НАПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПОПЛАВКОВЫЙ КЛАПАН
FILLING FLOAT-VALVE

Изобретение относится к гидроавтоматике, в частности к гидравлическим впускным клапанам для дозированной подачи жидкости в заполняемую емкость, и может быть использовано в системах наполнения водой различного рода емкостей.
Известен наполнительный поплавковый клапан, содержащий корпус с вертикальным входным патрубком, выходным отверстием и конусообразным седлом внутри корпуса, расположенный напротив седла запорный элемент, выполненный в виде эластичной мембраны с утолщением в зоне взаимодействия с седлом, подвижный в осевом направлении шток запорного элемента, размещенный в кронштейне, который зафиксирован относительно корпуса посредством накидной гайки и кинематически соединен посредством рычага с поплавком, расположенным с возможностью вертикального перемещения в стакане, последний установлен с возможностью регулировки вертикального расположения относительно корпуса, а в днище стакана выполнено отверстие, в котором установлен поплавковый клапан для сообщения внутренней полости стакана с заполняемой емкостью при сливе из последней жидкости (см. заявку Нидерландов 7009447, кл. F16K 31/26, 29.12.1970).
Данный наполнительный клапан позволяет поддерживать строго определенный уровень жидкости в наполняемой емкости. Однако этот клапан не позволяет регулировать положение поплавка, что сужает возможности данного наполнительного клапана.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является наполнительный поплавковый клапан, содержащий корпус с вертикальным входным патрубком, выходным отверстием и седлом внутри корпуса, расположенный напротив седла запорный элемент, выполненный в виде эластичной мембраны с утолщением в зоне взаимодействия с седлом, подвижный в осевом направлении шток запорного элемента, размещенный в кронштейне, который зафиксирован относительно корпуса посредством накидной гайки и кинематически соединен посредством рычага и тяги с поплавком, расположенным с возможностью вертикального перемещения, причем мембрана по периметру зажата в корпусе посредством кронштейна с накидной гайкой с образованием в корпусе со стороны седла полости, сообщенной с выходным отверстием и через седло с вертикальным входным патрубком (см. патент RU №2248489, кл. F16K 31/24, 20.03.2005).
Данный наполнительный поплавковый клапан позволяет регулировать и поддерживать требуемый уровень жидкости в наполняемой емкости. Однако выполнение герметичной мембраны относительно большой площади требует выполнения поплавка достаточно больших размеров для создания необходимого усилия для перекрытия выходного отверстия сопла. Кроме того, в данном клапане отсутствуют средства снижения уровня шума при заполнении емкости жидкостью, чаще всего водой.
Задачей изобретения является снижение необходимых усилий для перекрытия выходного сечения сопла при заполнении емкости жидкостью и снижение уровня шума при работе наполнительного поплавкового клапана.
Технический результат заключается в повышении надежности и комфортности работы наполнительного поплавкового клапана.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что наполнительный поплавковый клапан содержит корпус с входным патрубком, выходным отверстием и выполненным в виде сопла седлом внутри корпуса, расположенный напротив седла запорный элемент, выполненный в виде эластичной мембраны с утолщением в зоне взаимодействия с седлом, подвижный в осевом направлении шток запорного элемента, размещенный в кронштейне, который зафиксирован относительно корпуса посредством накидной гайки и кинематически соединен посредством рычага и тяги с поплавком, расположенным с возможностью вертикального перемещения, причем мембрана по периметру зажата в корпусе посредством кронштейна с накидной гайкой с образованием в корпусе со стороны седла полости, сообщенной с выходным отверстием и через седло с входным патрубком, при этом в кронштейне над мембраной выполнена полость, которая сообщена через выполненное в мембране, по крайней мере, одно отверстие с полостью в корпусе, шток уплотнен относительно кронштейна с помощью манжеты чулочного типа и в выполненной в корпусе полости со стороны седла установлена охватывающая седло с образованием кольцевого зазора и выполненная в виде стакана дросселирующая вставка, в днище которого выполнено перепускное отверстие, мембрана по периметру зажата между днищем стакана и кронштейном, в боковой стенке стакана выполнено выпускное отверстие, а на внутренней стенке стакана и наружной боковой поверхности седла выполнены радиальные продольные ребра с образованием последними в кольцевом зазоре лабиринтного в поперечном сечении дросселирующего канала.
Анализ работы различных конструкций наполнительных клапанов показал, что представляется возможность снизить необходимое усилие, которое должен создать поплавок на запорном элементе при перекрытии седла. Для этого в кронштейне над мембраной выполнена полость, которая сообщена через выполненное в мембране, по крайней мере, одно отверстие с полостью в корпусе, шток уплотнен относительно кронштейна с помощью манжеты чулочного типа. Как результат, резко уменьшается площадь поверхности, на которую оказывает влияние истекающая под давлением из выполненного в виде сопла седла жидкость, что приводит к тому, что на шток действует значительно меньшее осевое усилие, а следовательно, поплавку необходимо создать меньшее осевое усилие на шток, чтобы он мог преодолеть создаваемое истекающей из седла струей жидкости давление и перекрыть седло, путем прижатия к его выходному отверстию выполненной из эластичного материала мембраны.
