ будет течь из впускного отверстия в камеру управления через дроссельный канал. Когда управляющий клапан закрывается, давление в камере управления будет расти и клапан возвратится на свое седло.
До тех пор, пока управляющий клапан открыт, количество газа, выходящего через выходной канал, должно быть больше количества газа, поступающего через дроссельный канал, для поддержания клапана в открытом положении. Выход газа через выходной канал зависит от давления в выпускном отверстии клапана, которое зависит от конструкции выпускной стороны клапана и условий на выпускной стороне клапана. В некоторых применениях клапана сопротивление на его выпускной стороне может быть таким большим, что создается отрицательная разность давлений, в результате чего камера управления заполняется быстрее, чем опорожняется. При этом клапан сразу же закрывается снова. Это вызывает падение давления в выпускном отверстии и клапан опять открывается. Таким образом, клапан начинает колебаться при открытом управляющем клапане, что нежелательно.
Целью изобретения является создание более эффективного и более надежного клапана, у которого указанное выше нежелательное поведение наблюдается в меньшей мере.
Для достижения этой цели выходной канал проходит за седло клапана в выпускное отверстие при открытом положении клапанного элемента, а в выходном канале или вблизи него предусмотрен невозвратный клапан, способный закрывать выходной канал с предотвращением протекания газа из выпускного отверстия в камеру управления при указанном открытом положении клапанного элемента. В результате выходной канал работает независимо от сопротивления выпускного отверстия клапана и предотвращается заполнение камеры управления из выпускного отверстия. Соответственно, клапан не будет вести себя как описано выше.
В специальном предпочтительном варианте осуществления изобретения объем пространства между управляющим клапаном и невозвратным клапаном составляет более 50% от минимального объема камеры управления. Объем, ограниченный подвижным клапанным элементом и невозвратным клапаном, между которыми расположен управляющий клапан, может быть разделен на три части. Ходовой объем является переменной частью пространства в камере управления и определяет, сколько газа нужно для перемещения подвижного клапанного элемента в открытое положение. Минимальный объем камеры управления, т.е. ее объем, когда клапан полностью открыт, называется мертвым объемом. Дополнительный мертвый объем - это объем пространства между управляющим клапаном и невозвратным клапаном.
Когда невозвратный клапан закрывается при открытом управляющем клапане, упомянутые три объема образуют пространство, которое заполняется через дроссельный канал, вызывая повышение давления. Этот продолжается до тех пор, пока разность давлений не станет достаточно малой и клапан не закроется. Необходимое для этого время зависит от полного объема упомянутого пространства. Целесообразно, чтобы дополнительный мертвый объем между управляющим клапаном и невозвратным клапаном был как можно больше. Этот объем используется в качестве буфера для замедления роста давления через дроссельный канал и поддержания клапана в открытом положении как можно дольше, пока открыт управляющий клапан. Когда управляющий клапан закрыт, через дроссельный канал будет заполняться только пространство внутри камеры управления. Время, необходимое для достижения момента закрытия клапана, уменьшается. Благодаря этому клапан очень хорошо реагирует на открытие и закрытие управляющего клапана.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения подвижный клапанный элемент может перемещаться мимо клапанного элемента, неподвижно закрепленного в корпусе, для чего подвижный клапанный элемент имеет две трубчатые скользящие поверхности разных диаметров, а неподвижный клапанный элемент имеет два сопряженных с ними кольцевых скользящих края разных диаметров, соответствующих диаметрам указанных трубчатых поверхностей, причем седло клапана расположено, если смотреть в осевом направлении, между скользящей поверхностью, имеющей меньший диаметр, и скользящей поверхностью, имеющей больший диаметр. Скользящие поверхности и соответствующие им скользящие края образуют непроницаемые соединения, ограничивающие ходовой объем клапана. Таким образом, образуется конструкция поршневого типа, в которой расположенное между большей скользящей поверхностью и меньшей скользящей поверхностью пространство, которое изменяется по длине во время хода, образует кольцевой ходовой объем, который много меньше имеющего форму диска ходового объема в известном мембранном клапане при одинаковой длине хода. В результате вытесняемый объем становится намного меньше, что позволяет по меньшей мере частично устранить связанные с этим недостатки.
Две трубчатые скользящие поверхности предпочтительно расположены на подвижном клапанном элементе и обращены внутрь. Однако в рамках настоящего изобретения возможны другие варианты, например когда одна из трубчатых скользящих поверхностей расположена на подвижном клапанном элементе, а другая на неподвижном клапанном элементе.
