КЛАПАН И ДИАФРАГМА КЛАПАНА
VALVE AND VALVE DIAPHRAGM

Область техники
Изобретение относится к клапану и к диафрагме клапана, охарактеризованным соответственно в ограничительных частях п.п. 1 и 15 прилагаемой формулы.
Уровень техники
Клапаны являются важными компонентами управляющих систем, посредством которых потоки жидких или текучих продуктов направляются по заданному пути через системы трубопроводов в составе системы транспортирования продукта. Способность направлять потоки основана на переключающей функции клапанов.
Обычно у клапана имеется корпус по меньшей мере с одним первым портом и одним вторым портом. В клапане известного типа имеется узел затвора с затвором, установленным подвижно в осевом направлении. Благодаря такой подвижности затвор клапана может быть приведен в положение запирания, в котором он герметично сопряжен с клапанным седлом, находящимся между первым и вторым портами, и прерывает, тем самым, сообщение по текучей среде между ними. Осевое перемещение затвора может быть инициировано снаружи корпуса клапана. Обычно для этого применяется привод, использующий среду под давлением, которая создает давление, действующее на поршень с преодолением усилия возвратной пружины.
К клапану, используемому в асептических приложениях, например имеющих место в пищевой промышленности, предъявляются особые требования. В частности, в подобных приложениях следует исключить контакт продукта с окружающим воздухом, поскольку в противном случае в продукт могут попасть бактерии и микробы. Как следствие, усложняется конструкция средств герметизации в клапане. Герметизация узла затвора относительно среды, окружающей корпус, особенно критична в зоне присоединения узла затвора к приводу.
В DE 102007014282 А1 предложена непроницаемая для текучей среды диафрагма, герметично сопряженная с одной стороны с узлом затвора, а с другой стороны с фиксирующим узлом, связанным с корпусом. У фиксирующего узла имеется зажимной зазор, расположенный наклонно по отношению к оси. У диафрагмы имеется зажимаемый участок, помещенный в этот зажимной зазор, и центральное отверстие, сквозь которое проведен узел затвора. Герметизирующий эффект обеспечивается тем, что центральное отверстие плотно охватывает узел затвора, а зажимаемый участок зафиксирован в зажимном зазоре. В отличие от известных материалов на основе эластомеров, данная диафрагма выполнена из пластика, обладающего размерной стабильностью и термостойкостью по меньшей мере в пределах до 130°C. Это обеспечивает постоянство размеров при рабочих условиях, прежде всего, при рабочих давлении и температуре. В дополнение к фиксации диафрагмы в зажимном зазоре достигается высокая стабильность при хранении и высокая эффективность герметизации.
В DE 102007014282 А1 предложено также дополнительное улучшение герметизации за счет введения в зажимной зазор выступа, обеспечивающего увеличение зажимающего усилия.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на создание клапана с диафрагмой и диафрагмы, обеспечивающих по сравнению с уровнем техники дополнительное улучшение герметичного сопряжения диафрагмы с корпусом и, благодаря этому, снижение требований к обслуживанию клапана.
Данная задача решена созданием клапана с признаками, включенными в п. 1 прилагаемой формулы, и диафрагмы с признаками, включенными в п. 15. В зависимые пункты 2-14 и 16-18 включены предпочтительные признаки, наличие которых усиливает преимущества изобретения.
У диафрагмы согласно изобретению имеется первый участок, который находится на ее радиально наружном краю и к радиально внутреннему краю которого примыкает второй участок. Эти участки расположены под углом друг к другу. Первый участок зажат в фиксирующем узле (узле фиксации диафрагмы), тогда как второй участок, по контрасту с первым, по меньшей мере направляется фиксирующим узлом. Значение угла между участками выбирается таким, чтобы обеспечить плотный контакт по поверхности (т.е. пространственное согласование) фиксирующего узла и этих участков. Участки диафрагмы и угол между ними могут быть заданы при изготовлении диафрагмы предпочтительно так, чтобы этот угол оказался близким к углу, образующемуся в фиксирующем узле. Как следствие зажимания первого участка, происходит общее увеличение зажимающих усилий, приводящих к позиционированию диафрагмы; тем самым увеличивается площадь поверхности участков диафрагмы, фиксируемых посредством зажимания. В результате существенно уменьшается проскальзывание диафрагмы в зажимном зазоре. Этот эффект значительно усиливается благодаря точному пространственному согласованию частей, так что диафрагма остается стационарной при любых рабочих условиях в фиксирующем узле как следствие совместного влияния зажимного зазора, пространственного согласования частей и тугой посадки первого участка. Посредством данной посадки обеспечивается также очень хорошая (лучше, чем в известных клапанах) герметизация наружного края диафрагмы в зоне сопряжения первого участка и фиксирующего узла. Это свойство особенно полезно, поскольку оно сокращает потребность в обслуживании. Действительно, авторы изобретения обнаружили, что в результате движения диафрагмы и фиксирующего узла, особенно в зоне зажимного зазора, продукт втягивается в фиксирующий узел, в частности в зажимной зазор. Соответствующее загрязнение, которое может вызываться, с одной стороны, наличием в клапане камеры продукта и, с другой стороны, средой снаружи корпуса, надежно предотвращается конструкцией диафрагмы и клапана согласно изобретению.
