РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН
CONTROL VALVE

Изобретение относится к регулирующему клапану, имеющему корпус с седлом клапана и затвор, выполненный с возможностью посадки в седло клапана, причем затвор приводится в движение через поверхность воздействия и предусмотрена возможность регулирования максимальной длины хода затвора.
Как правило, регулирующие клапаны предназначены для предварительной установки максимального расхода рабочей среды, например, в системах центрального отопления, причем максимальный расход для каждого отдельного радиатора необходимо устанавливать при помощи соответствующего регулирующего клапана, так как радиаторы имеют различное гидравлическое сопротивление.
Предварительную установку расхода рабочей среды, как правило, осуществляют при помощи имеющегося в регулирующем клапане регулируемого дросселя. Кроме того, обычно регулирующий клапан имеет затвор, который при помощи исполнительного элемента перемещается относительно седла клапана для индивидуального регулирования текущего расхода рабочей среды в радиаторе. Расход рабочей среды определяет теплоотдачу радиатора. Посредством индивидуального регулирования расхода рабочей среды регулируется индивидуальная теплоотдача радиаторов, что, как правило, является желательным. При этом по сравнению с индивидуальным регулированием предварительная установка максимального расхода рабочей среды более значима. Предварительная установка представляет собой установку максимального расхода или, другими словами, установку максимального проходного сечения регулирующего клапана. Перемещение затвора к седлу клапана снижает расход рабочей среды, при этом превышение предварительно заданного максимального расхода недопустимо.
Из патентного документа DE 2305027 известен регулирующий клапан, в котором предусмотрено регулирование максимального проходного сечения независимо от положения затвора. Вокруг затвора расположен дроссель, выполненный в форме втулки, причем конец дросселя, направленный к седлу клапана, срезан на конус и дроссель выполнен с возможностью вращения в корпусе клапана. Благодаря срезанному на конус концу дросселя посредством вращения дросселя существует возможность менять максимальное проходное сечение, чтобы, таким образом, установить максимальный расход. При этом максимальная длина хода затвора не зависит от установленного максимального проходного сечения и не регулируется.
Тем не менее, данная конструкция является сравнительно дорогостоящей, причем для обеспечения герметичности регулирующего клапана при использовании большого количества деталей требуется высокая точность их изготовления.
Регулирующий клапан указанного типа известен, например, из патентного документа DE 3743707 А1. В данном клапане затвор расположен в элементе для предварительной установки с возможностью перемещения в осевом направлении, причем предусмотрена возможность регулировать положение элемента для предварительной установки относительно корпуса клапана и седла клапана. Регулируя положение элемента для предварительной установки, задают максимальное проходное сечение, а вместе с тем и максимальный расход клапана. При дальнейшем введении элемента для предварительной установки сечение уменьшают, а при выведении - увеличивают. Вместе с элементом для предварительной установки перемещается и затвор, причем максимальная длина хода затвора определена упором, имеющимся на элементе для предварительной установки. Так как перемещение в осевом направлении элемента для предварительной установки одновременно вызывает движение затвора в осевом направлении, соответственно меняется положение поверхности воздействия, образованной торцом затвора, обращенным в противоположную от седла клапана сторону. Поверхность воздействия предназначена для взаимодействия с исполнительным элементом, например терморегулятором.
Перемещение в осевом направлении элемента для предварительной установки вместе с затвором может привести к потере непосредственного соприкосновения исполнительного элемента с поверхностью воздействия. В этом случае усилие от исполнительного элемента на затвор передается уже не напрямую, а лишь после некоторой задержки, обусловленной необходимостью преодоления промежутка, существующего между исполнительным элементом и поверхностью воздействия.
Поэтому изменение максимального расхода оказывает прямое и отрицательное влияние на характеристику регулирования.
С учетом вышесказанного задача данного изобретения заключается в том, чтобы несмотря на изменяемую длину хода затвора добиться приемлемого регулирования.
В соответствии с изобретением эту задачу решают благодаря тому, что в регулирующем клапане указанного типа максимальную длину хода затвора регулируют при помощи соединительного элемента регулируемой длины, установленного между поверхностью воздействия и затвором.
