Клапанный элемент
Клапанный элемент, включающий в себя корпус, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, канал, соединяющий входное и выходное отверстия, по меньшей мере, один разрывной диск или его эквивалент, который, если не поврежден, закрывает канал от входного до выходного отверстия, и поршневой элемент, снабженный протыкающим элементом для протыкания разрывного диска. Поршневой элемент снабжен каналом для нагнетающей среды, упомянутый канал проходит аксиально через поршневой элемент от одной первой стороны до другой второй стороны, причем канал, проходящий через поршень, образует часть канала для прохождения нагнетающей среды после протыкания разрывного диска. Поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения при приложении давления в направлении к разрывному диску до упора во втулку таким образом, что даже малого отверстия в разрывном диске достаточно для того, чтобы пробойник проходил через разрывной диск в области, соответствующей площади поперечного сечения пробойника. Указанные признаки обеспечивают герметичность и надежность клапанного элемента и позволяют получить канал постоянного диаметра при любых обстоятельствах. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится к клапанному элементу согласно ограничительной части пункта 1, который включает в себя корпус, по меньшей мере, с одним входным отверстием и, по меньшей мере, с одним выходным отверстием, канал, соединяющий входное и выходное отверстия, и, по меньшей мере, один разрывной диск или его эквивалент, который, если не поврежден, закрывает канал от входного до выходного отверстия, и поршневой элемент, снабженный протыкающим элементом или чем-либо подобным для протыкания разрывного диска.
Устройство, аналогичное предмету изобретения, известно из документа DE 2635076 А. Одним из недостатков этого решения является то, что протыкающий элемент возвращается назад в свое первоначальное положение под действием давления, поэтому часть разрывного диска, которая могла быть оторвана от него при пробивающем воздействии, может частично блокировать канал и таким образом формировать препятствие потоку нагнетаемой среды. Кроме того, протыкающий элемент должен полностью проходить через разрывной диск, чтобы образовать в нем отверстие требуемого размера. Если перемещение для протыкания по каким-то причинам не будет выполнено полностью, то не будет образовано отверстие желательного размера. Аналогичное устройство раскрыто в SU895457, где, хотя и устранен отвод протыкающего элемента в свое первоначальное положение, отверстие требуемого и постоянного диаметра не образуется.
Предметом настоящего изобретения является создание совершенно нового типа решения, которое позволяет устранить недостатки устройств, известных из уровня техники. Предметом изобретения является создание надежного устройства, которое может использоваться, в основном, при пожаротушении.
Поставленная задача решается клапанным элементом, включающим в себя корпус, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, канал, соединяющий входное и выходное отверстия, по меньшей мере, один разрывной диск, который, когда не поврежден, закрывает канал от входного до выходного отверстия, и поршневой элемент, снабженный протыкающим элементом для протыкания разрывного диска, причем шток поршневого элемента герметично расположен относительно стенки цилиндрического пространства, причем поршневой элемент снабжен каналом для нагнетающей среды, упомянутый канал проходит аксиально через поршневой элемент от одной первой стороны до другой второй стороны, при этом канал, проходящий через поршень, образует часть канала для нагнетающей среды после протыкания разрывного диска, причем площадь поперечного сечения штока меньше, чем поверхность поршня, характеризующимся согласно изобретению тем, что поршневой элемент выполнен с возможностью перемещения при приложении давления в направлении к разрывному диску до упора во втулку таким образом, что даже малого отверстия в разрывном диске достаточно для того, чтобы протыкающий элемент проходил через разрывной диск в области, соответствующей площади поперечного сечения протыкающего элемента.
Дополнительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов 2-6 формулы изобретения.
Решение, согласно изобретению, имеет множество существенных преимуществ. Канал, проходящий через поршень, обеспечивает плотное прижатие поршня к разрывному диску после его протыкания даже в случае преобладания с противоположной стороны разрывного диска более высокого давления, чем на стороне комбинации поршень-протыкающий элемент. Техническое решение согласно изобретению является герметичным и надежным. Выполнение канала, формирующего через поршневой элемент часть канала для нагнетающей среды, позволяет получить канал постоянного диаметра при любых обстоятельствах.
Краткое описание чертежей.
В дальнейшем изобретение будет подробно описано с помощью примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено:
фиг.1 - вариант осуществления устройства согласно изобретению,
фиг.2 - клапанный элемент согласно изобретению,
фиг.3 - другой клапанный элемент согласно изобретению,
фиг.4 - третий клапанный элемент согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично представлена система давления, в которой возможно использовать клапанные элементы согласно изобретению. Система содержит, по меньшей мере, два параллельно связанных источника 4, 4′ давления, каждый из которых в решении, представленном на фиг.1, включает четыре емкости 4, 4′ под давлением. Кроме того, система содержит, по меньшей мере, один первый источник 1 давления и средство для открытия соединительного канала между первым источником 1 давления и контуром 2 давления, который связан с первым источником 4 давления. Средство для открытия соединительного канала включает в себя первый клапанный элемент 10, который расположен между первым источником 1 давления и контуром 2 давления. Когда первый клапанный элемент 10 открыт, например, с помощью системы управления 7 или вручную, давление в контуре 2 повышается. В результате открываются вторые клапанные элементы 3, которые расположены, по меньшей мере, в канале 5 между первым источником 4 давления и контуром 2. После того как давление в контуре 2 повысилось до определенного уровня, третий клапанный элемент 6 будет открываться при заданном давлении.