В одном варианте угол между первым и вторым участками выбирается в интервале 60°-135°. Такой выбор обеспечивает надежное пространственное согласование и минимизирует напряжение в материале в результате его деформации при изготовлении диафрагмы или при установке в фиксирующий узел диафрагм, имеющих различные формы.
В другом варианте предлагается расположить первый участок в плоскости, примерно перпендикулярной к оси. Если диафрагма имеет, по существу, плоский первый участок, вытянутый в направлении радиально наружу (с допуском на отклонение от указанной плоскости в пределах нескольких градусов), образуется экономичная конструкция с легко регулируемыми зажимными усилиями.
Еще одно усовершенствование предусматривает придание второму участку, по существу, цилиндрической формы с осью цилиндра, ориентированной в осевом направлении, с возможными отклонениями по направлению в пределах допусков на изготовление, составляющих несколько градусов. Тем самым облегчается получение фиксирующего узла, экономичного в изготовлении и обладающего хорошими направляющими свойствами для второго участка.
Изобретение может быть реализовано по меньшей мере с одним проходом, выполненным в диафрагме между зажимаемым участком и первым участком и сообщающимся с каналом, образованным в фиксирующем узле, т.е. со стороны корпуса. Этот проход можно выполнить, например, в виде нескольких сквозных отверстий, распределенных по периметру, связанных между собой и доступных для текучей среды, например, благодаря кольцевой канавке, выполненной в корпусе клапана и/или в корпусной части. В результате такого выполнения любой материал, входящий из внутреннего объема клапана в фиксирующий узел, например в зажимаемый участок, становится видимым, поскольку он выводится наружу через проход в диафрагме.
В другом варианте в фиксирующем узле образованы первый и второй зазоры, причем в первом зазоре по тугой посадке зафиксирован первый участок диафрагмы, а второй зазор направляет второй участок (т.е. задает его положение). Такая конструкция фиксирующего узла позволяет реализовать отмеченные выше преимущества экономичным образом. Кроме того, могут быть минимизированы напряжения в материале диафрагмы.
Еще одно усовершенствование, касающееся конструкции первого зазора, предусматривает ограничение этого зазора первой и второй стенками. При этом по меньшей мере одна из указанных стенок снабжена конструктивным элементом (например канавкой, выступом или волнистостью), который повышает трение диафрагмы в зазоре. В результате диафрагма надежнее фиксируется в своем положении за счет ее фрикционной блокировки или взаимной блокировки диафрагмы и зазора в зоне их пространственного согласования. Улучшается также качество герметизации.
Следующее усовершенствование, относящееся к конструкции зажимного зазора, предусматривает ограничение этого зазора первой и второй стенками зазора. При этом по меньшей мере одна из указанных стенок снабжена конструктивным элементом (например канавкой, выступом или волнистостью), который повышает трение диафрагмы в зазоре. В результате диафрагма надежнее фиксируется в своем положении за счет ее фрикционной блокировки или взаимной блокировки диафрагмы и зажимного зазора в зоне их пространственного согласования. Улучшается также качество герметизации.
В предпочтительном по экономичности варианте предусмотрен привод, использующий среду под давлением (например пневмопривод), присоединенный к узлу затвора, чтобы обеспечивать перемещение затвора в осевом направлении.
Следующий вариант предусматривает применение, в сочетании с приводом, использующим среду под давлением, аппарата развязки от вращения, находящегося в приводе или между приводом и узлом затвора. Приводы указанного типа, вследствие наличия в них спиральной пружины, часто генерируют усилия кручения, передача которых на диафрагму предотвращается посредством указанного аппарата. Устранение крутильных напряжений способствует увеличению срока службы диафрагмы.
