Распределительный клапан для регулирования расхода
Изобретение относится к клапанами, более конкретно, к двухпозиционным клапанам, гидравлическим дросселям и распределительным клапанам, снабженным встроенным устройством регулирования расхода. Клапан содержит корпус с впускным каналом для среды и выпускным каналом, проход между каналами, подвижный затвор клапана, выполненный с возможностью перемещения относительно прохода, подвижный шток клапана, включающий множество зубцов и устройство ограничения хода. Регулировка ограничения хода клапана может осуществляться снаружи корпуса так, что регулировки зубцов штока обеспечивают множество заранее определенных положений, соответствующих точной регулировке расхода. Устройство ограничения хода дополнительно включает зубцы, имеющие такие форму и размер, чтобы сопрягаться с зубцами на штоке. Устройство ограничения хода дополнительно включает хомут, прикрепленный посредством резьбы к подвижному штоку. Изобретение позволяет добиться точности управления характеристиками расхода. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 15 ил.
Сопутствующая заявка
Настоящая заявка основана на предварительной заявке № 60/335626 "Устройство для регулирования расхода в распределительном клапане", поданной 15 ноября 2001 года.
Область изобретения
Настоящее изобретение в целом относится к клапанам и, более конкретно, к двухпозиционным клапанам, гидравлическим дросселям и распределительным клапанам, снабженным встроенным устройством регулирования расхода.
Описание предшествующего уровня техники
Гидравлические дроссели, двухпозиционные клапаны и распределительные клапаны используются в различных системах управления технологическим процессом для регулирования некоторых параметров технологической среды. Несмотря на то, что в системе управления технологическим процессом такие клапаны используются в конечном итоге для регулировки давления, уровня, рН или другого требуемого параметра среды, сами клапаны в основном управляют расходом среды.
Обычно двухпозиционный клапан, гидравлический дроссель или распределительный клапан содержат впускной канал, соединенный через проход с выпускным каналом, и запирающий элемент, размещенный в проходе и регулирующий расход через него. Запирающий элемент может содержать затвор, имеющий поверхность, которая размещается в кольцевом седле, установленном в проходе. Во время работы система управления перемещает затвор к поверхности кольцевого седла и от нее для обеспечения требуемого расхода среды через проход и, тем самым, через клапан. Для того чтобы клапан обеспечивал требуемые параметры расхода, ранее требовались отдельные комплекты затворов и седел. Замена затвора и/или седла клапана может обуславливать необходимость разборки и повторной сборки клапана, что влечет за собой дополнительные трудозатраты и дополнительные затраты времени, в течение которого клапан не может быть использован. Соответственно, существует необходимость добиться множества требуемых параметров расхода, используя единственный затвор и единственное седло клапана.
Краткое описание изобретения
Клапан согласно настоящему изобретению предусматривает ограничение хода штока клапана. Это позволяет добиться точности управления характеристиками расхода, перемещая шток в одно из множества заранее определенных положений для достижения одной из множества заранее определенных характеристик расхода внутри клапана.
Клапан может содержать неразъемный или разъемный хомут, закрепленный с возможностью снятия на штоке клапана.
Краткое описание
Преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - сечение клапана с устройством для регулирования расхода;
фиг.2 - вид в перспективе другого варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана;
фиг.3 - вид в перспективе спереди другого альтернативного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана;
фиг.4 - вид в перспективе сзади устройства для регулирования расхода на фиг.3;
фиг.5 - поперечное сечение еще одного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на корпусе диафрагмы клапана;
фиг.6 - поперечное сечение еще одного варианта устройства для регулирования расхода;
фиг.7 - вид в перспективе еще одного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана с помощью установочного винта;
фиг.8 - вид сбоку и частичное сечение еще одного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана с помощью пары установочных винтов;
фиг.9 - вид в перспективе с частичным вырывом еще одного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана с помощью чеки;
фиг.10 - вид сбоку с частичным вырывом еще одного альтернативного варианта устройства для регулирования расхода, установленного на штоке клапана с помощью пружинного кольца;
фиг.11 - вид сбоку штока клапана, имеющего вертикальные и горизонтальные канавки, образующие "направляющие", соединяющие набор глухих отверстий для съемной установки устройства для регулирования расхода на штоке клапана;
фиг.12 - вид еще одного альтернативного варианта устройства для регулирования расхода, содержащего состоящий из двух частей разъемный хомут, установленный на штоке клапана;
фиг.13 - вид сверху еще одного варианта устройства для регулирования расхода, содержащего состоящий из двух частей разъемный внутренний хомут и внешний хомут для крепления шланга;
фиг.13А - сечение устройства для регулирования расхода на фиг.13 по линии 13А-13А;
фиг.14 - частичное сечение устройства для регулирования расхода, содержащего внешний и внутренний хомуты, соединенные друг с другом посредством резьбы;
фиг.15 - вид сбоку кожуха, включающего еще один вариант устройства для регулирования расхода, содержащего паз на любой стороне кожуха для ограничения хода штока клапана;
фиг.15А - поперечное сечение варианта на фиг. 15 по линии 15А-15А.