Поскольку давление в контуре 2 повышается, открывается канал, соединяющий второй источник 1′ давления с четвертым клапанным элементом 20. Это удерживает закрытым соединение со второй ветвью 2′ контура давления, пока давление в первом контуре 2 давления не упадет до заданной величины. После этого давление во втором контуре 2′ повышается, так что в итоге клапанные элементы 3, связанные, по меньшей мере, с одним вторым источником 4′ давления, открывают канал 5′ во втором контуре 2′ давления. Третий клапанный элемент 6 закрыт, пока давление во втором контуре 2′ давления не достигнет заданной величины.
Более подробный вид первого клапанного элемента 10 представлен на фиг.2. Устройство содержит корпус 11, который имеет входное отверстие, соединяющее его с источником давления, и выходное отверстие, соединяющее его с отходящей линией. Между входным и выходным отверстиями предусмотрен разрывной диск, который, если не поврежден, закрывает канал от входного до выходного отверстия. Устройство также включает в себя средство для прокалывания разрывного диска 13. Это средство состоит из комбинации цилиндр-поршень, в которой поршень 15 снабжен протыкающим элементом 14, предпочтительно на стороне поршневого штока 16. Поршень 15 выполнен подвижным в цилиндрическом пространстве 12 между первым положением, в котором протыкающий элемент 14, сформированный на поршневом штоке 16, находится со стороны выхода относительно разрывного диска 13, и вторым положением, в котором протыкающий элемент находится, по меньшей мере, частично со стороны входа относительно разрывного диска 13. Поршень 15 выполнен, по меньшей мере, с одним отверстием 17, проходящим через поршень 15, предпочтительно от протыкающего элемента 14 к противоположной стороне поршня 15 таким образом, чтобы после протыкания разрывного диска 13 образовался канал от входного отверстия до выходного отверстия. Сформированное в вершине протыкающего элемента или рядом с ней, по меньшей мере, одно отверстие 18 продолжает отверстие 17, таким образом оно образует часть канала для прохождения нагнетающей среды после того, как был проткнут разрывной диск 13. В цилиндрическом пространстве предпочтительно предусмотрена втулка 110, которая имеет отверстие, выполненное в осевом направлении поршня, поршневой шток по существу герметично перекрывает отверстие с возможностью перемещения в нем. Разрывной диск 13 герметично установлен напротив втулки 110 и натянут посредством входного соединения 101. Кроме того, устройство включает в себя приводные средства для привода комбинации поршень-протыкающий элемент. Этот вариант осуществления, показанный на фиг.2, предусматривает ручной приводной элемент и автоматический приводной элемент. Ручной приводной элемент включает в себя маховик 106, который после удаления чеки 107 может поворачиваться для своего аксиального перемещения к поршню 15 согласно шагу резьбы 108. Осевое перемещение передается дистанцирующей деталью 111 на торцевую поверхность поршня 15, противоположную протыкающему элементу, таким образом заставляя протыкающий элемент перемещаться в сторону разрывного диска 13. При дальнейшем вращении маховика вершина протыкающего элемента проткнет разрывной диск, таким образом позволяя нагнетающей среде течь через отверстия 18 и отверстие 17 в сторону выходного отверстия. Нагнетающая среда теперь имеет доступ к выходному отверстию 102 со стороны поршня 15, причем поверхность поршня является большей, чем площадь поперечного сечения поршневого штока, таким образом, поршень перемещается под действием давления к разрывному диску до упора во втулку 110. Таким образом, даже малого отверстия в разрывном диске 13 достаточно для того, чтобы протыкающий элемент 14 прорвал разрывной диск в области, соответствующей площади поперечного сечения протыкающего элемента.
Второй приводной элемент предназначен для дистанционного управления, посредством которого клапанный элемент приводится в действие при помощи управляющего сигнала. Управляющий сигнал подается от системы управления через передающее средство 8 типа проводников. Управляющий сигнал заставляет поршень приводного элемента перемещаться в направлении поршня 15. В предпочтительном варианте осуществления клапанный элемент содержит соединительную деталь 109, размещаемую между приводным элементом 105 и поршнем 15 и имеющую отверстия 112 для обеспечения облегченного прохождения нагнетающей среды из канала 17 через цилиндрическое пространство 12 и канал 113 к выходному отверстию. Приводной элемент 105 предпочтительно представляет собой электрически управляемое устройство, в котором управляющий ток взрывает заряд взрывчатого вещества в приводном элементе, вызывая таким образом выталкивание поршня приводного элемента. Приводной элемент может быть связан с системой управления таким образом, что устройство может быть использовано, например, в оборудовании для пожаротушения при контакте с огнем так, чтобы импульс, подаваемый приводному элементу 105, был получен от пожарных сигнализаторов и/или детекторов дыма (не показаны).
