КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО
VALVE DEVICE

Изобретение относится к клапанному устройству, содержащему клапан, в частности клапан теплообменника, и исполнительный механизм, причем упомянутый клапан содержит корпус и клапанный элемент, при этом упомянутый исполнительный механизм, прикрепленный к упомянутому корпусу, выполнен с возможностью воздействия на упомянутый клапанный элемент и содержит ручку, причем упомянутая ручка выполнена с возможностью регулировки рабочей точки упомянутого клапанного устройства путем перемещения в заданном диапазоне регулировки.
Такое клапанное устройство используют, например, для регулирования температуры в помещении, нагреваемом или охлаждаемом посредством теплообменника. Теплообменник может представлять собой, например, радиатор, к которому прикреплен исполнительный механизм. Регулировка рабочей точки осуществляется поворотом ручки. Исполнительный механизм регулирует положение клапанного элемента в корпусе и, следовательно, гидравлическое сопротивление клапана. Таким образом, обеспечивается возможность регулировки потока теплоносителя, например горячей воды, что позволяет достигать необходимой температуры в помещении.
В некоторых случаях необходимо производить техническое обслуживание теплообменника или системы, соединенной с клапанным устройством. Обязательным требованием для этого является полное прерывание потока текучей среды, например теплоносителя, через клапан. Если это невозможно, вся система отопления или охлаждения должна быть опорожнена, поскольку в большинстве случаев нет возможности использовать такое клапанное устройство для перекрытия потока текучей среды. Даже если клапанный элемент приведен в контакт с клапанным седлом, этого обычно недостаточно, чтобы надежным образом прервать поток, поскольку в некоторых системах, в частности, в системах высокого давления, может возникать избыточное давление, перемещающее клапанный элемент из клапанного седла, вследствие чего клапан открывается. Большинство исполнительных механизмов имеют предохранительную пружину или другое предохранительное устройство, обеспечивающее открывание клапана в случае избыточного давления.
Целью, лежащей в основе настоящего изобретения, является облегчение технического обслуживания системы, в частности теплообменника, соединенной с таким клапаном.
Эта цель достигается с помощью клапанного устройства, как описано выше, в котором упомянутая ручка выполнена с возможностью перемещения за пределы упомянутого диапазона регулировки, причем упомянутый клапан выполнен с возможностью полного перекрытия после перемещения за пределы упомянутого диапазона.
В большинстве случаев ручка может использоваться для регулировки рабочей точки клапана. С этой целью предусмотрен заданный диапазон ее перемещения. Когда ручка перемещается за пределы этого диапазона перемещения, она может использоваться для перекрытия клапана. Существует несколько вариантов для перемещения ручки за пределы диапазона регулировки. Обычная регулировка рабочей точки клапанного устройства происходит при повороте ручки. Например, рабочая точка температуры в диапазоне от 18 до 25°C может выбираться посредством поворота ручки в диапазоне 240°. Однако, когда ручка поворачивается за границу этого углового диапазона, дальнейшей регулировки рабочей точки температуры не происходит, а происходит перекрытие клапана. В таком состоянии клапан не может открыться под действием внутреннего избыточного давления. Другой вариант заключается в использовании другого направления перемещения ручки. Когда ручка поворачивается для регулировки рабочей точки клапана, она может быть перемещена вдоль оси поворота для перекрытия клапанов. С этой целью можно вдавить ручку в положение, в котором она блокируется механическим образом, например, посредством какого-либо защелочного соединения. Такое защелочное соединение можно разомкнуть посредством повторного нажатия. Когда ручка поворачивается для перекрытия клапана, поворачивающийся подшипник обычно может блокировать открывающее перемещение в клапане. Защелочное соединение (или какое-либо другое соединение) может заблокировать открывающее перемещение, если используется прямолинейное перемещение ручки. Однако если перемещение ручки за пределы диапазона регулировки перекрывает клапан, и элементы, осуществляющие перекрытие клапана, зажаты вместе или закреплены вместе каким-либо образом, дополнительной блокировки не требуется.
В предпочтительном варианте диапазон регулировки представляет собой угловой диапазон, имеющий нижнюю границу для нижней рабочей точки и верхнюю границу для верхней рабочей точки, причем клапан полностью перекрывается при повороте за пределы одной из границ, в частности, за пределы нижней границы. Если используется нижняя граница, такая конструкция помогает техническому специалисту запомнить, в каком направлении должна быть повернута ручка для полного перекрытия клапана. Когда выбрана нижняя рабочая точка, поток через клапан сужается. Дальнейший поворот ручки обеспечивает полное закрытие клапана.
