Клапанный механизм для управления потоком нагревательной или охлаждающей текучей среды

Клапанный механизм содержит корпус (2), имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, и регулирующий клапан (11) давления, расположенный между указанным впускным отверстием и указанным выпускным отверстием и имеющий регулирующий элемент (12) регулирующего клапана и седло (13) регулирующего клапана, причем указанный регулирующий элемент (12) регулирующего клапана соединен с мембраной (15), причем мембрана (15) имеет гибкую часть (17). На радиально внутренней стороне (25) гибкой части (17) мембраны (15) предусмотрено радиально внутреннее пространство (27) для расширения, внутрь которого обеспечена возможность деформации радиально внутренней стороны гибкой части (17). Обеспечивается надежное регулирование потока. 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к клапанному механизму для управления потоком нагревательной или охлаждающей текучей среды, причем указанное клапанный механизм содержит корпус, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, и регулирующий клапан давления, расположенный между указанным впускным отверстием и указанным выпускным отверстием и имеющий регулирующий элемент регулирующего клапана и седло регулирующего клапана, причем указанный регулирующий элемент регулирующего клапана соединен с мембраной.

Подобный клапанный механизм известен, например, из документа EP 2482160 A1.

Регулирующий элемент регулирующего клапана и седло регулирующего клапана образуют основные части регулирующего клапана давления. Регулирующий клапан давления может быть использован для поддержания постоянной разности давлений на регулирующем клапане потока, таким образом поток, проходящий через регулирующий клапан потока, зависит только от расстояния между регулирующим элементом клапана и седлом регулирующего клапана потока.

Регулирующий элемент регулирующего клапана перемещается при изменении разности давлений между обеими сторонами мембраны. Это перемещение изменяет расстояние между регулирующим элементом регулирующего клапана и седлом регулирующего клапана и, следовательно, изменяет дроссельную характеристику регулирующего клапана давления.

Цель, лежащая в основе изобретения, заключается в обеспечении надежного регулирования потока.

Цель достигается за счет клапанного механизма, описанного в начале, при этом на радиально внутренней стороне гибкой части мембраны предусмотрено радиально внутреннее пространство для расширения.

По меньшей мере гибкая часть мембраны выполнена из гибкого материала, например резины или пластикового материала. При присутствии на мембране разности давлений этот материал деформируется. Поскольку пространство для расширения предусмотрено на радиально внутренней стороне гибкой части мембраны, возможна деформация радиально внутренней стороны гибкой части мембраны. Регулирующий элемент регулирующего клапана может перемещаться по существу свободно без демпфирующей функции. Это улучшает регулирование потока и снижает потерю мощностей при трении во время работы.

В варианте осуществления настоящего изобретения на радиально наружной стороне гибкой части мембраны предусмотрено радиально наружное пространство для расширения. При присутствии на мембране разности давлений гибкая часть мембраны может быть деформирована радиально внутрь и в то же время радиально наружу. Это дополнительно улучшает регулирование.

В варианте осуществления настоящего изобретения радиально внутреннее пространство для расширения и радиально наружное пространство для расширения имеют такие размеры, чтобы обеспечить симметрично радиальное расширение гибкой части мембраны. Гибкая часть мембраны имеет по существу часть U-образной формы. Обе ножки U-образной части могут деформироваться, одна ножка радиально внутрь, а другая радиально наружу. Такая симметричная деформация дает хорошие результаты для регулирования.

В варианте осуществления настоящего изобретения радиально внутреннее пространство для расширения имеет большую радиальную ширину, чем радиально наружное пространство для расширения. При перемещении регулирующего элемента регулирующего клапана вследствие разности давлений на мембране радиально наружная часть гибкого участка может соприкасаться с корпусом, при этом при радиальном внутреннем расширении все же обеспечивается свободное перемещение, таким образом, обеспечивая избегание трения и улучшение характеристик регулирования.