Дополнительные эксплуатационные возможности клапана предоставляются за счет возможности снижения уровня шума при работе наполнительного поплавкового клапана. Шум этот высокочастотный и имеет кавитационную природу. В этом случае не помогает даже установка противошумной трубки. Основной источник кавитационного шума находится в окрестности торца выполненного в виде сопла седла. В месте наибольшего сжатия струи из-за падения давления до величины, когда вода закипает, происходит бурное паровыделение. Попадая далее по течению в область с повышенным давлением, равным атмосферному, пузырьки пара с шумом охлопываются. При этом в точке схлопывания температура повышается до 1400 градусов. Поэтому если схлопывание паровых пузырьков происходит вблизи каких-либо поверхностей, то эти поверхности интенсивно разрушаются. Установка в полости вокруг седла гидравлического сопротивления в виде дросселирующей вставки приводит к повышению давления в зоне выходного сечения седла, которое проникает и в область струи, в которой жидкость должна закипать. В результате повышения давления в полости вокруг седла создаются условия для предотвращения парообразования в жидкостной струе, истекающей из седла. Поэтому отсутствуют и причины для появления кавитационных процессов, в том числе и кавитационного шума. Кроме того, предотвращается повреждение элементов оборудования, имеющее место в местах схлопывания кавитационных пузырьков и, как следствие, повышается надежность работы наполнительного поплавкового клапана.
На фиг.1 представлен общий вид наполнительного поплавкового клапана.
На фиг.2 представлен продольный разрез описываемого наполнительного поплавкового клапана.
На фиг.3 представлен разрез А-А на фиг.2.
На фиг.4 представлен разрез В-В на фиг.2.
Наполнительный поплавковый клапан содержит корпус 1 с входным патрубком 2, выходным отверстием 3 (см. фиг.4) и выполненным в виде сопла седлом 4 внутри корпуса 1, расположенный напротив седла 4 запорный элемент, выполненный в виде эластичной мембраны 5 с утолщением в зоне взаимодействия с седлом 4, подвижный в осевом направлении шток 6 запорного элемента, размещенный в кронштейне 7, который зафиксирован относительно корпуса 1 посредством накидной гайки 8 и кинематически соединен посредством рычага 9 и тяги 10 с поплавком 11, расположенным с возможностью вертикального перемещения. Мембрана 5 по периметру зажата в корпусе 1 посредством кронштейна 7 с накидной гайкой 8 с образованием в корпусе 1 со стороны седла 4 полости 12, сообщенной с выходным отверстием 3 и через седло 4 с входным патрубком 2. В кронштейне 7 над мембраной 5 выполнена полость 13, которая сообщена через выполненное в мембране 5, по крайней мере, одно отверстие 14 с полостью 12 в корпусе 1. Шток 6 уплотнен относительно кронштейна 7 с помощью манжеты 15 чулочного типа и в выполненной в корпусе 1 полости 12 со стороны седла 4 установлена охватывающая седло 4 с образованием кольцевого зазора и выполненная в виде стакана дросселирующая вставка 16, в днище 17 которого выполнено перепускное отверстие 18 (см. фиг.3). Мембрана 5 по периметру зажата между днищем 17 стакана и кронштейном 7. В боковой стенке стакана выполнено выпускное отверстие 19 (см. фиг.4), а на внутренней стенке стакана и наружной боковой поверхности седла 4 выполнены радиальные продольные ребра 20 с образованием последними в кольцевом зазоре лабиринтного в поперечном сечении дросселирующего канала.
Наполнительный поплавковый клапан работает следующим образом.
В исходном положении, когда наполняемая жидкой средой, например водой, емкость пуста, поплавок находится в нижнем своем положении, а шток 6 - в верхнем крайнем положении, при этом седло 4 корпуса 1 открыто для поступления жидкой среды в наполняемую ею емкость (не показана). По входному патрубку 2 жидкая среда через седло 4 поступает в полость 12, а из нее в полость 13 и через дросселирующую вставку 16 и выходное отверстие 3 поступает в наполняемую жидкой средой емкость. По мере наполнения емкости повышается уровень жидкой среды и при достижении жидкостью поплавка 11 последний поднимается, что вызывает через тягу 10 перемещение рычага 9. Последний, вращаясь вокруг оси 21, вызывает перемещение штока 6 в сторону седла 4. Шток 6 давит на мембрану 5 и последняя постепенно, по мере всплывания поплавка 11, перемещается своим утолщенным участком в сторону седла 4 и в конечном итоге при достижении жидкостью максимального уровня в емкости перекрывает выход из седла 4 жидкой среды в наполняемую емкость.
При опорожнении емкости поплавок 11 опускается, что вызывает обратное перемещение рычага 9 в исходное положение. Как следствие, рычаг 9 поворачивается в противоположную сторону и, воздействуя на другую стенку выемки 22 штока 6, отодвигает его от седла 4. Под давлением жидкой средой и под действием собственных сил упругости мембрана 5 отходит от седла 4 и принимает свою первоначальную форму, освобождая выход из седла 4 для жидкой среды. Наполнение емкости жидкой среды повторяется, как это было описано выше.
Настоящее изобретение может быть использовано в энергетике и коммунально-бытовом секторе для автоматического наполнения различного вида емкостей.