КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ КЛАПАН ТЕПЛООБМЕННИКА
VALVE, IN PARTICULAR VALVE OF HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к клапану, в частности к клапану теплообменника, содержащему корпус, имеющий первый порт, второй порт и проточный канал между упомянутым первым портом и упомянутым вторым портом, причем в упомянутом проточном канале расположены клапанное седло, главный клапанный элемент и динамический блок.
Изобретение проиллюстрировано ниже с помощью клапана радиатора, который является примером клапана и, более конкретно, примером клапана теплообменника. Однако настоящее изобретение не ограничивается клапаном теплообменника.
Динамический блок обеспечивает максимальный поток через клапан независимо от давления на входном отверстии. Динамический блок образует разновидность ограничителя потока, обеспечивающего максимальный поток, не зависящий от давления на входном отверстии. Давление на входном отверстии пытается закрыть динамический блок в противодействие пружине, и давление, действующее между динамическим блоком и главным клапаном, образованным клапанным седлом и клапанным элементом, пытается открыть динамический блок. "Закрытие" и "открытие" динамического блока означает, что сопротивление дросселирования динамического блока увеличивается или уменьшается.
Динамический блок образует разновидность средства переменного дросселирования. Каждое средство дросселирования несет риск создания шума.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является возможность увеличения производственных допусков.
Эта проблема решена с помощью вышеописанного клапана, в котором упомянутый динамический блок содержит по меньшей мере первый отвод, имеющий переменное первое сопротивление дросселирования, и второй отвод, имеющий переменное второе сопротивление дросселирования, причем упомянутый первый отвод и упомянутый второй отвод расположены последовательно.
Общее сопротивление дросселирования или сопротивление потоку двух (или более) отводов, соединенных последовательно, соответствует сумме сопротивлений дросселирования двух (или более) отводов. Следовательно, существует возможность выбора отводов, каждый из которых имеет более низкое сопротивление потоку, причем более низкое сопротивление потоку позволяет иметь большую площадь поперечного сечения потока. Чем больше эта площадь, тем ниже уровень шума. Большее количество последовательных дросселей или отводов обеспечивает возможность увеличения производственных допусков.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый динамический блок содержит по меньшей мере первый клапанный элемент и второй клапанный элемент, причем упомянутый первый клапанный элемент является частью первого отвода, и упомянутый второй клапанный элемент является частью второго отвода, и упомянутый первый отвод и упомянутый второй отвод расположены последовательно. В такой конструкции общее сопротивление потоку, создаваемое динамическим блоком, определяется суммой сопротивлений потоку двух (или более) отводов. Это обеспечивает возможность уменьшения сопротивления потоку каждого отвода, т.е. позволяет иметь большую площадь поперечного сечения потока. Чем больше эта площадь, тем ниже уровень шума. Это верно даже в случае, когда динамический блок показывает наибольшее возможное падение давления. Даже в этом случае поперечное сечение потока каждого отвода может быть выполнено большим, чем при использовании в таком же случае только одного единственного отвода, так как дросселирующее средство образуется последовательным соединением двух (или более) отводов.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый клапанный элемент и упомянутый второй клапанный элемент выполнены с возможностью перемещения" относительно друг друга по меньшей мере на отрезке пути перемещения. Для осуществления поэтапного регулирования можно использовать два или более клапанных элементов динамического блока. Например, можно использовать оба упомянутых клапанных элемента на первом этапе, например, в пределах заданного диапазона давления, и использовать только один из двух клапанных элементов на втором этапе, когда падение давления уже превышает заданный уровень, и желательно выполнение заключительного регулирования.
В одном из вариантов осуществления изобретения оба упомянутых клапанных элемента имеют различные длины хода. В этом случае первый этап регулирования осуществляется с использованием обоих клапанных элементов. Однако когда один клапанный элемент достигает конца своего пути перемещения, регулирование давления завершается только посредством другого клапанного элемента. Тогда другой клапанный элемент может быть использован для более точного регулирования падения давления.
В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере один из упомянутого первого клапанного элемента и упомянутого второго клапанного элемента имеет форму секции конуса. Секция конуса имеет периферийную поверхность, наклонную по отношению к оси перемещения клапанного элемента.
В одном из вариантов осуществления изобретения предпочтительно, чтобы по меньшей мере один из упомянутого первого клапанного элемента и упомянутого второго клапанного элемента был выполнен с возможностью взаимодействия с внутренней конической поверхностью противодействующего элемента. Между первым клапанным элементом и/или вторым клапанным элементом и внутренней конической поверхностью образован кольцеобразный зазор. Радиальная ширина этого кольцеобразного зазора является единственной характеристикой для определения сопротивления потоку динамического блока. Оба упомянутых клапанных элемента выполнены с возможностью взаимодействия с отдельными противодействующими элементами. Однако предпочтительно, чтобы оба упомянутых клапанных элемента были выполнены с возможностью взаимодействия с одним и тем же противодействующим элементом. В этом случае внутренняя коническая поверхность противодействующего элемента проходит на длину, большую, чем осевая длина первого клапанного элемента и второго клапанного элемента, так что путь перемещения первого клапанного элемента и второго клапанного элемента может закрываться полностью.
В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере один из упомянутого первого клапанного элемента и упомянутого второго клапанного элемента содержит гофрировку клапанного элемента на периферийной поверхности, и/или упомянутая внутренняя коническая поверхность противодействующего элемента содержит гофрировку противодействующего элемента. Гофрировка по меньшей мере одной из поверхностей означает, что соответствующая поверхность не гладкая, и вызывает изменение направления текучей среды, протекающей вдоль поверхности. Изменение направления потока вызывает завихрения, и это увеличивает сопротивление потоку, устраняя необходимость в выполнении зазора слишком малым. Термин "гофрировка" означает также очень грубую поверхность, достаточно неровную, чтобы вызвать изменение направления потока текучей среды и вызвать завихрения.