В варианте осуществления настоящего изобретения фиксирующий элемент расположен на стороне мембраны, противоположной регулирующему элементу регулирующего клапана, причем фиксирующий элемент ограничивает радиально внутреннее пространство для расширения для радиально внутренней стороны. Фиксирующий элемент представляет собой разновидность упругого зажимного кольца, которое прижимает мембрану к регулирующему элементу регулирующего клапана. Тем не менее, фиксирующий элемент не занимает внутреннее пространство для расширения.

В варианте осуществления настоящего изобретения фиксирующий элемент содержит часть пластинчатой формы, закрепляющую мембрану на регулирующем элементе регулирующего клапана, и кольцевую стенку, при этом наружный диаметр стенки, по меньшей мере в части ее осевой длины, меньше наружного диаметра части пластинчатой формы. Таким образом, фиксирующий элемент содержит выемку на его окружности. Эта выемка приспособлена для радиально внутреннего пространства для расширения.

В варианте осуществления настоящего изобретения стенка содержит опорный элемент мембраны, расположенный в части, удаленной от части пластинчатой формы. Опорный элемент мембраны используется для защиты мембраны при возникновении высоких разностей давлений на мембране.

В варианте осуществления настоящего изобретения опорный элемент мембраны имеет больший наружный диаметр, чем часть пластинчатой формы. Опорный элемент мембраны поддерживает мембрану не только с радиально внутренней стороны, но и в нижней части, по меньшей мере частично.

В варианте осуществления настоящего изобретения опорный элемент мембраны содержит радиальный выступ, проходящий в направлении по окружности стенки. Это простой способ реализации опорного элемента мембраны.

В варианте осуществления настоящего изобретения опорный элемент мембраны содержит наклонную опорную поверхность. Таким образом, существует возможность того, что мембрана ровно прилегает к опорному элементу мембраны.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения более детально описан ниже со ссылкой на графические материалы, на которых:

на фиг. 1 схематически показана часть клапанного механизма, и

на фиг. 2 показан подробный вид A по фиг. 1.

На фиг. 1 показан клапанный механизм 1, содержащий корпус 2. Корпус 2 имеет впускное отверстие 3 и выпускное отверстие 4. Выпускное отверстие 4 соединено с выпускной трубой 5.

Регулирующий клапан, содержащий регулирующий элемент 6 регулирующего клапана и седло 7 регулирующего клапана, расположен между впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4. Регулирующий элемент 6 регулирующего клапана соединен со шпинделем 8, который нагружен в направлении открытия за счет пружины 9 регулирующего клапана. Шпиндель 8 может быть приведен в действие посредством термостатического привода (не показан) посредством стержня 10. Однако для приведения в действие шпинделя могут использоваться другие средства.

При перемещении регулирующего элемента 6 регулирующего клапана в направлении к седлу 7 регулирующего клапана поток из впускного отверстия 3 в выпускное отверстие 4 регулируют посредством дросселя. При перемещении регулирующего элемента 6 регулирующего клапана в направлении от седла 7 регулирующего клапана сопротивление потоку регулирующего клапана снижается.

Регулирующий клапан 11 давления расположен между впускным отверстием 3 и регулирующим клапаном 6, 7 потока. Регулирующий клапан 11 давления содержит регулирующий элемент 12 регулирующего клапана давления, взаимодействующий с седлом 13 регулирующего клапана. На фиг. 1 и 2 показан регулирующий клапан 11 давления в открытом состоянии.

Регулирующий элемент 12 регулирующего клапана давления нагружен за счет пружины 14 в направлении открытия, т.е. в направлении от седла 13 регулирующего клапана.

Регулирующий элемент 12 регулирующего клапана соединен с мембраной 15 посредством фиксирующего элемента 16 (фиг. 2). Мембрана 15 имеет гибкую часть 17, в которой мембрана 15 может быть деформирована при перемещении регулирующего элемента 12 регулирующего клапана. Регулирующий элемент 12 регулирующего клапана давления перемещается, если сила, возникающая из-за разности давлений на мембране 15, не равна силе, образованной пружиной 14. Регулирующий элемент 12 регулирующего клапана давления перемещается, пока соответствующие силы не сбалансируются снова.

