Клапан
VALVE

Настоящее изобретение относится к клапану, содержащему корпус клапана, клапанное седло и клапанный элемент, причем клапанный элемент выполнен с возможностью смещения относительно корпуса в направлении закрытия к клапанному седлу.
Клапаны этого типа используют, например, для регулирования потока текучей среды в радиаторе или теплообменнике. Такие клапаны часто используют с термостатическим исполнительным механизмом, который прикреплен к клапану и обеспечивает изменение регулировки расстояния клапанного элемента от клапанного седла в случае изменения комнатной температуры. Однако такие термостатические исполнительные механизмы имеют недостаток, заключающийся в том, что они должны располагаться непосредственно на клапане и, соответственно, часто нагреваются горячей нагревающей текучей средой до температуры, значительно превышающей комнатную температуру. Соответственно, термостатические исполнительные механизмы часто обеспечивают избыточную компенсацию и закрывают клапан задолго до достижения комнатной температурой соответствующего уровня.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание клапана с улучшенной подстройкой температуры.
В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанная цель достигается вышеупомянутым клапаном, в котором внутри корпуса расположен по меньшей мере один элемент, причем упомянутый по меньшей мере один элемент выполнен с возможностью увеличения максимального расстояния от клапанного седла до клапанного элемента при повышении температуры упомянутого по меньшей мере одного элемента.
Соответственно, данный клапан содержит элемент, который может улучшать управление клапаном. В частности, клапан, соединенный с радиатором или теплообменником, не будет слишком сильно и преждевременно уменьшать поток, пока не произойдет достаточного повышения комнатной температуры. Как изложено выше, эта проблема возникает, в частности, при использовании термостатических исполнительных механизмов, непосредственно прикрепленных к клапану, которые во многих случаях нагреваются до температуры, превышающей комнатную температуру, вследствие непосредственного контакта с корпусом и, следовательно, с горячей жидкостью, проходящей через клапан. Упомянутый элемент может быть отдельным элементом, таким как кольцо из воска, или исполнительным механизмом из сплава с памятью формы. Однако упомянутый элемент может представлять собой компонент клапанного седла или вкладыш клапана, имеющий высокий коэффициент теплового расширения. В любом случае необходимо гарантировать, чтобы общее расширение элементов, соединенных с клапанным седлом, обусловленное повышением температуры, превышало общее тепловое расширение компонентов, соединенных с клапанным элементом. Таким образом, при повышении температуры в клапане расстояние от клапанного элемента до клапанного седла будет увеличиваться. Такое решение может компенсировать чрезмерную реакцию прикрепленного термостатического исполнительного механизма, как было изложено выше. Предпочтительным вариантом осуществления клапана является клапан теплообменника, в частности клапан радиатора.
В предпочтительном варианте осуществления клапан содержит термостатический исполнительный механизм, причем термостатический исполнительный механизм выполнен с возможностью уменьшения максимального расстояния от клапанного элемента до клапанного седла, когда на термостатический исполнительный механизм действует повышение температуры, при этом упомянутый по меньшей мере один элемент выполнен с возможностью расширения в то же самое время под действием тепла для увеличения максимального расстояния от клапанного элемента до клапанного седла с целью температурной компенсации термостатического исполнительного механизма, температура которого превышает комнатную температуру. Это означает, что в этом случае, суммарно, за счет повышения температуры, расстояние от клапанного элемента до клапанного седла будет уменьшаться, обеспечивая тем самым дросселирование потока, проходящего через клапан. Однако смещение клапанного седла от клапанного элемента, обусловленное расширением элемента, действует в направлении, противоположном направлению приведения в действие клапанного элемента термостатическим исполнительным механизмом. Поскольку во многих случаях термостатический исполнительный механизм будет чрезмерно реагировать на повышение температуры вследствие непосредственного теплового контакта с корпусом и горячей текучей средой, проходящей через корпус, данный элемент может, таким образом, обеспечивать компенсацию и более точное управление клапаном при изменениях температуры.