В одном из вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна из упомянутой гофрировки клапанного элемента и упомянутой гофрировки противодействующего элемента является ступенчатой. Это имеет два преимущества. Процесс изготовления ступенчатой гофрировки является простым, и завихрения, вызванные ступенчатой гофрировкой, является достаточными для образования требуемого сопротивления потоку.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутое клапанное седло содержит центральную ось, и первый угол конуса упомянутой секции конуса относительно упомянутой центральной оси отличается от второго угла конуса упомянутой конической поверхности относительно упомянутой центральной оси. Секция конуса первого клапанного элемента и/или второго клапанного элемента на одной стороне имеет наклон, отличный от наклона конической поверхности на другой стороне.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый угол конуса больше, чем упомянутый второй угол конуса. Перемещение первого клапанного элемента и второго клапанного элемента в направлении к упомянутому клапанному седлу уменьшает ширину кольцевого зазора между соответствующим клапанным элементом и конической поверхностью не только линейно, это уменьшение может и отличаться от линейного.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый противодействующий элемент содержит первую резьбу в зацеплении со второй резьбой в упомянутом корпусе. При повороте противодействующего элемента в корпусе, может изменяться осевое положение противодействующего элемента и, следовательно, ширина кольцеобразного зазора и, соответственно, кривая сопротивления потоку динамического блока.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый отвод образован первой деталью и второй деталью, причем упомянутая первая деталь и упомянутая вторая деталь выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга для изменения сопротивления дросселирования упомянутого первого отвода, при этом упомянутый второй отвод образован упомянутой первой деталью и упомянутой второй деталью. Оба упомянутых отвода образованы одними и теми же элементами, а именно - первой деталью и второй деталью. При перемещении первой детали и второй детали относительно друг друга, сопротивления потоку двух отводов изменяются одновременно. Использование одной и той же части является достаточно простой конструкцией.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутая первая деталь представляет собой первую трубчатую деталь, и упомянутая вторая деталь представляет собой вторую трубчатую деталь, причем одна из упомянутой первой детали и упомянутой второй деталей выполнена с возможностью по меньшей мере частичной вставки в другую одну из упомянутой первой детали и упомянутой второй детали с образованием внутренней детали и наружной детали. Обе детали выполнены в форме трубок, которые телескопически вставлены одна в другую.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутая первая деталь и упомянутая вторая деталь выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга параллельно упомянутой оси с изменением сопротивления дросселирования упомянутого первого отвода и сопротивления дросселирования упомянутого второго отвода. Такое изменение сопротивления дросселирования может быть легко достигнуто путем использования давления на входном отверстии клапана. Давление может быть использовано для того, чтобы вызвать линейное перемещение двух деталей относительно друг друга.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения упомянутый первый отвод имеет направление проточного канала из наружного пространства к камере, окруженной упомянутой первой деталью и упомянутой второй деталью, а упомянутый второй отвод имеет направление проточного канала из упомянутой камеры к наружному пространству. Поток через динамический блок поступает на наружную сторону двух деталей, входит в камеру и снова выходит на наружную сторону. Это имеет дополнительное преимущество в том, что необходимы два изменения направления потока. Каждое изменение направления потока приводит к увеличению сопротивления потоку.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый отвод образован первой управляющей кромкой первой периферийной стенки упомянутой наружной детали и первым отверстием во второй периферийной стенке упомянутой внутренней детали. Первая периферийная стенка в большей или меньшей степени закрывает первое отверстие, так что первое отверстие имеет эффективную площадь. Эта эффективная площадь ограничена управляющей кромкой. Следовательно, положение управляющей кромки определяет сопротивление потоку или сопротивление дросселирования первого отвода.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый второй отвод образован вторым отверстием в упомянутой первой периферийной стенке и второй управляющей кромкой упомянутой внутренней детали. Вторая управляющая кромка является границей второй периферийной стенки. Вторая периферийная стенка в большей или меньшей степени закрывает второе отверстие с образованием второй эффективной площади отверстия. Положение второй управляющей кромки определяет сопротивление дросселирования или сопротивление потоку второго отвода. Следует отметить, что обе управляющие кромки могут быть частью границы окошка.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутое второе отверстие имеет ширину в направлении по окружности, изменяющуюся вдоль упомянутой оси. В этом случае при смещении первой детали относительно второй детали эффективная площадь второго отверстия линейно не изменяется. Также могут быть использованы другие соотношения.
В одном из вариантов осуществления изобретения пружинные средства выполнены с возможностью воздействия на упомянутую первую деталь и/или упомянутую вторую деталь в направлении, в котором упомянутое первое сопротивление дросселирования и упомянутое второе сопротивление дросселирования уменьшаются. Пружинные средства выполнены с возможностью смещения первой детали и второй детали относительно друг друга в исходное положение при отсутствии давления на входном отверстии клапана.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутые пружинные средства включают в себя первую пружину, выполненную с возможностью воздействия на первую сторону второй детали, и вторую пружину, выполненную с возможностью воздействия на вторую сторону второй детали, противоположную упомянутой первой стороне. Использование двух пружин обеспечивает возможность регулировки пружинных средств с высокой точностью.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутые пружинные средства включает в себя натяжную пружину. Натяжная пружина выполнена с возможностью образования усилий, тянущих деталь, на которую действует натяжная пружина. Это позволяет расположить пружину с наружной стороны камеры, ограниченной первой деталью и второй деталью.