Еще одно усовершенствование заключается в использовании экономичного решения развязки от вращения. Более конкретно аппарат развязки от вращения помещается между приводом и узлом затвора и содержит первый развязывающий компонент с цилиндрическим гнездом, в которое введен цилиндрический выступ второго развязывающего компонента.
Другой вариант реализует предпочтительный рельеф диафрагмы, который существенно снижает вероятность ее повреждения, что соответственно затрудняет возможность проникновения микробов и увеличивает срок службы. С этой целью предусматривается наличие на корпусе первой опорной поверхности, а на узле затвора - наличие второй опорной поверхности для поддерживания диафрагмы. Нахождение по меньшей мере части диафрагмы на одной из опорных поверхностей приводит к снижению давления и тянущего усилия, действующего на часть диафрагмы, расположенную в фиксирующем узле, и способствует требуемому смещению в этой части данного узла.
В варианте с опорными поверхностями диафрагма лежит на одной из них как в запертом, так и в открытом состоянии клапана, в котором существует сообщение по текучей среде между первым портом и вторым портом, причем обеспечивается поддерживание по меньшей мере 50% суммарной поверхности диафрагмы. Поддерживание такой части поверхности диафрагмы оказалось особенно полезным для усиления преимуществ, связанных с обеспечением стерильности и увеличенного срока службы.
Дополнительное усовершенствование относится к материалу диафрагмы. Предусматривается, что он обеспечивает сжимаемость, составляющую по меньшей мере 20% согласно стандарту ASTM F36 "Стандартный метод определения сжимаемости и возврата к первоначальному состоянию прокладочных материалов" в версии 2009 г. Было обнаружено, что в этом случае достигается хорошая размерная стабильность, обеспечивающая длительное сохранение пространственной согласованности и увеличение сжимающего усилия, т.е. улучшение герметизации.
Предложена также диафрагма для клапана, особенно клапана для применения в пищевой промышленности и технологических установках, содержащего корпус, узел затвора и установленный со стороны корпуса фиксирующий узел для фиксации диафрагмы, который имеет зажимной зазор для зажимания диафрагмы, расположенный наклонно по отношению к осевому направлению. Диафрагма, у которой имеются конический участок, пригодный для введения в зажимной зазор, и центральное отверстие, пригодное для проведения через него узла затвора, позволяет реализовать отмеченные преимущества клапана согласно изобретению благодаря тому, что на радиально наружном крае диафрагмы имеется первый участок, к радиально внутреннему краю которого примыкает второй участок, образующий с первым участком заданный при изготовлении диафрагмы угол, выбранный обеспечивающим возможность размещения, с пространственным согласованием, первого и второго участков в фиксирующем узле. Выбор такого профиля, который задается в процессе изготовления диафрагмы, т.е. до ее установки в клапан, снижает нагрузку на диафрагму в установленном состоянии, поскольку деформация имеет место только во время изготовления, но не постоянно. Это предотвращает постоянную высокую нагрузку, т.е. повышает срок службы, герметичность и стерильность.
В варианте диафрагмы угол между ее первым и вторым участками составляет 60°-135°. Создание упомянутой деформации при изготовлении способствует эффективному пространственному согласованию частей клапана при установке в него диафрагмы и полезно для желательной минимизации напряжения в материале вследствие деформации диафрагмы при ее установке в фиксирующий узел клапана.
Другой вариант предусматривает формирование во втором участке диафрагмы по меньшей мере одного прохода, расположенного между зажимающими точками фиксирующего узла. Такое выполнение позволяет любому материалу, который, несмотря на все меры, проник в фиксирующий узел, пройти через проход и сделаться видимым.
Согласно еще одному варианту диафрагма содержит материал, обладающий сжимаемостью, составляющей по меньшей мере 20% согласно ASTM F36. Было обнаружено, что в этом случае достигается хорошая размерная стабильность, обеспечивающая длительное сохранение пространственной согласованности и увеличение сжимающего усилия, т.е. улучшение герметизации.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет подробно описано, с указанием его особенностей и преимуществ, на примере одного из его возможных вариантов с пояснением возможных модификаций.
На фиг. 1 представлен, в продольном разрезе, клапан и, схематично, частично в разрезе, привод, подсоединенный к клапану.
На фиг. 2 в увеличенном масштабе проиллюстрирована зона клапана, отмеченная на фиг. 1 штриховыми линиями.
