ТОПЛИВНЫЙ КЛАПАН
FUEL VALVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к топливным клапанам, конкретнее, к гравитационным клапанам (ROV). В частности, настоящее изобретение относится к клапанам с поплавковым исполнением.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен целый ряд клапанов, используемых в топливных баках транспортных средств, среди которых наиболее близкими к настоящему изобретению являются те, которые оборудованы двумя или несколькими блоками клапанов, или те, которые называют двухступенчатыми клапанами.
Основной тип гравитационного топливного клапана раскрыт в патенте США 5738132, где описан гравитационный вытяжной клапан, содержащий: корпус, снабженный впускным и выпускным отверстием текучей среды, причем последнее включает по существу удлиненное щелевидное выпускное отверстие корпуса, ограниченное седлом клапана. Кроме того, предусмотрен поплавковый элемент, расположенный в корпусе, с возможностью перемещения по оси в корпусе между впускным и выпускным отверстием; удлиненная упругая пограничная мембранная накладка, закрепленная одним концом к концу поплавкового элемента рядом с выпускным отверстием, и к той его части, которая смещена относительно выпускного отверстия; поджимающая пружина, расположенная в корпусе и опирающаяся на поплавковый элемент таким образом, что пружина смещает его в направлении выпускного отверстия, в результате чего сжатие пружины вместе с выталкивающей силой, действующей на поплавковый элемент, направлено на прижимание мембранной накладки до герметичного контакта с выпускным отверстием, тогда как сила тяжести, действующая на поплавковый элемент, направлена на смещение поплавкового элемента от выпускного отверстия, с тем, чтобы постепенно высвободить накладку из герметичного контакта с выпускным отверстием.
В патенте США 7207347, например, раскрыт многофункциональный гравитационный клапан, препятствующий переливу и вентилирующий пары, содержащий корпус, определяющий замкнутый объем, образованный одним или несколькими впускными отверстиями текучей среды указанного замкнутого объема, выпускную камеру текучей среды в верхнем конце корпуса, сообщающуюся по текучей среде с выпускным каналом; первый выпускной канал, проходящий между указанным замкнутым объемом и указанной выпускной камерой текучей среды, и второй выпускной канал, проходящий между указанным замкнутым объемом и указанной выпускной камерой текучей среды; блок клапана, расположенный в замкнутом объеме и содержащий поплавковый элемент первой ступени, связанный с указанным первым выпускным каналом и поплавковый элемент второй ступени, связанный со вторым указанным выпускным каналом, причем указанные поплавковые элементы могут перемещаться выталкивающей силой по оси в замкнутом объеме относительно параллельных осей, от открытого положения, в котором указанные первый и второй выпускные каналы открыты, до закрытого положения, в котором первый и второй выпускные каналы герметично контактируют с поплавковым элементом первой ступени и с поплавковым элементом второй ступени, соответственно, причем указанный поплавковый элемент первой ступени, по меньшей мере, частично перекрывает указанный поплавковый элемент второй ступени, так что, когда указанный поплавковый элемент первой ступени занимает открытое положение, он поддерживается поплавковым элементом второй ступени, и выполнен так, что только при смещении поплавкового элемента второй ступени из открытого положения в закрытое положение поплавковый элемент первой ступени может быть смещен в закрытое положение и герметично контактировать с первым выпускным каналом.
Еще один пример многоступенчатого клапана поплавкового типа, раскрытый в патенте США 6701952, касается клапана, установленного в баке для текучей среды, при этом клапан содержит корпус, снабженный одним или несколькими впускными каналами текучей среды и выпускным каналом, причем указанный корпус содержит элемент клапана поплавкового типа, совмещенный с осью корпуса, и выполненный с возможностью смещения вдоль нее между открытым положением, в котором выпускной канал открыт, и закрытым положением, в котором выпускной канал герметично закрыт; клапан отличается тем, что корпус сформирован заодно с форсункой, сообщающейся по текучей среде с выпускным каналом и имеющей основную часть с выпускным отверстием, выходящим в бак; указанный выпускной канал образован в верхней части корпуса, имеющей верхнюю торцевую стенку, и указанный выпускной канал, определенный отверстием в верхней торцевой стенке, наклоненным относительно продольной оси клапана, часть верхней стенки элемента клапана поплавкового типа обращена к указанному отверстию и одинаково наклонена относительно продольной оси клапана, указанная часть верхней стенки элемента клапана снабжена пограничной мембранной накладкой, которая может герметично контактировать с отверстием в верхней торцевой стенке и полностью закрывать клапан, когда часть верхней стенки элемента клапана поплавкового типа приближается к выпускному каналу.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей раскрываемого здесь изобретения является создание гравитационного топливного клапана, выполненного с герметизируемым поплавком модулем канала текучей среды, содержащим поплавковый элемент, выполненный с возможностью смещения по оси внутри поплавкового корпуса между открытым положением и закрытым положением; при этом указанный поплавковый элемент обычно смещен в направлении закрытого положения и включает открытую жидкостную камеру для сбора жидкости, таким образом, участвуя в равновесии сил, действующих на поплавковый элемент.