В одном из вариантов осуществления изобретения поворот упомянутой первой детали и упомянутой второй детали относительно друг друга обеспечивает возможность регулировки предварительной настройки упомянутого первого отвода и/или упомянутого второго отвода. Такая предварительная настройка может быть использована для изменения кривой сопротивления потоку или характеристики сопротивления потоку динамического блока. Кроме того, она может быть использована для изменения начального сопротивления потоку и конечного сопротивления потоку, другими словами, для ограничения максимального потока через динамический блок.
В одном из вариантов осуществления изобретения при регулировке упомянутой предварительной настройки упомянутого первого отвода, предварительная настройка упомянутого второго отвода сохраняется неизменной. Это делает предварительную настройку проще, поскольку необходимо контролировать только одну переменную.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый динамический клапанный элемент расположен между первой пружиной и второй пружиной. Динамический клапанный элемент согласно варианту осуществления настоящего изобретения, теперь регулируется посредством воздействия двух пружин. Положение динамического клапанного элемента зависит от усилий, которые образует первая пружина с одной стороны, и вторая пружина с другой стороны. При использовании двух пружин может обеспечиваться стабилизирующее воздействие. Использование только одного пружинного средства означает, что соответствующий клапанный элемент находится в состоянии предварительного натяжения. К тому же это означает, что необходимо преодолеть определенное усилие или давление прежде, чем клапанный элемент будет перемещаться. Другой случай с двумя пружинами. Когда динамический клапанный элемент расположен между двумя пружинами, и эти две пружины имеют одинаковые жесткостные характеристики, давление, которое может перемещать динамический клапанный элемент на определенное расстояние, например, на 1 мм, всегда одно и то же, а в случае только с одной пружиной это не так. Это воздействие, кроме того, обеспечивает возможность более точной регулировки. То же самое справедливо, когда жесткостные характеристики двух пружин разные. В этом случае смещение под давлением немного изменяется. При использовании двух пружин с прогрессивными жесткостными характеристиками, можно использовать одну пружину в качестве "ответственной" за одну область давлений, и другую пружину в качестве "ответственной" за вторую область давлений.
В одном из вариантов осуществления изобретения первая пружина расположена между упомянутым первым клапанным элементом и упомянутым вторым клапанным элементом, а вторая пружина расположена между упомянутым вторым клапанным элементом и стопором в упомянутом корпусе. До тех пор, пока оба упомянутых клапанных элемента не упрутся в стопор, положение клапанных элементов относительно друг друга автоматически регулируется таким образом, что устанавливается равновесие между усилиями, создаваемыми двумя пружинами.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый клапанный элемент содержит первый шток, направляемый в упомянутом корпусе, причем упомянутый второй клапанный элемент направляется на упомянутом первом штоке. Направление первого элемента в корпусе обеспечивает возможность того, что кольцеобразный зазор между первым клапанным элементом и противодействующим элементом может сохраняться одинаковым по направлению по окружности. С другой стороны, тот же шток может использоваться для удержания второго клапанного элемента в радиальном положении.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый клапанный элемент содержит второй шток, противоположный упомянутому первому штоку, причем упомянутый второй шток направляется в упомянутом корпусе. Это означает, что первый клапанный элемент является направляемым в двух положениях, находящихся на определенном расстоянии относительно друг друга, так что выравнивание первого клапанного элемента в корпусе и противодействующего элемента может выдерживаться с достаточно высокой точностью.
В одном из вариантов осуществления изобретения упомянутый первый клапанный элемент снабжен стопором. Стопор задает максимальный ход первого клапанного элемента. Такой стопор может соединяться с упомянутым вторым штоком или располагаться в любом другом подходящем положении.
Далее варианты осуществления изобретения описаны подробно со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан вид в разрезе первого варианта осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 2 показан увеличенный вид части II с фиг. 1,
на фиг. 3 показан вид в разрезе второго варианта осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 4 показан увеличенный вид части IV с фиг. 3,
на фиг. 5 показан вид в разрезе третьего варианта осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 6 показан увеличенный вид части VI с фиг. 5,
на фиг. 7 показан вид сбоку динамического блока,
на фиг. 8 показан динамический блок в соответствии с фиг. 7 с другой стороны,
на фиг. 9 показан вид в разрезе IX-IX в соответствии с фиг. 8,
на фиг. 10 показан вид в разрезе Х-Х в соответствии с фиг. 7,
на фиг. 11 показан вид в разрезе клапана,
на фиг. 12 показан увеличенный вид части II с фиг. 11,
на фиг. 13 показано вид в разрезе первого варианта осуществления,
на фиг. 14 показан увеличенный вид части II с фиг. 13,
на фиг. 15 показан вид в сечении второго варианта осуществления настоящего изобретения, и
на фиг. 16 показан увеличенный вид части IV с фиг. 15.
На всех чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На фиг. 1 показан клапан 1, имеющий корпус 2. Корпус 2 содержит верхнюю часть 2а и нижнюю часть 2b. Корпус 2 содержит первый порт 3 и второй порт 4. Между первым портом 3 и вторым портом 4 расположен проточный канал. В проточном канале между первым портом 3 и вторым портом 4 расположена деталь 5 клапанного седла, содержащая клапанное седло 6, клапанный элемент 7 и динамический блок 8.
Клапанный элемент 7 соединен со штоком 9, как известно в данной области техники. Клапанный элемент 7 выполнен с возможностью перемещения в направлении от клапанного седла 6 и к нему. Расстояние между клапанным элементом 7 и клапанным седлом 6 должно определять поток текучей среды через клапан 1.
На фиг. 2 динамический блок 8 показан более подробно.
