Затворный узел управляющего клапана, содержащий клетку с ромбовидными отверстиями
Гидравлический клапан содержит корпус клапана (12), имеющий отверстие для впуска жидкости (14) и отверстие для выпуска жидкости (16), соединенные перепускным жидкостным каналом (18). Седло клапана (24) расположено внутри перепускного жидкостного канала. Гидравлический элемент управления (26) подвижно расположен внутри перепускного жидкостного канала, причем гидравлический элемент управления взаимодействует с затворным узлом (20) для управления потоком жидкости через перепускной жидкостный канал. Затворный узел содержит клетку (22), которая имеет множество ромбовидных отверстий (40), расположенных в ее стенке (38). Множество отверстий клетки (40) может содержать одно или более ромбовидных отверстий (42). Продольная ось (60) ромбовидного отверстия (42) ориентирована параллельно продольной оси (62) клетки (22). Между ромбовидными отверстиями (42) сформирована решетка (70). Решетка (70) может содержать первую ножку (72), вторую ножку (74), третью ножку (76) и четвертую ножку (78), которые пересекаются в центральной зоне (80). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к управляющим клапанам, содержащим затворный узел с зоной интенсивного потока и, в частности, к затворным узлам, содержащим клетку с ромбовидными отверстиями.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Гидравлические клапаны управляют потоком жидкости из одного расположения в другое. Когда гидравлический клапан находится в закрытом положении, предотвращается перетекание жидкости под высоким давлением, находящейся с одной стороны в зону более низкого давления с другой стороны клапана. Часто гидравлические клапаны содержат подвижный гидравлический управляющий элемент и седло определенного типа, взаимодействующее с этим гидравлическим управляющим элементом, для регулировки потока жидкости через клапан. В некоторых случаях может потребоваться изменение характеристик жидкости при ее течении через клапан, например, для снижения шума. В этих случаях можно использовать затворный узел, который содержит клетку с множеством отверстий. Отверстиям можно придавать такие формы и размеры, чтобы иметь возможность определять поток жидкости через затворный узел. Во время нормальной работы потребности системы можно удовлетворить ограниченным перемещением гидравлического управляющего элемента. Тем не менее, в период высокого потребления или помпажной работы отверстия клетки могут ограничивать поток жидкости через затворный узел до уровня ниже, чем это требуются помпажными условиями, поскольку эти отверстия просто не имеют достаточной пропускной способности для соответствия потребностям помпажной работы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Гидравлический клапан содержит корпус клапана, имеющий отверстия для впуска жидкости и выпуска жидкости, соединенные перепускным жидкостным каналом. Затворный узел расположен внутри перепускного жидкостного канала, при этом затворный узел содержит клетку и седло клапана. Гидравлический управляющий элемент подвижно располагается внутри перепускного жидкостного канала и внутри клетки, при этом гидравлический управляющий элемент взаимодействует с седлом клапана для регулировки потока жидкости через перепускной жидкостный канал. Клетка имеет множество отверстий ромбовидной формы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0004] ФИГ. 1 представляет собой вид поперечного сечения управляющего клапана, содержащего затворный узел, изготовленный в соответствии с идеями изобретения;
[0005] ФИГ. 2 иллюстрирует вид крупным планом клетки затворного узла из ФИГ. 1;
[0006] ФИГ. 3 иллюстрирует вид крупным планом альтернативного варианта реализации затворного узла из ФИГ. 1; и
[0007] ФИГ. 4 иллюстрирует вид поперечного сечения клетки из ФИГ. 3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Описанные в данном документе затворные узлы эффективно обеспечивают большое увеличение проходного сечения потока при минимальном перемещении гидравлического управляющего элемента, такого как пробка клапана. Описанные затворные узлы могут быть использованы в качестве самостоятельных затворных узлов, либо описанные отверстия клетки могут комбинироваться с другими затворными узлами для получения затворных узлов, которые определяют поток жидкости, и при этом имеют антипомпажную способность. Описанные отверстия клетки улучшают радиальную прочность клетки, что дает возможность использовать описанные затворные узлы в работах при высоких перепадах давления, таких как операции подавления пульсаций компрессора. Описанные затворные узлы могут быть особенно полезны в управляющих клапанах со скользящим штоком.