Регулирующий клапан 11 давления содержит каркасный корпус 18. Седло 13 регулирующего клапана является частью корпуса 18. Наибольшая часть длины регулирующего элемента 12 регулирующего клапана расположена в корпусе 18. Пружина 14 расположена между корпусом 18 и регулирующим элементом 12 регулирующего клапана.

Впускное отверстие 3 находится в связи по текучей среде с внутренней частью 19 корпуса. Таким образом, давление текучей среды впускного отверстия 3 присутствует со стороны 20 мембраны 15. Для упрощения следующего объяснения эта сторона 20 называется «верхней стороной».

Соединительный канал 22 расположен между выпускным отверстием 4 и камерой 23. Давление в камере 23 присутствует с другой стороны 24 мембраны 15. Эта другая сторона 24 называется «нижней стороной».

Гибкая часть 17 мембраны имеет часть U-образной формы. Эта форма U имеет радиально внутреннюю сторону 25 и радиально наружную сторону 26. Радиально внутреннее пространство 27 для расширения предусмотрено на радиально внутренней стороне 25 гибкой части 17 мембраны 15. Радиально наружное пространство 28 для расширения предусмотрено на радиально наружной стороне 26 гибкой части 17 мембраны 15.

Когда на гибкой части 17 мембраны 15 присутствует разность давлений, причем давление на верхней стороне 20 больше давления на нижней стороне 24, гибкая часть 17 мембраны 15 «разбухает», т.е. обе ножки гибкой части 17 могут быть деформированы, при этом радиально внутренняя часть может быть деформирована в радиально внутреннее пространство 27 для расширения, а радиально наружная часть может быть деформирована в радиально наружное пространство 28 для расширения. Деформация гибкой части 17 может быть симметричной относительно радиальной середины между двумя частями или ножками. Такая конструкция обеспечивает беспрепятственную работу регулирующего клапана 11 давления без какой-либо демпфирующей функции. Это улучшает регулирование непрерывного потока и снижает потерю мощностей при трении во время работы.

Однако существует возможность, что радиальная ширина радиально внутреннего пространства 27 для расширения немного больше радиальной ширины радиально наружного пространства 28 для расширения.

Фиксирующий элемент 16 содержит часть 29 пластинчатой формы, с помощью которой мембрана 15 прижимается к регулирующему элементу 12 регулирующего клапана. Кроме того, фиксирующий элемент 16 содержит кольцевую стенку 30. Кольцевая стенка 30 немного сдвинута радиально внутрь относительно радиального наружного края 31 элемента 29 пластинчатой формы, таким образом, в выемке образовано радиально внутреннее пространство 27 для расширения. Стенка 30 ограничивает радиально внутреннее пространство 27 для расширения в пределах радиально внутренней стороны. Однако радиально внутреннее пространство 27 для расширения является достаточно большим, чтобы вместить радиально внутреннюю ножку U-образной части гибкой части 17 мембраны 15 при возникновении соответствующей разности давлений.

Стенка 30 содержит опорный элемент 32 мембраны в части, удаленной от элемента 29 пластинчатой формы. Опорный элемент 32 мембраны может предпочтительно находиться на нижнем конце стенки 30, т.е. конце, удаленном от регулирующего элемента 12 регулирующего клапана.

Опорный элемент мембраны содержит или выполнен в форме радиального выступа 33. Радиальный выступ 33 может непрерывно проходить в направлении по окружности стенки 33. Однако также возможно, что этот выступ 33 прерывается в направлении по окружности. Опорный элемент 32 мембраны содержит наклонную опорную поверхность 34 со стороны, обращенной к гибкой части 17 мембраны 15.