Динамический блок 8 содержит первую деталь 10 и вторую деталь 11. Первая деталь 10 имеет трубчатую форму. Вторая деталь 11 также имеет трубчатую форму. Вторая деталь 11 телескопически вставлена внутрь первой детали 10.
На первую сторону второй детали 11 действует первая пружина 12, и на вторую сторону второй детали 11, противоположную упомянутой первой стороне, действует вторая пружина 13. Первая пружина 12 расположена между первой деталью 10 и второй деталью 11. Вторая пружина 13 расположена между второй деталью 11 и стопором 14 в упомянутой нижней части 2b корпуса.
Первая деталь 10 и вторая деталь 11 образуют первый отвод 15, и те же две части, т.е. первая деталь 10 и вторая деталь 11, образуют второй отвод 16.
Первый отвод 15 образуется между первой управляющей кромкой 17 первой периферийной стенки 18 первой детали 10 и первым отверстием 19 во второй периферийной стенке 20 упомянутой второй детали 11. В этом варианте осуществления первая деталь 10 образует наружную деталь, и вторая деталь 11 образует внутреннюю деталь из упомянутой пары двух деталей 10, 11.
Второй отвод 16 образован вторым отверстием 21 в упомянутой первой периферийной стенке 18 и второй управляющей кромкой 22, которая расположена на осевом конце второй периферийной стенки 20 второй детали 11.
Можно видеть, что второе отверстие 21 имеет ширину в направлении по окружности, которая изменяется вдоль оси 23. Ось 23 является центральной осью клапанного седла 6. В настоящем варианте осуществления второе отверстие 21 имеет по существу форму полукруга.
Первая деталь 10 содержит наружную резьбу 24, и корпус 2b содержит внутреннюю резьбу 25. Наружная резьба 24 находится в зацеплении с внутренней резьбой 25. Первая деталь 10 размещена с возможностью поворота внутри упомянутой части 2b корпуса. Когда первая деталь поворачивается, она в то же время смещается в осевом направлении, то есть параллельно оси 23.
Такое смещение может регулироваться с очень высокой точностью, поскольку зубчатая передача, образованная резьбой 24 и резьбой 25, имеет очень низкое передаточное отношение. При повороте внутренней детали 10 на 360° смещение первой детали 10 составляет всего один или лишь несколько миллиметров.
При смещении первой детали 10 изменяется перекрытие между первой периферийной стенкой 18 и первым отверстием 19, и в то же время перекрытие между второй периферийной стенкой 20 и вторым отверстием 21 также изменяется. Смещение изменяет начальную эффективную площадь первого отверстия 19 и второго отверстия 21, и более того, смещение изменяет эффективную площадь этих двух отверстий 19, 21 при каждом режиме давления.
На фиг. 2 показана ситуация, когда через динамический блок 8 проходит поток. Когда происходит прохождение потока текучей среды через динамический блок, давление на первом порте 3, который в настоящем варианте осуществления служит в качестве входного отверстия, действует на вторую деталь 11. Поток должен пройти первое отверстие 19, которое частично закрыто первой периферийной стенкой 18. Этот поток вызывает падение давления, так что давление в камере 26, которая окружена двумя деталями 10, 11, ниже, чем давление на первом порте 3. Разница между давлением на первом порте 3 и давлением в камере 26 создает усилие, которое перемещает вторую деталь 11 в направлении к детали 5 клапанного седла. Такое перемещение изменяет состояние сжатия двух пружин 12, 13, и вторая деталь 11 перемещается до тех пор, пока результирующее усилие двух пружин 12, 13 не придет снова в равновесие с усилием, создаваемым разницей между давлением на первом порте 3 и давлением в камере 26.
Дальнейшее падение давления происходит во втором отводе 16, т.е. когда текучая среда проходит второе отверстие 21. Падение давления во втором отводе также увеличивается при перемещении второй детали 11 дальше в первую деталь 10.
Когда первая деталь 10 смещается параллельно оси 23 путем своего поворота вокруг оси 23, начальная эффективная площадь первого отверстия 19 изменяется, и, вследствие этого, также изменяется падение давления для данного потока. Это обеспечивает возможность изменения предварительной настройки динамического блока 8.
Первая деталь 10 выполнена с возможностью поворота с помощью средства, которое не показано. В одном из вариантов осуществления можно использовать деталь 5 клапанного седла для поворота первой детали 10. Для этого первая деталь 10 закреплена с возможностью вращения, но соединена с деталью 5 клапанного седла с возможностью перемещения в осевом направлении. Деталь 5 клапанного седла может приводиться в движение посредством вкладыша 27 клапана, который может быть соединен с кольцом 29 на верхней части клапана 1 посредством соединительного элемента 28, при этом кольцо 29 доступно снаружи.
На фиг. 3 и 4 показан второй вариант осуществления клапана в соответствии с изобретением.
Одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
В этом варианте осуществления первая деталь 10 содержит первую управляющую кромку 17 первой периферийной стенки 18, которая пролегает не в плоскости, перпендикулярной к оси 23, а в плоскости, которая наклонена по отношению к оси 23. Другими словами, первая управляющая кромка 17 имеет форму эллипса.
Первое отверстие 19 во второй детали 11 имеет форму полукруга, форму, сходную с полукругом или форму полуэллипса.
Когда первая деталь 10 поворачивается относительно второй детали 11, начальная эффективная площадь отверстия 19 изменяется. На фиг. 4 показан максимальный размер эффективной площади первого отверстия 19. При повороте первой детали 10 на 180° вокруг оси 23, эффективная площадь первого отверстия 19 минимальна.
