ТРЕХХОДОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ПОТОКОВ И РАЗДЕЛЕНИЯ ПОТОКОВ
THREE-WAY VALVE FOR FLOWS MIXING AND SEPARATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к централизованному теплоснабжению, к нефтехимической промышленности, к отрасли промышленности, связанной с обработкой воды, и к металлургической промышленности, и, в частности, к трехходовому клапану для смешивания и разделения потоков, используемому в вышеупомянутых областях применения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время в трехходовом клапане в данной области техники функции смешивания и разделения потоков осуществляют посредством изменения внутреннего компонента клапана. Изменение внутреннего компонента клапана обычно является весьма сложной процедурой, что не является предпочтительным для потребителя, использующего этот клапан.
Кроме того, поскольку обычный трехходовой клапан использует множество приводных устройств, движущий напор уменьшается. Для того чтобы удовлетворить требованиям по сильному сопротивлению потоку, обычно приходится увеличивать движущий напор. Увеличение движущего напора влечет за собой увеличение параметра электрического приводного устройства, поэтому в конечном счете обычный трехходовой клапан теряет конкурентоспособность на рынке.
В дополнение к этому также увеличивают размер трехходового клапана, чтобы увеличить пространство для перемещения, и аналогично размер нижнего сердечника клапана, чтобы избежать непосредственного воздействия среды на сердечник клапана или уменьшения движущего напора. Однако при этом оказывается занятым большое пространство, что обусловливает неудобство при установке и эксплуатации.
Из вышеизложенного следует, что необходимо обеспечить новый трехходовой клапан, который, по меньшей мере, частично может решить упомянутые выше проблемы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей данного изобретения является решение по меньшей мере одного аспекта упомянутых выше проблем и устранение недостатков, существующих в данной области техники.
Одной задачей данного изобретения является создание трехходового клапана, который может выполнять функции смешивания потоков и разделения потоков без изменения какого-либо компонента.
Одной задачей данного изобретения является создание трехходового клапана, который может уменьшать сопротивление потоку.
Другой задачей данного изобретения является создание трехходового клапана, имеющего компактную конструкцию и экономящего пространство для установки.
В одном аспекте данного изобретения предложен трехходовой клапан для смешивания потоков и разделения потоков, при этом трехходовой клапан содержит:
крышку клапана, причем нижняя часть крышки клапана имеет первое отверстие, соединенное с полостью трехходового клапана; и
корпус клапана, причем корпус клапана соединен с крышкой клапана с обеспечением уплотнения и расположен над крышкой клапана, при этом левая и правая стороны корпуса клапана имеют второе отверстие и третье отверстие, соединенные с полостью клапана.
Трехходовой клапан дополнительно содержит:
сердечник клапана, причем сердечник клапана соединен с крышкой клапана с обеспечением неподвижного соединения;
седло клапана, причем седло клапана расположено внутри полости клапана с возможностью плотного соединения с сердечником клапана;
шток клапана, причем шток клапана соединен с сердечником клапана и приводит его в движение вверх и вниз в полости клапана, чтобы обеспечить изменение расхода, а также открытие и закрытие трехходового клапана.
В частности, сердечник клапана содержит верхний сердечник, нижний сердечник и соединитель, соединяющий верхний сердечник и нижний сердечник клапана.
В частности, трехходовой клапан дополнительно содержит опорный стержень, один конец которого соединен с кольцеобразной втулкой, расположенной в центре нижнего сердечника клапана, а другой конец соединен с опорным элементом крышки' клапана с обеспечением неподвижного соединения.
В частности, кольцеобразная втулка снабжена внутренней резьбой для соединения с резьбой на одном конце опорного стержня, другой конец опорного стержня закреплен на опорном ребре крышки клапана, при этом опорное ребро выполнено с веерообразным отверстием проточного канала для прохождения через него среды.
В частности, седло клапана содержит верхнее седло и нижнее седло клапана, соединенные друг с другом посредством соединительного стержня, при этом верхнее седло и нижнее седло клапана раздельно расположены над и под сердечником клапана.
В частности, соединительный стержень и нижнее седло клапана плотно соединены посредством резьбы, при этом соединительный стержень и верхнее седло скреплены посредством крепежной гайки.
В частности, внутренняя сторона наружной поверхности соединительного стержня контактирует с наружным краем соединителя сердечников клапана.
В частности, на периферии соединителя сердечников клапана выполнено полукруглое отверстие, соответствующее внутренней поверхности соединительного стержня.
В частности, количество как соединительных стержней, так и полукруглых отверстий равно 6.
В частности, верхнее седло клапана соединено со штоком клапана в штоке клапана посредством соединительной пластины, при этом поверхности соединительной пластины и верхнего седла клапана уплотнены посредством безасбестовой прокладки.