[0009] Кроме того, описанные затворные узлы обеспечивают управляющие клапаны, которые имеют клетки меньшие, относительно известных затворных узлов, и, следовательно, описанные затворные узлы можно использовать в управляющих клапанах с меньшими корпусами клапанов. Хотя эти клетки, в общем случае, меньше известных клеток для данных применений, описанные клетки содержат область высокой пропускной способности потока, поскольку имеют сечение потока, которое быстро увеличивается при заданном перемещении пробки клапана. Поэтому описанные затворные узлы особенно полезны в двухступенчатых затворных узлах, где первая ступень включает схему высверленных отверстий и дросселирует (или определяет) поток жидкости в нормальном диапазоне потребления, а вторая ступень имеет отверстия специальной формы или проходы, чтобы обеспечивать большое увеличение сечения потока при минимальных увеличениях перемещения стержня клапана, для создания возможности быстрого увеличения потока жидкости в условиях высокого потребления.
[0010] На ФИГ. 1 видно, что управляющий клапан 10 содержит корпус клапана 12, который имеет отверстие для впуска жидкости 14 и отверстие для выпуска жидкости 16, соединенные перепускным жидкостным каналом 18. Затворный узел 20 расположен внутри корпуса клапана 12 между отверстием для впуска жидкости 14 и отверстием для выпуска жидкости 16. Затворный узел 20 содержит клетку 22 и седло 24. Гидравлический управляющий элемент, такой как пробка 26, располагается внутри клетки 22, и пробка 26 взаимодействует с седлом 24 для управления потоком жидкости через корпус клапана 12. Стержень 28 соединен с пробкой 26 одним концом и с исполнительным приводом 30 другим концом. Исполнительный привод 30 управляет движением пробки 26 внутри клетки 22.
[0011] Как проиллюстрировано на ФИГ. 2, один из вариантов реализации клетки 22 включает седло 24 на первом конце 32 и отверстие 34 на втором конце 36. Стенка клетки 38 проходит между первым концом 32 и вторым концом 36, при этом стенка 38 формирует полое центральное отверстие, внутри которого скользит пробка клапана 26 для управления потоком жидкости через клетку 22. В стенке клетки 38 образовано множество отверстий 40. Множество отверстий клетки 40 может содержать одно или более ромбовидных отверстий 42. Ромбовидные отверстия 42 могут иметь первый край 44 и второй край 46, которые формируют первое пересечение 48. Первый край 44 и второй край 46 могут образовывать первый угол 50, составляющий около 30 градусов. Предпочтительно, первый угол 50 может находиться в диапазоне от около 10 градусов до около 80 градусов, более предпочтительно, от 20 градусов до 60 градусов, и еще более предпочтительно, от 25 градусов до 40 градусов. Первый угол 50 в описанных диапазонах преимущественно дает возможность размещения ромбовидных отверстий 42 с высокой плотностью в стенке клетки 38.
[0012] Ромбовидное отверстие 42 может также иметь третий край 52 и четвертый край 54, которые образуют второе пересечение 56. Второе пересечение 56 может образовывать второй угол 58, величина которого находится в тех же диапазонах, которые описаны выше для первого угла 50. Линия между первым пересечением 48 и вторым пересечением 56 определяет продольную ось 60 ромбовидного отверстия 42. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на ФИГ. 2, продольная ось 60 ориентирована практически параллельно продольной оси 62 клетки 22. В других вариантах реализации изобретения продольная ось 60 может быть ориентирована практически перпендикулярно к продольной оси 62 клетки.
