Клапан
VALVE

Изобретение относится к клапану, содержащему корпус клапана, клапанное седло и клапанный элемент, при этом клапанный элемент выполнен с возможностью смещения относительно корпуса в направлении закрытия к клапанному седлу.
Клапаны этого типа используют, например, для регулирования потока охлаждающей или нагревающей текучей среды в радиаторе или теплообменнике. Такие клапаны обычно содержат клапанное седло, выполненное в виде части корпуса, или клапанное седло, по меньшей мере закрепленное на корпусе. Тогда поток жидкости, проходящий через клапан, может регулироваться посредством перемещения клапанного элемента относительно клапанного седла.
Таким образом, задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является создание клапана вышеуказанного типа с улучшенными функциональными возможностями.
В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанная задача решается с помощью клапанного седла, выполненного с возможностью смещения относительно корпуса параллельно направлению закрытия.
Направление закрытия, применительно к настоящему изобретению, обозначает направление, в котором клапанный элемент перемещается к клапанному седлу или от него. В дальнейшем это направление также будет называться осевым направлением. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предложен клапан, в котором клапанное седло выполнено с возможностью смещения относительно корпуса параллельно направлению закрытия. Следовательно, расстояние между клапанным элементом и клапанным седлом может регулироваться не только изменением положения клапанного элемента, но также и изменением положения клапанного седла. Такое решение дает возможность расширить спектр функциональных возможностей клапана, поскольку степень открытия клапана может изменяться и смещением клапанного седла, без необходимости воздействия на клапанный элемент. В частности, в случае использования термостатического исполнительного механизма для приведения в действие клапанного элемента и для компенсации повышения температуры в термостатическом исполнительном механизме посредством перемещения клапанного элемента в направлении клапанного седла, это обеспечивает независимое средство для подстройки максимальной степени открытия клапана посредством изменения положения клапанного седла. Кроме того, клапанное седло, выполненное с возможностью смещения, также предоставляет новые возможности для дополнительного регулирования клапана, например, перемещение клапанного седла за пределы определенного расстояния может полностью закрыть клапан. Помимо этого, наличие клапанного седла с возможностью смещения относительно корпуса, обеспечивает и возможность выполнения клапанного седла с возможностью поворота относительно корпуса для дополнительных вариантов регулирования. Предпочтительным вариантом осуществления такого клапана является клапан теплообменника, в частности, клапан радиатора.
В предпочтительном варианте осуществления клапанное седло расположено в компоненте клапанного седла. Расположение клапанного седла в компоненте клапанного седла обеспечивает относительно простой вариант выполнения клапанного седла с возможностью смещения относительно корпуса параллельно направлению закрытия клапана. Кроме того, такой компонент клапанного седла позволяет обеспечить дополнительные возможности, например, выполнить клапанное седло с возможностью поворота совместно с компонентом клапанного седла. Например, клапанное седло может быть расположено на одном осевом концевом участке компонента клапанного седла. Компонент клапанного седла может иметь форму на основе цилиндра, в предпочтительном варианте, на основе полого цилиндра. Однако компонент клапанного седла может иметь и конусообразную форму, форму на основе усеченного конуса или форму на основе эллиптического цилиндра. Клапанное седло может быть расположено на внутренней поверхности компонента клапанного седла.