В предпочтительном варианте с клапаном неразрывно соединен исполнительный механизм. Клапан и исполнительный механизм образуют общий модуль, который нельзя просто разобрать.
В предпочтительном варианте осуществления клапанный элемент выполнен с возможностью взаимодействия с клапанным седлом, причем клапанное седло находится на полом цилиндре, и клапанный элемент выполнен с возможностью перемещения внутрь полого цилиндра для приведения клапана в действие. Клапанное седло может, например, быть образовано передней поверхностью полого цилиндра. В процессе обычного регулирования клапанный элемент перемещают в направлении клапанного седла и от него, тем самым обеспечивая возможность регулирования потока теплоносителя. Когда требуется полностью прервать поток текучей среды, клапанный элемент перемещают в клапанное седло, чтобы полностью заблокировать область свободного потока через полый цилиндр.
В предпочтительном варианте полый цилиндр является частью вкладыша, расположенного в корпусе и разделяющего первое отверстие корпуса и второе отверстие корпуса. Это обеспечивает точную подгонку полого цилиндра и клапанного элемента относительно друг друга без необходимости выполнения дорогостоящей механической обработки корпуса.
В предпочтительном варианте вкладыш расположен в вырезе в корпусе, причем вырез имеет ось, перпендикулярную оси, по меньшей мере, одного из упомянутых первого и второго отверстий. Когда первое и второе отверстия имеют общую ось, ось выреза перпендикулярна этой общей оси. Когда первое отверстие и второе отверстие расположены под углом относительно друг друга, ось выреза перпендикулярна оси одного из двух этих отверстий.
В предпочтительном варианте на клапанном элементе установлено уплотнительное кольцо, которое прилегает с уплотнением к внутренней стенки полого цилиндра, когда клапанный элемент находится внутри полого цилиндра. Такой уплотнительный элемент повышает герметичность конструкции.
В предпочтительном варианте исполнительный механизм содержит термостатический элемент внутри ручки, причем термостатический элемент выполнен с возможностью воздействия на клапанный элемент посредством штока, причем при повороте ручки термостатический элемент перемещается в направлении параллельно штоку. Перемещение термостатического элемента, представляющего собой, например, восковой элемент, изменяет рабочую точку температуры.
В предпочтительном варианте шток или продолжение штока вставлено в термостатический элемент. Термостатический элемент может быть сильфонной коробкой, обеспечивающей направление штока или его продолжения.
В предпочтительном варианте осуществления между нижней стенкой термостатического элемента и клапанным элементом расположен вспомогательный элемент, причем вспомогательный элемент выполнен с возможностью приведения в действие посредством нижней стенки при повороте ручки за пределы границы. Когда термостатический элемент перемещается в направлении корпуса клапана за пределы положения самой нижней рабочей точки, нижняя стенка термостатического элемента оказывает воздействие на клапанный элемент посредством вспомогательного элемента. Это дает возможность образовать силу, необходимую для вдавливания клапанного элемента в полый цилиндр, образующий клапанное седло. Кроме того, когда клапанный элемент приводится в действие нижней частью термостатического элемента, и термостатический элемент удерживается в своем положении посредством ручки, избыточное давление внутри клапана не может образовать достаточной силы, чтобы выдавить клапанный элемент из полого цилиндра.
В предпочтительном варианте осуществления во вспомогательном элементе расположена коробка сальника, и шток является направляемым через коробку сальника. Коробка сальника обеспечивает уплотнение внутренней части корпуса относительно наружного окружения в области, к которой прикреплен исполнительный механизм.
Кроме того, в предпочтительном варианте вспомогательный элемент прилегает с уплотнением к вкладышу. Таким образом, предусмотрено две зоны уплотнения, полностью герметизирующие внутреннюю часть корпуса относительно его наружного окружения.
В предпочтительном варианте вспомогательный элемент содержит кольцеобразный выступ, окружающий шток и оказывающий воздействие на клапанный элемент. Когда вспомогательный элемент оказывает воздействие на клапанный элемент, сила распределяются по более значительной поверхности клапанного элемента. Таким образом, можно прикладывать довольно большую силу без риска повреждения клапанного элемента.
