Пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом
PNEUMATIC DIRECT-FLOW VALVE WITH DIAPHRAGM DRIVE

Изобретение относится к прямоточным клапанам, используемым для управления и регулирования воздушных и газовых потоков в магистралях.
Известен диафрагменный привод регулирующей арматуры газовой магистрали (патент RU №116945 от 14.12.2011), имеющий два диафрагменных исполнительных механизма, установленных на кронштейне вдоль оси подпружиненного штока, жестко соединенных со штоком. Подпружиненный шток установлен в опорах, закрепленных на кронштейне между диафрагменными исполнительными механизмами. На каждой диафрагме с прикрепленным опорным диском установлена тарель с пружинами, симметрично расположенными относительно оси штока. Двухдиафрагменный механизм позволяет удвоить силу, действующую на шток.
Недостаток данного диафрагменного привода - его большая длина и усложнение конструкции устройств с данным диафрагменным приводом.
Известен прямоточный регулятор давления газа (патент RU№2042174 от 26.04.1993), состоящий из корпуса с внутренней полостью, в которой размещен цилиндрический клапан с диафрагменным приводом, имеющим одну кольцевую диафрагму, внутренняя часть которой закреплена на внешней поверхности цилиндрического клапана, а наружная часть - на внутренней поверхности корпуса
Недостаток данного регулятора - большой диаметр корпуса и неосуществимость конструкции, показанной на Фиг. 1 патента RU №2042174.
Известен прямоточный регулятор давления газа (патент RU №116225 от 03.10.2011) с диафрагменным приводом цилиндрического клапана.
Недостаток данного регулятора - большой диаметр корпуса прямоточного клапана в сравнении с его длиной, что усложняет его монтаж в шкафу вместе с другой аппаратурой системы пневматического управления.
Известен пневматический прямоточный клапан (патент RU №182505 от 17.11.2017), входящий в состав пневматического регулятора давления устройства управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (патент RU №2689468 от 17.11.2017). Прямоточный клапан (RU №182505) состоит из корпуса с внутренней полостью и установленного в ней цилиндрического клапана с закрепленным на нем поршнем, делящим внутреннюю полость на две камеры; пружины, поджимающую цилиндрический клапан в направлении его закрытия; первой и второй крышек, каждая - с внутренним отверстием, соответствующим наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в первой крышке седла с отверстиями на его периферии для протекания газа и с уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам входного и выходного фланцев с патрубками для пневмотрубопровода, при этом корпус выполнен в виде гильзы, а каждая крышка имеет выступ, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру гильзы; резьбовых соединений, установленных в периферийных отверстиях в крышках и фланцах.
Недостаток клапана - в его повышенной инерционности, обусловленной массой кольцевого поршня, вызывающей повышенную пульсацию давления в пневмолинии управления открытием клапана.
Известен прямоточный регулятор давления газа (патент CN №208845807 от 23.08.2018), состоящий из разъемного корпуса с внутренней полостью с установленным в ней подвижным цилиндрическим клапаном (ПЦК), наружная поверхность которого ограничивает внутреннюю полость и имеет выступ с закрепленной на нем кольцевой диафрагмой, делящей внутреннюю полость на две камеры, при этом внешняя часть диафрагмы закреплена в разъемном корпусе; отверстия в корпусе для подвода и отвода газа из камер; седла клапана, имеющего сквозные отверстия для протекания газа, расположенные на расстоянии от оси ПЦК, превышающем радиус его наружной поверхности; уплотнительного кольца в седле, взаимодействующего с торцом ПЦК; крышки, закрепленной на корпусе; устройства поджатая ПЦК к уплотнительному кольцу в седле; фланца, соединенного с крышкой со стороны седла, фланца, соединенного с крышкой со стороны, противоположной седлу.
Недостаток прямоточного клапана, используемого в качестве регулятора давления, - увеличенный диаметр диафрагмы и корпуса в области закрепления диафрагмы.
Техническая задача, решаемая изобретением, - уменьшение диаметра корпуса и снижение уровня колебаний давления в пневмолинии.
Техническая задача решена в конструкции пневматического прямоточного клапана с диафрагменным приводом, состоящей из корпуса с внутренней полостью и с установленным в ней цилиндрическим клапаном с закрепленной на нем внутренней частью диафрагмы, и внешняя часть которой закреплена на внутренней поверхности корпуса; первой и второй крышек с отверстиями, имеющими внутренний диаметр, равный наружному диаметру цилиндрического клапана, и с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; закрепленного в корпусе седла с отверстиями на его периферии для протекания газа, с установленным в нем уплотнительным кольцом, взаимодействующим с торцом цилиндрического клапана в закрытом положении; присоединенных к крышкам корпуса прямоточного клапана входного и выходного фланцев с периферийными отверстиями для резьбовых соединений; резьбовых соединений, установленных в коаксиально расположенных периферийных отверстиях в крышках и фланцах, между первой и второй крышками имеется рабочая полость, ограниченная внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью цилиндрического клапана, разделенная на диафрагмой на первую часть со стороны первой крышки и вторую часть со стороны второй крышки при этом рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости, при этом в каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую из полостей на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, внешняя часть - кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса, а в крышках и в перегородке разъемного корпуса имеются отверстия для подвода воздуха в каждую камеру каждой из полостей, отвода воздуха из камер и сообщения камер с атмосферой.
Для уменьшения напряжения в диафрагме процессе работы клапана расстояние между выступом на наружной поверхности цилиндрического клапана и выступом на внутренней поверхности корпуса составляет 0,3…0,5 максимального хода цилиндрического клапана.