На фиг. 3 схематично, в сечении, показана часть фиксирующего узла, которая фиксирует диафрагму относительно корпуса.
На фиг. 4 представлена, в осевом разрезе, диафрагма.
На фиг. 5 представлена часть клапана в области диафрагмы, когда узел затвора находится в положении открывания.
На фиг. 6 представлена часть клапана в области диафрагмы, когда узел затвора находится в положении запирания.
Осуществление изобретения
Клапан 100 представлен на фиг.1 в продольном разрезе. У него имеются первый порт 102 и второй порт 104, которые могут быть соединены с трубами, например используемыми в технологических системах для пищевой промышленности. В корпусе 160 клапана находится затвор 106, который может быть приведен в герметичное сопряжение с клапанным седлом 108, находящимся между первым и вторым портами 102, 104. Приведение клапанного седла 108 и затвора 106 в указанное сопряжение соответствует переходу клапана в запертое состояние. Обеспечиваемая при этом герметизация прерывает сообщение по текучей среде, т.е. прерывает поток продукта между первым и вторым портами 102, 104. Когда клапан 100 находится в открытом состоянии, затвор 106 и клапанное седло 108 пространственно разделены, так что между первым и вторым портами 102, 104 устанавливается сообщение по текучей среде, т.е. продукт может течь от одного порта к другому.
Движение затвора 106 из положения открывания в положение запирания и наоборот обеспечивается посредством привода 110. В рассматриваемом примере в этом приводе используется среда под давлением. Данная среда перемещает поршень 114, преодолевая усилие пружины 112, которая стремится вернуть поршень 114 в исходное положение. Поршень 114 связан с затвором 106 посредством соответствующего элемента, такого как шток клапана. Направление движения затвора 106 задает осевое направление М. Как это видно из фиг.1, при воздействии на него среды под давлением поршень 114 движется в осевом направлении М, приходя в положение отпирания. Пружина 112, наоборот, переводит клапан в положение запирания.
При этом режим работы привода 110 может быть изменен на обратный, когда затвор 106 удерживается в положении открывания под действием усилия пружины 112 и переводится в положение запирания посредством приложения давления.
Для обеспечения усилия, противодействующего усилию пружины 112, может использоваться второй актуатор, действие которого может состоять в подаче к поршню 114 среды под давлением, создающей усилие, направленное в сторону пружины. В результате затвор 106 может устанавливаться с помощью привода 110 в положения, которые в осевом направлении расположены между положениями запирания и открывания, т.е. являются промежуточными положениями затвора 106.
Клапан 100 содержит непроницаемую для текучей среды диафрагму 200, которая выполнена и установлена таким образом, чтобы предотвращать контакт продукта, поступившего в корпус 160 клапана через один из портов 102, 104, с частями клапана 100 в зоне прохода узла 126 затвора через корпус 160 клапана. Сам узел 126 затвора, содержащий затвор 106, проходит через диафрагму 200, которая находится в герметичном сопряжении с узлом затвора и, со стороны корпуса клапана, с фиксирующим узлом 120.
Чтобы получить простую и легкую в сборке конструкцию, узел 126 затвора содержит легко присоединяемые одна к другой части, такие как затвор 106, опционная проставка 116 и второй развязывающий компонент 136. В месте соединения между проставкой 116 или затвором 106 и развязывающим компонентом 136 может иметься зажимная зона 142, в которой диафрагма 200 зажимается между затвором 106 и развязывающим компонентом 136. Зажимное усилие калибруют, чтобы гарантировать сопряжение, непроницаемое для продукта.
Согласно одному варианту представляется желательным откалибровать зажимное усилие так, чтобы в зажимной зоне 142 не происходило смещения диафрагмы 200, заметного для продукта, увлекаемого в зажимную зону 142 при перемещении затвора 106 из положения открывания в положение запирания.
Узел 126 затвора может иметь вторую опорную поверхность 192, на которую диафрагма 200 налагается по меньшей мере в одном положении затвора 106. Такая поддержка диафрагмы 200 уменьшает нагрузку под действием активного усилия, создаваемого, например, текучей средой, находящейся под давлением, и, тем самым, увеличивает срок службы диафрагмы 200.
