КЛАПАН ТРЕХХОДОВОЙ
THREE-WAY VALVE

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано для отсечки с дренированием рабочей среды в пневмосистемах в случае превышения заданного давления.
Известен трехходовой клапан по авторскому свидетельству СССР №861814 F16K 11/10 (аналог), содержащий корпус с входной, выходной и дренажной полостями, входной и дренажный клапаны, соединенные между собой через поршень.
Недостатком этого клапана является появление расхода газа с входа в дренаж в переходных процессах открытия и закрытия. Это приводит к значительным потерям рабочей среды, особенно в случае медленного изменения управляющего давления.
Известен трехлинейный клапанный распределитель с ручным приводом по авторскому свидетельству СССР №1312291 F16K 11/04 (прототип), содержащий корпус с входной, выходной и дренажной полостями, входной и дренажный клапаны, соединенные между собой через поршень с отверстием. В корпусе выполнен упор для поршня в крайнем положении. Имеется холостой ход поршня совместно с дренажным клапаном от нейтрального положения, когда оба клапана закрыты, до начала открытия дренажного клапана.
Недостатком прототипа является наличие холостого хода поршня, что, при замене в этом клапане ручного управления на пневматическое, приводит к повышению давления срабатывания дренажного клапана, работающего в функции предохранительного клапана.
Предложен трехходовой клапан, содержащий корпус с входной, выходной, дренажной и управляющей полостями, входной и дренажный клапаны, соединенные между собой через шток. Дренажный клапан соединен с поршнем, который поджимается нагрузочной пружиной.
Отличается предложенный клапан тем, что шток уплотнен по диаметру корпуса, в штоке выполнен канал, сообщающий выходную и дренажную полости, на торце штока со стороны дренажной полости выполнено седло, контактирующее с дренажным клапаном, при этом диаметр седла дренажного клапана больше диаметра уплотнения штока. Дренажный клапан выполняет функции предохранительного клапана за счет обеспечения возможности его открытия после закрытия входного клапана при увеличении управляющего давления.
Диаметр седла входного клапана равен диаметру уплотнения штока. Усилие пружины поджатия входного клапана к седлу корпуса больше усилия его отжатия от седла под действием выходного давления на кольцевую площадь между диаметром дренажного седла и диаметром уплотнения штока.
Технический эффект от использования изобретения заключается в исключении перетекания рабочей среды с входа в дренаж. Что обеспечивает экономию рабочей среды и снижает уровень шума в помещениях, где установлены указанные трехходовые клапаны.
Кроме того, трехходовой клапан повышает точность срабатывания дренажного клапана в функции предохранительного клапана за счет снижения диапазона между начальным рабочим давлением в магистрали и давлением срабатывания дренажного клапана. Это позволяет повысить запас прочности по давлению рабочих магистралей и емкостей.
На чертеже изображен предложенный трехходовой клапан.
Он содержит корпус 1, в котором имеются полости: входная 2, выходная 3, дренажная 4 и управляющая 5. В корпусе 1 имеется входное седло 6, входной клапан 7 и поджимающая его пружина 8. В дренажной полости 4 имеется дренажный клапан 9. Клапаны соединены между собой штоком 10, имеющим канал 11, сообщающий выходную 3 и дренажную 4 полости. На штоке 10 со стороны дренажного клапана 9 выполнено дренажное седло 12.
Шток 10 уплотнен по диаметру корпуса 1 резиновым кольцом 13. Дренажный клапан 9 взаимодействует с поршнем 14 и пружиной 15.
Диаметр седла 12 дренажного клапана выполнен больше диаметра уплотнения штока 10 по корпусу 1, который в свою очередь равен диаметру седла 6 входного клапана 7.
Усилие пружины 8 поджатия входного клапана 7 к седлу 6 корпуса 1 принято больше усилия отжатия этого клапана от седла 6 штоком 10 от действия выходного давления на кольцевую площадь между диаметром дренажного седла 12 и диаметром уплотнения штока 10.