Вторая управляющая кромка 22 второй периферийной стенки 20 второй детали 11 расположена в плоскости, которая перпендикулярна оси 23. При повороте первой детали 10 относительно второй детали 11, положение управляющей кромки 22 относительно второго отверстия 21 не изменяется. Следовательно, при повороте первой детали 10 относительно второй детали 11, предварительная настройка изменяется только по отношению к первому отводу 15, а не по отношению ко второму отводу 16.
Как видно на фиг. 4, имеется только одна пружина 13. Пружина 13 представляет собой натяжную пружину. Когда вторая деталь 11 перемещается к детали клапанного седла 5, натяжная пружина 13 удлиняется и создает возвращающее усилие, тянущее вторую деталь 11 назад, по направлению к стопору 14.
Функционирование данного динамического блока 8 является таким же, как на фиг. 1 и 2.
На вторую деталь 11 действует давление на первом порте 3 по направлению к детали 5 клапанного седла. Прохождение потоком первого отверстия 19 создает падение давления, так что давление в камере 26 ниже, чем давление на первом порте 3. Разница между давлением на первом порте 3 и давлением камере 26 создает усилие, смещающее вторую деталь 11 по направлению к детали 5 клапанного седла. Это смещение увеличивает длину пружины 13, которая, в свою очередь, создает усилие, тянущее вторую деталь 11 назад, по направлению к стопору 14. Вторая деталь занимает положение, в котором усилие, создаваемое разницей между давлением на первом порте 3 и давлением в камере 26, находится в равновесии с тянущим усилием, создаваемым пружиной 13.
Как и в варианте осуществления, показанном на фиг. 1 и 2, поток должен покинуть камеру 26 через второе отверстие 21, т.е. от радиально внутренней стороны к радиально наружной стороне. К тому же, для потока необходимы два изменения направления движения. На фиг. 3 и 4 первая деталь 10 закреплена в осевом направлении на части 2b корпуса. Вторая деталь 11 выполнена с возможностью перемещения по направлению к детали 5 клапанного седла против усилия пружины 13.
На фиг. 5-10 показан третий вариант осуществления, в котором одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Как и в предыдущем случае, вторая деталь 11 трубчатой формы расположена внутри первой детали 10, которая также имеет трубчатую форму.
Первый отвод 15 образован первой управляющей кромкой 17 и первым отверстием 19, и второй отвод 16 образован вторым отверстием 21 и второй управляющей кромкой 22.
В этом случае первая управляющая кромка 17 и вторая управляющая кромка 22 образуют границы окна, и эти окна в большей или меньшей степени перекрываются с отверстиями 19, 21.
Эти окна имеют ширину в направлении по окружности, меняющуюся вдоль оси 23, и управляющая кромка 22 в периферийной стенке 20 пролегает параллельно оси 23. Когда первая деталь 10 поворачивается относительно второй детали 11, положение второй управляющей кромки 22 и осевой границы 30 первого отверстия 19 изменяется, и, следовательно, начальная эффективная площадь двух отводов 15, 16 также изменяется. Во время работы вторая деталь 11 перемещается параллельно оси 23 по отношению к первой детали 10 и тем самым изменяет осевое перекрытие между отверстием 19, 21 и соответствующими окнами, соответственно.
Первый порт 3 соединен с кольцевым каналом 31. Кольцевой канал 31 перекрывается с окном, ограниченным первой управляющей кромкой 17. Таким же образом второе отверстие 21 перекрывается с кольцевым каналом 32, направляющим поток к клапанному седлу 6.
Во всех показанных случаях присутствуют два отвода 15, 16, соединенных последовательно. Поток через динамический блок 8 должен пройти первый отвод 15 от радиально наружной стороны к радиально внутренней стороне и второй отвод 16 от радиально внутренней стороны к радиально наружной стороне. Следовательно, обеспечивается возможность сохранения как можно больших эффективных площадей обоих отводов 15, 16 и избегания нежелательного шума, и при этом обеспечена возможность производства частей динамического блока 8 с увеличенным допуском.
Динамический блок 8 образует своего рода ограничитель максимального потока, который обеспечивает максимальный поток через клапан 1, и этот максимальный поток не зависит от давления на входном отверстии. В динамическом блоке 8 давление на входном отверстии, действующее против усилия пружины 13, старается увеличить сопротивление потоку отводов 15, 16, и давление, действующее между динамическим блоком 8 и клапанным седлом 6, старается открыть динамический блок, т.е. уменьшить сопротивление дросселирования отводов 15, 16. Динамический блок 8 полностью открыт, когда сопротивление дросселирования между клапанным элементом 7 и клапанным седлом 6 максимально, и давление, действующее между динамическим блоком 8 и клапанным седлом 6, используется, в принципе, только для "индикации" того, когда динамический блок 8 должен начать работать.
Когда клапанный элемент 7 имеет наибольшее расстояние до клапанного седла 6, давление между клапанным седлом 6 и динамическим блоком 8 можно считать незначительным, и это запускает динамический блок 8, и далее регулирование или ограничение потока представляет собой только "борьбу" между давлением на входном отверстии и пружиной 13.
На фиг. 11 и 12 показан еще один вариант осуществления. Признаки данного варианта осуществления также могут быть скомбинированы с признаками всех других вариантов осуществления.
На фиг. 11 показан клапан 1, который в настоящем варианте осуществления является клапаном теплообменника. Клапан 1 содержит корпус 2, имеющий верхнюю часть 2а и нижнюю часть 2b. Клапан 1 имеет первый порт 3 и второй порт 4. Первый порт 3 служит в качестве входного отверстия, и второй порт 4 служит в качестве выходного отверстия. Между первым портом 3 и вторым портом 4 устанавливается проточный канал.