В предпочтительном варианте осуществления нижняя стенка содержит кольцеобразную ступеньку и контактную область, расположенную на участке ступеньки, в которой вспомогательный элемент входит в контакт с нижней стенкой. Ступенька укрепляет нижнюю стенку термостатического элемента и повышает устойчивость к деформации. Зона с повышенной устойчивостью к деформации используется для воздействия на вспомогательный элемент. Вспомогательный элемент имеет кольцеобразную стенку, так что ступенчатый участок нижней стенки может располагаться за пределами центральной части нижней стенки.
В предпочтительном варианте клапанный элемент и/или вспомогательный элемент выполнены из пластикового материала. По меньшей мере один из этих элементов может быть изготовлен посредством литья под давлением, что обеспечивает высокую точность изготовления и низкую себестоимость.
Ниже более подробно описан предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает схематический вид в сечении клапанного устройства в открытом состоянии, и
Фиг. 2 показывает вид клапана в соответствии с фиг. 1 в закрытом состоянии.
Клапанное устройство 1 содержит клапан 2 и исполнительный механизм 3. Клапан 2 и исполнительный механизм 3 жестко соединены друг с другом, т.е. они не могут быть отделены друг от друга без разрушения одного из них.
Клапан 2 содержит корпус 4, имеющий первое отверстие 5 и второе отверстие 6. В настоящем варианте осуществления первое отверстие 5 используется в качестве впускного отверстия, и второе отверстие 6 используется в качестве выпускного отверстия.
Корпус 4 содержит вырез 7, имеющий ось, перпендикулярную оси первого отверстия 5 и второго отверстия 6. Если два отверстия 5, 6 расположены под углом относительно друг друга, например под углом 90°, ось выреза 7 перпендикулярна оси одного из двух отверстий 5, 6.
Вкладыш 8 устанавливают в корпусе 4 через вырез 7. Вкладыш 8 отделяет первое отверстие 5 и второе отверстие 6 друг от друга.
Вкладыш 8 содержит клапанное седло 9. Клапанное седло 9 расположено на передней поверхности полого цилиндра 10.
Кроме того, клапан 2 содержит клапанный элемент 11, подгруженный пружиной 12 в направлении от клапанного седла 9. Пружина 12 опирается на опорную стенку 13 вкладыша 8. Пружина 12 расположена внутри камеры 14 пружины. Вкладыш 8 содержит несколько проемов, соединяющих первое отверстие 5 с камерой 14 пружины (не изображены). Клапанный элемент 11 является направляемым посредством вкладыша 8.
Исполнительный механизм 3 представляет собой термостатический исполнительный механизм. Он содержит термостатический элемент 15 и поворотную ручку 16. Поворотная ручка 16 находится в резьбовом соединении с основанием 17 исполнительного механизма. Основание 17 жестко соединено с корпусом 4.
Когда поворотная ручка 16 поворачивается относительно основания 17 и относительно клапана 2, она изменяет фактическое положение относительно клапана 2 за счет резьбового соединения.
Клапанный элемент 11 соединен со штоком 18, который вставлен в сильфон 19 термостатического элемента 15. Шток 18 может иметь продолжение 20, упирающееся в конец 21 сильфона. Сила пружины 12 выдавливает клапанный элемент 11 из клапанного седла 9 и, следовательно, посредством штока 18 прижимает термостатический элемент 15 к стенке 22 передней поверхности поворотной ручки 16. Когда поворотная ручка 16 поворачивается, изменяется осевое положение термостатического элемента 15 относительно клапана 2. Такое изменение положения изменяет рабочую точку температуры исполнительного механизма 3.
Термостатический элемент 15 содержит нижнюю стенку 23, причем нижняя стенка 23 содержит ступеньку 24, имеющую кольцеобразную форму. Ступенька 24 укрепляет нижнюю стенку 23 термостатического элемента.
Между термостатическим элементом 15 и клапанным элементом 11 расположен вспомогательный элемент 25. Вспомогательный элемент 25 содержит кольцеобразный выступ 26, окружающий шток 18 и действующий на клапанный элемент 11. Кроме того, вспомогательный элемент 25 содержит кольцеобразную стенку 27, окружающую шток 18. Кольцеобразная стенка 27 имеет такой же или приблизительно такой же диаметр, что и ступенька 24.