В предпочтительном варианте осуществления клапан содержит вкладыш, при этом клапанное седло является направляемым во вкладыше. Преимуществом такого решения является, например, уменьшение износа компонента клапанного седла из-за трения с вкладышем, так как и компонент клапанного седла и вкладыш могут быть выполнены из одного и того же материала, например из пластика. Следовательно, отсутствует необходимость направления компонента клапанного седла в непосредственном контакте с корпусом, который обычно выполнен из металла. В предпочтительном варианте вкладыш имеет форму на основе цилиндра, например, на основе полого цилиндра. В качестве варианта, вкладыш может иметь конусообразную форму, форму на основе усеченного конуса или форму на основе эллиптического цилиндра.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит вкладыш верхней части клапана, при этом компонент клапанного седла на одном осевом конце соединен с вкладышем верхней части клапана. В этом варианте осуществления клапанное седло вместе с компонентом клапанного седла либо не подлежат активному смещению относительно корпуса, либо вкладыш верхней части клапана подлежит смещению вместе с компонентом клапанного седла. В случае фиксации вкладыша верхней части клапана относительно корпуса, данный вариант осуществления все еще обеспечивает возможность выполнения клапанного седла с возможностью смещения, в частности, когда клапанное седло расположено на осевом конце компонента клапанного седла, противоположном вкладышу верхней части клапана. В этом случае компонент клапанного седла может расширяться или удлиняться под действием тепла так, что при изменении температуры расстояние от вкладыша верхней части клапана до клапанного седла может увеличиваться или уменьшаться.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит шток, направляемый во вкладыше верхней части клапана, причем шток на одном конце соединен с клапанным элементом. На другом конце, противоположном клапанному элементу, шток может либо прилегать к элементу, прикрепленному к клапану, например, термостатическому исполнительному механизму, либо шток может быть соединен со стрежнем коробки сальника или может прилегать к нему.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления компонент клапанного седла выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток. Таким образом, гарантируется увеличение расстояния от клапанного элемента до клапанного седла при повышении температуры, в частности, если шток непосредственно прилегает к элементу, прикрепленному к клапану, который приводит клапан в действие. При использовании термостатического исполнительного механизма для приведения в действие клапана, термостатический исполнительный механизм во многих случаях будет подвергаться воздействию температуры, превышающей фактическую комнатную температуру, например, вследствие передачи тепла от горячей воды, проходящей через корпус, к термостатическому исполнительному механизму. Следовательно, термостатический исполнительный механизм будет создавать компенсацию с избытком и уменьшать расстояние от клапанного элемента до клапанного седла на слишком большую величину. Посредством использования компонента клапанного седла, расширяющегося на большее расстояние, чем шток, можно гарантировать, что поправка на температурную зависимость термостатического исполнительного механизма, прикрепленного к клапану, будет подстраиваться и будет более точной.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит коробку сальника, при этом стержень является направляемым в коробке сальника. Стержень может на одном осевом конце прилегать к осевому концу штока, противоположному клапанному элементу. Другой осевой конец стержня, противоположный штоку, может тогда выходить наружу клапана, так что он может быть введен в зацепление с элементом, прикрепленным к клапану, например, термостатическим исполнительным механизмом.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления компонент клапанного седла выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток и стержень в совокупности. В этом варианте осуществления гарантируется, что в случае, когда в состав клапана входят и стержень и шток, общее тепловое удлинение стержня и штока в совокупности будет меньше теплового расширения компонента клапанного седла. Соответственно, гарантируется, что при повышении температуры внутреннее удлинение/расширение частей клапана будет приводить к увеличению расстояния от клапанного элемента до клапанного седла. Таким образом, гарантируется встречная компенсация подстройки, выполняемой прикрепленным термостатическим исполнительным механизмом, который в большинстве случаев будет уменьшать расстояние от клапанного элемента до клапанного седла при повышении температуры.
В предпочтительном варианте компонент клапанного седла выполнен с возможностью удлинения под действием тепла для увеличения максимального расстояния от клапанного седла до клапанного элемента. В этом случае компонент клапанного седла, например, может быть закреплен либо на корпусе, либо на другой части клапана, например, на компоненте верхней части клапана, и на противоположном конце быть обеспечен возможностью удлинения вследствие теплового расширения. В этом случае клапанное седло, предпочтительно, расположено на осевом конце компонента клапанного седла, противоположном концу компонента клапанного седла, который закрепляется на корпусе и/или на другой части клапана. Таким образом, при тепловом расширении длина компонента клапанного седла может увеличиваться с увеличением тем самым расстояния от клапанного седла до клапанного элемента, что в свою очередь увеличивает поток, проходящий через клапан. Преимущественно, чтобы к клапану был прикреплен термостатический исполнительный механизм, который обычно с избытком компенсирует повышение температуры из-за дополнительного нагревания, обусловленного опосредованным контактом с горячей водой, которая оказывает влияние на термостатический исполнительный механизм при температуре выше комнатной температуры. Следовательно, тепловое расширение компонента клапанного седла приводит к более точному регулированию степени открытия клапана при изменении температуры.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления удлинение компонента клапанного седла под действием тепла ограничивается вкладышем верхней части клапана с одного конца и вкладышем с другого конца. Такое решение гарантирует, что в том случае, если возможность смещения клапанного седла в основном используется для коррекции компенсации температуры термостатического исполнительного механизма, то клапанное седло перемещается только в ограниченном диапазоне для гарантии того, что расстояние от клапанного седла до клапанного элемента не станет слишком большим.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления компонент клапанного седла выполнен с возможностью поворота внутри вкладыша. В этом варианте осуществления можно предусмотреть дополнительные функции, которые могут быть обеспечены при выполнении клапанного седла с возможностью перемещения и расположении его в компоненте клапанного седла. Например, поворотом компонента клапанного седла внутри вкладыша можно также регулировать максимальный расход потока, проходящего через клапан, или даже полностью закрыть клапан, независимо от местоположения клапанного седла по отношению к клапанному элементу. Для этой цели клапан может содержать смотровое окошко или смотровое отверстие, позволяющее наблюдать снаружи за угловым положением компонента клапанного седла. В предпочтительном варианте и компонент клапанного седла, и вкладыш, оба имеют форму на основе цилиндра. В этом варианте осуществления компонент клапанного седла может быть выполнен как с возможностью поворота во вкладыше, так и с возможностью удлинения внутри вкладыша под действием тепла.