В соответствии с примером раскрываемого изобретения клапан включает многоступенчатый герметизируемый поплавком модуль канала текучей среды, и в соответствии с конкретной схемой клапан имеет двухступенчатое модульное исполнение, включающее два расположенных последовательно герметизируемых поплавком модуля канала текучей среды, каждый модуль выполнен с независимым поплавковым элементом, с возможностью смещения по оси в соответствующем поплавковом корпусе между открытым положением и закрытым положением; причем поплавковый элемент обычно смещен в направлении закрытого положения; и указанный поплавковый элемент содержит открытую жидкостную камеру для сбора жидкости, таким образом, участвуя в равновесии сил, действующих на поплавковый элемент.
Любая одна или несколько из следующих особенностей и схем может быть включена в топливный клапан в соответствии с раскрываемым изобретением, независимо или в комбинации, причем модификации касаются одно- или многоступенчатого клапана:
- Где клапан представляет собой поплавковые элементы с двухступенчатым исполнением поплавка, расположенные последовательно, один над другим, причем поток текучей среды от одного герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды протекает во второй герметизируемый поплавком модуль канала текучей среды, расположенный над ним;
- Поплавковый элемент с двухступенчатым исполнением поплавка каждого модуля выполнен с возможностью смещения независимо от другого, тем не менее, с возможностью смещения, по меньшей мере, между полностью открытым положением, т.е. таким положением, в котором оба модуля занимают соответствующее открытое положение (способствующее вентиляции топливного бака и сливу связанного отделителя жидкого топлива), и закрытым положением, в котором, по меньшей мере, один, и, как вариант, оба модуля занимают соответствующее закрытое положение, препятствуя потоку текучей среды к отделителю жидкого топлива;
- Где клапан представляет собой поплавковые элементы с двухступенчатым исполнением поплавка, смещаемые внутри объединенного корпуса;
- Жидкостная камера поплавкового элемента имеет верхнее отверстие;
- Поплавковый корпус снабжен нижним впускным отверстием, сообщающимся по текучей среде с топливным баком, и верхним выпускным отверстием, сообщающимся по текучей среде с отделителем жидкого топлива;
- Жидкостная камера поплавкового элемента выполнена таким образом, чтобы удерживать, по меньшей мере, некоторое количество жидкости также при значительных наклонах;
- Поплавковый элемент выполнен с возможностью смещения внутри поплавкового корпуса только в осевом направлении (т.е. его поворот предотвращается);
- Поплавковый элемент имеет диаметр, больший, чем его высота;
- Поплавковый элемент ограничен в перемещении по оси внутри корпуса, таким образом, устраняется зажимание в случае его наклона;
- Жидкостная камера поплавкового элемента разделена на отсеки; в соответствии с одним исполнением отсеки сообщаются по текучей среде друг с другом. В соответствии с другим исполнением отсеки не сообщаются по текучей среде друг с другом;
- В соответствии с одной конкретной схемой жидкостная камера имеет кольцевое поперечное сечение, или кольцевое сегментирование; кольцевая или кольцевая сегментированная жидкостная камера может иметь симметричное или несимметричное поперечное сечение;
- Поплавковый элемент выполнен с наклонной верхней поверхностью, несущей уплотняющий элемент, сформированный для герметичного контакта с выпускным каналом герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды; причем выпускной канал наклонен в соответствии с наклонной верхней поверхностью поплавкового элемента;
- Верхний край жидкостной камеры простирается ниже нижнего края уплотняющего элемента поплавкового элемента;
- При двухступенчатом исполнении поплавка выпускной канал одного герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды тянется до впускного канала последовательного, верхнего герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды;
- Корпус герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды исполнен для посадки с защелкиванием внутри корпуса клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы облегчить понимание раскрываемого изобретения и понять, как оно осуществляется на практике, теперь будут описаны варианты воплощения на примерах, не имеющих ограничительного характера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг.1A представлен вид в перспективе усовершенствованного гравитационного клапана, предотвращающего утечку;