В предпочтительном варианте осуществления клапанное седло расположено в компоненте клапанного седла. Этот вариант является относительно простым вариантом осуществления, в котором компонент клапанного седла может быть расположен с возможностью смещения относительно корпуса параллельно направлению закрытия. Кроме того, компонент клапанного седла может смещаться элементом, который расширяется при повышении температуры, и/или сам компонент клапанного седла может иметь высокий коэффициент теплового расширения и соответственно расширяться при повышении температуры, смещая при этом клапанное седло от клапанного элемента. Компонент клапанного седла может иметь форму на основе цилиндра, в предпочтительном варианте форму на основе полого цилиндра. В качестве варианта, компонент клапанного седла может иметь конусообразную форму, форму на основе усеченного конуса или форму на основе эллиптического цилиндра.
В предпочтительном варианте осуществления клапан содержит вкладыш, причем клапанное седло является направляемым во вкладыше. Преимуществом этого варианта осуществления является возможность избежать проблем, обусловленных размягчением компонента клапанного седла из-за температуры, что имеет место в случае изготовления компонента клапанного седла из пластикового материала, посредством того, что вкладыш может быть изготовлен из того же материала. В предшествующем уровне техники работу вкладыша часто выполняет часть корпуса, изготовленная из металла. Тогда как в предложенном варианте корпус все еще может быть изготовлен из металла, а вкладыш и/или компонент клапанного седла могут быть изготовлены из пластикового материала. Вкладыш может иметь форму на основе цилиндра, а в предпочтительном варианте - форму на основе полого цилиндра. Альтернативно, вкладыш может иметь конусообразную форму, форму на основе усеченного конуса или форму на основе эллиптического цилиндра.
В предпочтительном варианте осуществления клапан содержит вкладыш верхней части клапана, причем компонент клапанного седла на одном осевом конце соединен с вкладышем верхней части клапана. В этом варианте осуществления либо один, либо оба компонент клапанного седла и вкладыш верхней части клапана могут быть элементами, увеличивающими расстояние от клапанного седла до клапанного элемента при повышении температуры. Однако вкладыш верхней части клапана также может быть неподвижно закреплен относительно корпуса, и тогда только компонент клапанного седла может быть выполнен с возможностью удлинения под действием тепла для увеличения максимального расстояния от клапанного седла до клапанного элемента при повышении температуры. Компонент клапанного седла может соединяться с вкладышем верхней части клапана посредством защелочного соединения или подобного ему.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит шток, направляемый во вкладыше верхней части клапана, причем шток на одном осевом конце соединен с клапанным элементом. Другой осевой конец штока может либо прилегать к термостатическому исполнительному механизму, либо, в случае использования коробки сальника, он может прилегать к осевому концу стержня коробки сальника.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один элемент выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток. В случае использования нескольких элементов суммарное расширение элементов при повышении температуры предпочтительно превышает расстояние, на которое расширяется шток.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит коробку сальника, при этом стержень является направляемым в коробке сальника. В этом варианте осуществления стержень может на одном осевом конце прилегать к штоку, а на другом осевом конце соединяться с термостатическим исполнительным механизмом или прилегать к нему.
В предпочтительном варианте упомянутый по меньшей мере один элемент выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток и стержень в совокупности. Таким образом, гарантируется увеличение расстояния клапанного элемента относительно клапанного седла при повышении температуры элементов, штока и стрежня.
В предпочтительном варианте термостатический исполнительный механизм прикреплен к клапану и взаимодействует со стержнем для регулирования степени открытия клапана.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления компонент клапанного седла выполнен с возможностью поворота внутри вкладыша. Этот вариант осуществления обеспечивает возможность расширения функциональных возможностей клапана. Например, поворот компонента клапанного седла внутри вкладыша может обеспечить возможность предварительной настройки клапана. Например, компонент клапанного седла и вкладыш могут оба содержать отверстия, и такие отверстия могут быть более или менее выровнены в зависимости от относительного углового положения и осевого положения компонента клапанного седла и вкладыша.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один элемент является кольцом из воска. В этом случае кольцо из воска предпочтительно расположено на одном конце компонента клапанного седла, так что тепловое расширение кольца из воска будет смещать компонент клапанного седла и, соответственно, будет смещать клапанное седло от клапанного элемента.