В частности, соединительная пластина выполнена с веерообразным отверстием проточного канала для прохождения через него среды, при этом в центральной части соединительной пластины выполнено сквозное отверстие так, чтобы после прохождения штока клапана через указанное сквозное отверстие осуществить закрепление посредством гайки, плотно соединяемой с резьбой на конце штока клапана.
В частности, каждый из двух концов соединителя сердечников клапана имеет канавку, внутри которой расположено уплотнительное кольцо, верхний сердечник клапана и нижний сердечник клапана раздельно соединены с соединителем сердечников клапана посредством резьбы с плотным прижатием внутреннего кольца уплотнительного кольца, при этом наружное кольцо уплотнительного кольца является открытым, причем когда верхнее седло или нижнее седло клапана перемещаются для прижатия и объединения с наружным кольцом уплотнительного кольца, то соответствующее первое отверстие или второе отверстие закрываются с обеспечением уплотнения.
В частности, уплотнительное кольцо является О-образным уплотнительным кольцом или Х-образным уплотнительным кольцом.
В частности, перегородка корпуса клапана и внутренняя стенка крышки клапана уплотнены с использованием первого О-образного уплотнительного кольца.
В частности, в зоне соединения перегородки и внутренней стенки имеется направляющая канавка, внутри которой установлено направляющее кольцо.
В частности, на верхнем конце штока клапана между корпусом клапана и штоком клапана последовательно расположены сальник и вставная деталь, соединенные посредством резьбы.
В частности, уплотнительные поверхности сальника и вставной детали снабжены вторым О-образным уплотнительным кольцом, а внутри вставной детали расположена медная прокладка.
В частности, наружные контуры верхнего сердечника клапана выполнены так, что характеристика потока второго отверстия является логарифмической характеристикой, и/или наружные контуры нижнего сердечника клапана выполнены так, что характеристика потока первого отверстия является линейной характеристикой.
Из вышеизложенного следует, что трехходовой клапан, выполненный по данному изобретению, по меньшей мере, обеспечивает нижеследующие полезные технические эффекты: (1) функции смешивания и разделения потоков могут быть реализованы посредством одного клапана без изменения какого-либо компонента; (2) потребитель легко устанавливает и использует данный клапан, при этом экономится пространство для его установки; и (3) конструктивное решение является простым, а стоимость изготовления является низкой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и/или другие аспекты и преимущества данного изобретения будут очевидны и более понятны из последующего описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой вид в разрезе трехходового клапана для смешивания и разделения потоков в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения;
фиг. 2 представляет собой увеличенный схематический вид примера сердечника клапана, показанного на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой увеличенный схематический вид другого примера сердечника клапана, показанного на фиг. 1; и
фиг. 4 представляет собой вид сверху соединителя сердечников в сердечнике клапана, показанном на фиг. 1.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технические решения данного изобретения описаны более подробно посредством нижеследующих вариантов осуществления со ссылками на фиг. 1-4. В этом описании одинаковые или подобные ссылочные позиции обозначают одинаковые или подобные компоненты. Нижеследующее описание способов осуществления данного изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи предназначено для объяснения основной концепции данного изобретения и не должно трактоваться как ограничивающее данное изобретение.
Как показано на фиг. 1, трехходовой клапан для смешивания и разделения потоков, выполненный согласно варианту осуществления данного изобретения, последовательно содержит следующие компоненты, снизу вверх: крышку 10 клапана, корпус 120 клапана и шток клапана. Опорный стержень 20, седла 50 и 80 клапана и сердечник 70 клапана последовательно расположены снизу вверх, внутри полости 150 трехходового клапана. Нижняя часть крышки 10 клапана выполнена с отверстием В, соединенным с полостью 150 трехходового клапана. Корпус 120 клапана проходит слева направо, как показано на фиг. 1. Корпус 120 клапана соединен с крышкой 10 клапана с обеспечением уплотнения и расположен над крышкой 10 клапана. Как показано на фиг. 1, левая и правая стороны корпуса 120 клапана раздельно имеют отверстие АВ и отверстие А, соединенные с полостью 150 клапана. Сердечник 70 клапана соединен с крышкой 10 клапана с обеспечением неподвижного соединения. Седла 50 и 80 клапана соединены с одним концом штока клапана и перемещаются вверх и вниз внутри полости 150 клапана посредством штока клапана с целью соединения с сердечником клапана или отсоединения от него с обеспечением тем самым в результате изменения расхода, а также открытия и закрытия трехходового клапана.