На фиг.1B представлен вид в изометрии клапана по фиг.1A в разобранном виде;
На фиг.2 представлен продольный разрез клапана по фиг.1, выполненный по линии II-II, и клапан показан в полностью закрытом положении;
На фиг.3 представлен вид в перспективе разреза, показанного на фиг.2;
На фиг.4 представлен продольный разрез клапана по фиг.2, клапан показан в частично закрытом положении;
На фиг.5 представлен продольный разрез клапана по фиг.2, клапан показан в открытом положении;
На фиг.6 представлен продольный разрез клапана по фиг.3, клапан показан под углом (т.е. наклонен);
На фиг.7 представлены внутренние части гравитационного клапана в разобранном виде в перспективе, где показан поплавковый элемент, упругая мембрана и мембрана;
На фиг.8 представлен продольный разрез одноступенчатого герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды, клапан показан в открытом положении;
На фиг.9A представлен продольный разрез клапана в соответствии с модификацией по раскрываемому изобретению; и
На фиг.9B представлен продольный разрез поплавкового элемента, используемого в исполнении по фиг.9A.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вначале рассмотрим фиг.1-3, на которых представлен усовершенствованный двухступенчатый герметизируемый поплавком модуль канала текучей среды, предотвращающий утечку, в целом обозначенный поз.10 гравитационного клапана (не показан на чертежах), выполненный для сборки с топливным баком (не показан на чертежах), и в дальнейшем для сборки с контейнером (устройство для обработки жидкого топлива/паров).
Герметизируемый поплавком модуль 10 канала текучей среды содержит центральный корпус 12, верхний корпус 20, и нижнюю крышку 50. Центральный корпус 12 содержит центральную часть 15, верхнюю часть 13, которая, по существу, является цилиндрической и выступает вверх из центральной разделительной части 15, и нижнюю часть 14, которая также является цилиндрической и выступает вниз из центральной разделительной части 15.
Верхняя часть 13 имеет больший внутренний диаметр, чем нижняя часть 14, и содержит нижнюю часть 17 стенки, верхнюю часть 18 стенки, которая имеет немного больший диаметр, чем нижняя стенка 17, и боковые выступы 16, выступающие из верхней части 18 стенки для посадки с защелкиванием внутри соответствующих отверстий указанного устройства, например, внутри корпуса топливного клапана или непосредственно внутри отверстия, выполненного в топливном баке (не показан).
Нижняя часть 14 включает ребристый элемент 38, выступающий вниз вдоль его внутренней поверхности, и отверстия 19 для взаимодействия с нижней крышкой 50, как описано далее. Центральная разделительная часть 15 имеет форму диска с проходом 35, расположенным в центре, подпружиненную опору 83, выступающую вверх от центра центральной разделительной части 15, и с проточным каналом 80 центрального пространства, ведущим к проходу 35, и выступающие книзу стенки 82 цилиндрической формы, образованные наклонной нижней посадочной поверхностью 84. Центральная разделительная часть 15, кроме того, содержит выступ 34, выступающий кверху, и имеющий, по существу, прямоугольную форму.
Верхний корпус 20 является, по существу, цилиндрическим, и содержит верхнюю стенку 21 и боковую стенку 22, выступающую вниз от верхней стенки 21. Верхняя стенка 21 содержит выступ 25, по форме идентичный описанному выше выступу 34, проход 81 и выступающие книзу стенки 28, образованные наклонной нижней посадочной поверхностью 29, которые по форме идентичны проходу 35, выступающим стенкам 82 и описанной выше поверхности 84. Боковая стенка 22 содержит верхнюю кольцевую канавку 23 и нижнюю кольцевую канавку 24, каждой из них придана форма для установки уплотнительного кольца 31 и уплотнительного кольца 32, соответственно. Кроме того, боковая стенка 22 имеет внутренний диаметр, идентичный внутреннему диаметру нижней части 14 центрального корпуса 12, а также включает ребристый элемент 37, продольно проходящий вдоль ее внутренней поверхности, и идентичный желобчатому элементу 38, описанному выше. Верхний корпус 20 устанавливается с защелкиванием с помощью нескольких отверстий 65 (фиг.1), образованных в центральном корпусе 12, взаимодействующих с соответствующими боковыми выступами 67, образованными на наружной поверхности боковой стенки 22. Верхний корпус 20 расположен с уплотнением в верхней части 13 центрального корпуса 12, будучи герметизируемым уплотнительным кольцом 32, запрессованным во внутреннюю поверхность нижней стенки 17, и образующим верхнюю камеру 201.