Для обеспечения поджатия клапана к седлу, в случае отсутствия воздуха под давлением в одной из камер, между второй крышкой и торцом цилиндрического клапана имеется пружина.
Достижение технического эффекта, - уменьшение диаметра корпуса и снижение уровня колебаний давления в магистрали за счет снижения инерционности ПЦК, - обеспечивается следующей совокупностью отличительных признаков клапана:
рабочая полость в разъемном корпусе имеет неподвижную относительно корпуса кольцевую перегородку установленную с уплотнениями относительно корпуса и относительно наружной поверхности цилиндрического клапана, образуя между перегородкой и крышками две полости, при этом в каждой из полостей установлена кольцевая диафрагма, делящая каждую из полостей на первую и вторую камеры, внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы закреплена кольцевыми планками на выступах внешней поверхности цилиндрического клапана, внешняя часть закреплена кольцевыми планками на выступах внутренней поверхности корпуса, а в крышках и в перегородке разъемного корпуса имеются отверстия для подвода воздуха в каждую камеру каждой из полостей и отвода воздуха из камер.
Данная совокупность отличительных признаков пневматического прямоточного клапана не обнаружена в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показан пневматический прямоточный клапан с двухдиа-фрагменным приводом с цилиндрическим клапаном, поджимаемым к седлу воздухом под давлением, подаваемым в полость над одной из диафрагм.
На фиг. 2 показан пневматический прямоточный клапан с двухдиа-фрагменным приводом с цилиндрическим клапаном, поджимаемым к седлу пружиной.
Пневматический прямоточный клапан с диафрагменным приводом состоит из корпуса 1; первой крышки 2 с внутренним отверстием 2а, второй крышки 3 с внутренним отверстием 3а и с периферийными отверстиями 4 для резьбовых соединений 5; цилиндрического клапана 6 с наружной поверхностью 6а установленного в отверстиях 2а и 3а; седла 7, закрепленного в корпусе 1 с установленным в нем уплотнительным кольцом 8, взаимодействующим с торцом 9 цилиндрического клапана 6 в закрытом положении, и с отверстиями 10 на периферии седла 7 для протекания воздуха; присоединенных к крышкам 2 и 3 входного и выходного фланцев 11 и 12 с периферийными отверстиями 13 для резьбовых соединений 5; кольцевой перегородки 14, установленной в корпусе 1 с уплотнениями 15 относительно торцов корпуса 1 и с уплотнением 15а относительно наружной поверхности 6а цилиндрического клапана 6, с образованием между перегородкой 14 и крышками 2 и 3 двух полостей 16 и 17, в каждой из которых установлены кольцевые диафрагмы 18 и 19, делящие каждую из полостей на первую (20 и 21) и вторую (22 и 23) камеры; внутренняя часть каждой кольцевой диафрагмы 18 и 19 закреплена кольцевыми планками 24 на выступах 25 внешней поверхности 6а цилиндрического клапана 6, их внешние части закреплены кольцевыми планками 26 на выступах 27 внутренней поверхности 1а корпуса 1, а в крышках 2 и 3 и в перегородке 14 имеются отверстия 28а, 286, 28в, 28 г для подвода воздуха под давлением в камеры 20, 21, 22, 23 полостей 16, 17 и отвода воздуха из камер 20, 21, 22, 23 в атмосферу; диафрагмы 18, 19 изготавливаются, например, из этилен-пропиленового каучука (https://www.inoxpa.de/uploads/document/Fitxa%20tecnica/Components/Valvules%20i%20accessoris/VeeValv/FT.VeeValv.6_RU.pdf).
Для уменьшения напряжения в диафрагмах 18 и 19 в процессе работы клапана расстояние между выступом 25 на внешней поверхности 6а цилиндрического клапана 6 и выступом 27 на внутренней поверхности la корпуса 1 составляет 0,3…0,5 максимального хода цилиндрического клапана 6.
Для обеспечения поджатия цилиндрического клапана 6 к седлу 7 в случае отсутствия воздуха под давлением в обеих камерах 21 и 22 между второй крышкой 2 и торцом 9 цилиндрического клапана 6 имеется пружина 29.
При подаче воздуха под давлением через отверстия 28б и 28в в камеры 20 и 23 и выпуске воздуха в атмосферу из камер 21 и 22 через отверстие 28a и 28 г клапан 6 отходит от седла 7, пропуская воздух, поступающий через отверстия 10 к потребителю (пневмоцилиндр).
При выпуске воздуха в атмосферу из камер 20 и 23 через отверстия 28а 28г и подаче воздуха в камеры 21 и 22 клапан 6 перемещается и поджимается к седлу 7, и подача воздуха к потребителю (пневмоцилиндр) прекращается.
Двухдиафрагменный привод цилиндрического клапана 6 снижает амплитуду колебаний давления воздуха в камерах 20, 21, 22, 23 при быстром открытии и закрытии клапана 6 вследствие меньшей инерционности в сравнении с поршневым приводом, а также вследствие упругости диафрагм 18 и 19 и, как следствие, - снижение амплитуды колебаний воздуха в рабочей пневмолии и пневмоцилиндрах, а также снижение неконтролируемого изменения тормозной силы. Двухдиафрагменный привод позволяет уменьшить диаметр корпуса клапана в сравнении с однодиафрагменным приводом, что важно при установке пневматического клапана в шкафу, подогреваемом для достижения стабильной рабочей температуры.