Меньший диаметр составляет предпочтительно 0,4-0,9 от большего диаметра, более предпочтительно 0,5-0,8, особенно предпочтительно 0,6-0,7. Также предпочтительно, если площадь между скользящей поверхностью, имеющей меньший диаметр, и центром края седла клапана составляет 0,3-0,7, более предпочтительно 0,4-0,6 от площади между двумя скользящими поверхностями, если смотреть в осевом направлении. Указанные соотношения обеспечивают оптимальный баланс сил при минимальном вытеснении объема.
Трубчатые скользящие поверхности соединены друг с другом предпочтительно посредством газонепроницаемой соединительной части. Трубчатые поверхности подвижного клапанного элемента предпочтительно состоят из двух гильз, из которых гильза, имеющая меньший диаметр, короче гильзы, имеющей больший диаметр, и расположена внутри нее. Эти гильзы соединены посредством упомянутой соединительной части со стороны седла клапана, причем эта соединительная часть образует кольцевой упор, который может опираться на седло клапана. Благодаря этому достигаются необходимые функциональные свойства и малый вес подвижного клапанного элемента.
Подвижный клапанный элемент предпочтительно имеет в области между седлом клапана и скользящей поверхностью, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении, поверхность, к которой может быть приложена результирующая сила от находящегося во впускном отверстии газа, которая направлена от седла клапана, когда он находится в закрытом положении, после выхода газа из камеры управления. Тем самым открытие клапана может инициализироваться простым образом, когда давление в камере управления становится меньше давления во впускном отверстии.
Подвижный клапанный элемент предпочтительно имеет в области между седлом клапана и скользящей поверхностью, имеющей меньший диаметр, если смотреть в осевом направлении, поверхность, к которой может быть приложена результирующая сила от находящегося в камере управления газа, которая направлена к седлу клапана, когда он находится в закрытом положении. Таким образом, клапан может удерживаться в закрытом положении, когда давление в камере управления, приложенное через дроссельный канал, равно давлению во впускном отверстии и больше давления в выпускном отверстии.
При отсутствии давления газа подвижный клапанный элемент предпочтительно прижат к седлу с помощью смещающего средства, предпочтительно содержащего пружину, упирающуюся одной стороной в неподвижный клапанный элемент, а другой стороной в подвижный клапанный элемент.
Указанные кольцевые скользящие края предпочтительно расположены на двух фланцах, проходящих от камеры управления в корпус. Благодаря тому, что кольцевые скользящие края находятся на фланцах, а не на сплошных цилиндрах, экономится материала и клапан становится легче. Также предпочтительно, если кольцевые скользящие края образованы эластичными уплотняющими кольцами, чтобы газ не мог вытекать из камеры управления мимо них.
Далее изобретение поясняется примерами его осуществления, показанными на чертежах, где:
фиг.1 изображает в разрезе газовый клапан в закрытом положении;
фиг.2 изображает в разрезе газовый клапан, показанный на фиг.1, в открытом положении;
фиг.3 изображает в разрезе альтернативный вариант выполнения газового клапана, показанного на фиг.1, и
фиг.4 изображает в разрезе альтернативный вариант выполнения части газового клапана.
На чертежах, которые иллюстрируют изобретение лишь схематично, одни и те же детали обозначены одинаковыми цифровыми позициями.
На фиг.1 и 2 показаны в разрезе различные части газового клапана. Клапан имеет корпус 1 и крышку 2. Корпус 1 снабжен впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4 для газа. Оба отверстия снабжены соединительными средствами, позволяющими подсоединять к ним газовые трубы. В данном варианте выполнения изобретения эти средства состоят из внутренней винтовой резьбы в отверстиях 3 и 4, позволяющей ввинчивать в них конец трубы с наружной резьбой. Путем выбора правильного типа резьбы или путем использования в резьбовом соединении уплотняющего материала можно обеспечить газонепроницаемое уплотнение.
В положении, показанном на фиг.1, газовый клапан закрыт, а его подвижный элемент 5 прижат к седлу 6 клапана. Подвижный клапанный элемент 5 имеет две цилиндрические части, а именно внутренний цилиндр с внутренней цилиндрической поверхностью 51 и наружный цилиндр с внутренней цилиндрической поверхностью 52, которые соединены внизу кольцевым упором 53. Высота внутренней поверхности 51 внутреннего цилиндра равна примерно половине высоты внутренней поверхности 52 наружного цилиндра.