В предпочтительном варианте упомянутый по меньшей мере один элемент является исполнительным механизмом из сплава с памятью формы. Использование исполнительного механизма из сплава с памятью формы обеспечивает больше конструктивных возможностей, так как исполнительный механизм из сплава с памятью формы может, в зависимости от выбора материала и сохраняемой формы, также усаживаться при повышении температуры.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один элемент расположен на осевом конце компонента клапанного седла. Например, элемент можно расположить между вкладышем верхней части клапана и компонентом клапанного седла так, чтобы компонент клапанного седла и, таким образом, клапанное седло, смещались от вкладыша верхней части клапана с увеличением тем самым относительного расстояния от клапанного седла до клапанного элемента, когда данный элемент удлиняется под действием тепла. Однако данный элемент можно расположить и на том конце компонента клапанного седла, на котором расположено клапанное седло. В этом случае данный элемент предпочтительно будет представлять собой исполнительный механизм из сплава с памятью формы, который обеспечивает усадку при повышении температуры и, таким образом, может оттягивать компонент клапанного седла от клапанного элемента.
Ниже более подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает вид в разрезе клапана согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 показывает увеличенный вид клапана, изображенного на фиг. 1.
Фиг. 3 показывает изометрический вид в разрезе клапана согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 4 показывает увеличенный вид клапана в соответствии с фиг. 3.
Фиг. 5 показывает вид в разрезе клапана согласно второму варианту осуществления изобретения.
Фиг. 6 показывает увеличенный вид клапана в соответствии с фиг. 5.
Фиг. 1-4 показывают первый вариант осуществления клапана 1 в соответствии с настоящим изобретением, который может быть клапаном радиатора или другого теплообменника, предназначенного для нагревания или охлаждения. Клапан 1 содержит корпус 2, в котором расположено выпускное отверстие 12 и впускное отверстие 13. Клапан 1 содержит клапанное седло 3, взаимодействующее с клапанным элементом 4 для дросселирования потока текучей среды, проходящего через клапан. Клапанное седло 3 в этом варианте осуществления расположено в компоненте 5 клапанного седла, который имеет форму на основе цилиндра. Клапанное седло 3 расположено на одном осевом конце компонента 5 клапанного седла. Клапанное седло 3 расположено на внутренней поверхности компонента 5 клапанного седла.
Клапанный элемент 4 расположен на одном осевом конце штока 8. Шток 8, как и клапанный элемент 4, выполнен с возможностью смещения в осевом направлении для дросселирования или закрытия клапана. На осевом конце штока 8, противоположном клапанному элементу 4, расположен стержень 10 коробки 9 сальника. Шток 8 направляется во вкладыше 7 верхней части клапана. Вкладыш 7 верхней части клапана удерживается внутри корпуса верхней частью 14 клапана. Верхняя часть 14 клапана может соединяться с корпусом 2, например, посредством защелочного соединения. Последнее является преимуществом, когда верхняя часть 14 клапана изготовлена из пластикового материала, а корпус 2 изготовлен из металла.
Клапан 1 может содержать термостатический исполнительный механизм или подобный элемент, прикрепленный к клапану, который для простоты не показан на фиг. 1-6. Однако термостатический исполнительный механизм может, например, быть прикреплен к верхней части 14 клапана и взаимодействовать со стержнем 10 для приведения в действие клапанного элемента 4.