Пружина 112 привода 110 (например спиральная пружина) генерирует крутящий момент, который, когда привод 110 соединен непосредственно с узлом 126 затвора, передается этому узлу и, следовательно, затвору 106. Поскольку диафрагма 200 удерживается на узле 126 затвора, крутящий момент передается также и ей. Создаваемый крутящий момент и воздействие фиксатора со стороны корпуса создают дополнительные деформацию и напряжение диафрагмы 200, что приводит к сокращению ее срока службы. Кроме того, приложение усилия к фиксаторам создает напряжения в зоне сопряжения.
В связи с этим представляется желательным ввести между местом прикрепления диафрагмы 200 к узлу 126 затвора и приводом 110 аппарата 130 развязки от вращения. Данный аппарат предотвращает перенос посредством привода 110 крутящего момента на диафрагму 200, что соответственно увеличивает срок службы и уменьшает напряжение в герметичном сопряжении.
Аппарат 130 развязки от вращения содержит, например, первый развязывающий компонент 132, связанный с приводом 110. У этого компонента имеется цилиндрическое гнездо 134, в которое введен цилиндрический выступ 138 второго развязывающего компонента 136, образующего часть узла 126 затвора.
Блокирующий элемент 140 сконструирован так, что он допускает вращение первого развязывающего компонента 132 относительно второго развязывающего компонента 136, но предотвращает взаимное осевое перемещение развязывающих компонентов 132, 136.
Блокирующий элемент 140 может быть выполнен, например, следующим образом. В цилиндрическом выступе 138 делается периферийная канавка, в которую заходит элемент 140 с целью предотвратить осевое перемещение цилиндрического выступа 138 относительно цилиндрического гнезда 134. При этом блокирующий элемент может смещаться в канавке в периферийном направлении, чтобы сделать возможным взаимное вращение развязывающих компонентов. Примером подходящей конструкции может служить, по существу, U-образный диск, толщина которого, по существу, соответствует ширине канавки. Преимуществом блокирующего элемента такой конструкции является очень низкий, почти нулевой износ.
Клапан в зоне фиксирующего узла 120 содержит корпус 160 и корпусную часть 162, которые совместно фиксируют диафрагму 200. Фиксирующий узел 120 предпочтительно имеет первую опорную поверхность 190 и канал 180.
Далее, со ссылками на фиг. 2 и 3 будут рассмотрены конструкция и функция, а также возможные варианты фиксирующего узла 120.
Представленный вариант фиксирующего узла 120 содержит часть корпуса 160 клапана, которой придана соответствующая форма, и корпусную часть 162. Обе эти части имеют взаимодополнительные контуры, по меньшей мере в зоне их сопряжения. В собранном клапане 100 между этими контурами имеются зазоры, в которые введены участки диафрагмы 200, в частности ее первый и второй участки 202, 204.
Контур, выполненный на корпусе 160 клапана, окружает имеющееся в корпусе отверстие, перекрытое крышкой 164, с которой непосредственно или через промежуточные детали связан привод 110. При этом через крышку 164 проведен по меньшей мере один из компонентов, которые обеспечивают соединение между затвором 106 и приводом 110, например второй развязывающий компонент 136.
Крышка 164 контактирует с корпусной частью 162 и прикреплена к корпусу 160 клапана посредством соединительного средства. Этим средством может быть винтовое соединение, но в представленном примере оно выполнено в виде зажима 166, посредством которого крышка 164 и корпусная часть 162 прижимаются в осевом направлении М одна к другой. В результате на корпусную часть 162 действует усилие, приводящее, в конечном итоге, к зажатию диафрагмы 200 между корпусом 160 клапана и корпусной частью 162.
Канал 180, упомянутый со ссылкой на фиг. 1 в качестве предпочтительного признака, может быть образован в корпусной части 162 и ориентирован, например, радиально внутрь, в направлении второго развязывающего компонента 136, причем он может взаимодействовать с проходом 214 в диафрагме 200. Если продукт попадет в зазор между диафрагмой 200 и корпусом 160 клапана, он может быть выведен из зоны между корпусом 160 клапана и корпусной частью 162 через проход 214 и канал 180.
Контуры, образованные стенками, наиболее наглядно показаны на частичном виде по фиг. 3.
Контур корпусной части 162 образован первой стенкой 220 зазора, первой направляющей стенкой 228 и первой стенкой 224, которые примыкают одна к другой под различными углами.
Контур корпуса 160 клапана, в свою очередь, образован второй стенкой 222 зазора, второй направляющей стенкой 230 и второй стенкой 226, которые также примыкают одна к другой под различными углами.
