Клапан для системы антиобледенения и снеготаяния

Заявляемая полезная модель относится к системе антиобледенения и снеготаяния, в системе отопления жилых и нежилых помещений, в системах опрессовки и закачки, а так же в гражданской и военной отрасли, промышленном строительстве.
Из предшествующего уровня техники известны следующие аналогичные устройства.
Известен редукционный клапан, содержащий корпус со штуцерами, закрепленную в корпусе крышкой диафрагму с жестким центром, седло и взаимодействующий с ним запорный орган с уплотняющей прокладкой, шток, соединенный с жестким центром диафрагмы, резьбовой регулировочный элемент, связанный резьбой с крышкой, полый опорный элемент с наружным кольцевым выступом и конической поверхностью внутри на дне, стержень со сферической поверхностью на конце, закрепленный на жестком центре диафрагмы и входящий внутрь полого опорного элемента с контактом их сферической и конической поверхностей, настроечную пружину, опирающуюся одним концом на кольцевой выступ опорного элемента, а также демпфер, который имеет один канал прохода, соответственно узкий диапазон регулировки давления (для поставленных задач). Также отсутствуют элементы автоматической фиксации заданного давления [RU 2470210,2012].
Известен клапан, который содержит полый цилиндрический корпус с верхней и нижней внутренними присоединительными резьбами, которые служат для встраивания клапана в колонну насосно-компрессорных труб. На внутренней поверхности корпуса имеется выступ с резьбой для установки муфты, предназначенной для регулирования усилия сжатия пружины. Внутреннее сквозное отверстие муфты является направляющим и центрирующим для подвижного элемента в виде ступенчатого стакана, допускающего перемещение в осевом направлении. На наружной поверхности ступенчатого стакана, имеющей меньший диаметр, выполнена кольцевая проточка, в которой установлена эластомерная кольцевая прокладка. Выше эластомерной прокладки расположены радиальные сквозные отверстия. Данная поверхность ограничена кольцевым буртиком, одна сторона которого служит упором для пружины. На участке большего диаметра выполнены сквозные продольные отверстия. В корпусе закреплен неподвижно корпус защитного уплотнения, поджатого пробкой, внутреннее сквозное отверстие которой является направляющим и центрирующим для ступенчатого стакана, в котором выполнено осевое ступенчатое сквозное отверстие для прохода жидкости, нагнетаемой насосом, в месте сопряжения разных диаметров выполнена фаска, на которую нанесен твердый сплав, являющаяся седлом для запорного элемента, выполненного, например, в виде шарика, имеющего возможность перемещения внутри отверстия большего диаметра. На верхнем торце ступенчатого стакана установлена крышка со сквозным отверстием, фаска которого является седлом с нанесенным твердым сплавом, отличающийся тем, что присутствует низкая надежность в процессе эксплуатации, вызванная сильным износом эластомерного уплотнения. Также отличается тем, что на эксплуатацию клапана сильно влияет точность изготовления и соосность участков стакана, имеющего значительный осевой размер. Незначительные отклонения при большой длине приводят к возникновению изгибающих моментов, что при интенсивной эксплуатации и высоких нагрузках приводит к быстрому выходу клапана из строя. [RU 2391592, 2010].
Наиболее близким к заявленному техническому решению является редукционный клапан [RU 2527276], который содержит корпус с каналом подвода, каналом отвода и каналом слива, золотник, установленный в корпусе с образованием камеры управления и камеры слива, пружину. В корпусе дополнительно выполнены полость напора и полость слива, при этом полость напора расположена между полостью слива и камерой слива, полость слива расположена между полостью напора и камерой управления, канал подвода соединен с полостью напора, канал отвода соединен с полостью напора и камерой управления, канал слива соединен с полостью слива и камерой слива, золотник выполнен с двумя рабочими и двумя разделительными кромками, причем первая рабочая кромка расположена между камерой управления и полостью слива, вторая рабочая кромка расположена между каналом подвода и каналом отвода, разделительные кромки, расположены между каналом подвода и каналом слива, кроме того, на рабочих кромках золотника выполнены дроссельные пазы, отличающийся отсутствием обратного клапана, узкой направленностью применения. Также к недостаткам можно отнести невозможность автоматического перекрытия трубопровода при аварийном повышении и падении давления в нем, сложность, за счет введения дополнительных гидравлических элементов, что приводит к удорожанию клапана, снижению надежности.
Основная задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в упрощении клапана за счет замены нескольких конструктивных элементов одним, при одновременном повышении надежности, а также достижении универсальности для использования в различных системах антиобледенения и снеготаяния, опрессовки и других процессов, связанных с распределением водных и воздушных потоков в замкнутых системах.
Технический результат - упрощение клапана при одновременном повышении надежности в эксплуатации и возможности автоматизации.