Подробное описание
Как показано на фиг.1, узел 20 штока клапана содержит корпус 22 клапана, в котором выполнен выпускной канал 24 и впускной канал 26, проход 27, расположенный между выпускным каналом 24 и впускным каналом 26, кожух 28 и корпус 30 диафрагмы. (В альтернативном примере впускной канал 26 и выпускной канал 24 можно поменять местами так, что впускной канал становится выпускным, а выпускной становится впускным каналом, тем самым клапан с нисходящим потоком становится клапаном с восходящим потоком.) Шток 32 клапана проходит через корпус 30 диафрагмы, кожух 28 и частично входит в корпус 22 клапана. Затвор 34 закреплен на нижнем конце 36 штока 32 клапана в ориентации, показанной на фиг.1. Затвор 34 клапана имеет такой размер и конфигурацию, чтобы плотно зацепляться с седлом 38 клапана, установленным в проходе 27 внутри корпуса 22 клапана, когда клапанный узел 20 закрыт. Шток 32 имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении известным образом относительно кожуха 28, корпуса 30 диафрагмы и корпуса 22 клапана. Например, для обеспечения вертикального перемещения штока 32 клапана может использоваться диафрагма 40, расположенная внутри корпуса 30.
На верхнем конце штока 32 клапана может быть установлена гильзовидная деталь 42 для обеспечения точности перемещения штока 32 клапана в одно из множества положений, например трех положений, как показано на фиг.1. К корпусу 30 диафрагмы прикреплена с возможностью вращения регулировочная рукоятка 44, которая размещена над гильзовидной деталью 42. Регулировочная рукоятка 44 включает множество регулировочных пальцев 46, имеющих такой размер, чтобы зацепляться с одной из трех ступенчатых поверхностей 48 гильзовидной детали 42.
Как показано на фиг.2, на штоке 32 клапана может быть съемно закреплен состоящий из двух частей разъемный хомут 50, представляющий собой альтернативное средство ограничения хода штока 32 клапана. Например, как показано на фиг.2, разъемный хомут 50 может быть зажат на штоке 32 клапана с помощью двух соединительных деталей 52. Состоящий из двух частей разъемный хомут 50 включает первое и второе полукольцо 54 и 56, на внутренней поверхности 60 каждого из которых выполнены зубцы 58. Зубцы 58 на внутренней поверхности 60 полуколец 54 и 56 хомута имеют такую форму и размеры, которые являются сопряженными с зубцами 62, выполненными на штоке 32 клапана. Шаг зубцов 58 подобран таким образом, чтобы обеспечивать точную регулировку расхода.
Таким образом, положение состоящего из двух частей разъемного хомута 50 может регулироваться путем отпускания соединительных деталей 52, перемещения состоящего из двух частей разъемного хомута вверх или вниз, по необходимости, по штоку 32 и повторного затягивания соединительных деталей 52.
В клапанный узел 20 при необходимости может быть встроен визуальный индикатор. Например, на кожухе 28, как показано на фиг.2, может быть выполнено множество выступов 64а, 64b и 64с. Выступы 64а, 64b и 64с могут совмещаться с поверхностью состоящего из двух частей разъемного хомута 50, например со ступенчатой поверхностью 66 полуколец 54 и 56 хомута. В варианте, показанном на фиг.2, оператор клапана или инспектор могут визуально убедиться, что клапанный узел 20 является требуемой конфигурации по расходу, проверив совмещение ступенчатой поверхности 66 с выступами 64а, 64b и 64с, соответствующими требуемым условиям расхода.
Например, выступ 64а может соответствовать отверстию 1/2 дюйма и конфигурации расхода 6Cv, выступ 64b может соответствовать отверстию 3/8 дюйма и конфигурации потока 4Cv, а выступ 64с может соответствовать отверстию 1/4 дюйма и конфигурации расхода 2Cv.