Нижняя крышка 50 является, по существу, цилиндрической и содержит нижнюю боковую стенку 52 и боковую стенку 51, выступающую вверх от боковой стенки 52, и канавки 53 в боковой стенке 51. Боковая стенка 52 включает отверстия 54, центральный канал 86, и подпружиненную опору 83. Нижняя крышка 50 имеет немного больший диаметр, чем диаметр нижней части 14 центрального корпуса 12, нижняя часть 14 расположена в нижней крышке 50, образуя нижнюю камеру 205. Отверстия 54 способствуют потоку текучей среды между нижним поплавковым модулем 205 и топливным баком (не показан) транспортного средства, в котором расположен клапан.
Внутри нижней камеры 101 нижнего модуля герметизируемого поплавком модуля 10 канала текучей среды расположен поплавковый элемент 130, по существу, цилиндрической формы, удлиненная полосчатая упругая мембрана 150, закрепленная на одном конце фиксатором 160 мембраны, и цилиндрическая пружина 170. Поплавковый элемент 130 может смещаться в осевом направлении и подпружинен в верхнем направлении посредством нижней цилиндрической пружины 170, и содержит дисковидное основание 135, вертикально выступающую стенку 132, выступающую вверх от основания 135, и образующую кольцевую чашевидную сборную камеру 137.
Нижняя камера 101, кроме того, содержит камеру 140 нижней пружины, опорную поверхность 139 пружины и наклонную верхнюю стенку 138, наклон которой относительно продольной оси гравитационного клапана 10 и, соответственно, поплавкового элемента 130, соответствует наклону нижней посадочной поверхности 84 или центрального корпуса 12.
Как показано на фигурах, каждый из поплавковых элементов имеет диаметр больший, чем его высота. Это отличие обеспечивает повышенную плавучесть поплавкового элемента, что приводит к значительно улучшенной уплотняющей силе, т.е., вектор в направлении силы, вынуждающей каждый из поплавков всплывать в верхнее, герметизированное положение, увеличен.
Кроме того, следует отметить, что поплавковые элементы снабжены сборной камерой жидкости с верхним отверстием. Это приводит к тому, что в случае наклона транспортного средства и связанного топливного бака, например, при значительном крутом наклоне (восходящем/нисходящем), или в ситуации опрокидывания или приближенной к опрокидыванию, часть жидкости выплескивается из камер 101 и 201, таким образом, результирующая сила, действующая на поплавковый элемент, сопутствует направлению поджимания поплавковых элементов в герметичные положения под воздействием прижима пружины, а также вследствие вектора силы, теперь действующего в противоположном направлении (косинус угла α наклона; фиг.6).
Как лучше показано на фиг.7 и 8, поплавковый элемент 130, кроме того, содержит канавку 142, выполненную в вертикально выступающей стенке 132, и желобок 145, главным образом, прямоугольной формы, в нижней поверхности основания 135. Канавка 142 сопрягается с ребристым элементом 38, образованным на внутренней стенке центрального корпуса 12, таким образом, ограничивающим перемещение поплавкового элемента 130 только в продольном (осевом) направлении, т.е., обеспечивается ограниченное перемещение вверх-вниз наряду с предотвращением поворотного перемещения поплавкового элемента вокруг его продольной оси.
Мембрана 150 включает плоскую часть 152 мембраны, и закреплена на одном конце посредством стопорного выступа 154 на верхней стенке 138 поплавкового элемента 130, и закреплена фиксатором мембраны, расположенным над выступом 154, и расположенным над верхним краем вертикально выступающей стенки 132.
Аналогично, в верхнем герметизируемом поплавком модуле 201 канала текучей среды содержатся детали, идентичные деталям, описанным в нижнем герметизируемом поплавком модуле 101 канала текучей среды, и обозначенные номерами, начинающимися с 200, соответствующие подобным деталям, обозначенным номерами, начинающимися со 100, в камере 101. Верхняя камера 201 и нижняя камера 101 избирательны в сообщении по текучей среде друг с другом через проточный канал 80 и проход 35, как описано ниже.
Теперь, со ссылками на остальные фигуры, будет описано действие и функционирование клапана и взаимодействующего герметизируемого поплавком модуля 10 канала текучей среды.
В исходном состоянии, как показано на фиг.2 и 3, перед тем как жидкое топливо 300 заливается в топливный бак, или когда уровень топлива низкий, в условиях нормального давления и при горизонтальном положении транспортного средства, как нижний поплавковый элемент 130, так и верхний поплавковый элемент 230, занимают открытое положение, т.е., свое нижнее положение, с весом поплавковых элементов 130 и 230, большим, чем противодействующая прижимная сила цилиндрических пружин 170 и 270, соответственно.
