Клапанное устройство
Изобретение относится к клапанному устройству для газообразной среды, имеющему корпус клапана с отверстием, сквозь которое протекает в направлении движения потока среда. Отверстие ограничено окружной поверхностью в корпусе клапана. Перегородка расположена в зазоре внутри корпуса клапана с возможностью перемещения перпендикулярно направлению потока, чтобы влиять на поток посредством отверстия. Зазор разделяет окружную поверхность на часть окружной поверхности на стороне входа и часть окружной поверхности на стороне выхода. Часть окружной поверхности на стороне выхода имеет обращенный к перегородке первый край и противоположный перегородке второй край. Клапанное устройство содержит один геометрический элемент, выполненный для обеспечения неравномерности первого края. Техническим результатом является создание клапанного устройства, при работе которого достигается снижение шумности. 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
[001] Настоящее изобретение относится к клапанному устройству для газообразной среды, имеющему корпус клапана с отверстием, сквозь которое протекает в направлении движения потока среда, ограниченным окружной поверхностью в корпусе клапана, и перегородку, которая расположена в зазоре внутри корпуса клапана с возможностью перемещения перпендикулярно направлению движения потока, чтобы влиять на поток через отверстие, причем зазор разделяет окружную поверхность на часть окружной поверхности на стороне входа и часть окружной поверхности на стороне выхода, причем часть окружной поверхности на стороне выхода имеет обращенный к перегородке первый край и противоположный перегородке второй край.
[002] Клапанные устройства вышеупомянутого вида общеизвестны. Они используются для регулирования расхода, например газообразной среды, сквозь отверстие. Это регулирование происходит вследствие того, что в результате перемещения перегородки перпендикулярно направлению движения потока изменяется проходимое потоком поперечное сечение отверстия.
[003] При работе такие клапанные устройства очень сильно шумят, особенно в диапазоне примерно от 40% до 100% хода перегородки.
[004] Частично, такой отчетливый шум нежелателен для многих случаев применения.
[005] На этом фоне задача данного изобретения состоит, в частности, в усовершенствовании указанного вначале клапанного устройства таким образом, что достигается снижение шумности.
[006] Эта задача решена, в частности, посредством придания первому краю по меньшей мере одного геометрического элемента, выполненного для обеспечения неравномерности первого края.
[007] Изобретатели неожиданно выяснили, что обеспечение неравномерности первого края приводит к понижению уровня шума при прохождении газообразной среды через отверстие. Очевидно, "слом" симметрии потока приводит к тому, что изменяется также вызывающая шум стоячая волна давления.
[008] В этом контексте под термином "край" следует понимать крайнюю область, которая соединяет друг с другом две поверхности, расположенные по существу перпендикулярно друг другу. Следовательно, "край" нужно понимать не как одну только геометрическую линию, но он может также представлять собой область.
[009] Особенно предпочтительно, что этот по меньшей мере один геометрический элемент выполнен в виде открытой в направлении первого края выемки в части окружной поверхности на стороне выхода. Предпочтительно имеются несколько таких выемок.
[0010] Этот геометрический элемент или несколько геометрических элементов приводят к тому, что первый край приобретает неравномерные очертания, которые предотвращают образование симметричной формы потока.
[0011] В качестве альтернативы или дополнения возможно также выполнение геометрического элемента в виде по меньшей мере одного предусмотренного на первом крае выступа, который предпочтительно выступает внутрь отверстия.
[0012] Вследствие этого обтекаемый потоком край также изменяется в отношении его геометрических характеристик, так что это также препятствует образованию симметричного потока.
[0013] Особенно предпочтительна гибкость такого геометрического элемента, т.е. его выполнение из гибкого материала, например резины.
[0014] Применение гибкого материала показало себя предпочтительным в отношении снижения шума.
[0015] В качестве альтернативы или дополнения возможно выполнение геометрического элемента в виде расположенного в зазоре предпочтительно гибкого элемента, который выступает в отверстие. Особенно предпочтителен геометрический элемент, представляющий собой часть концевого уплотнения для перегородки.
[0016] Этот геометрический элемент также показал себя как особенно предпочтительный и, кроме того, его реализация требует очень малых затрат, поскольку такое концевое уплотнение для перегородки так или иначе должно иметься.
[0017] В следующем предпочтительном варианте осуществления корпус клапана выполнен в виде литой детали, и геометрический элемент представляет собой составную часть литой детали.