Поставленная задача решаются тем, что заявляемый клапан системы антиобледенения и снеготаяния размещен в корпусе, внутри которого размещены каналы для прохода воздуха и для течения жидкости, по оси корпуса выполнена полость, в которой размещен поршень, выполненный с возможностью перемещения поочередно открывая и закрывая каналы для прохода воздуха и для течения жидкости, на входе и выходе корпус снабжен штуцерами, со стороны входа в корпус в полости с поршнем размещен основной запорный узел, выполненный в виде втулки с возвратной пружиной, взаимодействующей с запорным шариком, со стороны выхода из корпуса в полости с поршнем размещен дополнительный запорный узел, выполненный в виде возвратной пружины, взаимодействующая через обратный клапан с собственным запорным шариком, обратный клапан представляет собой стакан с крышкой, в которой выполнено отверстие, внутри стакана размещена прижимная пружина, каждый из каналов для прохода воздуха и для течения жидкости имеет два участка, один из которых размещен в полости для поршня, а второй в корпусе, при этом участки каждого канала выполнены с возможностью их поочередного совмещения посредством перемещения поршня.
Возвратные пружины выполнены разной жесткости, т.е. имеют разное количество витков. Запорные шарики основного и дополнительного запорного узлов имеют разные диаметры и при сжатии и расжатии соответствующих пружин прекращают движения жидкости и воздуха в соответствующих каналах.
Втулка выполнена из пластика, предпочтительно из полипропилена, выполняет функцию фиксатора. Запорный шарик основного запорного узла имеет плотную посадку к втулке за счет полусферической выемки во втулке.
На выходе из корпуса каналы для прохода воздуха и для течения жидкости снабжены соответствующими датчиками давления воздуха и жидкости, встроенные в корпус. Датчики давления обеспечивают подачу сигналов для открытия и закрытия каналов для прохода воздуха и для течения жидкости, подключены к системе управления, имеют электропитание.
В основной магистрали отопления могут быть установлены манометры для визуального контроля за давлением.
Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его условию «новизна».
Формула полезной модели составлена без разделения на ограничительную и отличительную части для лучшего понимания сущности заявленного устройства и более точного его изложения.
Заявляемое устройство может быть изготовлено из известных материалов известными способами и использовано в гидравлических системах, преимущественно для системы антиобледенения и снеготаяния.
Сущность полезной модели поясняется следующими рисунками, на которых изображено:
На фиг. 1 - схематично показан клапан системы антиобледенения и снеготаяния.
На фиг. 2 – то же, в процессе работы в системе опрессовки.
На фиг. 3 – то же, при работе в системе закачки.
На фиг. 4 изображено расположение клапана в системе антиобледенения и снеготаяния.
Клапан системы антиобледенения и снеготаяния (фиг. 1), предназначен для поочередной работы в системе опрессовки и системе закачки. Включает в себя корпус 1, в котором размещен участок канала для прохода воздуха 11 и участок канала для течения жидкости 19. В корпусе 1 имеется полость с поршнем 4, в котором размещен участок с каналом для течения жидкости 12 и участок канала для прохода воздуха 18, основной и дополнительный запорные узлы. Основной запорный узел содержит запорный шарик 7, взаимодействующий с возвратной пружиной 6, фиксатор 8. На входе в корпус 1 через уплотнительную прокладку 13 размещен штуцер 2 для подключения насоса и компрессора. Оппозитно основному запорному узлу размещен дополнительный запорный узел, выполненный в виде возвратной пружины 5, взаимодействующей через обратный клапан с запорным шариком 15 обратного клапана. В корпусе встроены датчики давления 9 и 10, напрямую соединенные с каналами 11 и 12 и электрически соединенные с реле управления. Датчики давления широко выпускаются промышленностью. Предпочтительно может быть использована модель DS 200P (с рабочим диапазоном от 0 до 40 атм. и возможностью регулировки порогов давления). Датчики давления 9 и 10 электрически соединены с реле управления в электрошкафу, через который подаются управляющие сигналы на открытие или закрытие каналов 11 и 12. На выходе из корпуса 1 установлен штуцер 3 для присоединения непосредственно к рабочему контуру системы. Возвратные пружины 5 и 6 подбираются в зависимости от прилагаемого к ним усилия (возвратная пружина 5 - для усилия давления воздуха при опрессовке, возвратная пружина 6 для усилия давления жидкости при закачке). Пружина 5 имеет возможность регулировки сжатия посредством перемещения по резьбе штуцера 3. Поршень 4 находится внутри корпуса и перемещается в нем при воздействии давления жидкости либо воздуха. В нерабочем положении под действием пружины 5 поршень 4 сдвигается в направлении штуцера 2 и перекрывает входное отверстие запорным шариком 7. Перемещение запорного шарика 7 ограничивается фиксатором 8. Обратный клапан для поршня 4 встроен в последний и соединен с каналом для течения жидкости 12, при этом состоит из стакана 14, внутри которого размещена прижимная пружина 16, взаимодействующая с запорным шариком 15 обратного клапана, крышка 17 с отверстием. В нерабочем положении прижимная пружина 16 сдвигает запорный шарик 15 обратного клапана к отверстию в крышке 17 стакана 14 обратного клапана, тем самым, при опрессовке закрывая обратный проход воздуха в канал для течения жидкости 12.