В результате положение поверхности воздействия относительно корпуса регулирующего клапана остается неизменным даже при регулировании максимальной длины хода затвора. При изменении максимальной длины хода затвора одновременно происходит изменение максимального расхода. Таким образом, максимальный расход устанавливают путем настройки максимальной длины хода затвора. При этом нет необходимости в дополнительных элементах, помимо соединительного элемента регулируемой длины. В частности, не нужен дополнительный дросселирующий элемент, например дроссель. Так как при регулировании максимальной длины хода затвора поверхность воздействия не перемещается, соприкосновение этой поверхности с исполнительным элементом сохранено независимо от предварительно установленной максимальной величины расхода. Благодаря этому возможно приемлемое регулирование клапана.
Соединительный элемент регулируемой длины предпочтительно выполнен в виде промежуточной детали, соединенной с затвором посредством резьбы. Резьба обеспечивает сравнительно простое преобразование вращательного движения в поступательное. Вращение промежуточной детали относительно затвора благодаря существующей между ними резьбе приводит к тому, что эти две детали одновременно поступательно движутся относительно друг друга. Существует возможность сравнительно точно регулировать данное движение, тем самым обеспечить плавное регулирование максимального расхода.
Предпочтительно промежуточная деталь соединена с регулятором, причем регулятор установлен в корпусе с возможностью вращения и охватывает, по меньшей мере, часть промежуточной детали. Регулятор предназначен лишь для того, чтобы передавать усилия от пользователя, направленные на осуществление регулирования клапана. При приведении в действие регулятора происходит перемещение промежуточной детали и, таким образом, регулирование максимальной длины хода затвора. Так как регулятор охватывает, по меньшей мере, часть промежуточной детали, возможна компактная конструкция клапана.
Предпочтительно промежуточная деталь соединена с регулятором без возможности относительного вращения, но с возможностью перемещения в осевом направлении. Таким образом, вращательное движение регулятора, посредством которого устанавливают максимальную длину хода затвора, передается непосредственно на промежуточную деталь. Так как промежуточная деталь расположена в регуляторе с возможностью перемещения в осевом направлении, вращение регулятора не препятствует приведению в движение затвора через поверхность воздействия, поскольку подобное вращение регулятора приводит лишь к перемещению промежуточной детали вместе с затвором в осевом направлении. Таким образом, осевое направление определяет продольную протяженность затвора, а также соответствует движению затвора относительно седла клапана.
Предпочтительно поверхность воздействия образована первым торцом толкателя, второй торец которого прилегает к промежуточной детали. Благодаря этому промежуточная деталь совершает вращательное движение без вовлечения в него поверхности воздействия. Хотя при этом толкатель и промежуточная деталь движутся относительно друг друга, особых проблем это не вызывает. Вместе с тем, положение поверхности воздействия относительно корпуса можно изменить, просто заменив толкатель. Например, необходимость в этом возникает, когда для установки регулирующего клапана предоставлено меньше места, чем обычно.
Со стороны толкателя промежуточная деталь предпочтительно нагружена пружиной. Таким образом, соединение между толкателем и промежуточной деталью осуществлено под действием сил сцепления. Это позволяет изготавливать детали со сравнительно большими допусками. Вместе с тем, под действием пружины промежуточная деталь, а вместе с ней и затвор перемещаются от седла клапана, таким образом, без приведения в движение поверхности воздействия клапан открыт.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения промежуточная деталь и толкатель выполнены в виде единой цельной детали. Благодаря компоновке в виде единой цельной детали можно значительно снизить расходы на изготовление. Хотя при вращении регулятора одновременно происходит вращение поверхности воздействия, во многих случаях это обстоятельство оказывается несущественным.
Исполнительный элемент предпочтительно действует на поверхность воздействия. Предусмотрена возможность посредством исполнительного элемента индивидуально менять положение затвора относительно седла клапана. Таким образом, регулирующий клапан предназначен не только для фиксированной установки максимального расхода, но и одновременно для индивидуального регулирования расхода, при этом превышение заданного максимального расхода недопустимо.