Когда среда проходит из отверстия А и отверстия В к трехходовому клапану, как показано на фиг. 1, то расход среды у отверстия А достигает максимального значения, при этом отверстие В находится в закрытом состоянии, а после прохождения через полость 150 клапана среда выходит из отверстия АВ. Когда седла 50 и 80 клапана перемещаются вниз, отверстие В постепенно открывается, а отверстие А постепенно закрывается. Этот способ обеспечивает функцию смешивания среды или смешивания потоков. Когда среда проходит от отверстия АВ к трехходовому клапану, как показано на фиг. 1, то расход среды у отверстия А достигает максимального значения, при этом отверстие В находится в закрытом состоянии. Когда седла 50 и 80 клапана перемещаются вниз, отверстие В постепенно открывается, а отверстие А постепенно закрывается. Когда седла 50 и 80 клапана перемещаются вниз при максимальном ходе, отверстие А закрывается, при этом расход у отверстия В достигает максимального значения. При этом способе трехходовой клапан осуществляет функцию разделения среды или разделения потоков.
Как показано на фиг. 2 и 3, сердечник 70 клапана содержит верхний сердечник 71 клапана, нижний сердечник 72 клапана и соединитель 73 сердечников клапана, соединяющий верхний сердечник 71 и нижний сердечник 72 клапана. Один конец опорного стержня 20 соединен с направляющим отверстием 75, расположенным в центре нижнего сердечника 72, при этом внутри направляющего отверстия 75 расположена ступенчатая часть для плотного прилегания к выступу, расположенному на верхнем конце опорного стержня 20. Можно видеть, что направляющее отверстие 75 обеспечивает возможность удовлетворения требования, заключающегося в коаксиальном удержании нижнего сердечника 72, опорного стержня 20 и крышки 10 клапана. Другой конец опорного стержня 20 соединен с обеспечением неподвижного соединения с опорным элементом, таким как опорное ребро 76 крышки 10 клапана. Направляющее отверстие 75 снабжено внутренней резьбой для соединения с резьбой, расположенной на одном конце опорного стержня 20, при этом другой конец опорного стержня 20 закреплен на опорном ребре 76 крышки 10 клапана, при этом опорное ребро 76 выполнено с веерообразным отверстием (не показано) проточных каналов для прохождения через него среды. В варианте осуществления возможно выполнение трех опорных ребер 76 и соответственно трех веерообразных отверстий проточных каналов.
Подразумевается, что неподвижное соединение сердечника 70 клапана и крышки 10 клапана с обеспечением неподвижного соединения не ограничивается вышеприведенным описанием, так что специалист в данной области техники может при необходимости выполнять особую настройку.
В соответствии с фиг. 2 и 3 верхние и нижние концы соединителя 73 сердечников клапана, каждый, выполнен с канавкой (не показана). Внутри данной канавки расположено уплотнительное кольцо 60. Верхний сердечник 71 и нижний сердечник 72 клапана могут быть раздельно соединены с соединителем 73 сердечников клапана посредством резьбы с плотным прижатием внутреннего кольца уплотнительного кольца 60, при этом наружное кольцо уплотнительного кольца 60 является открытым. Когда верхнее седло 80 или нижнее седло 50 клапана перемещаются для прижатия и соединения с наружным кольцом уплотнительного кольца 60, то соответствующее отверстие А или отверстие В закрываются с обеспечением уплотнения. В частности, фиг. 2 представляет собой частичный увеличенный вид в разрезе, на котором уплотнительное кольцо 60 установлено в виде Х-образного уплотнительного кольца. Фиг. 3 представляет собой частичный увеличенный вид в разрезе, на котором уплотнительное кольцо 60 установлено в виде О-образного уплотнительного кольца. Подразумевается, что специалист в данной области техники при необходимости может дополнительно выбрать уплотнительное кольцо другого типа.
В соответствии с фиг. 1 седло клапана содержит верхнее седло 80 и нижнее седло 50, соединенные друг с другом посредством соединительного стержня 90, при этом верхнее седло 80 и нижнее седло 50 раздельно расположены над и под верхним сердечником 71 и нижним сердечником 72 сердечника клапана. Следует понимать, что когда верхнее седло 80 соединено с верхним сердечником 71, отверстие А может быть закрыто, и аналогично когда нижнее седло 50 соединено с нижним сердечником 72, отверстие В может быть закрыто. В частности, внутренняя сторона наружной поверхности соединительного стержня 90 контактирует с наружным краем соединителя 73 сердечников клапана. Предпочтительно наружная окружность или периферия соединителя 73 сердечников клапана выполнена с множеством (например, с шестью) полукруглых отверстий, соответствующих соединительному стержню 90. Как показано на фиг. 4, шесть полукруглых отверстий 74 разнесены с равными промежутками по периферии соединителя 73 сердечников клапана для размещения части внутренней поверхности соединительного стержня 90. Следует понимать, что при таком размещении, когда сердечник 70 клапана подвергается сильному воздействию среды, данное размещение может эффективно предотвращать вибрации сердечника 70 клапана.