Первая и вторая стенки 220, 222 зазора образуют пару стенок, ограничивающих зажимной зазор, в котором зажимается зажимаемый участок 206 диафрагмы 200. Это зажатие производится, в дополнение к локальной фиксации, для получения герметичного сопряжения между зажимаемым участком 206 и стенкой 222 зазора. В представленном сечении зажимной зазор ориентирован в наклонном направлении E, образующем угол K с осевым направлением M. Угол K предпочтительно составляет 30°-60°, наиболее предпочтительно 45°. Такой выбор уменьшает напряжение в диафрагме 200.
Первый участок 202 диафрагмы 200 расположен в первом зазоре, образованном между первой стенкой 224 и второй стенкой 226. Размеры соответствующих частей выбраны такими, чтобы усилие, ненапрямую приложенное к корпусной части 162, обеспечивало зажимание первого участка 202 между первой и второй стенками 224, 226.
Второй участок 204 диафрагмы 200 расположен во втором зазоре, образованном между первой и второй направляющими стенками 228, 230. Второй участок 204 также может быть зажат, но в любом случае его направление задается стенками 228 и 230.
Расположение первого и второго участков 202, 204 с образованием угла V между ними задается соответственно согласованными положениями стенок 224, 226 и 228, 230. Угол V выбран таким, чтобы обеспечить точное согласование по форме и размерам между первым участком 202, вторым участком 204 и стенками 224, 226; 228 и 230, в результате чего диафрагма 200 фиксируется в фиксирующем узле 120.
Такая фиксация посредством точного пространственного согласования предотвращает смещение диафрагмы 200, даже когда действующие на нее усилия способны преодолеть трение между диафрагмой 200 и корпусом 160 и/или корпусной частью 162, в частности между участками 202, 204, 206 диафрагмы и стенками 220, 222; 224, 226 и 228, 230.
Существует несколько предпочтительных конструктивных опций для обеспечения согласования положения стенок 224, 226; 228 и 230 с учетом осевого направления M и выбора угла V, причем эти параметры могут выбираться по отдельности или в комбинации.
Стенки могут быть сформированы так, чтобы угол V между первым и вторым участками 202, 204 находился в интервале 60°-135°. Тем самым обеспечивается возможность точного согласования положений и одновременно минимизируется напряжение, возникающее в материале при его деформации в процессе изготовления диафрагмы 200 или при установке в фиксирующий узел 120 диафрагм, имеющих различные формы.
Согласно следующему конструктивному варианту первый участок 202 расположен в плоскости, примерно перпендикулярной к оси M. Если диафрагма 200 на своем первом участке 202 будет иметь, по существу, плоский первый участок, вытянутый в направлении радиально наружу (с допуском на отклонение от указанной плоскости в пределах нескольких градусов), образуется экономичная конструкция с легко регулируемыми зажимными усилиями.
Следующий конструктивный вариант предусматривает выполнение второго участка 204, по существу, цилиндрическим, с осью цилиндра ориентированной в осевом направлении M с возможными отклонениями в пределах допусков на изготовление, включая отклонения по углу в пределах нескольких градусов. Такое решение делает фиксирующий узел 120 экономичным в изготовлении и обеспечивающим хороший направляющий эффект для второго участка 204.
Согласно другому варианту во втором участке 204, т.е. между двумя зажимаемыми участками 202 и 206, диафрагмы 200 предпочтительно выполняется проход 214. Это позволяет не только идентифицировать утечку продукта, но и локализовать проблемную область до полного выхода из строя уплотнения и держателя диафрагмы 200.
Фиксацию диафрагмы 200 можно улучшить посредством следующих мер. На первой стенке 224 может быть выполнен выступ 170, который в процессе сборки вдавливается в первый участок 202 диафрагмы 200. Альтернативно или в дополнение, во второй стенке 226 может быть сделана канавка 172, в которую под воздействием зажимающего усилия заходит первый участок 202. В другом варианте выполняется только канавка в первой стенке 224. По меньшей мере одну канавку или выступ можно также сформировать в области зажимного зазора на одной из его стенок 220, 222. Например, можно выполнить второй выступ 174 на второй стенке 222 зазора.
Посредством канавок или выступов, количество и размеры которых определяются в зависимости от материала диафрагмы 200, создаются структуры (конструктивные элементы), увеличивающие трение диафрагмы 200 в зазоре, образованном соответствующими парными стенками 220, 222; 224, 226 и 228, 230. Благодаря этому диафрагма 200 надежно фиксируется в требуемом положении за счет взаимной блокировки диафрагмы и зазора вследствие увеличенного трения между ними, причем улучшается качество герметизации.