Клапанный элемент 5 установлен подвижно относительно неподвижного клапанного элемента или держателя 21 клапана. Держатель 21 имеет нижний фланец, содержащий уплотнительное кольцо из пластмассы, имеющее наружный край 22, и верхний фланец, содержащий уплотнительное кольцо из пластмассы, имеющее наружный край 23. Диаметр нижнего наружного края 22 соответствует диаметру внутренней поверхности 51 внутреннего цилиндра, а диаметр верхнего наружного края 23 соответствует диаметру внутренней поверхности 52 наружного цилиндра. Благодаря этому цилиндрические внутренние поверхности 51, 52 подвижного клапанного элемента могут скользить в вертикальном направлении по соответствующим кольцевым наружным краям 22, 23 с обеспечением газонепроницаемости.
Наружная и нижняя стороны подвижного клапанного элемента 5, когда он расположен снаружи от седла 6, находятся в непосредственном контакте с впускным отверстием 3, так на этой стороне клапанного элемента действует давление подаваемого газа. На другой стороне клапанного элемента, в держателе 21 (неподвижном клапанном элементе) имеется камера 25 управления, содержащая кольцевой ходовой объем клапана между неподвижным клапанным элементом 21 и подвижным клапанным элементом 5. В этом ходовом объеме расположена пружина 7, которая с одной стороны упирается в неподвижный клапанный элемент 21 и может прижимать подвижный клапанный элемент 5 к седлу 6. Камера 25 управления соединяется с впускным отверстием через дроссельный канал 10. В центре неподвижного клапанного элемента 21 между камерой 25 и выпускным отверстием 4 проходит выходной канал 26. В верхней части выходной канал 26 снабжен отверстием 27, которое может закрываться управляющим клапаном 28, который управляется электромагнитом 29, установленным в крышке 2 с помощью резьбы 30.
Далее более подробно описана работа газового клапана, показанного на фиг.1 и 2. Когда отверстие 27 закрыто управляющим клапаном 28, газовый клапан закрыт в результате плотного прилегания подвижного клапанного элемента 5 к седлу 6 клапана. В этом положении давление подачи газа во впускном отверстии 3 больше давления газа в выпускном отверстии 4. Давление подачи газа присутствует также в камере 25 управления, соединенной с впускным отверстием через дроссельный канал 10. До тех пор пока отверстие 27 закрыто, результирующая сил, действующих на подвижный клапанный элемент 5, будет направлена вниз и потому газовый клапан будет находиться в закрытом положении. Газовый клапан может быть открыт путем открытия управляющего клапана 28, в результате чего газ может вытекать из камеры 25 управления через отверстие 27 в выходной канал 26, при этом давление газа в камере 25 будет падать. Результирующая сил, действующих на подвижный клапанный элемент 5, будет направлена вверх и клапан будет открываться, преодолевая силу пружины 7. Количество газа, которое может проходить через дроссельный канал 10, недостаточно для создания достаточного давления в камере 25 управления, поэтому давление подачи газа, действующее с нижней стороны подвижного клапанного элемента 5, будет держать газовый клапан открытым до тех пор, пока не прекратится выход газа через выходной канал 26, так что давление в камере 25 управления начнет снова расти в результате подачи в нее газа через дроссельный канал 10. В этой ситуации с двух сторон подвижного клапанного элемента 5 будет действовать по существу одинаковое давление и подвижный клапанный элемент 5 будет снова перемещаться в закрытое положение отчасти под действием силы пружины 7.
Для предотвращения вытекания газа из выпускного отверстия 4 через выходной канал 26 обратно в камеру 25 управления предусмотрен невозвратный клапан 31, расположенный в центре выходного канала 26. Этот невозвратный клапан показан более подробно на фиг.3 в открытом положении. Невозвратный клапан 31 состоит из сферического тела, которое удерживается в расширенной части выходного канала 26. На верхней стороне этой расширенной части расположено седло 32 клапана, к которому может плотно прилегать сферическое тело 31, закрывая выходной канал 26. На нижней стороне расширенной части расположено рифленое седло 33, на которое может опираться сферическое тело 31, так что образуется достаточный зазор для протекания газа мимо сферического тела.
На фиг.4 показан альтернативный вариант выполнения газового клапана, в котором выходной канал 26 содержит дополнительное большое пространство между отверстием 27, которое закрывается управляющим клапаном 28, и невозвратным клапаном 31. Это пространство образует дополнительный мертвый объем 34.
Описанные выше варианты осуществления изобретения представлены лишь в качестве примеров. Специалистам в данной области техники после ознакомления с изобретением будет очевидно, что возможны другие варианты его осуществления.