Наружный диаметр опорного элемента 32 мембраны больше наружного диаметра части 29 пластинчатой формы фиксирующего элемента 16.

Если камера 23 имеет диаметр, практически равный диаметру стенки 30, можно исключить выступ 33 (в этом решении все равно предусмотрена необходимая опора мембраны).

Когда регулирующий клапан 11 давления открыт (как показано на графических материалах) и возникшая разность давлений мембраны 15 приводит к закрытию регулирующего клапана 11 давления, вследствие этой разности давлений немного деформируется гибкая часть 17 мембраны. Однако такая деформация не приводит к трению, поскольку две ножки U-образной части гибкой части 17 мембраны 15 могут свободно вытягиваться в пространства 27, 28 для расширения.

Если разность давлений достаточна большая, гибкая часть 17 деформируется таким образом, что она упирается в опорный элемент 32 мембраны и в часть корпуса 2.

1. Клапанный механизм (1) для управления потоком нагревательной или охлаждающей текучей среды, причем указанный клапанный механизм (1) содержит: корпус (2), имеющий впускное отверстие (3) и выпускное отверстие (4), и регулирующий клапан (11) давления, расположенный между указанным впускным отверстием (3) и указанным выпускным отверстием (4) и имеющий регулирующий элемент (12) регулирующего клапана и седло (13) регулирующего клапана, причем указанный регулирующий элемент (12) регулирующего клапана соединен с мембраной (15), при этом указанная мембрана (15) имеет гибкую часть (17), отличающийся тем, что на радиально внутренней стороне (25) гибкой части (17) мембраны (15) предусмотрено радиально внутреннее пространство (27) для расширения, внутрь которого обеспечена возможность деформации радиально внутренней стороны гибкой части (17).

2. Клапанный механизм по п. 1, отличающийся тем, что радиально наружное пространство (28) для расширения предусмотрено на радиально наружной стороне (26) гибкой части (17) мембраны (15).

3. Клапанный механизм по п. 2, отличающийся тем, что радиально внутреннее пространство (27) для расширения и радиально наружное пространство (28) для расширения имеют такие размеры, чтобы обеспечить симметричное радиальное расширение гибкой части (17) мембраны (15).

4. Клапанный механизм по п. 2 или 3, отличающийся тем, что радиально внутреннее пространство (27) для расширения имеет большую радиальную ширину, чем радиально наружное пространство (28) для расширения.

5. Клапанный механизм по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что фиксирующий элемент (16) расположен на стороне мембраны (15), противоположной регулирующему элементу (12) регулирующего клапана, при этом фиксирующий элемент (16) ограничивает радиально внутреннее пространство (27) для расширения в пределах радиально внутренней стороны.

6. Клапанный механизм по п. 5, отличающийся тем, что фиксирующий элемент (16) содержит часть (29) пластинчатой формы, закрепляющую мембрану (15) на регулирующем элементе (12) регулирующего клапана, и кольцевую стенку (30), при этом наружный диаметр стенки (30), по меньшей мере в части ее осевой длины, меньше наружного диаметра части (29) пластинчатой формы.

7. Клапанный механизм по п. 6, отличающийся тем, что стенка (30) содержит опорный элемент (32) мембраны в части, удаленной от части (29) пластинчатой формы.

8. Клапанный механизм по п. 7, отличающийся тем, что опорный элемент (32) мембраны расположен на конце стенки (30).

9. Клапанный механизм по п. 7 или 8, отличающийся тем, что опорный элемент (32) мембраны имеет больший наружный диаметр, чем часть (29) пластинчатой формы.

10. Клапанный механизм по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что опорный элемент (32) мембраны содержит радиальный выступ (33), проходящий в направлении по окружности стенки (30).

11. Клапанный механизм по любому из пп. 7-10, отличающийся тем, что опорный элемент (32) мембраны содержит наклонную опорную поверхность (34).