Клапанное седло 5 расположено в проточном канале. Клапанный элемент 106 выполнен с возможностью взаимодействия с клапанным седлом 5. Клапанное седло 5 имеет центральную ось 107. Клапанный элемент 106 выполнен с возможностью перемещения вдоль этой центральной оси 107 и соединен со штоком 108 клапана, как известно в данной области техники.
Выше по потоку клапанного седла 5 в проточном канале между первым портом 3 и вторым портом 4 расположен динамический блок 109.
Динамический блок содержит первый клапанный элемент 110 и второй клапанный элемент 111.
Первый клапанный элемент 110 содержит первый шток 112 и второй шток 113. Первый шток 112 направляется в направляющей части 114, соединенной с корпусом 2, точнее, с нижней частью корпуса 2b, или являющейся компонентом этой части 2b корпуса. Второй шток 113 также направляется в направляющей части 115, являющейся компонентом корпуса 2 или соединенной с корпусом 2. Стопор 116 соединен со вторым штоком 113 и упирается в направляющую часть 115, когда первый элемент 110 клапана совершил максимальный ход. Такой стопор 116 может находиться и в другом положении.
Второй клапанный элемент 111 направляется на первом штоке 112. Первый клапанный элемент 110 и второй клапанный элемент 111 выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. В настоящем варианте осуществления это означает, что второй клапанный элемент 111 все еще может перемещаться, даже если стопор 116 первого клапанного элемента 110 упирается в нижнюю направляющую часть 115.
Между упомянутым первым клапанным элементом 110 и вторым клапанным элементом 111 расположена первая пружина 117, а между упомянутым вторым клапанным элементом 111 и стопором 119, окружающим направляющую часть 114, расположена вторая пружина 118. Стопор 119 также является компонентом детали 129 клапанного седла или, по меньшей мере, соединен с деталью 129 клапанного седла. Деталь 129 клапанного седла образует соединение между направляющей частью 114 и частью 2b корпуса.
Первый клапанный элемент 110 имеет форму секции конуса. Первый клапанный элемент 110 имеет гофрированную периферийную поверхность 120. В настоящем случае гофрировка периферийной поверхности 120 представляет собой ступенчатую гофрировку. Однако возможно также использовать волнообразную гофрировку.
Второй клапанный элемент 111 также имеет форму секции конуса. Второй клапанный элемент 111 имеет гофрированную периферийную поверхность 121, которая аналогичным образом является ступенчатой гофрировкой. Можно, однако, использовать также волнообразную гофрировку. Обе периферийные поверхности 120, 121 имеют одинаковый наклон 122 по отношению к центральной оси 107 клапанного седла 5. Наклон 122 составляет первый угол конуса с центральной осью 107.
Первый клапанный элемент 110 и второй клапанный элемент 111 взаимодействуют с противодействующим элементом 123. Противодействующий элемент 123 содержит внутреннюю коническую поверхность 124, имеющую гофрировку противодействующего элемента. Гофрировка противодействующего элемента внутренней конической поверхности 124 также является ступенчатой. Однако такая гофрировка также может иметь волнообразную форму.
Внутренняя коническая поверхность 124 противодействующего элемента 123 имеет второй наклон 125, отличающийся от первого наклона 122, т.е. второй наклон составляет второй угол конуса по отношению к центральной оси 107, который меньше, чем первый угол конуса первого клапанного элемента 110 и второго клапанного элемента 111.
Можно предусмотреть гофрировку только на одном из двух клапанных элементов 110, 111. Кроме того, гофрировку противодействующего элемента можно ограничить определенными частями конической внутренней поверхности 124.
Между противодействующий элементом 123 и первым клапанным элементом 110 и вторым клапанным элементом 111, соответственно, образован кольцеобразный зазор 126. Поток через динамический блок должен пройти этот зазор 126. Гофрировки вызывают большое количество изменений в направлении потока текучей среды, проходящего зазор 126. В результате этих изменений в направлении потока снижается скорость потока, что соответствует увеличению сопротивления потоку. Хотя предпочтительно, чтобы гофрировки были образованы в виде волнообразных или ступенчатых гофрировок, также можно использовать гофрировку, которая просто представляет собой крайнюю шероховатость поверхности, которая шероховатость должна быть достаточной, чтобы вызвать изменение в направлении потока текучей среды, проходящего через зазор 126, с целью вызвать завихрения.
Давление на первом порте 3 нагружает первый клапанный элемент 110. Когда усилие, создаваемое этим давлением, превышает усилие, создаваемое двумя пружинами 117, 118, первый клапанный элемент 110 перемещается к клапанному седлу 5, и ширина, т.е. радиальная протяженность, зазора 126 уменьшается. Второй клапанный элемент 111 также перемещается. Однако в зависимости от соотношения между усилиями двух пружин 117, 118, перемещение второго клапанного элемента 111 может отличаться от перемещения первого клапанного элемента 110.
Перемещение первого клапанного элемента 110 клапана продолжается до тех пор, пока стопор 116 не упрется в направляющую часть 115. Дальнейшее перемещение первого клапанного элемента 110 невозможно.
Однако давление между первым клапанным элементом 110 и вторым клапанным элементом 111 все еще действует на второй клапанный элемент 111. Если усилие, создаваемое этим давлением, превышает усилие, создаваемое второй пружиной 118, второй клапанный элемент 111 перемещается дальше по направлению к клапанному седлу 5. Такое перемещение дополнительно увеличивает сопротивление потоку динамического блока.
Давление между первым клапанным элементом 110 и вторым клапанным элементом 111 ниже, чем давление на первом порте 3. Следовательно, второй клапанный элемент 111 может быть использован для точной регулировки падения давления.