При работе в системе опрессовки (фиг. 2), в заявляемый клапан под давлением (~4 атм) подается сжатый воздух, который воздействует на запорный шарик 7, который, преодолевая усилие возвратной пружины 6, сдвигает запорный шарик 7 до упора в поршне 4, перекрывая тем самым прямое прохождение воздуха через канал для течения жидкости 12. Далее, воздух продолжает оказывать давление уже на весь поршень 4 целиком, сдвигает его, открывая проход в канал 11 (в корпусе), до тех пор, пока не соединятся каналы 11 (в корпусе) и 18 (в поршне). После этого воздух транспортируется в основную магистраль. Обратный клапан исключает попадание воздуха в канал для течения жидкости 12. При достижении в системе заданного значения давления, срабатывает датчик 9, встроенный в корпус и соединенный с каналом 11. Он подает сигнал на реле управления в электрошкафу 22 и отключает подачу питания на нагнетатель (компрессор), после чего пружина 5 возвращает поршень 4 в исходное положение, перекрывая тем самым обратную утечку воздуха из системы. В таком состоянии система находится заданный промежуток времени, на протяжении которого отслеживается герметичность и наличие утечек по встроенному в систему манометру. Поскольку канал 11 для прохождения воздуха после возврата поршня 4 остается под давлением, датчик 9 не возвращается в исходное положение, пока клапан не будет отсоединен от системы и нагнетателя.
При работе в системе закачки (фиг. 3), в заявляемый клапан через штуцер 2 подается жидкость. Из-за того, что давление жидкости создается ~2 атм, она не сдвигает весь поршень 4 целиком, а только смещает запорный шарик 7, попадает в канал для течения жидкости 12, сдвигает запорный шарик 15 обратного клапана и через отверстие в крышке 17 попадает в систему. Усилие прижимной пружины 16 можно регулировать крышкой 17, взаимодействующей со штуцером 3. При достижении в системе заданного значения давления жидкости, срабатывает датчик 10, встроенный в корпус и соединенный с каналом 19. Он подает сигнал на реле управления в электрошкафу и отключает подачу питания на насос, после чего прижимная пружина 16 и возвратная пружина 6 возвращают запорные шарики 7 и 15 в исходное положение, перекрывая тем самым обратную утечку жидкости из системы. В таком состоянии система находится заданный промежуток времени, на протяжении которого, отслеживается герметичность и наличие утечек по встроенному в систему манометру, пока заявляемый клапан не будет отсоединен от системы и насоса.
Система работает следующим образом (фиг. 4): перед запуском системы производится ее опрессовка с целью проверки на герметичность и отсутствие утечек. Через заявляемый клапан 25 (фиг. 4) подается сжатый воздух под давлением, который, проходя по соответствующим каналам: 11, 12 и 18 (фиг. 1), постепенно заполняет рабочий контур 21, выполненный из нержавеющей стали в форме гофрированной трубы. При достижении заданного давления, заявляемый клапан автоматически отключает подачу воздуха. В таком положении система находится определенное время, в течение которого можно выявить утечки в системе по показаниям встроенного в рабочий контур манометра 27.
Далее система заполняется теплоносителем (незамерзающая жидкость) посредством насоса через тот же клапан 25. Жидкость заполняет весь контур и, при достижении нужного давления, заявляемый отключает насос и предотвращает обратную утечку из системы. Далее, включается циркуляционный насос 24, после чего бензиновый отопитель 23 начинает прогревать теплоноситель в контуре. Вся система включается автоматически датчиком выпадения осадков 20. Коммутация и автоматика расположена в электрошкафу 22. Для предотвращения последствий теплового расширения жидкости в систему встроен расширительный бак закрытого типа 26.
Заявляемое устройство является промышленно применимым, поскольку в описании и чертежах указано назначение устройства, средства и методы, с помощью которых возможно осуществление полезной модели, в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов полезной модели. Заявляемое устройство может быть применено в различных гидравлических системах.
Заявляемое устройство обеспечивает возможность автоматического отключения подачи воздуха и теплоносителя.
Заявляемое устройство характеризуется относительной простотой, т.к. благодаря наличию в корпусе и поршне каналов для воздуха и жидкости, не требуется два отдельных клапана (на каждый канал).
Вместе с тем, благодаря конструкции корпуса и поршня, заявляемое устройство характеризуется эксплуатационной надежностью, герметичностью, безопасной работой в процессе эксплуатации, что позволяет повысить длительность безаварийной эксплуатации за счет исключения рисков разрушения элементов системы и рабочего контура.