Термостатические исполнительные механизмы предшествующего уровня техники имеют недостаток, заключающийся в том, что они часто нагреваются выше текущей комнатной температуры вследствие непосредственного контакта с клапаном, который нагревается посредством нагревающей текучей среды. Поскольку нагревающая текучая среда обычно имеет температуру намного выше комнатной температуры, то во многих случаях термостатический исполнительный механизм также будет нагреваться до более высокой температуры, чем комнатная температура. Термостатические исполнительные механизмы обычно конфигурируют для уменьшения потока через клапан при повышении температуры термостатического исполнительного механизма, чтобы не нужно было вручную подстраивать клапан после достижения требуемой температуры. Однако поскольку во многих случаях термостатический исполнительный механизм будет нагреваться до слишком высокой температуры, не соответствующей фактической комнатной температуре, термостатический исполнительный механизм часто будет закрывать клапан задолго до достижения требуемой комнатной температуры. В соответствии с настоящим изобретением клапанное седло может быть дополнительно выполнено с возможностью смещения относительно корпуса параллельно направлению закрытия клапанного элемента 4 в направлении клапанного седла 3. В предпочтительном варианте это достигается с помощью по меньшей мере одного элемента в клапане, который выполнен с возможностью расширения или удлинения со смещением тем самым клапанного седла 3.
В первом варианте осуществления, в соответствии с фиг. 1-4, одним из таких элементов является компонент 5 клапанного седла. С этой целью компонент 5 клапанного седла прикреплен к вкладышу 7 верхней части клапана только на осевом конце компонента 5 клапанного седла, противоположном клапанному седлу 3. Таким образом, когда компонент 5 клапанного седла удлиняется под действием тепла, клапанное седло 3 будет смещаться в направлении от клапанного элемента 4, увеличивая тем самым поток, проходящий через клапан. Однако поскольку в предпочтительном варианте этот эффект меньше, чем подстройка степени открытия клапана прикрепленным термостатическим исполнительным механизмом, суммарный эффект от повышения температуры все еще будет приводить к тому, что клапанный элемент 4 будет перемещаться ближе к клапанному седлу 3. Однако, как показано на фиг. 1-4, в этом случае как клапанное седло 3, так и клапанный элемент 4 будут смещаться вниз.
Дополнительным эффектом, который необходимо учитывать, естественно является то, что шток 8 и стержень 10 подвержены расширению и удлинению до некоторой степени при повышении температуры. Следовательно, предпочтительно, чтобы компонент 5 клапанного седла был выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток 8. В случае использования как штока 8, так и стержня 10, предпочтительно, чтобы компонент 5 клапанного седла был выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток 8 и стержень 10 в совокупности. Такой результат может быть обеспечен за счет выбора материала для компонента 5 клапанного седла с коэффициентом теплового расширения, превышающим таковой у штока 8 и стержня 10.
Осевое удлинение вкладыша 7 верхней части клапана и компонента 5 клапанного седла при повышении температуры может определяться относительно плоскости 18 отсчета, показанной на фиг. 2 и 5. Вкладыш 7 верхней части клапана прилегает ободком 19 к верхней части 14 клапана в плоскости 18 отсчета. Осевой конец 20 вкладыша 7 верхней части клапана прилегает к компоненту 5 клапанного седла. Следовательно, удлинение под действием тепла вкладыша 7 верхней части клапана относительно плоскости 18 отсчета приводит к смещению компонента 5 клапанного седла, смещающего клапанное седло 3 от клапанного элемента 4. Этот эффект суммируется с удлинением под действием тепла собственно компонента 5 клапанного седла, которое также обеспечивает смещение клапанного седла 3 от плоскости 18 отсчета. Компонент 5 клапанного седла и вкладыш 7 верхней части клапана соединяют так, что их совместное удлинение при повышении температуры перемещает клапанное седло 3 в направлении от плоскости 18 отсчета. Таким образом, осевое смещение клапанного седла 3 относительно плоскости 18 отсчета зависит от поворотного перемещения вкладыша 7 верхней части клапана и компонента 5 клапанного седла. Следовательно, при повышении температуры клапанное седло 3 смещается от плоскости 18 отсчета на большее расстояние, чем клапанный элемент 4 вследствие повышения температуры штока 8 и/или стержня 10.