Предложенный клапан работает следующим образом.
В исходном положении под действием усилия пружины 15 входной клапан 7 открыт, дренажный клапан 9 закрыт.Управляющее давление в полости 5 отсутствует, рабочая среда поступает в выходную полость 3. Рабочее давление имеется во входной 2 и выходной 3 полостях.
При повышении давления в рабочей магистрали в управляющую полость 5 подается давление от источника, сигнализирующего о превышении давления.
В случае медленного повышения давления закрытие трехходового клапана происходит поэтапно следующим образом:
- происходит медленное закрытие входного клапана 7, уменьшение проходного сечения и притока рабочей среды в выходную магистраль, при этом клапан дренажный 9 остается закрытым за счет поджатия его к седлу 12 штока 10 усилием пружины 8.
- закрывается входной клапан 7, прекращается расход рабочей среды. Происходит отсечка входной магистрали. При этом клапан дренажный 9 закрыт.
- при дальнейшем повышении управляющего давления происходит открытие дренажного клапана 9 за счет отслеживания перемещения поршня 14, сжимающего пружину 15. При этом шток 10 остается прижатым к закрытому входному клапану 7 и клапан 9 отрывается от седла 12, выполненного в штоке 10 под действием выходного давления.
Открытие трехходового клапана происходит в обратном порядке.
На всех этапах срабатывания не происходит сообщения входной 2 и дренажной 4 полостей и перетекания газа с входа в дренаж.
Повышение точности и снижение диапазона между начальным рабочим давлением и давлением открытия дренажного клапана 9 в режиме предохранительного клапана обеспечивается исключением холостого хода поршня 14 с пружиной 15. При закрытии входного клапана 7 и дальнейшем повышении управляющего давления в полости 5 происходит открытие дренажного клапана, а шток 10 остается прижатым к входному клапану 7 усилием действия выходного давления на кольцевую площадь между диаметрами дренажного седла 12 и уплотнения штока 10. Это усилие меньше усилия поджатия клапана 7 пружиной 8.
За счет отсутствия холостого хода штока 10 вместе с дренажным клапаном 9 уменьшается диапазон давления между заданным давлением в выходной магистрали и давлением дренажа клапана 9 как предохранительного.
2
2
В аналоге за счет холостого хода этот диапазон увеличивается с учетом жесткости пружины и величиной холостого хода. Например, для клапана трехходового с рабочим давлением 50 кгс/см, имеющим жесткость пружины 20 кгс/мм, диаметр поршня 30 мм, холостой ход 2 мм, увеличение диапазона между рабочим давлением и давлением срабатывания предохранительного клапана составляет 5,6 кгс/см. Это составляет 11% от рабочего давления.
В заявленном трехходовом клапане это дополнительное увеличение диапазона давления исключается, что позволяет снизить требование к прочности рабочих магистралей и емкостей.
Кроме того, за счет равенства диаметра входного седла 6 и диаметра уплотнения штока 10 обеспечивается плавное безударное открытие и закрытие предложенного трехходового клапана.
2
Снижение уровня шума при срабатывании трехходового клапана при резкой подаче управляющего давления обеспечивается за счет исключения «хлопка» при перепуске давления с входа в дренаж. При плавном изменении давления шумы уменьшаются исключением длительного перетекания газа с входа в дренаж. Это очень важно при высоких давлениях порядка 200-400 кгс/см.
2
2
В соответствии с данным изобретением разработаны чертежи отсечного клапана с дренажем, предназначенного для защиты выходной емкости давлением 220 кгс/см в процессе ее заполнения от источника давления и поддержания его постоянным в условиях изменения температуры и расхода рабочей среды. При повышении давления до 240 кгс/см в управляющую полость отсечного клапана поступает давление от сигнального пневматического источника и происходит срабатывание отсечного клапана.
Расчетами подтверждено, что при любой скорости подачи и сброса управляющего давления, перетекание рабочей среды с входа в дренаж не происходит.