Клапан
VALVE

Изобретение относится к клапану, содержащему корпус клапана, седло клапана и запирающий элемент, в котором запирающий элемент выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса вдоль оси в направлении седла клапана.
Клапан такого типа известен, например, из документа DE 3300624 А1. Из этого документа известен термостатический клапан, применяемый с отопительным контуром. Такой клапан содержит механизм предварительной настройки, позволяющий путем поворота ручки поворачивать вставку. Вставка содержит гильзу, имеющую переменную высоту, и отверстие. Поворачивая вставку можно изменять эффективное поперечное сечение потока через клапан.
В клапанах вышеупомянутого типа седло клапана является частью корпуса, что затрудняет изменение характеристик потока, проходящего через клапан. Более того, механизм предварительной настройки имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку он зависит от взаимодействия между корпусом и вставкой.
Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы предложить клапан вышеупомянутого типа, имеющий улучшенные функциональные возможности.
Согласно настоящему изобретению, вышеупомянутая техническая проблема решена за счет того, что седло клапана размещено в седельном элементе клапана, при этом указанный седельный элемент клапана выполнен с возможностью поворота вокруг оси для изменения эффективного поперечного сечение потока через клапан.
Преимущество указанного решения заключается в обеспечении более легкого изменения характеристик потока через клапан, благодаря тому, что седло клапана больше не является частью корпуса, а расположено в седельном элементе клапана. Предпочтительно, седельный элемент клапана представляет собой монолитный элемент. Также, отсутствует необходимость крепления седельного элемента клапана напрямую к корпусу, при этом он может быть соединен с корпусом опосредованно, например, через дополнительную вставку и/или через верхнюю часть клапана. Путем вращения сдельного элемента клапана вокруг оси А можно отрегулировать максимальное эффективное поперечное сечение через клапан, и за счет этого изменить зависящий от давления максимальный поток текучей среды через клапан. Тем не менее, фактический поток текучей среды через клапан зависит не только от давления, но также от относительного положения запирающего элемента и седла клапана. Поворот седельного элемента клапана будет, однако, приводить к изменению предварительной настройки клапана и, следовательно, ограничивать или увеличивать максимальный поток текучей среды через клапан. Предпочтительно, село клапана составляет неотъемлемую часть седельного элемента клапана.
В предпочтительном варианте осуществления клапан содержит вставку, причем седельный элемент клапана расположен во вставке с возможностью поворота. Преимущество указанного варианта осуществления состоит в том, что корпус может иметь относительно простую форму и механизмом предварительной настройки можно управлять посредством относительного углового положения между седельным элементом клапана и вставкой. В указанном варианте осуществления как седельный элемент клапана, так и вставка могут быть выполнены из пластика.
В предпочтительном варианте осуществления и седельный элемент клапана и вставка имеют форму полого цилиндра. Такая конструкция предоставляет возможность простым способом обеспечить поворот седельного элемента клапана и вставки друг относительно друга. В этом варианте осуществления седо клапана может быть размещено в зоне осевого конца седельного элемента клапана, предпочтительно на внутренней поверхности седельного элемента клапана.
Альтернативно, седельный элемент клапана и/или вставка могут иметь коническую форму, например, форму полого конуса.
Предпочтительно, седельный элемент клапана имеет первое отверстие, а вставка имеет второе отверстие, при этом перекрытие первого отверстия и второго отверстия определяет максимальное эффективное поперечное сечение потока через клапан. Указанный вариант осуществления обеспечивает большое многообразие различных опций предварительной настройки.
Предпочтительно, степень перекрытия первого отверстия и второго отверстия является изменяемой путем поворота седельного элемента клапана вокруг оси. Путем поворота седельного элемента клапана вокруг оси можно изменять максимальное эффективное поперечное сечение потока через клапан.
Предпочтительно, первое отверстие имеет такой контур, что его осевая высота является переменной в круговом направлении вокруг оси. Под осевой высотой контура здесь понимают протяженность первого отверстия в осевом направлении. Контур первого отверстия может быть на одном осевом конце первого отверстия перпендикулярным оси А, а на противоположном осевом конце первого отверстия - наклонен под постоянным или переменным углом относительно оси А.
Альтернативно, оба осевых конца первого отверстия могут быть наклонены относительно оси А с постоянным или переменным углом. Это обеспечивает большое многообразие опций предварительной настройки максимального эффективного поперечного сечения потока через клапан. В частности, это позволяет получить более линейную зависимость потока текучей среды через клапан от углового положения седельного элемента клапана.