Когда топливо 300 заливается в топливный бак (не показан), в котором расположен топливный клапан, оно наполняет бак до линии предельного уровня, соответствующей линии 301, показанной на фиг.4. Жидкость 300 свободно входит через отверстия 54 и наполняет нижнюю камеру 101 нижнего герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды. Когда камера 101 наполняется, плавучесть поплавкового элемента 130 относительно жидкости 300 приводит к осевому смещению поплавкового элемента 130 в вертикальном направлении до тех пор, пока мембрана 150 не будет герметично прилегать к наклонной нижней посадочной поверхности 84, ограничивая любое дополнительное смещение, и переводя нижний поплавковый элемент 130 в закрытое положение. При достижении предельной линии 301 топлива, жидкое топливо 300 также заполняет сборную камеру 137. Сила цилиндрической пружины 170 вместе с выталкивающей силой является, таким образом, предустановкой для расчета веса наполненного нижнего поплавкового элемента 130, расположенного в наполненной жидкостью нижней камере 101.
Любая утечка, возникающая через проход 35, когда нижний поплавковый элемент 130 занимает закрытое положение, будет вызывать скопление жидкого топлива 300 в верхней камере 201. Как и уровень жидкости камеры 201 верхнего герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды, выталкивающая сила, действующая на верхний поплавковый элемент 230, будет смещать в осевом направлении поплавковый элемент 230 вертикально до закрытого положения, в котором мембрана 250 герметично прилегает к наклонной нижней посадочной поверхности 29, таким образом обеспечивая второй уровень герметизации против утечки усовершенствованного гравитационного клапана.
В состоянии опрокидывания транспортного средства, как верхний поплавковый элемент 230, так и нижний поплавковый элемент 130 достигают соответствующих закрытых положений, как показано на фиг.2 и 3, в которых поплавковые элементы 130 и 230 занимают закрытое положение, благодаря силе тяжести и прижимным пружинам 170 и 270, которые теперь действуют в том же направлении, что и сила тяжести, таким образом смещая поплавковые элементы 120 и 230 в соответствующие герметичные положения (при этом в перевернутом положении), предотвращая вытекание жидкого топлива из топливного бака в направлении отделителя жидкости.
На фиг.5 показано состояние герметизируемого поплавком модуля 10 канала текучей среды гравитационного клапана, в котором верхний поплавковый элемент 230 и нижний поплавковый элемент 130 занимают открытое положение. В этом состоянии жидкость из отделителя жидкости (не показан) свободно протекает назад в топливный бак по проточному каналу, обозначенному линией 400 со стрелками. Жидкость течет самотеком и поступает в клапан через проход 81, скапливаясь в верхней сборной камере 237 и верхней камере 201. Когда камера 201 наполняется и выталкивающая сила поднимает верхний поплавковый элемент 230, текучая среда стекает через проточный канал 80 и проход 82, скапливаясь внутри нижнего поплавкового элемента 130 в сборной камере 137 и нижней камере 130 и, наконец, протекая через отверстия 54 и в топливный бак, расположенный ниже.
На фиг.8 показан одноступенчатый герметизируемый поплавком модуль канала текучей среды, в целом обозначенный 250, и, по существу, аналогичный модулю, раскрытому в связи с верхним модулем, описанным в двухступенчатом герметизируемом поплавком модуле канала текучей среды, раскрытом со ссылками на фиг.1-7, однако, за исключением того, что элемент 254 основания выполнен с отверстиями 256, чтобы способствовать впуску жидкого топлива в поплавок, содержащий корпус 258, где проточный канал указан линией 262 со стрелками. Действие одноступенчатого герметизируемого поплавком модуля канала текучей среды такое же, как описано выше со ссылками на фиг.1-7.
Как показано на фиг.7 и 9A, 9B, каждый из поплавковых элементов выполнен с возможностью перемещения, по существу, только в осевом направлении, т.е., по существу, без фиксации, ограничиваемой при наклоне и смещении их, вследствие продвижения цилиндрических выступов 239 вниз, проходя от центральной части 15 и верхней стенки корпуса 20, и с возможностью скользящего перемещения внутри пары соответствующих гнезд 241, образованных в каждом из поплавковых элементов 130 и 230. Видно, что гнезда 241 выполнены с коническим (расширяющимся) отверстием 243, способствующим легкому позиционированию цилиндрических выступов 239 в гнездах 241.
Специалистам в области техники, к которой относится раскрываемое изобретение, понятно, что многочисленные изменения, варианты и модификации можно выполнить без отступления от объема изобретения, с соответствующими поправками.