Как показано на фиг.3 и 4, альтернативная конструкция содержит цилиндрический хомут 68, в котором выполнены удлиненные пазы 70а и 70b. Цилиндрический хомут 68 включает полукольца 72а и 72b, в каждом из которых выполнен удлиненный паз 70а или 70b соответственно. Соединительная деталь 74 проходит через пазы 70а и 70b и через сквозное отверстие (не показано) в штоке 32. Соединительная деталь 74 может быть закреплена на цилиндрическом хомуте 68 с помощью гайки 76.
Соединительная деталь 74 и гайка 76 служат для крепления полуколец 72а и 72b друг с другом и со штоком 32 клапана. Каждое полукольцо 72а и 72b цилиндрического хомута содержит зубцы (на фиг.3 и 4 не показаны, но могут быть по существу такими же, как показано позицией 58 на фиг. 2) на своей внутренней поверхности, которые имеют форму и размер, сопряженные с зубцами 62 на штоке.
На фиг.5 показан другой вариант устройства для регулирования расхода. Первая гильзовидная деталь 78 регулятора штока включает внутреннюю резьбовую поверхность 80, которая зацепляется с внешней резьбовой поверхностью 82 второй гильзовидной детали 84 регулятора штока, которая приварена точечной сваркой к корпусу 30 диафрагмы. Первая гильзовидная деталь 78 регулятора штока включает штыревой участок 86, который проходит через корпус 30 диафрагмы и может крепиться к регулировочной рукоятке 88 соединительной деталью 90. Между штыревым участком 86 и корпусом 30 установлено уплотнение 92. Нижняя поверхность 94 первой гильзовидной детали 78 регулятора штока контактирует со штоком 32 клапана или может крепиться к нему. Соответственно, при вращении рукоятки 88 первая гильзовидная деталь 78 регулятора штока может опускаться или подниматься для регулирования вертикального положения штока 32 клапана.
На фиг.6 показана альтернативная конструкция хомута 96 регулятора расхода, который прикреплен к штоку 32 клапана посредством резьбы. Хомут 96 регулятора расхода может перемещаться вертикально вдоль штока 32 клапана путем простого вращения хомута 96 регулятора расхода относительно штока 32 клапана. Когда хомут 96 займет требуемое положение, его фиксируют в этом положении путем затягивания контргайки 98 относительно хомута 96. Контргайка 98 также посажена на резьбу на штоке 32 клапана. Для определения, находится ли хомут 96 регулировки расхода в требуемом положении, чтобы получить требуемый расход, могут использоваться визуальные индикаторы, такие как, например, выступы 64а, 64b и 64с (фиг.2), которые совмещены с верхней поверхностью 100 хомута 96 регулятора расхода.
На фиг.7 показан еще один альтернативный вариант устройства для регулирования расхода, в котором хомут 102 регулятора расхода расположен на штоке 32 клапана и закреплен на месте цилиндрическим элементом, например установочным винтом 104, который проходит через резьбовое отверстие 106, выполненное в хомуте 102. Установочный винт 104 взаимодействует с одной из множества проходящих по окружности канавок 108а, 108b и 108с, выполненных на штоке 32 клапана.
На фиг.8 показана еще одна альтернативная конструкция, в которой хомут 110 регулятора расхода содержит пару поперечных отверстий 112а и 112b, расположенных на его противоположных сторонах. Пара установочных винтов 114а, 114b ввинчена в поперечные отверстия 112а, 112b соответственно и зацепляется с одной из трех пар глухих отверстий 116а, 116b и 116с в штоке 32 клапана. Для того чтобы переместить хомут 110 в необходимое положение, установочные винты 114а, 114b отпускают до положения, в котором они уже не входят в глухие отверстия 116а, 116b и 116с, сдвигают хомут 110 в необходимое положение и вновь затягивают установочные винты, чтобы они вошли в другую пару глухих отверстий 116а, 116b и 116с.
Как показано на фиг.9, в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения хомут 118 регулятора расхода может крепиться в необходимом положении чекой 120, которая зацепляется с требуемой проходящей по окружности канавкой 122а, 122b или 122с для получения требуемой конфигурации потока. Хотя это не показано на чертежах, чеку 120 можно заменить на пружинную шайбу, шплинт или любое другое подходящее средство.
Как показано на фиг.10, другой альтернативный вариант содержит хомут 124 регулятора расхода, который зацепляется с пружинным кольцом 126. При нажатии вниз на хомут 124 ориентированный, как показано на фиг.10, пружинное кольцо 126 сжимается и фиксируется в проходящей по окружности канавке 128, выполненной в штоке 32 клапана. При отжатии хомута 124, ориентированного, как показано на фиг.10, вверх пружинное кольцо 126 разжимается и выходит из канавки 128, тем самым обеспечивая перемещение хомута по длине штока 32 клапана.