Противодействующий элемент 123 содержит наружную резьбу 127, и часть 2b корпуса содержит внутреннюю резьбу 128. Наружная резьба 127 и внутренняя резьба 128 находятся в зацеплении, т.е. противодействующий элемент 123 ввинчен в часть 2b корпуса.
Когда противодействующий элемент 123 поворачивается, он изменяет свое положение относительно детали 129 клапанного седла, несущей клапанное седло 5. Это, в свою очередь, изменяет начальную ширину зазора 126 и характеристику сопротивления потоку динамического блока.
Поворот противодействующего элемента 123 может быть вызван поворотом детали 129 клапанного седла. С этой целью деталь 129 клапанного седла содержит шток 130, выступающий в отверстие 131 в противодействующем элементе 123.
Поворот детали 129 клапанного седла, в свою очередь, может быть вызван поворотом вкладыша 132 клапана, который соединен с помощью соединительных средств 133 с кольцом 134 на верхней части клапана 1.
Первый клапанный элемент 110 направляется на обоих осевых концах посредством первого штока 112 и второго штока 113. Таким образом можно сохранить радиальную протяженность, т.е. ширину зазора 126, постоянной в направлении по окружности. Поскольку второй клапанный элемент 111 направляется и удерживается на первом штоке 112, это также относится и к области зазора 126 между вторым элементом 111 клапана и противодействующим элементом 123.
Сегмент зазора 126 между первым клапанным элементом 110 и противодействующим элементом 123 образует первый отвод, и сегмент зазора 126 между вторым клапанным элементом 111 и противодействующим элементом 123 образует второй отвод. Первый отвод и второй отвод расположены последовательно, т.е. сумма сопротивления потоку первого отвода и сопротивления потоку второго отвода является общим сопротивлением потоку динамического блока.
Шум возникает, когда зазор 126 имеет относительно небольшую ширину. Этой проблемы можно избежать, поскольку последовательное соединение двух отводов (отвод можно также понимать как "дроссель") обеспечивает возможность сохранения как можно большей ширины зазора 126, т.е. протяженности в радиальном направлении относительно центральной оси 107.
На фиг. 13 и 14 показан еще один вариант осуществления клапана 1, который в данном случае является клапаном теплообменника, точнее, клапаном радиатора.
Клапан 1 содержит корпус 2, имеющий верхнюю часть 2а и нижнюю часть 2b. Корпус 2 содержит первый порт 3 и второй порт 4. В настоящем варианте осуществления первый порт 3 используется в качестве входного отверстия, и второй порт 4 используется в качестве выходного отверстия. В проточном канале между первым отверстием 3 и вторым отверстием 4 расположено клапанное седло 5. Клапанное седло 5 содержит ось 206 клапанного седла.
Имеется клапанный элемент 207, взаимодействующий с клапанным седлом 5. Другими словами, поток через клапан 1 определяется расстоянием между клапанным элементом 207 и клапанным седлом 5. Клапанный элемент 207 приводится в движение посредством штока 208 клапана.
Между упомянутым первым портом 3 и упомянутым клапанным седлом 5 расположен динамический блок 209.
Динамический блок 209 содержит динамический клапанный элемент 210. Динамический клапанный элемент 210 выполнен с возможностью смещения в направлении, параллельном оси 206 клапанного седла, т.е. к упомянутому клапанному седлу 5 или от упомянутого клапанного седла 5. Динамический клапанный элемент 210 содержит основание 211 и стенку 212, проходящую от упомянутого основания 211 по направлению к упомянутому клапанному седлу 5.
Группа отверстий 213 в упомянутой стенке 212 распределена в направлении по окружности.
Корпус 2, точнее, нижняя часть корпуса 2b, содержит внутреннюю резьбу 214. Приводной элемент 215 содержит наружную резьбу 216, которая ввинчена во внутреннюю резьбу 214. Внутренняя резьба 214 корпуса и наружная резьба 216 приводного элемента 215 находятся в резьбовом зацеплении друг с другом.
Клапанное седло 5 образовано на детали 217 клапанного седла. Деталь 217 клапанного седла установлена с возможностью поворота в корпусе 2. Деталь 217 клапанного седла закреплена с возможностью поворота на упомянутом приводном элементе 215. Однако приводной элемент 215 выполнен с возможностью смещения относительно упомянутой детали 217 клапанного седла в направлении, параллельном оси 206 клапанного седла. С этой целью деталь 217 клапанного седла содержит выступ 218, проходящий в направлении, параллельном упомянутой оси 206 клапанного седла, и выполненный с возможностью вставления в соответствующее отверстие 219 в приводном элементе 215.
На фиг. 14 показан только один выступ 218. Однако очевидно, что может быть выполнено множество выступов 218, которые будут распределены в направлении по окружности.
Между упомянутым приводным элементом 215 и упомянутым динамическим клапанным элементом 210 расположена первая пружина 220. Между упомянутым динамическим клапанным элементом 210 и стопором 222 в корпусе 2, точнее, в нижней части 2b корпуса, расположена вторая пружина 221.
Динамический клапанный элемент 210 имеет первый шток 223 и второй шток 224. Первый шток 223 направляется в упомянутом стопоре 222, т.е. стопор 222 образует направляющую часть для динамического клапанного элемента 210 и удерживает его по центру относительно клапанного седла 5. Второй шток 224 динамического клапанного элемента 210 является направляемым посредством приводного элемента 215 в направлении, параллельном оси 206 клапанного седла.
Первая пружина 220 и вторая пружина 221 действуют в противоположном направлении на упомянутый динамический клапанный элемент 210. Динамический клапанный элемент 210 занимает положение, в котором усилия первой пружины 220 и второй пружины 221 находятся в равновесии. В этом варианте осуществления первая пружина 220 и вторая пружина 221 представляют собой пружины сжатия.