В предпочтительном варианте внутри корпуса расположен по меньшей мере один термочувствительный компонент, причем упомянутый по меньшей мере один термочувствительный компонент выполнен с возможностью увеличения максимального расстояния от клапанного седла до клапанного элемента, когда температура упомянутого по меньшей мере одного термочувствительного компонента повышается. Термочувствительный компонент в описании настоящего изобретения может быть, например, компонентом клапанного седла, если компонент клапанного седла выполнен из материала с большим коэффициентом теплового расширения. В качестве варианта или дополнительно, термочувствительный компонент может быть отдельным термочувствительным компонентом, который может смещать другие компоненты в клапане, например, компонент клапанного седла, для смещения клапанного седла. Термочувствительный компонент также может быть исполнительным механизмом из сплава с памятью формы.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления клапан содержит термостатический исполнительный механизм, причем термостатический исполнительный механизм выполнен с возможностью уменьшения максимального расстояния от клапанного элемента до клапанного седла, когда на термостатический исполнительный механизм действует повышение температуры, при этом упомянутый по меньшей мере один термочувствительный компонент выполнен с возможностью одновременного расширения под действием тепла для увеличения максимального расстояния от клапанного элемента до клапанного седла с целью компенсации температуры термостатического исполнительного механизма, превышающей комнатную температуру.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один термочувствительный компонент расположен на осевом конце компонента клапанного седла. Предпочтительно, в этом случае термочувствительный компонент, расположенный в клапане, имеет форму кольца, например, кольца из воска.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления упомянутый по меньшей мере один термочувствительный компонент является кольцом из воска. Воск имеет высокий коэффициент теплового расширения и, следовательно, хорошо подходит для выполнения термочувствительного компонента с возможностью смещения клапанного седла. В этом случае клапанное седло опосредованно смещается за счет размещения кольца из воска, например, на осевом конце компонента клапанного седла, противоположного клапанному седлу. Таким образом, клапанное седло будет смещаться от клапанного элемента при тепловом расширении кольца из воска при увеличении температуры.
Ниже приведено более подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает вид в разрезе клапана согласно первому варианту осуществления изобретения,
Фиг. 2 показывает увеличенный вид клапана, изображенного на фиг. 1,
Фиг. 3 показывает изометрический вид в разрезе клапана согласно первому варианту осуществления изобретения,
Фиг. 4 показывает увеличенный вид клапана в соответствии с фиг. 3,
Фиг. 5 показывает вид в разрезе клапана согласно второму варианту осуществления изобретения,
Фиг. 6 показывает увеличенный вид клапана в соответствии с фиг. 5.
Фиг. 1-4 показывают первый вариант осуществления клапана 1 в соответствии с настоящим изобретением, который является клапаном радиатора или клапаном другого теплообменника, используемого с целью нагревания или охлаждения. Клапан 1 содержит корпус 2, в котором расположено впускное отверстие 13, а также выпускное отверстие 12. Клапан 1 содержит седло 3, взаимодействующее с клапанным элементом 4 для дросселирования потока текучей среды, проходящего через клапан. Клапанное седло 3 в этом варианте осуществления расположено в компоненте 5 клапанного седла, имеющем форму на основе цилиндра. Клапанное седло 3 расположено на одном осевом конце компонента 5 клапанного седла. Клапанное седло 3 расположено на внутренней поверхности компонента 5 клапанного седла.