[0018] Преимущество этого решения состоит в том, что формирование геометрического элемента, необходимого для снижения шума, возможно очень простым способом уже при производстве литой детали корпуса клапана. Следовательно, не требуются дополнительные этапы обработки.
[0019] Разумеется, допустимо также и изготовление корпуса клапана в процессе литья с последующим формированием геометрических элементов в операции обработки резанием. Преимущество такого решения состояло бы в том, что требовалась бы только одна литейная форма для обеих пластин корпуса.
[0020] В предпочтительном варианте усовершенствования изобретения перегородка имеет нижнюю кромку, выполненную в дугообразной форме, предпочтительно в форме части окружности или части эллипса.
[0021] Кроме того, геометрический элемент предпочтительно предусмотрен на участке окружной поверхности, соседствующем с той областью зазора, в которую входит перегородка при закрытии отверстия.
[0022] Т.е., другими словами, геометрический элемент предусмотрен в той области отверстия, которая на протяжении почти всего рабочего диапазона клапанного устройства находится в потоке. Особенно предпочтительно расположение геометрического элемента в той области окружной поверхности, которая находится в потоке, когда перегородка открыта на 60% (100% означает полностью открытое положение), предпочтительно на 40%, особенно предпочтительно на 20%.
[0023] Изобретение представляет особенный интерес для регулировочного золотникового клапана с перегородкой, предназначенного для регулирования расхода газа.
[0024] Подразумевается, что признаки, указанные выше и разъясняемые ниже, применимы без выхода за рамки настоящего изобретения не только в каждом из указанных сочетаний, но и в других сочетаниях или по отдельности.
[0025] Дальнейшие преимущества и варианты осуществления изобретения следуют из описания и прилагаемых чертежей, на которых:
[0026] фигура 1A - схематичное изображение клапанного устройства согласно изобретению;
[0027] фигура 1B - схематичное изображение клапанного устройства по ФИГ. 1A, вид с другой стороны;
[0028] фигура 2A - схематичное изображение фрагмента корпуса клапана;
[0029] фигура 2B - схематичное изображение корпуса клапана, показанного на фигуре 2A, в другом ракурсе;
[0030] фигура 3A - схематичное аксонометрическое изображение клапанного устройства согласно уровню техники; и
[0031] фигура 3B - схематичное изображение клапанного устройства по ФИГ. 3A на виде спереди.
[0032] На фигуре 3A представлен и обозначен 10 клапан в значительно упрощенном, схематичном аксонометрическом изображении. Для упрощения показаны только очень немногие конструктивные элементы клапана. Возможно, например, выполнение клапана 10 в виде регулировочного золотникового клапана 12 с перегородкой.
[0033] Клапан 10 включает в себя корпус 14 клапана, который состоит по меньшей мере из двух пластин 16, 18 корпуса, соединенных друг с другом разъемным образом.
[0034] В корпусе 14 клапана и вместе с тем в обеих пластинах 16, 18 корпуса предусмотрено отверстие 20, предпочтительно отверстие круглой формы, сквозь которое должна протекать газообразная среда. Предусмотренное направление движения потока показано на фигуре 3A стрелкой S.
[0035] Отверстие 20 в корпусе 14 клапана ограничивается в радиальном направлении, т.е. под прямым углом к направлению S движения потока, окружной поверхностью 22. Окружная поверхность 22 предпочтительно проходит параллельно направлению S движения потока.
[0036] Окружная поверхность 22 делится, при рассмотрении в направлении S движения потока, на две части 24, 26 окружной поверхности, выполненные в обеих пластинах 16, 18 корпуса. Часть 24 окружной поверхности обозначается как часть окружной поверхности на стороне входа, а часть 26 окружной поверхности - как часть окружной поверхности на стороне выхода, что обусловлено направлением S движения потока.
[0037] Для регулирования расхода среды, предпочтительно газа, через отверстие 20 предусмотрена перегородка 30. Перегородка 30 выполнена в виде пластины и удерживается между обеими пластинами 16, 18 корпуса с возможностью перемещения перпендикулярно направлению S движения потока. Для этого между обеими пластинами 16, 18 корпуса предусмотрен зазор 32, в котором удерживается перегородка 30. Перемещение перегородки 30 позволяет полностью открывать и полностью закрывать отверстие 20. В показанном на фигуре 3A примере перегородка 30 закрыта примерно на 60%.