Положение динамического клапанного элемента 210 и предварительное натяжение первой пружины 220 и второй пружины 221 регулируются поворотом детали 217 клапанного седла. Этот поворот может быть вызван поворотом вкладыша 225 клапана, который соединен посредством соединительных средств 226 с кольцом 227 на верхней части корпуса 2, которое доступно снаружи.
При повороте детали 217 клапанного седла, приводной элемент 215 также поворачивается. Из-за зацепления между внутренней резьбой 214 и наружной резьбой 216 этот поворот вызывает линейное смещение приводного элемента 215 в направлении от клапанного седла или к нему, в зависимости от направления поворота детали 217 клапанного седла. Из-за передаточного отношения сопряженных резьб 214, 216 величина перемещения приводного элемента 215 для данного угла поворота сравнительна мала. Поступательное перемещение приводного элемента 215 от детали 217 клапанного седла вызывает сжатие первой пружины 220. Это сжатие создает усилие на динамическом клапанном элементе 210, смещая динамический клапанный элемент 210 от детали 217 клапанного седла. Однако это смещение динамического клапанного элемента 210 клапана сжимает вторую пружину 221. Следовательно, смещение продолжается только до такого положения, в котором усилия первой пружины 220 и второй пружины 221 снова приходят в равновесие.
Динамический клапанный элемент 210 образует отверстие предварительной настройки вместе с кольцеобразным выступом 228, который проходит радиально внутрь по направлению к упомянутому динамическому клапанному элементу 210. Этим выступом 228 образован противодействующий элемент. Кольцеобразной выступ 228 является частью приводного элемента 215. В предпочтительном варианте он выполнен как единое целое с приводным элементом 215.
В этом случае размер отверстия предварительной настройки определяется положением динамического клапанного элемента 210 относительно приводного элемента 215.
Выступ 228, точнее, сторона выступа 228, обращенная в сторону от детали 217 клапанного седла, вместе со стенкой 212 и основанием 211 динамического клапанного элемента 210 ограничивает эффективный размер отверстия 213, т.е. эффективную площадь, доступную для потока через клапан 1.
Отверстие 213 имеет ширину в направлении по окружности, изменяющуюся вдоль оси 206 клапанного седла. В предпочтительном варианте осуществления ширина меньше у основания 211 и больше на стороне стенки 212, обращенной к детали 217 клапанного седла. Таким образом, может быть достигнута довольно высокая точность регулировки предварительной настройки, в частности, в области малых скоростей потока.
Внутренний диаметр выступа 228 соответствует внешнему диаметру стенки 212. Вместе с тем, между стенкой 212 и выступом 228 должен быть небольшой зазор, чтобы обеспечить свободное от трения перемещение динамического клапанного элемента. Этот небольшой зазор не является существенным для сопротивления потоку. Сопротивление потоку в основном определяется эффективным размером отверстия 213.
На фиг. 15 и 4 показан другой вариант осуществления клапана 1, в котором одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Единственное различие между вариантом осуществления, показанным на фиг. 13 и 2, и вариантом осуществления, показанным на фиг. 15 и 4, состоит в том, что выступ 228 теперь является компонентом корпуса 2, а точнее, нижней части 2b корпуса.
В этом случае размер отверстия предварительной настройки определяется положением динамического клапанного элемента 210 внутри корпуса 2, т.е. расстоянием между основанием 211 и выступом 228 в корпусе 2.
Давление на первом порте 3 действует на динамический клапанный элемент 210. Когда текучая среда протекает через отверстие 213, происходит падение давления из-за дросселирующего свойства отверстия 213. Следовательно, давление ниже по потоку динамического клапанного элемента 210 ниже, чем давление выше по потоку упомянутого динамического клапанного элемента 210. В результате динамический клапанный элемент 210 перемещается по направлению к детали 217 клапанного седла. Первая пружина 220 сжимается, и вторая пружина 221 удлиняется. Перемещение или смещение динамического клапанного элемента 210 продолжается до тех пор, пока усилия, создаваемые двумя пружинами 220, 221, и усилие, создаваемое разницей давлений, снова не придут в равновесие.
Усилие, создаваемое разницей давлений на отверстии 213, действующее на динамический клапанный элемент 210, соответствует объединенным усилиям первой пружины 220 и второй пружины 221.
Когда приводной элемент 215 поворачивается, и, таким образом, смещается от детали 217 клапанного седла или смещается к детали 217 клапанного седла, состояние сжатия двух пружин 220, 221 изменяется, и, следовательно, также изменяется падение давления на отверстии 213.
Динамический клапанный элемент 210, приводной элемент 215, деталь 217 клапанного седла и нижняя часть 2b корпуса могут быть выполнены из пластикового материала. Они могут быть сформированы, например, посредством литья под давлением.
В динамическом блоке 209 давление на входном отверстии пытается закрыть динамический блок, т.е. задвинуть динамический клапанный элемент 210 в противодействующий элемент, а давление, действующее между динамическим блоком 209 и деталью 217 клапанного седла, пытается открыть клапан. Динамический блок 209 полностью открыт, когда закрыт главный клапан, т.е. клапанный элемент 207 находится вплотную к клапанному седлу 5. Давление, действующее между динамическим блоком 209 и главным клапаном, в принципе, используется только для "индикации" того, когда динамический блок 209 должен начать работать.
Когда клапанный элемент 207 имеет наибольшее расстояние до клапанного седла 5, давление между клапанным седлом 5 и динамическим блоком 209 можно считать незначительным, а это запускает динамический блок 209, и теперь регулирование или ограничение потока представляет собой только "борьбу" между давлением на входном отверстии и объединенными усилиями пружин 220, 221.