Клапанный элемент 4 расположен на одном осевом конце штока 8. Шток 8, также как и клапанный элемент 4, выполнен с возможностью смещения в осевом направлении для дросселирования или закрытия клапана. На осевом конце штока 8, противоположного клапанному элементу 4, расположен стержень 10 коробки 9 сальника. Шток 8 направляется во вкладыше 7 верхней части клапана. Вкладыш 7 верхней части клапана удерживается внутри корпуса верхней частью 14 клапана. Верхняя часть 14 клапана может соединяться с корпусом 2, например, посредством защелочного соединения. Последнее является преимуществом, когда верхняя часть 14 клапана выполнена из пластикового материала, а корпус 2 выполнен из металла.
Клапан 1 может содержать термостатический исполнительный механизм или подобный элемент, прикрепленный к клапану, который для упрощения не показан на фиг. 1-6. Однако термостатический исполнительный механизм может, например, быть прикреплен к верхней части 14 клапана и сцеплен со стержнем 10 для приведения в действие клапанного элемента 4.
Однако термостатические исполнительные механизмы предшествующего уровня техники имеют недостаток, заключающийся в том, что они часто нагреваются выше текущей комнатной температуры вследствие непосредственного контакта с клапаном, который нагревается посредством нагревающей текучей среды. Поскольку нагревающая текучая среда обычно имеет температуру намного выше комнатной температуры, то во многих случаях термостатический исполнительный механизм также будет нагреваться до более высокой температуры, чем температура в комнате. Термостатические исполнительные механизмы обычно конфигурируют для уменьшения потока через клапан при повышении температуры термостатического исполнительного механизма, так чтобы не нужно было вручную изменять регулировку клапана после достижения требуемой температуры. Однако, поскольку во многих случаях термостатический исполнительный механизм будет нагреваться до слишком высокой температуры, не соответствующей фактической комнатной температуре, то термостатический исполнительный механизм часто будет закрывать клапан задолго до достижения требуемой комнатной температуры. В соответствии с настоящим изобретением клапанное седло в этом случае также может смещаться относительно корпуса параллельно направлению закрытия клапанного элемента 4 в направлении клапанного седла 3. В предпочтительном варианте это достигается посредством упомянутого по меньшей мере одного термочувствительного компонента в клапане, который выполнен с возможность расширения или удлинения со смещением тем самым клапанного седла 3.
В первом варианте осуществления, в соответствии с фиг. 1-4, термочувствительный компонент является компонентом 5 клапанного седла. С этой целью прикрепление компонента 5 клапанного седла к вкладышу 7 верхней части клапана выполнено только на осевом конце компонента 5 клапанного седла, противоположном клапанному седлу 3. Таким образом, когда компонент 5 клапанного седла удлиняется при повышении температуры, клапанное седло 3 будет смещаться в направлении от клапанного элемента 4 с увеличением тем самым потока, проходящего через клапан. Однако, поскольку в предпочтительном варианте этот эффект меньше, чем подстройка степени открытия клапана прикрепленным термостатическим исполнительным механизмом, суммарный эффект от повышения температуры все еще будет приводить к тому, что клапанный элемент 4 будет перемещаться ближе к клапанному седлу 3. Однако, как показано на фиг. 1-4, в этом случае как клапанное седло 3, так и клапанный элемент 4 будут смещаться вниз.
Дополнительным эффектом, который необходимо учитывать, естественно является то, что шток 8, а также стержень 10 подвержены расширению и удлинению до некоторой степени при повышении температуры. Следовательно, в предпочтительном варианте компонент 5 клапанного седла выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток 8. В случае использования как штока 8, так и стержня 10, предпочтительно, чтобы компонент 5 клапанного седла был выполнен с возможностью удлинения при повышении температуры на большее расстояние, чем шток 8 и стержень 10 в совокупности. Такой результат может быть обеспечен за счет выбора для компонента 5 клапанного седла материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения штока 8 и стержня 10.
Осевое удлинение вкладыша 7 верхней части клапана и компонента 5 клапанного седла при повышении температуры может определяться относительно плоскости 18 отсчета, показанной на фиг. 2 и 5. Вкладыш 7 верхней части клапана прилегает ободком 19 к верхней части 14 клапана у плоскости 18 отсчета. Вкладыш 7 верхней части клапана прилегает к компоненту 5 клапанного седла на осевом конце 20 вкладыша 7 верхней части клапана. Следовательно, удлинение под действием тепла вкладыша 7 верхней части клапана относительно плоскости 18 отсчета приводит к смещению компонента 5 клапанного седла, смещающего клапанное седло 3 от клапанного элемента 4. Этот эффект суммируется с удлинением под действием тепла самого компонента 5 клапанного седла, которое также обеспечивает смещение клапанного седла 3 от плоскости 18 отсчета. Компонент 5 клапанного седла и вкладыш 7 верхней части клапана соединены так, что их совместное удлинение при повышении температуры перемещает клапанное седло 3 от плоскости 18 отсчета. Таким образом, осевое смещение клапанного седла 3 относительно плоскости 18 отсчета зависит от поворотного перемещения вкладыша 7 верхней части клапана и компонента 5 клапанного седла. Следовательно, при повышении температуры клапанное седло 3 смещается от плоскости 18 отсчета на большее расстояние, чем клапанный элемент 4 вследствие повышения температуры штока 8 и/или стержня 10.