Предпочтительно, второе отверстие имеет такой контур, что его осевая высота является переменной в круговом направлении вокруг оси. В этом варианте осуществления, предпочтительно, как первое, так и второе отверстие имеют контур с осевой высотой переменной в круговом направлении вокруг оси.
Предпочтительно, клапан содержит ручку предварительной настройки, при этом поворот ручки предварительной настройки приводит к повороту седельного элемента клапана.
Предпочтительно, клапан содержит верхнюю вставку клапана, которая на одном осевом конце соединена с ручкой предварительной настройки, а на противоположном конце соединена с седельным элементом клапана. Верхняя вставка клапана в этом варианте осуществления может направлять стержень и/или шток клапана, один из которых соединен с запирающим элементом.
Предпочтительно, клапан имеет смотровое окно, причем указанное смотровое окно позволяет наблюдать текущее угловое положение седельного элемента клапана снаружи клапана. Преимущество указанного варианта осуществления состоит в обеспечении возможности более легкого наблюдения за положением предварительной настройки клапана снаружи, в частности, если клапан уже соединен с дополнительным оборудованием клапана, таким как термостатический привод. Если на клапане установлено дополнительное оборудование, подобное термостатическому приводу, то во многих случаях ручка выбранной предварительной настройки перестает быть видимой, и, соответственно, предварительная настройка будет не видна. Указанная проблема решена путем применения смотрового окна, позволяющего напрямую наблюдать угловое положение седельного элемента клапана. Наличие смотрового окна не обязательно означает наличие прозрачной стенки, при это смотровое окно может просто представлять собой отверстие в клапане, через которое можно видеть седельный элемент клапана.
Предпочтительно, клапан содержит верхнюю часть клапана, причем указанное смотровое окно расположено в указанной верхней части клапана. В указанном варианте осуществления верхняя часть клапана может удерживать седельный элемент клапана и/или верхнюю вставку клапана в корпусе. Ручка предварительной настройки может быть размещена на одном осевом конце верхней части клапана напротив корпуса.
Предпочтительно, клапан имеет соединительный рельеф для соединения с клапаном дополнительного оборудования клапана, причем указанный соединительный рельеф расположен на большем осевом расстоянии от седла клапана, чем смотровое окно. В указанном варианте осуществления даже в случае, если к соединительному рельефу присоединено дополнительное оборудование клапана, смотровое окно будет все еще видимо, что позволит увидеть выбранную предварительную настройку клапана снаружи. В частности, при осуществлении технического обслуживания клапана нет необходимости перемещать дополнительное оборудование клапана для того, чтобы удостовериться в правильной предварительной настройке клапана.
Ниже описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 на виде в разрезе показан клапан согласно первому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 показан увеличенный вид клапана с фиг. 1;
на фиг. 3 показан изометрический вырез клапана согласно первому варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 показан увеличенный вид клапана по фиг. 3;
на фиг. 5 показан разрез клапана согласно второму варианту осуществления изобретения;
на фиг. 6 показан увеличенный вид клапана по фиг. 5.
На фиг. 1-4 показан первый вариант осуществления клапана согласно изобретению, который представляет собой радиаторный клапан или клапан другого теплообменника, предназначенного для нагревания или охлаждения. Клапан 1 имеет корпус 2, в котором имеются входное отверстие 13 и выходное отверстие 12. Клапан 1 содержит седло 3 клапана, взаимодействующее с запирающим элементом 4 для дросселирования или остановки потока текучей среды через клапан. Седло клапана расположено в седельном элементе 5 клапана, имеющем форму полого цилиндра. Седло 3 клапана размещено на одном осевом конце седельного элемента 5 клапана. В частности, седло 3 клапана расположено на внутренней поверхности седельного элемента 5 клапана.
Запирающий элемент 4 расположен на осевом конце штока 8. Шток 8 так же как и запирающий элемент 4 выполнен с возможностью перемещения вдоль оси А для дросселирования или перекрытия клапана 1. На осевом конце штока 8, противоположном запирающему элементу 4, расположен стержень 10 сальниковой камеры 9. Шток 8 направляется в верхней вставке 7 клапана. Верхняя вставка 7 клапана удерживается внутри корпуса верхней частью 14 клапана. Верхняя вставка 7 клапана может быть соединена с корпусом 2, например, посредством защелкивающегося соединения. Последнее является предпочтительным, если верхняя часть 14 клапана выполнена из пластика, а корпус 2 изготовлен из металла.