Коробка сальника 28 расположена во вспомогательном элементе 25 и обеспечивает уплотнение штока 18 по отношению к наружному окружению. Кроме того, вспомогательный элемент содержит уплотнение 29, например, уплотнительное кольцо, прилегающее с уплотнением к вкладышу 8.
Фиг. 1 иллюстрирует клапанное устройство в полностью открытом состоянии, обеспечивающем максимальный поток от первого отверстия 5 ко второму отверстию 6. В этом состоянии вспомогательный элемент 25 перемещен относительно крышки 30, закрывающей вырез 7, в котором расположен вкладыш 8. Такое перемещение вспомогательного элемента 25 вызвано силой пружины 12.
Когда вспомогательный элемент находится в положении, изображенном на фиг. 1, между кольцеобразной стенкой 27 вспомогательного элемента 25 и нижней стенкой 23 термостатического элемента 15 имеется определенное расстояние. Вспомогательный элемент 25 может быть перемещен на это расстояние посредством поворота поворотной ручки 16 для того, чтобы обеспечить регулировку рабочей точки температуры.
В этом случае комнатная температура измеряется термостатическим элементом 15, который может быть заполнен воском или другим материалом, расширяющимся при повышении температуры. Когда заполняющий материал расширяется, клапанный элемент 11 перемещается в направлении к клапанному седлу 9 для того, чтобы регулировать поток теплоносителя от первого отверстия 5 ко второму отверстию 6.
Когда поворотная ручка 16 поворачивается дальше, и термостатический элемент 15 перемещается дальше в направление клапана 2, нижняя стенка 23 вместе со своей ступенькой 24 входит в контакт с кольцеобразной стенкой 27 вспомогательного элемента 15. Дальнейший поворот поворотной ручки 16 вызывает перемещение вспомогательного элемента 15 в направлении клапанного седла 9, поскольку вспомогательный элемент оказывает воздействие на клапанный элемент 11 посредством кольцеобразного выступа 26. Такое перемещение термостатического элемента 15 вдавливает клапанный элемент 11 в полый цилиндр 10. До тех пор, пока поворотная ручка 16 находится в этом положении (показано на фиг. 2), клапанный элемент 11 не может быть выдавлен из полого цилиндра 10, поскольку такое перемещение заблокировано поворотной ручкой 16.
На клапанном элементе 11 установлено уплотнительное кольцо 31, обеспечивающее уплотнение между клапанным элементом 11 и вкладышем 8, тем самым полностью прерывая поток текучей среды от первого отверстия 5 ко второму отверстию 6. Даже в случае избыточного давления в камере 14 пружины, нет никакого протекания текучей среды ко второму отверстию 6, поскольку взаимодействие между клапанным элементом 11 и полым цилиндром 10 образует стабильную и надежную герметизацию.
Корпус 4 может быть выполнен из металла. Вкладыш 8 может быть выполнен из пластикового материала. Это же относится и к клапанному элементу 11, который также может быть выполнен из пластикового материала. Кроме того, вспомогательный элемент 25 может быть выполнен из пластикового материала. По меньшей мере один из перечисленных компонентов 8, 11, 25 может быть изготовлен посредством литья под давлением.
Клапанное устройство может использоваться для регулирования потока теплоносителя через теплообменник, например, через радиатор, для нагревания помещения. Кроме того, клапанное устройство 1 может использоваться в системе кондиционирования воздуха, в которой необходимо регулировать поток хладагента. Клапанное устройство 1 может, в частности, использоваться в так называемых системах высокого давления, в которых необходимо регулировать высокоинтенсивный поток.
Вместо использования поворотного перемещения ручки для перекрытия клапана, также можно использовать прямолинейное перемещение ручки 16 для перекрытия клапана 2. Такое прямолинейное или нажимное перемещение ручки 16 может передаваться посредством вспомогательного элемента 25 к клапанному элементу 11 для того, чтобы переместить клапанный элемент 11 в полый цилиндр 10. Когда ручка 16 закреплена в таком осевом положении (не изображено), клапанный элемент 11 не может быть выдавлен из полого цилиндра 10, поскольку такое перемещение заблокировано заблокированной ручкой 16.
Другая возможность заключается в перемещении клапанного элемента 11 внутрь полого цилиндра 10 настолько, что высокое давление не сможет снова открыть клапан 2. При таком решении нет необходимости в механической блокировке клапанного элемента 11. Однако возможность выдавливания клапанного элемента 11 из полого цилиндра 10 является преимуществом.