[0038] Обе части 24, 26 окружной поверхности отделены друг от друга зазором 32, так что в части 26 окружной поверхности на стороне выхода, при рассмотрении в направлении S движения потока, образуется край 36. Этот край 36 представляет собой область соединения между частью 26 окружной поверхности, проходящей параллельно направлению S движения потока, и проходящей перпендикулярно ей поверхности пластины корпуса 16.
[0039] Хотя в изображении, показанном на фигуре 3A, край 36 имеете форму линии, в контексте данного описания под термином "край" следует понимать также области поверхности, которые образуют соединение между обеими поверхностями, то есть между частью окружной поверхности и проходящей перпендикулярно ей поверхностью пластины корпуса.
[0040] Часть 26 окружной поверхности имеет еще один край 38, который следует за первым краем 36 при рассмотрении в направлении S движения потока.
[0041] Как следует еще из фигуры 3B, зазор 32, и тем самым также приемное пространство для перегородки 30, ограничивается по бокам направляющими поверхностями 40, 42, в которых перегородка, с одной стороны, проводится для перемещения и, с другой стороны, уплотнена соответствующими уплотнениями. В нижней области корпуса 14 клапана в зазоре 32 предусмотрено уплотнение или, соответственно, концевое уплотнение 44, форма которого подогнана к форме обращенного к нему края перегородки 30. В закрытом состоянии нижний край, который обозначен цифрой 46, прилегает с уплотняющим действием.
[0042] В данном варианте осуществления край 46 перегородки имеет дугообразную форму, предпочтительно форму части окружности или части эллипса.
[0043] При эксплуатации клапана 10 среда, предпочтительно газ, протекает сквозь отверстие 20, например, частично закрытое, причем поток проходит также через первый край 36.
[0044] Изобретатели неожиданно установили, что первый край 36 является причиной очень сильного шума. У симметричного края 36 возникает стоячая волна, которая вызывает возникновение шума.
[0045] Теперь на первом крае 36 в части 26 окружной поверхности на стороне выхода, в частности, в ее нижней области, для снижения шумности предусмотрены один или более геометрических элементов, которые нарушают симметрию края 36. Т.е., другими словами, линии края 36, по меньшей мере в определенной области 26 окружной поверхности, обеспечивают неравномерность . При этом термин "нижняя область" обозначает ту область части 26 окружной поверхности, которая находится напротив нижнего края 46 перегородки 30. „Нижняя область" представляет собой, в частности, ту область части 26 окружной поверхности, которая остается свободной или, соответственно, обтекается потоком, то есть не покрыта перегородкой, при открытии перегородки на 60%, предпочтительно максимально на 40%.
[0046] В качестве предусматриваемых геометрических элементов возможны самые разные элементы, оказывающие влияние на поток в этой области. Так, в качестве геометрических элементов могут быть предусмотрены, например, выступы в части 26 окружной поверхности, которые выдаются в отверстие 20. Посредством этих выступов изменяется форма края 36, обтекаемого потоком.
[0047] В качестве особенно предпочтительного геометрического элемента выявлено предусмотренное в части 26 окружной поверхности углубление, которое выполнено c открытыми кромками в области первого края 36. Такой вариант осуществления представлен на фигуре 1A.
[0048] Из соображений упрощения на фигурах 1A, B и 2A, B для тех же самых деталей, что и на фигурах 3A, B, используются те же самые обозначения, так что повторное разъяснение об этих деталях излишне.
[0049] На фигуре 1A выемка в части 26 окружной поверхности обозначена цифрой 50. Выемка 50 выполнена с открытой к краю 36 кромкой, так что форма прохождения края 36 в области выемки 50 изменяется. Выемка 50 может иметь разные формы, если при этом изменяется форма прохождения края 36. В данном варианте осуществления выемка 50 имеет - в горизонтальной проекции - форму кругового сегмента.
[0050] Особенно предпочтительно наличие двух таких выемок 50, предусмотренных в части 26 окружной поверхности. При этом одна или более выемок 50 предусмотрены в нижней области части 26 окружной поверхности. "Внизу" в этом контексте означает ту область, к которой приближается перегородка 30 при закрывании отверстия.