[0013] Ромбовидное отверстие 42 может опционально иметь первую плоскую кромку 64, соединяющую первый край 44 и третий край 52, и вторую плоскую кромку 66, соединяющую второй край 46 и четвертый край 54. Если первое ромбовидное отверстие 42' и второе ромбовидное отверстие 42ʺ расположены с примыканием друг к другу, то вторая плоская кромка 66' первого ромбовидного отверстия 42' может быть расположена с примыканием к первой плоской кромке 64ʺ второго ромбовидного отверстия 42ʺ, и наоборот. В результате, между отдельными ромбовидными отверстиями 42 из множества ромбовидных отверстий 40 может быть сформирована решетка 70. Решетка 70 может содержать множество X-образных перемычек 71, имеющих первую ножку 72, вторую ножку 74, третью ножку 76 и четвертую ножку 78, которые пересекаются в центральной зоне 80. Решетка 70 придает клетке 22 радиальную прочность в зоне расположения множества ромбовидных отверстий 40. В некоторых вариантах реализации изобретения первая ножка 72, вторая ножка 74, третья ножка 76 и четвертая ножка 78 могут иметь толщину 79 в диапазоне от около 1 мм до около 25 мм, более предпочтительно, в диапазоне от около 5 мм до около 20 мм, и еще более предпочтительно, в диапазоне от около 10 мм до около 20 мм. Толщина в указанных диапазонах приводит к практически оптимальному согласованию между радиальной прочностью и увеличенным сечением потока.
[0014] В варианте реализации изобретения по ФИГ. 2, множество ромбовидных отверстий 40 может быть отделено от седла 24 первым расстоянием 82. Аналогично, множество ромбовидных отверстий 40 может быть отделено от второго конца 36 клетки 22 вторым расстоянием 84. Первое и второе расстояния 82, 84 ограничивают множество отверстий 40 зоной интенсивного потока 86. В других вариантах реализации изобретения множество ромбовидных отверстий 40 может подходить вплотную к первому концу 32, второму концу 34 или к обоим.
[0015] Как проиллюстрировано на ФИГ. 3, другой вариант реализации клетки 122 может содержать множество ромбовидных отверстий 40. По меньшей мере одно ромбовидное отверстие 142 может иметь форму, описанную выше со ссылкой на ФИГ. 2. Множество ромбовидных отверстий 40 создает зону интенсивного потока 186. В стенке клетки 138 может быть сформировано множество определяющих поток отверстий, такое как множество шумопоглощающих отверстий 188. Множество шумопоглощающих отверстий 188 может содержать одно или более круглых отверстий 190, которые определяют поток через клапан в процессе нормальной работы. Таким образом, множество шумопоглощающих отверстий 188 создает зону типичного потока 190. Переходная зона 192 сформирована между зоной интенсивного потока 186 и зоной типичного потока 190. Во время нормальной работы жидкость может протекать через множество шумопоглощающих отверстий 188 в зоне типичного потока 190. Когда спрос потребляющей стороны превышает пропускную способность зоны типичного потока 190, как при работе в помпажных условиях, пробка клапана 26 (ФИГ. 1) открывается достаточно, чтобы дать возможность жидкости начать протекать через множество ромбовидных отверстий 140 в зоне интенсивного потока 186. В некоторых вариантах реализации изобретения участки ромбовидных отверстий 142 могут перекрываться с частями шумопоглощающих отверстий 190 в переходной зоне 192 для осуществления плавного перехода между поглощением шума (или другого параметра потока) и работой в помпажных условиях. Как описано выше, множество ромбовидных отверстий 140 обеспечивает клетке 122 высокую пропускную способность, в то же время сохраняя радиальную прочность клетки 122 в ситуациях с большим перепадом давления.
[0016] ФИГ. 4 иллюстрирует вид поперечного сечения клетки 122, из ФИГ. 3. Множество ромбовидных отверстий 140 располагаются ближе ко второму концу 136 клетки 122, чем множество шумопоглощающих отверстий 188. Стенка клетки 138 содержит выемку или углубленный участок 194 вблизи от множества ромбовидных отверстий 140. Этот углубленный участок 194 дополнительно увеличивает поток через зону интенсивного потока 186.
[0017] Хотя в данном документе были описаны определенные затворные узлы и управляющие клапаны в соответствии с идеями настоящего изобретения, объем приложенной формулы изобретения ими не ограничивается. Напротив, формула охватывает все варианты реализации идей изобретения, представленных в данном описании, вполне попадающих в объем допускаемых эквивалентов.