На фиг.11 показана конфигурация, подобная конфигурации на фиг.8, в которой набор из четырех глухих отверстий 132a, 132b, 132c, 132d, выполненных в штоке 32 клапана, соединен "направляющими" вертикальными и горизонтальными канавками 130 (в ориентации, показанной на фиг.11). "Направляющие" канавки 130 обеспечивают направление хомута в нужное положение. "Направляющие" канавки 130 и глухие отверстия 132a, 132b, 132c, 132d могут быть выполнены на двух противоположных сторонах штока 32 клапана.
Как показано на фиг.12, еще одна альтернативная конструкция содержит состоящий из двух частей разъемный хомут 134, который содержит полукольца 136a и 136b, которые могут быть соединены друг с другом с помощью направляющих пальцев 138a и 138b, на одном конце которых выполнена резьба и которые нагружены пружинами 140a и 140b, расположенными вблизи их противоположного конца. Направляющие пальцы 138a и 138b таким образом могут ввинчиваться в резьбовые отверстия 141a и 141b соответственно, выполненные в полукольце 136a, и проходить через нерезьбовые отверстия 143a и 143b в полукольце 136b. От полуколец 136a и 136b соответственно отходят анкерные пальцы 142a и 142b, которые входят в глухие отверстия 144a и 144b, выполненные в штоке 32 клапана. Анкерные пальцы 142a и 142b могут крепиться к полукольцам 136a и 136b хомута на резьбе, на сварке или любым другим применимым способом крепления, либо могут выполняться заодно с полукольцами 136a и 136b. Для того чтобы сместить разъемный хомут 134 регулятора вдоль штока 32 клапана, направляющие пальцы 138a и 138b можно просто прижать к разъемному хомуту 134, чтобы вытолкнуть полукольцо 136a от полукольца 136b, пока полукольца 136a и 136b не разойдутся настолько, что позволят извлечь анкерные пальцы 142a и 142b из глухих отверстий 144a и 144b, после чего разъемный хомут 134 можно переместить в другое положение, отпустив направляющие пальцы 138a и 138b так, что пружины 140a и 140b будут прижимать полукольцо 136a обратно в положение, показанное на фиг. 12, в контакт с полукольцом 136b.
Еще одна конструкция хомута 146 регулятора расхода показана на фиг. 13 и 13A, в которой хомут 146 содержит состоящий из двух частей разъемный внутренний хомут 148, показанный в поперечном сечении на фиг.13A, и внешний шланговый хомут 150, который содержит регулировочный винт 152, который позволяет затягивать и отпускать внешний шланговый хомут 150. Разъемный внутренний хомут 148 содержит кольцевой выступ 154, имеющий такую форму и размер, чтобы зацепляться с выполненными по окружности канавками на штоке 32 клапана, например с канавками 108a, 108b и 108c, показанными на фиг.7.
На фиг.14 показан еще один альтернативный вариант, в котором состоящий из двух частей разъемный хомут содержит внешний хомут 158 и внутренний хомут 160. Внутренний хомут 160 выполнен аналогично хомуту, показанному на фиг.8, и выполнен с возможностью перемещения в одно из множества положений вдоль штока 32 клапана. Кроме того, внешний хомут 158 имеет резьбовое соединение с внутренним хомутом 158 и, тем самым, облегчает настройку предела хода штока 32 клапана.
На фиг.15 и 15A показан еще один вариант ограничения хода штока 32 клапана для получения одной из множества требуемых конфигураций потока. Вариант на фиг.15 и 15A включает кожух 162, имеющий по существу замкнутую конфигурацию, а не конфигурацию с открытой рамой, как показано на фиг.1. Кожух 162 может содержать поверхностные конструктивные элементы, например пару вертикальных пазов 164a 164b, расположенных на противоположных сторонах кожуха 162. Вертикальные пазы 164a и 164b представляют собой ограничители хода, которые ограничивают перемещение штока 32 клапана за счет ограничения хода упорного пальца 166. Палец 166 установлен посредством резьбы или другим способом с возможностью отсоединения в одном из множества сквозных отверстий 168a и 168b, выполненных в штоке 32 клапана. Каждое из сквозных отверстий 168a и 168b соответствует требуемой конфигурации потока.