[0051] На фигуре 1B показан клапан 10 по ФИГ. 1A, но при рассмотрении с другой стороны. Т.е. теперь на переднем плане видна пластина корпуса 16 на стороне выхода и вместе с тем также часть 26 окружной поверхности на стороне выхода. Видны две выемки 50, которые изменяют форму прохождения первого края 36, как уже описано. Однако видно также, что выемки 50 не изменяют форму прохождения следующего края 38 части 26 окружной поверхности, т.е. оставляют его неизменным. Но здесь следует отметить, что изменение края 38 было бы также возможно.
[0052] Для дальнейшей иллюстрации варианта осуществления части 26 окружной поверхности на фигурах 2A и 2B показана с обеих сторон только пластина корпуса 16, без другой пластины корпуса 18. При этом на фигуре 2A видна направляющая поверхность 40, 42 для перегородки 30, а также нижнее уплотнение или, соответственно концевое уплотнение 44. Кроме того, изображение на фигуре 2A еще раз поясняет, что форма края 36 из-за выемки 50 изменяется в точках, обозначенных как P, и тем самым нарушает симметрию края 36.
[0053] Это изменение формы прохождения обтекаемого потоком края 36 приводит к значительному снижению шума, не вызывая, тем не менее, слишком больших потерь давления. Поскольку изготовление выемок 50 возможно уже при отливке пластин корпуса 16, это позволяет реализовать геометрические элементы 50 очень простым и экономичным образом.
[0054] Разумеется, возможно варьирование формы выемки 50, если вследствие этого изменяется форма прохождения края 36.
[0055] В качестве дополнения или альтернативы возможно выполнение уплотнения 44 таким образом, что оно выступает в отверстие 20. Такая мера тоже изменяет обтекаемый потоком край 36, так что достигается неравномерность или, соответственно, асимметричности.
[0056] В целом получается, что выполнение по меньшей мере одного геометрического элемента, например, в форме выемок 50, на части окружной поверхности на стороне выхода предоставляет простое решение для снижения уровня шума.
1. Клапанное устройство для газообразной среды, содержащее:
корпус клапана с отверстием (20), сквозь которое обеспечена возможность протекания среды в направлении потока, при этом отверстие ограничено окружной поверхностью (22) в корпусе клапана, и
перегородку (30), которая расположена в зазоре внутри корпуса клапана с возможностью перемещения перпендикулярно направлению потока, чтобы влиять на поток через отверстие,
причем зазор разделяет окружную поверхность на часть окружной поверхности на стороне входа и часть окружной поверхности на стороне выхода (24, 26),
причем часть (26) окружной поверхности на стороне выхода имеет обращенный к перегородке (30) первый край (36) и противоположный перегородке (30) второй край,
отличающееся тем, что
первому краю (36) придан по меньшей мере один геометрический элемент, выполненный для обеспечения неравномерности первого края (36).
2. Клапанное устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус клапана содержит два элемента, предпочтительно имеющих форму пластин (16, 18), которые соединены друг с другом.
3. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что геометрический элемент содержит по меньшей мере одну открытую в направлении первого края выемку (50) в части (26) окружной поверхности на стороне выхода.
4. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что геометрический элемент выполнен в виде по меньшей мере одного предусмотренного в первом крае (36) выступа, который предпочтительно выступает в отверстие (20).
5. Клапанное устройство по п. 4, отличающееся тем, что геометрический элемент выполнен гибким.
6. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что геометрический элемент выполнен в виде расположенного в зазоре, предпочтительно, гибкого элемента, выступающего в отверстие.
7. Клапанное устройство по п. 6, отличающееся тем, что геометрический элемент представляет собой часть концевого уплотнения для перегородки.
8. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что корпус клапана выполнен в виде литой детали и геометрический элемент представляет собой составную часть литой детали.
9. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что перегородка (30) имеет нижнюю кромку, которая выполнена дугообразной, предпочтительно в форме части окружности или части эллипса.
10. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что геометрический элемент предусмотрен на участке окружной поверхности, соседствующем с той областью зазора, в которую входит перегородка при закрытии отверстия.
11. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что перегородка выполнена таким образом, что при полностью открытом положении она освобождает все поперечное сечение отверстия.
12. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно выполнено в виде устройства регулировочного золотникового клапана с перегородкой для регулирования расхода газа.
13. Клапанное устройство по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один геометрический элемент предусмотрен в области окружной поверхности (26), которая находится в потоке, когда перегородка открыта на 60%, предпочтительно на 40%, причем 0% соответствует положению полного закрытия отверстия (20) перегородкой (30).
