ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ
THERMOSTATIC VALVE

Изобретение относится к регулирующей арматуре, в частности к термостатическим вентилям для отопительных приборов (радиаторов конвекторов и т.п).
Известны термостатические вентили, например, по патентам РФ №2182998, 2112270, 2191943, 2191310, патентам ФРГ №3529614, 19510530.
Так, например, термостатический клапан из описания патента ФРГ DE №3529614, содержит корпус, на котором установлен шток, выступающий наружу через сальник для приведения в действие закрывающего элемента клапана, верхнюю термостатическую часть, содержащую термостатический элемент (ТСЭ) и перемещаемый им толкатель, при этом головка толкателя взаимодействует со штоком.
ТСЭ может иметь наполнения в виде насыщенного пара и работает в зависимости от давления пара, (которое зависит от температуры), в виде жидкости (и, следовательно, работает в зависимости от ее температурного расширения), а также в виде воскообразных материалов.
Шток совершает возвратно-поступательные движения под действием ТСЭ, перемещая клапан от открытого положения до закрытого. Компенсационная пружина предохраняет клапан от разрушения. Учитывая ресурс клапана (а ведущие производители заявляют ~ 1 млн срабатываний), уплотнения штока, выполняемые в виде резиновых колец круглого сечения, являются наиболее уязвимым местом по причине их износа из-за трения резины о металл штока, что усугубляется содержащимися в теплоносителе примесями. Поскольку выход из строя уплотнений приводит к протечке теплоносителя и заливу помещения, то такие термовентили необходимо периодически обслуживать, а именно заменять эти уплотнения. Их замена требует перекрытия магистрали теплоносителя, хотя бы частичного его слива и квалифицированного разбора клапана.
Важную роль для выполнения регулирующей функции играет величина перемещения клапана относительно седла при изменении температуры в помещении на 1°С. Чем больше перемещение, тем более плавным получается процесс регулирования и тем больше экономия энергии и удобство эксплуатации термоклапана. Перемещение клапана, главным образом, зависит от используемого материала наполнения термостатической головки, но также зависит от размера и типа анероидной коробки, например сильфона. Наилучшие показатели усиления имеющихся термостатических клапанов около 0,35 мм/1°С при паровом наполнителе и от 0,2 до 0,28 мм/1°С - при жидкостном.
Из патента РФ №2112270 известен термоклапан для радиатора, аналогичный описанному, но имеющий большее перемещение клапана относительно седла, чем перемещение толкателя ТСЭ. В нем задача решается введением между толкателем ТСЭ и штоком термовентиля усилителя хода. Осевое перемещение толкателя используется для перемещения усилительного элемента в направлении, в котором он податлив.
Вместе с тем, при требованиях к поддержанию температуры в помещении с точностью 2°С существенным фактором становится влияние поджатия пружины внутренним давлением теплоносителя. Стандартом DS/EN 215-1 п.5.2.8 нормируется зависимость характеристики от статического давления, которая не должна превышать значения Т=1°С/10 бар, что при Р=10 бар уже является 50%-ной погрешностью выполнения режима 2°С.
Подобное техническое решение также не лишено недостатков в части уплотнения штока, что влечет возможность появления негерметичности, кроме того, появляется зависимость характеристики клапана от величины рабочего давления.
Таким образом, для всех аналогов характерен общий недостаток - они ненадежны вследствие большой изнашиваемости уплотнения штока, и, кроме того, их характеристики зависят от перепадов давления в магистрали теплоносителя.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является патент РФ №2177095 (патентообладатель Данфосс Ф/С (DK) DE), взятый за прототип.
Прототип содержит корпус, шток, уплотнения штока в виде двух резиновых колец. Для обеспечения гарантированной герметичности следует уплотнительные кольца устанавливать с натягом, но тогда характеристика термовентиля начинает зависеть от трения (возникает гистерезис), при этом кольца быстро изнашиваются, т.е. они имеют ограниченный ресурс. Кроме того, при наличии в воде механических включений эти уплотнения быстро выходят из строя, теряя герметичность; грязь, попадая между штоком и седлом, приводит к перекосу штока, что также приводит к неравномерному поджатию колец и, как следствие, к нарушению герметичности.
Задачей изобретения является повышение точности регулирования расхода теплоносителя термостатическим вентилем за счет исключения влияния давления теплоносителя, а также повышение надежности клапана за счет исключения изнашиваемых уплотнений штока.
Задача решается тем, что термостатический вентиль содержит корпус, входной и выходной штуцера, шток, связанный с усилителем хода, взаимодействующим с толкателем, уплотнитель, при этом в него введены внутренний корпус, а также два герметизирующих подвижных элемента равной эффективной площади, герметично и оппозитно установленных с двух сторон толкателя, образующих вместе с внутренним корпусом изолированную от теплоносителя полость, при этом ось герметизирующих элементов совпадает с осью подвижного толкателя, который, взаимодействуя с усилителем хода, взаимодействует также подвижно с клапаном через, по крайней мере, один упомянутый герметизирующий подвижный элемент, а шток, усилитель хода и толкатель расположены в упомянутой изолированной от теплоносителя полости.