Исполнительный элемент предпочтительно выполнен в виде элемента, объем которого меняется в зависимости от температуры, или в виде электромеханического привода. В случае исполнения в виде элемента, объем которого меняется в зависимости от температуры, регулирование расхода осуществляется в зависимости от температуры окружающей среды. При повышении температуры окружающей среды этот элемент, как правило, расширяется, в результате толкатель, а вместе с ним также промежуточная деталь и затвор отжимаются в направлении седла клапана, и, таким образом, количество протекающей через клапан жидкости уменьшается. Благодаря этому, например, снижается теплоотдача присоединенного к регулирующему клапану радиатора. При падении температуры окружающей среды термостатический элемент сжимается, что приводит к открытию клапана, так как затвор через промежуточную деталь под действием пружины перемещается по направлению к поверхности воздействия и, таким образом, к исполнительному элементу. В случае выполнения исполнительного элемента в виде электромеханического привода в регулирующем клапане предусмотрена возможность изменения расхода несложным способом. Например, при помощи дистанционного устройства можно управлять электрическим приводом централизованно.
Предпочтительно затвор расположен в корпусе без возможности относительного вращения, но с возможностью перемещения в осевом направлении. Благодаря этому при вращении промежуточной детали происходит только регулирование положения затвора в продольном направлении, вращение же затвора вместе с промежуточной деталью невозможно. Вместе с тем, благодаря осевому направлению затвора в корпусе направление его движения задано с высокой точностью и настроено относительно седла клапана, также расположенного в корпусе. Корпус также может состоять из нескольких отдельных деталей, например из двух элементов корпуса, однако это оказывает незначительное влияние на точность настройки направления движения затвора относительно седла клапана.
В регуляторе предпочтительно установлен направляющий элемент, определяющий направление движения толкателя. Направляющий элемент установлен между толкателем и охватывающим его регулятором. Таким образом, регулятор также охватывает часть толкателя. Благодаря этому направляющий элемент помимо того, что он определяет направление движения толкателя, также герметизирует толкатель снаружи.
Между толкателем и направляющим элементом предпочтительно установлен, по меньшей мере, один уплотнитель. Этот уплотнитель предотвращает вытекание проходящей через клапан рабочей среды между толкателем и направляющим элементом.
В направляющем элементе предпочтительно предусмотрен упор. Если на поверхность воздействия не передается никакого усилия, то промежуточная деталь под действием пружины прижимается к упору в направляющем элементе. Упор предотвращает выпадение промежуточной детали из клапана под действием пружины, когда на поверхность воздействия не передается никакого усилия.
Между регулятором и корпусом предпочтительно установлен, по меньшей мере, один уплотнитель. Этот уплотнитель предотвращает вытекание проходящей через клапан рабочей среды вдоль соединения между регулятором и корпусом, хотя движение регулятора относительно корпуса возможно.
На конце, обращенном в противоположную от промежуточной детали сторону, затвор предпочтительно имеет увеличенную головку. Эта головка выполнена, например, за счет увеличения диаметра затвора, кроме того, она также может представлять собой дополнительный элемент, привинченный к затвору или прикрепленный к нему каким-либо другим способом. Головка имеет, например, коническую форму. Таким образом, она предназначена для надежного прилегания затвора к седлу клапана. Вместе с тем, подобное исполнение головки затвора влияет на характеристику регулирования.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения регулирующий клапан имеет крышку в форме стакана с основанием и боковой поверхностью. Данная крышка предотвращает несанкционированный доступ к регулятору, а также проникновение посторонних веществ. Крышка также может служить для установки и крепления в ней исполнительного элемента.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения на основании крышки расположен выступ, взаимодействующий с толкателем. При этом регулирующий клапан предназначен только для установки максимального расхода. В случае если дополнительный исполнительный элемент заменен выступом, то индивидуальное регулирование расхода невозможно. Так как индивидуальное регулирование необходимо не во всех случаях, отказавшись от исполнительного элемента, можно тем самым снизить расходы.
Далее изобретение раскрыто на основании предпочтительных вариантов осуществления, описание сопровождается чертежами. На чертежах показано следующее:
фиг.1 - регулирующий клапан в первом положении;
фиг.2 - регулирующий клапан во втором положении согласно фиг.1;
фиг.3 - регулирующий клапан, соответствующий предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг.4 - регулирующий клапан, соответствующий еще одному варианту осуществления изобретения.
На фиг.1 схематично показан разрез регулирующего клапана 1, имеющего корпус 2, который состоит из двух элементов 3, 4 корпуса. Элемент 4 корпуса содержит входной патрубок 5 и выходной патрубок 6 для прохождения высоко- и низкотемпературных рабочих сред. Рабочая среда представляет собой, например, жидкость.