На фиг. 4 представлена диафрагма 200 в виде сформованного компонента. Термин "сформованный" означает, что в заготовке диафрагмы до ее установки в клапан образованы индивидуальные участки требуемой формы. Материал диафрагмы 200 выбран таким, чтобы сделать возможной деформацию диафрагмы 200 посредством перемещения затвора в процессе функционирования клапана 100.
В представленном примере диафрагма 200 имеет несколько участков, примыкающих друг к другу в радиальном направлении.
Первый участок 202 образован на радиально наружном крае диафрагмы. Он может быть сформован, по существу, лежащим в плоскости, перпендикулярной к оси M. Второй участок 204 стыкуется с первым участком 202, не выходя в радиальном направлении за пределы этого участка. Второй участок может быть выполнен, по существу, цилиндрическим, с осью цилиндра, ориентированной в осевом направлении M, с допустимыми отклонениями по углу в пределах нескольких градусов, обусловленными погрешностями изготовления в пределах допусков.
Первый и второй участки 202, 204 образуют друг с другом угол W, который во всех вариантах отличается от 180° и предпочтительно составляет 60°-135°. Чтобы облегчить изготовление, он может быть выбран равным 90° с допустимым отклонением в пределах нескольких градусов. Угол W может отклоняться от угла V в фиксирующем узле. Однако возможность особенно легкой и надежной установки достигается, когда углы W и V совпадают с точностью до нескольких градусов, например отличаются менее чем на 10°. В этом случае уменьшаются также напряжения в материале, возникающие в результате его деформации при установке.
Третий участок, который примыкает ко второму участку 204 на его радиально внутреннем крае, соответствует вышеупомянутому зажимаемому участку 206. Форма этого участка близка к конусу, так что он может быть зажат между первой стенкой 220 зазора, принадлежащей корпусной части 162, и второй стенкой 222 зазора, принадлежащей корпусу 160 клапана.
Четвертый участок 208 следует за зажимаемым участком 206 в направлении радиально внутрь. Именно на этом участке контур диафрагмы 200 подвергается наибольшим изменениям при перемещении затвора 106 посредством привода 110. Кроме того, на этот, четвертый участок 208 действуют усилия, если продукт находится под давлением. Чтобы ослабить напряжение, вызываемое этими усилиями, данному участку заранее придается такая форма, чтобы он взаимодействовал с опорными поверхностями 190, 192, когда клапан открыт или заперт. Это будет пояснено далее со ссылками на фиг. 5 и 6.
Пятый участок 210, который следует за четвертым участком 208 в направлении радиально внутрь, находится в плоскости, расположенной, по существу, перпендикулярно к оси M. Этот участок окружает центральное отверстие 212, через которое может проходить второй развязывающий компонент 136 или ассоциированный с ним компонент. В связи с этим пятый участок 210 сконструирован прижатым к узлу 126 затвора, предпочтительно в осевом направлении M, что обеспечивает его фиксацию и, одновременно, герметичное сопряжение.
Для диафрагмы 200 желательно использовать материал с высокой размерной стабильностью и термостойкостью по меньшей мере в пределах до 130°C. При условии его размерной стабильности можно отказаться от поддерживающих средств, таких как опорные диафрагмы, присоединенные к диафрагме 200. Данный материал предпочтительно обладает также стойкостью в отношении различных сред. В частности, желательно, чтобы он имел низкую ползучесть и сжимаемость, составляющую согласно ASTM F36 по меньшей мере 20%, предпочтительно 25%, более предпочтительно более 30%. Он может, например, включать множество слоев, содержащих политетрафторэтилен, причем по меньшей мере один из слоев содержит наполнитель, такой как диоксид кремния.
Фиг. 5 и 6, на которых иллюстрируется деформация диафрагмы 200 в процессе функционирования клапана 100, будут использованы далее для пояснения предпочтительного выполнения опорных поверхностей 190 и 192.
На фиг. 5 клапан 100 представлен в открытом состоянии, в котором затвор 106 поднят с отведением от клапанного седла 108, т.е. находится в положении, при котором существует сообщение по текучей среде между портами 102, 104. Фиг. 6 соответствует запертому состоянию, т.е. прерыванию сообщения по текучей среде.