На чертеже изображен предлагаемый термостатический вентиль, где:
1 - корпус;
2 - входной штуцер;
3 - шток;
4 - направляющая штока;
5 - усилитель хода;
6 - ось;
7 - элемент взаимодействия шток-усилитель хода;
8 - преобразователь движения усилителя хода;
9 - уплотнитель;
10 -толкатель;
11 - герметизирующие подвижные элементы;
12 - клапан;
13 - седло;
14 - изолированная от теплоносителя полость;
15 - выходной штуцер;
16 - термостатическая головка.
17 - внутренний корпус;
18 - крышки;
19 - винты.
В корпусе предлагаемого термостатического вентиля 1 внутри направляющей 4 размещен шток 3, контактирующий через элемент взаимодействия шток-усилитель хода 7, например, в виде ролика, с усилителем хода 5, выполненным, например, в виде рычага, установленного на оси 6 внутри корпуса 1 в изолированной полости 14, и взаимодействующего в свою очередь через преобразователь движения усилителя хода 8, выполненного, например, в виде ролика, с толкателем 10, который связан с клапаном 12, взаимодействующим с седлом 13, и перекрывает или открывает входной штуцер 2. Шток 3, в других случаях конкретного исполнения, может непосредственно взаимодействовать с толкателем 10. Все управляющие элементы 3, 5, 10 (и, если он есть, - то и преобразователь движения усилителя штока 8) размещены в изолированной от теплоносителя полости 14, образованной внутри корпуса 1 введением внутреннего корпуса 17 с герметизацией его относительно теплоносителя с помощью уплотнителя 9 и двух герметизирующих подвижных элементов 11, выполненных, например, в виде мембран, установленных со стороны входного штуцера 2 и выходного штуцера 15 и не допускающих проникновения теплоносителя в изолированную полость 14. Герметизация мембран может быть выполнена, например, их прижатием к внутреннему корпусу 17 и толкателю 10 крышками 18 с помощью винтов 19.
Входной 2 и выходной 15 штуцера могут быть расположены под углом 90° друг к другу, а пара клапан 12 - седло 13 может быть выполнена в виде пластин с отверстиями, сдвигающимися относительно друг друга перемещением одной из подвижных пластин и, таким образом, изменяющими проходное отверстие для прохода теплоносителя, причем подвижная пластина может крепиться как к одному, так и к двум подвижным элементам 11 (с каждой стороны к своему подвижному элементу 11).
Теплоноситель через входной штуцер 2 и через зазор между седлом 13 и клапаном 12 попадает через выходной штуцер 15 в прибор отопления (радиатор или конвектор).
При изменении температуры в помещении термоголовка 16, установленная на термостатический вентиль, воздействует на шток 3, который через элемент взаимодействия шток-усилитель хода 7, например, в виде ролика передает усилие на усилитель хода 5, например, в виде рычага на оси 6, при этом рычаг, поворачиваясь, воздействует на толкатель 10 или через преобразователь движения усилителя хода 8, например, в виде ролика или без него. Перемещение передается на толкатель 10. Клапан 12, связанный с толкателем 10 через герметизирующий подвижный элемент 11, выполненный, например, в виде мембраны, установленный со стороны входного штуцера 2, перемещается, изменяя зазор между клапаном 12 и седлом 13.
Расположение всех управляющих элементов внутри изолированной от теплоносителя полости 14 исключает воздействие на уязвимые управляющие элементы (шток, усилитель хода, толкатель) возможных механических включений в теплоносителе и, таким образом, повышает надежность работы термостатического клапана и его ресурс, а равная эффективная площадь подвижных герметизирующих элементов 11 исключает влияние давления теплоносителя на перемещение штока 3.
Промышленное исполнение предложенного термостатического вентиля несложно, при этом используются апробированные конструктивные элементы и отработанные технологии.
Усилитель хода 5 может быть выполнен, например, в виде пластины с выемкой под контактирование с элементом взаимодействия шток-усилитель хода 7 в виде ролика, а преобразователь движения усилителя хода 8 может быть также выполнен, например, в виде ролика. В другом варианте исполнения усилитель хода 5 может быть, например, в виде системы рычагов, а взаимодействие его с толкателем 10 - в виде жесткой связи.
Герметизирующие подвижные элементы 11 могут быть выполнены в виде мембран или в виде резиновых пластин, установленных с обеих сторон толкателя 10 во внутреннем корпусе 17.
Входной 2 и выходной 15 штуцера могут быть расположены под углом 90° друг к другу, а пара клапан 12 - седло 13 может быть выполнена в виде пластин с отверстиями, сдвигающимися относительно друг друга и, таким образом, изменяющими проходное отверстие для теплоносителя.