Клапан 1 может содержать термостатический привод или подобное дополнительное оборудование клапана, которое для упрощения не показано на фиг. 1-6. Однако, термостатический привод может, например, быть соединен с верхней частью 14 клапана посредством соединительного рельефа 23. Термостатический привод может быть выполнен с возможностью вхождения в зацепление со стержнем для приведения в действие запирающего элемента 4. Соединительный рельеф 23 размещен на большем осевом расстоянии от седла 3 клапана, чем смотровое окно 17. Смотровое окно 17 расположено в верхней части 14 клапана для обеспечения возможности контроля текущего углового положения седельного элемента 5 клапана. Таким образом, можно контролировать предварительную настройку. Дополнительно, смотровое окно может быть также использовано для контроля текущего осевого положения седлового элемента 5 клапана в случае, если седловой элемент 5 клапана выполнен с возможностью осевого перемещения.
Седловой элемент 5 клапана выполнен с возможностью поворота вокруг оси А для изменения максимального эффективного поперечного сечения потока через клапан 1. Седловой элемент 5 размещен с возможностью поворота во вставке 6 клапана 1. Вставка 6 имеет форму полого цилиндра.
Как показано на увеличенных видах, представленных на фиг. 2 и 4, седельный элемент 5 клапана также имеет первое отверстие 15. Аналогично, вставка 6 имеет второе отверстие 16. На фиг. 2 и 4 первое отверстие 15 и второе отверстие 16 выровнены как в осевом, так и в круговом направлении. В таком относительном положении первого отверстия 15 и второго отверстия 16 текучая среда, выходящая из седла 3 клапана может пройти в первое отверстие 15 и затем во второе отверстие 16, чтобы достичь выходного отверстия 12. Взаимное перекрытие первого отверстия 13 и второго отверстия 16 можно изменить путем поворота седельного элемента 5 клапана вокруг оси А. Для этого первое отверстие 15 имеет контур 22 с осевой высотой, которая является переменной в круговом направлении вокруг оси А. Альтернативно или дополнительно, второе отверстие 16 может также иметь контур с осевой высотой, переменной в круговом направлении вокруг оси А. Предварительная настройка клапана может быть изменена путем вращения ручки 21 предварительной настройки, которая будет также вращать седельный элемент 5 клапана. Между ручкой 21 предварительной настройки и седельным элементом 5 клапана размещена верхняя вставка 7 клапана. На одном своем осевом конце верхняя вставка 7 клапана соединена с ручкой 21 предварительной настройки. Смотровое окно 17 позволяет наблюдать текущее угловое положение седлового элемента 5 клапана с наружной стороны клапана 1. В частности, если дополнительное оборудование клапана, соединено с соединительным рельефом 23, все еще можно видеть смотровое окно 17 и, следовательно, угловое положение седельного элемента 5 клапана. Таким образом, при выполнении технического обслуживания клапана, лицо, наблюдающее за клапаном, может проверить предварительную настройку клапана без удаления дополнительного оборудования клапана, закрывающего ручку 21 предварительной настройки.
Однако, термостатические приводы, известные из уровня техники, имеют недостаток, состоящий в том, что они часто нагреваются выше мгновенной комнатной температуры посредством прямого контакта с клапаном, нагреваемого нагревающей текучей средой. Поскольку нагревающая текучая среда имеет температуру, намного превышающую комнатную, термостатический привод будет во многих случаях также нагреваться до температуры выше комнатной. Термостатические приводы обычно выполнены с возможностью уменьшения потока через клапан, когда температура термостатического привода повышается, благодаря чему отсутствует потребность в повторной ручной регулировке после достижения желаемой температуры. Однако поскольку термостатический привод зачастую нагревается до слишком высокой температуры, которая не соответствует фактической комнатной температуре, термостатический привод часто закрывает клапан на слишком большую величину по сравнению с тем, как это происходит при достижении комнатной температуры. Согласно настоящему изобретению седло клапана может также перемещаться относительно корпуса параллельно направлению закрытия запирающего элемента 4 к седлу 3 клапана. Предпочтительно, это достигается за счет наличия в клапане по меньшей мере одного термоактивного элемента, который может расширяться или удлиняться и таким образом перемещать седло 3 клапана.