Рядом с входным патрубком 5 в элементе 4 корпуса расположено седло 7 клапана. Элемент 3 корпуса ввинчен в элемент 4 корпуса со стороны, противоположной входному патрубку 5. В элемент 3 корпуса установлен затвор 8 с возможностью перемещения в осевом направлении, но без возможности вращения. Благодаря перемещению в осевом направлении затвор 8 входит в седло 7 клапана.
Со стороны, не обращенной к седлу 7 клапана, затвор 8 посредством резьбы 9 соединен с промежуточной деталью 10. Регулятор 11, установленный с возможностью вращения в элементе 3 корпуса, охватывает промежуточную деталь 10 и часть затвора 8. Стопор 12, выполненный в виде пружинного стопорного кольца, фиксирует положение регулятора 11 в элементе 3 корпуса в осевом направлении.
Промежуточная деталь 10 соединена с регулятором 11 без возможности относительного вращения, но с возможностью перемещения в осевом направлении. В промежуточную деталь 10 со стороны, обратной от затвора 8, установлен толкатель 13, противоположный торец которого образует поверхность 14 воздействия.
Направляющий элемент 15 определяет направление движения толкателя 13. В этом примере направляющий элемент 15 ввинчен в регулятор 11 и выполнен в виде втулки. Между направляющим элементом 15 и толкателем 13 расположен уплотнитель 16. Еще один уплотнитель 17 находится между регулятором 11 и элементом 3 корпуса.
В направляющем элементе 15 установлен упор 18, ограничивающий движение промежуточной детали 10 по направлению к поверхности 14 воздействия. На конце, направленном к седлу 7 клапана, затвор 8 имеет головку 19 конической формы, что обеспечивает надежное прилегание затвора 8 к седлу 7 клапана.
Расстояние между поверхностью 14 воздействия и верхним торцом элемента 3 корпуса обозначено Н1. Расстояние между кромкой головки 19 и седлом 7 клапана обозначено h1.
Установку максимального расхода осуществляют посредством вращения регулятора 11. Так как промежуточная деталь 10, соединенная с затвором 8 посредством резьбы 9, размещена в регуляторе 11 без возможности относительного вращения, то при вращении регулятора 11 она перемещается вместе с ним. Вращению затвора 8 препятствует элемент 3 корпуса. Затвор 8 перемещается относительно промежуточной детали 10 за счет резьбы 9, и, таким образом, происходит регулирование в продольном направлении. Благодаря этому меняется максимальная длина хода затвора.
На фиг.1 задана сравнительно большая длина хода h1 затвора. На фиг.2 изображен такой же регулирующий клапан, как на фиг.1, но здесь максимальная длина хода h2 затвора значительно меньше максимальной длины хода h1 затвора, показанного на фиг.1. При этом расстояние Н2 между поверхностью 14 воздействия и верхним торцом элемента 3 корпуса соответствует расстоянию Н1 на фиг.1. Таким образом, предусмотрена возможность изменения максимальной длины хода затвора 8, при этом положение поверхности 14 воздействия относительно корпуса 2 не меняется.
Уменьшение максимального расхода осуществляют соответствующим вращением регулятора 11, на фиг.2 это вращение обозначено стрелкой 20. Для увеличения максимального расхода необходимо повернуть регулятор 11 в противоположном направлении.
На фиг.3 изображен предпочтительный вариант осуществления регулирующего клапана 1, причем одинаковые детали на чертежах обозначены одними и теми же номерами позиций. Регулирующий клапан 1 имеет крышку 21 с основанием 22 и боковой поверхностью 23. По центру основания 22 расположен выступ 24, направленный к толкателю 13 и соприкасающийся с поверхностью 14 воздействия. В данном варианте регулирующий клапан 1 предназначен лишь для установки максимального расхода. Индивидуальное регулирование расхода здесь не предусмотрено. Более того, приведению в действие затвора через поверхность 14 воздействия препятствует наличие выступа 24.
Для осуществления индивидуального регулирования необходимо выступ 24 заменить исполнительным элементом, например элементом, объем которого меняется в зависимости от температуры, или электромеханическим приводом. Подобная замена происходит с одновременной заменой крышки 21, которая в этом случае уже не имеет выступа 24, но в некоторых случаях выполнена с возможностью крепления в ней исполнительного элемента, занимающего положение выступа 24. Этот вариант показан на фиг.4.