Вышеприведенное подробное описание дано только для облегчения понимания и не налагает излишних ограничений, поскольку специалистам очевидны возможные модификации. Например, настоящее изобретение применимо к различным типам клапанов, помимо двухпозиционных клапанов, гидравлических дросселей и распределительных клапанов.
1. Клапан, содержащий корпус с впускным каналом для среды и выпускным каналом для среды, проход, размещенный между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный затвор клапана, выполненный с возможностью перемещения относительно прохода для изменения расхода среды между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный шток клапана, прикрепленный к затвору клапана, включающий множество зубцов, размещенных на нем, и устройство ограничения хода, связанное со штоком клапана, для регулирования ограничения хода клапана, причем регулировки ограничения хода клапана могут осуществляться снаружи корпуса клапана таким образом, что регулировки зубцов штока обеспечивают множество заранее определенных положений, соответствующих точной регулировке расхода клапана.
2. Клапан по п.1, в котором устройство ограничения хода содержит зубцы, имеющие такие форму и размер, чтобы сопрягаться с зубцами на подвижном штоке клапана.
3. Клапан по п.1, в котором устройство ограничения хода содержит хомут, прикрепленный с возможностью съема к штоку клапана.
4. Клапан по п.3, в котором хомут содержит множество деталей, соединенных с возможностью разъема друг с другом.
5. Клапан по п.4, в котором, по меньшей мере, в одной из деталей хомута выполнено отверстие.
6. Клапан по п.5, в котором отверстие выполнено в виде удлиненного паза.
7. Клапан по п.5, в котором, по меньшей мере, один подвижный элемент содержит пружинное кольцо.
8. Клапан по п.3, в котором хомут прикреплен с возможностью съема к штоку клапана посредством, по меньшей мере, одного подвижного элемента, который зацепляется с впадиной на штоке клапана.
9. Клапан по п.8, в котором впадина выполнена в виде глухого отверстия.
10. Клапан по п.8, в котором впадина выполнена в виде сквозного отверстия.
11. Клапан по п.8, в котором впадина выполнена в виде выполненной по окружности канавки.
12. Клапан по п.8, в котором впадина включает "направляющие" канавки.
13. Клапан по п.8, в котором, по меньшей мере, один подвижный элемент содержит установочный винт.
14. Клапан по п.8, в котором, по меньшей мере, один подвижный элемент содержит соединительную деталь.
15. Клапан по п.1, в котором устройство ограничения хода содержит хомут, установленный на подвижном штоке клапана посредством резьбы.
16. Клапан по п.15, дополнительно содержащий контргайку, установленную посредством резьбы на штоке клапана.
17. Клапан по п.1, который содержит кожух, и устройство ограничения хода содержит регулировочную рукоятку, установленную посредством резьбы на кожухе.
18. Клапан по п.1, в котором устройство ограничения хода содержит рукоятку, имеющую множество регулировочных пальцев, отходящих от нее.
19. Клапан, содержащий корпус с впускным каналом для среды и выпускным каналом для среды, проход, размещенный между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный затвор клапана, выполненный с возможностью перемещения относительно прохода для изменения расхода среды между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный шток клапана, прикрепленный к затвору клапана, включающий множество зубцов, размещенных на нем, и устройство ограничения хода, связанное со штоком клапана, для ограничения хода клапана, причем регулировки ограничения хода клапана могут осуществляться снаружи корпуса клапана, при этом устройство ограничения хода дополнительно включает зубцы, имеющие такие форму и размер, чтобы сопрягаться с зубцами на штоке так, что регулировки ограничения хода клапана соответствуют точной регулировке расхода клапана.
20. Клапан по п.19, в котором устройство ограничения хода содержит хомут, прикрепленный с возможностью съема к штоку клапана.
21. Клапан по п.20, в котором хомут содержит множество деталей, соединенных с возможностью разъема друг с другом.
22. Клапан, содержащий корпус с впускным каналом для среды и выпускным каналом для среды, проход, размещенный между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный затвор клапана, выполненный с возможностью перемещения относительно прохода для изменения расхода среды между впускным каналом и выпускным каналом, подвижный шток клапана, прикрепленный к затвору клапана, включающий множество зубцов, размещенных на нем, и устройство ограничения хода, связанное со штоком клапана, для ограничения хода клапана, причем регулировки ограничения хода клапана могут осуществляться снаружи корпуса клапана, при этом устройство ограничения хода дополнительно включает хомут, прикрепленный посредством резьбы к подвижному штоку клапана таким образом, что регулировки ограничения хода клапана соответствуют точной регулировке расхода клапана.