В открытом состоянии согласно фиг. 5 узел 126 затвора смещен в осевом направлении M в сторону привода 110. При этом часть четвертого участка 208 диафрагмы 200 лежит на первой опорной поверхности 190 корпусной части 162. У этой поверхности имеется экстремум 194, в который упирается четвертый участок 208, причем этот участок переходит с этого места без изломов и прерываний в зажимаемый участок 206. Первая опорная поверхность 190 и, следовательно, образуемая ею опора завершаются в направлении радиально внутрь кромкой 196, которая предпочтительно выполнена закругленной. Этой, первой кромке 196 и экстремуму 194, а, следовательно, и соответствующей части первой опорной поверхности 190 могут быть приданы такие размеры, чтобы по меньшей мере 50% поверхности диафрагмы, соответствующей по меньшей мере одной из опорных поверхностей 190, 192 или сумме опорных поверхностей 190, 192, имели поддержку в открытом состоянии.
В запертом состоянии согласно фиг.6 четвертый участок 208 диафрагмы 200 лежит на первой опорной поверхности 190, доходящей до второй кромки 198 на узле 126 затвора. Четвертый участок 208 упирается в экстремум 194 со стороны корпуса клапана. Положения второй кромки 198 и экстремума 194 могут быть заданы такими, чтобы в запертом состоянии по меньшей мере 50% поверхности диафрагмы также поддерживались по меньшей мере одной из опорных поверхностей 190 и 192 или совместно этими опорными поверхностями.
Поскольку диафрагма 200 опирается на экстремум 194 в обоих положениях узла 126 затвора, влияние деформации на третий участок 206, зажатый в зажимном зазоре, поддерживается минимально возможным. В частности, действующие на 200 диафрагму усилия, направленные перпендикулярно зажимному зазору, устраняются, поскольку диафрагма расположена на свободном конце зажимного зазора, по существу, без изменений по направлению.
На фиг. 5 и 6 представлен предпочтительный вариант фиксации диафрагмы 200 на узле 126 затвора. Пятый участок 210 диафрагмы 200 зажат в зажимной зоне 142 между двумя компонентами узла 126 затвора. Такой зажим в принципе может быть реализован в плоскости, перпендикулярной к оси M. Это, в сочетании с обеспечением перехода второй опорной поверхности 192 (которая является изогнутой в своей средней части) в плоскость зажатия, приводит к небольшой нагрузке на пятый участок 210 при движении узла 126 затвора. Фиксация и герметизация могут быть дополнительно улучшены выполнением на узле 126 затвора периферийного выступа 176, который вдавливается в пятый участок 210 диафрагмы 200.
Хотя изобретение было описано со ссылками на клапан с единственным седлом, его применение не ограничено только этим типом клапана. Изобретение может оказаться полезным также для клапанов, в которых одному затвору соответствует более одного седла, т.е. в так называемых двухседельных клапанах или в переключающих клапанах, а также в двухседельных клапанах с несколькими затворами, чтобы обеспечить герметичное сопряжение затвора и корпуса клапана в случае, когда узел затвора присоединен к приводу. С учетом описанной функциональности, специалисту в области разработки клапанов будут очевидны возможные применения в пищевой промышленности и в различных технологических установках.
Список цифровых обозначений
100 Клапан
102 Первый порт
104 Второй порт
106 Затвор
108 Клапанное седло
110 Привод
112 Пружина
114 Поршень
116 Проставка
120 Фиксирующий узел
126 Узел затвора
130 Аппарат развязки от вращения
132 Первый развязывающий компонент
134 Цилиндрическое гнездо
136 Второй развязывающий компонент
138 Цилиндрический выступ
140 Блокирующий элемент
142 Зажимная зона
160 Корпус клапана
162 Корпусная часть
164 Крышка
166 Зажим
170 Первый выступ
172 Канавка
174 Второй выступ
176 Периферийный выступ
180 Канал
190 Первая опорная поверхность
192 Вторая опорная поверхность
194 Экстремум
196 Первая кромка
198 Вторая кромка
200 Диафрагма
202 Первый участок
204 Второй участок
206 Третий (зажимаемый) участок
208 Четвертый участок
210 Пятый участок
212 Центральное отверстие
214 Проход
220 Первая стенка зазора
222 Вторая стенка зазора
224 Первая стенка
226 Вторая стенка
228 Первая направляющая стенка
230 Вторая направляющая стенка
M Осевое направление
V, W Угол между первым и вторым участками
K Угол между осевым направлением и зажимаемым участком
E Наклонное направление