В соответствии с увеличенным видом, показанным на фиг. 2 и 4, компонент 5 клапанного седла также содержит первое отверстие 15. Подобным образом вкладыш 6 содержит второе отверстие 16. На фиг. 2 и 4 показано, что первое отверстие 15 и второе отверстие 16 выровнены в осевом направлении и в угловом положении. В этом взаимосвязанном положении первого отверстия 15 и второго отверстия 16 текучая среда, поступающая из клапанного седла 3, может проходить в первое отверстие 15, и затем во второе отверстие 16 для достижения выпускного отверстия 12. Однако в зависимости от относительных размеров первого отверстия 15 и второго отверстия 16 клапанное седло 3 с возможностью смещения можно также использовать для обеспечения дополнительных средств дросселирования потока, проходящего через клапан, за счет изменения выравнивания первого отверстия 15 со вторым отверстием 16. Например, компонент 5 клапанного седла также может быть выполнен с возможностью поворота, за счет чего можно уменьшать эффективное поперечное сечение потока второго отверстия 16 и первого отверстия 15 в направлении выпускного отверстия 12. Помимо этого поворотом компонента 5 клапанного седла можно даже закрыть любое прямоточное подсоединение к выпускному отверстию 12 через первое отверстие 15 и второе отверстие 16. Такое решение обеспечивает дополнительную функциональную возможность управления клапаном, например можно закрыть клапан в направлении впускного отверстия 13 или выпускного отверстия 12 во время установки или технического обслуживания.
Клапан 1 дополнительно содержит смотровое окошко 17. В показанных вариантах осуществления смотровое окошко 17 расположено в верхней части 14 клапана для обеспечения возможности осмотра компонента 5 клапанного седла. Окошко может использоваться, например, для наблюдения за текущим угловым положением компонента 5 клапанного седла. В качестве альтернативы или дополнительно, смотровое окошко 17 также может использоваться для проверки текущего осевого положения компонента 5 клапанного седла. Следовательно, первое отверстие 15 и второе отверстие 16 могут использоваться в качестве средства предварительной настройки клапана посредством поворота компонента 5 клапанного седла относительно вкладыша 6.
Второй вариант осуществления изобретения в соответствии с фиг. 5 и 6 содержит элемент 11 в виде термочувствительного компонента. В предпочтительном варианте термочувствительный компонент имеет форму кольца из воска, но он также может быть исполнительным механизмом из сплава с памятью формы. Положение термочувствительного компонента показано в подробностях на фиг. 6. Термочувствительный компонент расположен на осевом конце компонента 5 клапанного седла, противоположном клапанному седлу 3. Термочувствительный компонент в предпочтительном варианте прилегает к компоненту 5 клапанного седла и к вкладышу 7 верхней части клапана. Преимущество использования отдельного термочувствительного компонента заключается в более широком выборе материалов, в частности, для компонента 5 клапанного седла. В частности, в этом случае не требуется, чтобы коэффициент теплового расширения компонента 5 клапанного седла значительно превышал коэффициент теплового расширения штока 8 или стержня 10 для достижения суммарного относительного смещения клапанного седла 5 относительно клапанного элемента 4 при повышении температуры во внутренней части клапана. Однако на фиг. 1-4 показано, что компонент 5 клапанного седла выполняет функцию элемента с большим коэффициентом теплового расширения. Тем не менее, как отдельный термочувствительный компонент, так и элемент клапана с дополнительными функциями, такой как компонент 5 клапанного седла, могут использоваться для достижения суммарного увеличения расстояния от клапанного седла 3 до клапанного элемента 4 вследствие повышения температуры в клапане. Как было изложено выше, суммарный эффект от теплового расширения внутри клапана 1 и подстройки прикрепленным к клапану элементом должен, однако, всегда приводить к дросселированию потока через клапан при повышении температуры.