В частности, как показано на фиг. 1, для удовлетворения требования к размещению, например шести соединительных стержней, и для достижения более высокой точности установки седел 50 и 80 клапана нижний конец соединительного стержня 90 плотно соединен с направляющим отверстием 52 внутри седла 50 клапана. Внутри направляющего отверстия 52 расположена ступенчатая часть, соединенная с нижним концом соединительного стержня 90 посредством резьбы.
Шток клапана содержит шток 110, сальник 140 и вставную деталь 130. Верхнее седло 80 клапана соединено со штоком 110 клапана посредством соединительной пластины 100, при этом уплотнительные поверхности соединительной пластины 100 и верхнего седла 80 уплотнены безасбестовой прокладкой. Соединительная пластина 100 выполнена с множеством веерообразных отверстий (например, тремя) проточных каналов для прохождения через них среды. Центральная часть соединительной пластины 100 выполнена со сквозным отверстием, при этом после прохождения через сквозное отверстие штока 110 клапана используют гайку для плотного соединения с резьбой, расположенной на конце штока 110 клапана для осуществления закрепления.
На верхнем конце штока 110 клапана, между корпусом 120 клапана и штоком 110 последовательно расположены сальник 140 и вставная деталь 130, соединенные посредством резьбы. Уплотнительные поверхности сальника 140 и вставной детали 130 снабжены О-образным уплотнительным кольцом. Внутри вставной детали 130 расположены медные прокладки 130, препятствующие потере сальника 140, когда клапан испытывает вибрации.
Перегородка корпуса 120 и внутренняя стенка крышки 10 уплотнены с использованием О-образного уплотнительного кольца 30 с обеспечением тем самым лучшего уплотнения. В местоположении соединения между перегородкой и внутренней стенкой расположена направляющая канавка 11, внутри которой установлено направляющее кольцо 40. Направляющая канавка 11 выполняет необходимые функции направления и смазки, так что нижнее седло 72 клапана может перемещаться в вертикальном направлении вверх и вниз.
Для достижения смешивания и разделения потоков наружные контуры верхнего сердечника 71 выполнены так, что характеристика потока отверстия А является логарифмической характеристикой, а наружные контуры нижнего сердечника 72 выполнены так, что характеристика потока отверстия В является линейной характеристикой. Следует понимать, что вышеизложенная настройка является лишь иллюстрацией данного изобретения, при этом наружные контуры верхнего сердечника и нижнего сердечника также могут быть конструктивно выполнены другим образом.
По сравнению с трехходовым клапаном предшествующего уровня техники, упомянутым в разделе уровень техники, трехходовой клапан по данному изобретению имеет одно или более нижеследующих преимуществ:
1. Трехходовой клапан по данному изобретению может использоваться для смешивания и разделения среды. Потребитель может, при необходимости, выбрать способ установки, при котором отверстие А и отверстие В являются смешивающими впускными отверстиями или отверстие АВ является разделяющим впускным отверстием.
2. Корпус трехходового клапана по данному изобретению использует корпус двухходового клапана предшествующего уровня техники, соответственно корпус клапана имеет лучшую возможность для замены.
3. Независимо от условия смешивания и разделения среды конструктивное решение трехходового клапана по данному изобретению в максимальной степени уменьшает воздействие среды на шток клапана с уменьшением тем самым необходимой движущего напора. Например, когда жидкая среда поступает в корпус клапана через отверстие АВ, шток клапана и седло клапана не подвергаются непосредственному воздействию среды. Соответственно, необходимый движущий напор является сравнительно малым, при этом стоимость приводного устройства является сравнительно низкой. Помимо этого, так как сердечник клапана соединен с крышкой клапана с обеспечением неподвижного соединения, среда оказывает весьма небольшое воздействие на сердечник клапана.
4. Когда трехходовой клапан предшествующего уровня техники используют для разделения потоков, для предотвращения непосредственного воздействия среды или столкновения с сердечником клапана, а также дополнительного воздействия на шток клапана, нижний сердечник клапана, как правило, устанавливают ближе к отверстию В (т.е. к нижнему отверстию) трехходового клапана. При таком решении для отверстия В требуется больше пространства, чтобы обеспечить перемещение сердечника клапана. При сравнении можно видеть, что поскольку в данном изобретении сердечник клапана не соединен со штоком клапана, воздействие среды на сердечник клапана не служит причиной для увеличения движущего напора штока клапана. Пространство внутренней полости клапана эффективно используется в качестве пространства для перемещения седла клапана. Следовательно, поскольку габариты трехходового клапана являются относительно небольшими, экономится пространство для установки.
Вышеизложенное представляет собой только некоторые варианты осуществления данного изобретения, при этом специалисту в данной области техники понятно, что возможно внесение модификаций в эти варианты осуществления без отклонения от принципа и сущности основной концепции изобретения. Поэтому объем правовой охраны данного изобретения должен определяться пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.