В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 1-4, термоактивным элементом является седельный элемент 5 клапана. Для этого седельный элемент 5 клапана прикреплен к верхней вставке 7 клапана только на своем осевом конце, противоположном седлу 3 клапана. Таким образом, при тепловом удлинении седельного элемента 5 клапана под действием увеличения температуры седло 3 клапана перемещается в направлении от запирающего элемента 4, благодаря чему поток через клапан увеличивается. Тем не менее, поскольку этот эффект предпочтительно меньше, чем воздействие перенастройки степени открытия клапана присоединенным термостатическим приводом, общий эффект от повышения температуры будет оставаться таким, что запирающий элемент 4 будет смещаться ближе к седлу 3 клапана. Однако, на виде, показанном на фиг. 1-4, как седло 3 клапана, так и запирающий элемент 4 в этом случае перемещались бы в направлении вниз.
Другой эффект, который следует принимать во внимание, состоит, конечно, в том, что шток 8 и стержень 10 будут также термически расширяться и удлиняться до некоторой степени под действием увеличения температуры. Следовательно, предпочтительно, чтобы седельный элемент 5 клапана удлинялся на большее расстояние под действием увеличения температуры, чем шток 8. В том случае, если применяют как шток 8, так и стержень 10, предпочтительно, чтобы седельный элемент 5 клапана удлинялся на большее расстояние под действием повышения температуры, чем объединенные шток 8 и стержень 10. Это можно получить, выбрав материал для седельного элемента 5 клапана, имеющий больший коэффициент теплового расширения, чем у штока 8 и стержня 10.
Осевое удлинение верхней вставки 7 седельного элемента 5 клапана под действием увеличения температуры может быть определено относительно базовой плоскости 18, показанной на фиг. 2 и 5. Верхняя вставка 7 клапана опирается в верхнюю часть 14 клапана в базовой плоскости кромкой 19. На осевом конце 20 верхней вставки 7 клапана верхняя вставка 7 клапана опирается на седельный элемент 5 клапана. Следовательно, тепловое удлинение верхней вставки 7 клапана относительно базовой плоскости 18 приведет к смещению седельного элемента 5 клапана, смещающего седло 3 клапана от запирающего элемента 4. Этот эффект является дополнительным к эффекту теплового удлинения самой седельной вставки 5 клапана, которая также смещает седло 3 клапана от базовой плоскости 18. Седельный элемент 5 клапана и верхняя вставка 7 клапана соединены так, что их совместное удлинение под действием повышения температуры перемещает седло 3 клапана от базовой плоскости 18. Таким образом, осевое перемещение седла 3 клапана относительно базовой плоскости 18 зависит от шарнирного перемещения верней вставки 7 клапана и седельного элемента 5 клапана.
На фиг. 5 и 6 показан второй вариант осуществления изобретения, имеющий некоторые отличия. Соответствующие признаки обозначены одинаковыми номерами позиций. Второй вариант осуществления отличается только тем, что в нем использован специальный термоактивный элемент 11. Предпочтительно, термоактивный элемент 11 имеет форму воскового кольца, но также может иметь форму привода на основе сплава с эффектом запоминания формы. Положение указанного термоактивного элемента 11 подробно показано на фиг. 6. Указанный термоактивный элемент 11 размещен на осевом конце седельного элемента 5 клапана, противоположном седлу 3 клапана. Термоактивный элемент 11 предпочтительно упирается в седельный элемент 5 клапана, а также в верхнюю вставку 7 клапана. Преимущество применения специального термоактивного элемента 11 состоит в более широком выборе материалов в частности для седельного элемента 5 клапана. В частности, в этом случае отсутствует необходимость того, чтобы коэффициент теплового расширения седельного элемента 5 клапана был намного больше коэффициента теплового расширения штока 8 и стержня 10 для получения суммарного относительного перемещения седла 5 клапана относительно запирающего элемента под действием увеличения температуры внутри клапана. Однако, на фиг. 1-4 седельный элемент 5 клапана играет роль термоактивного элемента с большим коэффициентом теплового расширения. Тем не менее, как специальный термоактивный элемент 11, так и термоактивный элемент, имеющий дополнительные функции, такой как седельный элемент 5 клапана, может быть использован для получения общего увеличения расстояния седла 3 клапана и запирающего элемента 4 вследствие увеличения температуры в клапане. Как упомянуто выше, совместный эффект теплового расширения внутри клапана 1 и перенастройки посредством присоединенного дополнительного оборудования клапана, должен всегда приводить к дросселированию потока через клапан под действием повышения температуры.