1. Гидравлический клапан, содержащий:
корпус клапана, имеющий отверстия для впуска жидкости и выпуска жидкости, соединенные перепускным жидкостным каналом;
затворный узел, расположенный внутри перепускного жидкостного канала; и
гидравлический элемент управления, подвижно расположенный внутри перепускного жидкостного канала, причем гидравлический элемент управления взаимодействует с затворным узлом для управления потоком жидкости через перепускной жидкостный канал;
при этом затворный узел содержит клетку, которая имеет седло клапана на одном конце и первое множество ромбовидных отверстий, расположенных в стенке клетки,
при этом первое множество ромбовидных отверстий содержит первый ряд ромбовидных отверстий, расположенных рядом друг с другом вокруг окружности клетки, причем каждое ромбовидное отверстие первого ряда имеет продольную ось, которая параллельна продольным осям других ромбовидных отверстий первого ряда и параллельна продольной оси клетки, и второй ряд ромбовидных отверстий, расположенных рядом друг с другом вокруг окружности клетки, причем каждое ромбовидное отверстие второго ряда имеет продольную ось, которая параллельна продольным осям других ромбовидных отверстий второго ряда и параллельна продольной оси клетки, причем продольные оси ромбовидных отверстий первого ряда смещены относительно продольных осей ромбовидных отверстий второго ряда, тем самым образуя между ромбовидными отверстиями решетку материала, имеющую первую ножку, вторую ножку, третью ножку и четвертую ножку, пересекающиеся в центральной зоне.
2. Гидравлический клапан по п. 1, отличающийся тем, что клетка содержит второе множество отверстий, причем по меньшей мере одно отверстие из второго множества имеет форму, отличную от ромбовидной.
3. Гидравлический клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере одно отверстие во втором множестве отверстий имеет круглую форму.
4. Гидравлический клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одно отверстие во втором множестве отверстий расположено ближе к седлу клапана, чем первое множество отверстий.
5. Гидравлический клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первое множество отверстий перекрывается со вторым множеством отверстий в переходной зоне стенки клетки.
6. Гидравлический клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что стенка клетки содержит углубленную часть вблизи от первого множества отверстий.
7. Гидравлический клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одно ромбовидное отверстие из множества ромбовидных отверстий ориентировано в направлении, практически перпендикулярном продольной оси клетки.
8. Гидравлический клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере одно отверстие из первого множества отверстий содержит первую часть и вторую часть, причем первая часть имеет первый край и второй край, при этом первый край и второй край образуют первое пересечение.
9. Гидравлический клапан по п. 8, отличающийся тем, что пересечение образует угол в диапазоне от около 10 градусов до около 80 градусов.
10. Гидравлический клапан по любому из пп. 8 или 9, отличающийся тем, что вторая часть содержит третий край и четвертый край, образующие второе пересечение.
11. Гидравлический клапан по любому из пп. 8 или 9, отличающийся тем, что первый край и третий край соединены плоским сегментом, который практически параллелен продольной оси отверстия.
12. Клетка для затворного узла управляющего клапана, содержащая:
корпус клетки, имеющий проем на одном конце, и стенку, начинающуюся от проема; и
множество ромбовидных отверстий, расположенных в стенке, при этом первое множество ромбовидных отверстий содержит первый ряд ромбовидных отверстий, расположенных рядом друг с другом вокруг окружности клетки, причем каждое ромбовидное отверстие первого ряда имеет продольную ось, которая параллельна продольным осям других ромбовидных отверстий первого ряда и параллельна продольной оси клетки, и второй ряд ромбовидных отверстий, расположенных рядом друг с другом вокруг окружности клетки, причем каждое ромбовидное отверстие второго ряда имеет продольную ось, которая параллельна продольным осям других ромбовидных отверстий второго ряда и параллельна продольной оси клетки, причем продольные оси ромбовидных отверстий первого ряда смещены относительно продольных осей ромбовидных отверстий второго ряда, тем самым образуя между ромбовидными отверстиями решетку материала, имеющую первую ножку, вторую ножку, третью ножку и четвертую ножку, пересекающиеся в центральной зоне.
13. Клетка по п. 12, дополнительно содержащая множество круглых отверстий.
14. Клетка по любому из пп. 12 или 13, отличающаяся тем, что множество ромбовидных отверстий более удалены от седла клапана, чем множество круглых отверстий.
15. Клетка по любому из пп. 12 или 13, отличающаяся тем, что множество ромбовидных отверстий перекрывается с множеством круглых отверстий в переходной зоне.