В соответствии с увеличенным видом, показанным на фиг. 2 и 4, компонент 5 клапанного седла также содержит первое отверстие 15. Подобным образом вкладыш 6 содержит второе отверстие 16. На фиг. 2 и 4 показано, что первое отверстие 15 и второе отверстия 16 выровнены в осевом направлении, а также в угловом положении. В этом взаимосвязанном положении первого отверстия 15 и второго отверстия 16 текучая среда, поступающая из клапанного седла 3, может проходить в первое отверстие 15, и затем во второе отверстие 16 для достижения выпускного отверстия 12. Однако в зависимости от относительных размеров первого отверстия 15 и второго отверстия 16 также можно использовать клапанное седло 3, выполненное с возможностью смещения, чтобы получить дополнительные средства для дросселирования потока, проходящего через клапан, за счет изменения выравнивания первого отверстия 15 со вторым отверстием 16. Например, компонент 5 клапанного седла может быть также выполнен с возможностью поворота, за счет чего можно уменьшать эффективное поперечное сечение потока второго отверстия 16 и первого отверстия 15 в направлении выпускного отверстия 12. Помимо этого, поворотом компонента 5 клапанного седла можно даже закрыть любое прямоточное подсоединение к выпускному отверстию 12 через первое отверстие 15 и второе отверстие 16. Такое решение обеспечивает дополнительную возможность регулирования клапана, например, можно закрыть клапан в направлении впускного отверстия 13 или выпускного отверстия 12 во время установки или технического обслуживания.
Клапан 1 дополнительно содержит смотровое окошко 17. В показанных вариантах осуществления смотровое окошко 17 расположено в верхней части 14 клапана для возможности осмотра компонента 5 клапанного седла. Окошко может использоваться, например, для наблюдения за текущим угловым положением компонента 5 клапанного седла. Дополнительно или альтернативно, смотровое окошко 17 также может использоваться для проверки текущего осевого положения компонента 5 клапанного седла. Следовательно, первое отверстие 15 и второе отверстие 16 могут использоваться в качестве средства предварительной настройки клапана посредством поворота компонента 5 клапанного седла относительно вкладыша 6.
Второй вариант осуществления в соответствии с фиг. 5 и 6 содержит термочувствительный компонент 11. В предпочтительном варианте термочувствительный компонент 11 имеет форму кольца из воска, но он также может быть исполнительным механизмом из сплава с памятью формы. Положение термочувствительного компонента 11 показано в подробностях на фиг. 6. Термочувствительный компонент 11 расположен на осевом конце компонента 5 клапанного седла, противоположном клапанному седлу 3. Термочувствительный компонент 11 в предпочтительном варианте прилегает к компоненту 5 клапанного седла, а также к вкладышу 7 верхней части клапана. Преимущество использования отдельного термочувствительного компонента 11 заключается в более широком выборе материалов, в частности, для компонента 5 клапанного седла. В частности, в этом случае не требуется, чтобы коэффициент теплового расширения компонента 5 клапанного седла значительно превышал коэффициент теплового расширения штока 8 или стержня 10 для достижения суммарного относительного смещения клапанного седла 3 относительно клапанного элемента 4 при повышении температуры во внутренней части клапана. Однако на фиг. 1-4 показано, что компонент 5 клапанного седла выполняет функцию термочувствительного компонента с большим коэффициентом теплового расширения. Тем не менее, как отдельный термочувствительный компонент 11, так и термочувствительный компонент с дополнительными функциями, такой как компонент 5 клапанного седла, могут использоваться для достижения суммарного увеличения расстояния от клапанного седла 3 до клапанного элемента 4 вследствие повышения температуры в клапане. Как было изложено выше, суммарный эффект от теплового расширения внутри клапана 1 и подстройки, благодаря прикрепленному к клапану элементу, должен, однако, всегда приводить к дросселированию потока через клапан при повышении температуры.