Согласно фиг.3 промежуточная деталь 10 под воздействием пружины 25 перемещается по направлению к поверхности 14 воздействия. Таким образом, за счет пружины 25 затвор 8 через промежуточную деталь 10 отжимается от седла 7 клапана. В то же время промежуточная деталь 10 давит на толкатель 13, а толкатель своей поверхностью 14 воздействия давит на выступ 24. Благодаря этому обеспечено надежное прилегание поверхности 14 воздействия к выступу 24 или в некоторых случаях к исполнительному элементу.
В этом варианте осуществления регулирующий клапан 1 имеет дополнительный клапан 26, установленный в третьем элементе 27 корпуса. В этом варианте входной патрубок 5 находится в элементе 27 корпуса.
Дополнительный клапан 26 имеет устройство 28 для регулирования давления, выполненное в виде полого цилиндра. Устройство 28 для регулирования давления перемещается во вкладыше 29, ввинченном в элемент 27 корпуса. Между элементом 27 корпуса и вкладышем 29 установлен уплотнитель 30, выполненный, например, в виде уплотнительного кольца круглого сечения. Еще один уплотнитель 31 находится между вкладышем 29 и устройством 28 для регулирования давления.
Устройство 28 для регулирования давления взаимодействует с седлом 32 клапана, ввинченным в элемент 27 корпуса. При этом седло 32 клапана также может составлять с элементом 27 корпуса единую деталь. Жидкость, проходящая через зазор 33 между устройством 28 для регулирования давления и седлом 32 клапана, протекает через устройство 28 и попадает в полость 34, к которой примыкает седло 7 клапана и которая при необходимости закрыта затвором 8.
Устройство 28 для регулирования давления под действием пружины 35 сжатия движется по направлению от седла 32 клапана. Устройство 28 для регулирования давления соединено с мембраной 36, часть которой прилегает к опорной пластине 37. Внешний край 38 мембраны 36 зажат между элементом 4 корпуса и элементом 27 корпуса. При этом устройство 28 для регулирования давления проходит через мембрану 36.
Мембрана 36 предназначена для обеспечения герметичного соединения элемента 4 корпуса с элементом 27 корпуса. Кроме того, она служит для перемещения устройства 28 для регулирования давления под действием пружины 35 в случае, когда давление в камере 34 превышает усилие натяжения пружины 35.
Мембрана 36 в основном выполнена с центральной симметрией, так что под действием сжимающей нагрузки поперечные напряжения по существу не возникают.
От выходного патрубка 6 к камере 40, расположенной со стороны мембраны 36, противоположной камере 34, проведен канал 39 передачи давления.
За счет соединения с мембраной 36 устройство 28 для регулирования давления занимает положение, при котором давление в камере 34, а именно давление над мембраной 36, равно сумме давления в камере 40, а именно давления под мембраной 36, и усилия натяжения пружины 35. При этом давление в камере 34 представляет собой давление перед седлом 7 клапана, а давление в камере 40 составляет давление у выходного патрубка 6. Благодаря этому устройство 28 для регулирования давления, независимо от давления у входного 5 и выходного 6 патрубков, поддерживает перепад давления у седла 7 клапана, соответствующий усилию натяжения пружины 35.
Так как сохраняется постоянный перепад давления, то данное регулирование давления приводит к возникновению жесткой связи между степенью открытия затвора 8 и расходом рабочей среды.
На фиг.4 показан вариант осуществления регулирующего клапана 1, в значительной степени соответствующий варианту осуществления, изображенному на фиг.3. Однако здесь вместо крышки 21 в форме стакана с регулирующим клапаном 1 соединен исполнительный элемент 41, а вкладыш 29 составляет с элементом 27 корпуса единую деталь. Привод исполнительного элемента 41 установлен в кожухе 42, который с помощью шпилек 43 закреплен на корпусе 2. Для управления приводом предусмотрен орган 44 управления. Движение от привода через толкатель 45, соприкасающийся с поверхностью 14 воздействия, передается на толкатель 13. Тем самым при помощи исполнительного элемента 41 осуществляется индивидуальное регулирование расхода. Вместо привода также можно использовать терморегулятор.