В варианте осуществления, представленном на фиг.2, клапанный элемент 10 также содержит второе выходное отверстие 103, главным образом для целей выпуска. Это второе выходное отверстие может быть соединено, например, с клапанным элементом (не показан), который, если клапанный элемент находится в состоянии готовности, выпускает какие-либо утечки давления, но закрыт при высоких давлениях.
Кроме того, имеется второй выпускной канал 104, ведущий наружу из цилиндрического пространства 12 и обеспечивающий возможность перемещения поршня к разрывному диску без его блокировки нагнетающей средой между поршнем и разрывным диском, поскольку нагнетающая среда может выпускаться из этого пространства посредством второго выпускного канала 104.
Таким образом, первый клапанный элемент 10 является предпочтительно приводным клапаном, используемым для инициирования системы нагнетающей среды.
После привода первого клапанного элемента 10 давление поступает через выходное отверстие в первую линию 2. Поэтому давление в линии повышается, и вторые клапанные элементы 3 открывают канал от источника 4 давления в первой линии 2. Вторые клапанные элементы 3 содержат корпус 31, первый соединитель 32 с линией 5, второй соединитель 33 к источнику давления, цилиндрическую камеру 34 и разрывной диск 35, который выполнен таким образом, что в том случае, если он не поврежден, закрывает канал между первым и вторым соединителями. Устройство также включает в себя средство для протыкания разрывного диска 35. Это средство состоит из комбинации цилиндр-поршень, в которой поршень 36 содержит протыкающий элемент 37 предпочтительно со стороны поршневого штока 38. Поршень 36 выполнен с возможностью передвижения в цилиндрическом пространстве 34 между первым положением, в котором протыкающий элемент 37, сформированный на поршневом штоке 38, находится со стороны первого соединителя 32 относительно разрывного диска 35, и вторым положением, в котором протыкающий элемент 37 находится, по меньшей мере, частично со стороны второго соединителя 33 относительно разрывного диска 35. Поршень снабжен, по меньшей мере, одним отверстием 39, проходящим через него предпочтительно от протыкающего элемента 37 до противоположной стороны поршня так, чтобы после протыкания разрывного диска 35 формировался канал от второго соединителя к первому соединителю. В вершине протыкающего элемента или рядом с ней сформировано, по меньшей мере, одно отверстие 40, переходящее в отверстие 39, таким образом являясь частью канала для нагнетающей среды после протыкания разрывного диска 35, или, по меньшей мере, облегчает подвод нагнетающей среды к отверстию 39. Поскольку давление в линии увеличивается, поршневой элемент перемещается по направлению к разрывному диску, и вершина протыкающего элемента протыкает разрывной диск. Нагнетающая среда из источника 4 давления может распространяться через второй соединитель и через канал, сформированный отверстием, сделанным в разрывном диске, и отверстием в поршневом элементе, через первый соединитель и линию 5 в линию 2. Нагнетающая среда теперь поступает к торцевой стороне поршня 36 со стороны первого соединителя, причем площадь 41 поршня больше, чем площадь поперечного сечения поршневого штока, в результате чего поршень 36 перемещается под действием давления к разрывному диску 35 до упора во втулку 42. Таким образом, даже малого отверстия в разрывном диске 35 достаточно для того, чтобы протыкающий элемент 37 проходил через разрывной диск в области, соответствующей по площади поперечному сечению протыкающего элемента. Разрывной диск и протыкающий элемент под действием на них сил располагаются относительно друг друга так, что разрывной диск будет, по меньшей мере, частично пронизан протыкающим элементом при требуемом давлении. Таким образом, второй клапанный элемент 3 является предпочтительно запорным клапаном второго источника давления, открываемым при получении импульса давления от первого источника давления.
Для увеличения давления в линии 2 до достаточного уровня она снабжена третьим клапанным элементом 6. Этот клапанный элемент также снабжен разрывным диском, предназначенным для прокалывания предпочтительно посредством комбинации поршень-протыкающий элемент после того, как давление со стороны входного отверстия повышается до достаточного уровня. Устройство включает в себя корпус 61 и цилиндрическое пространство 62 с входным отверстием 68 от линии 2 до выходного отверстия 69. Между входным и выходным отверстиями расположен, по меньшей мере, один разрывной диск 63, который, если не поврежден, закрывает канал между входным и выходным отверстиями. В цилиндрическом пространстве расположен поршневой элемент 65 со стороны входного отверстия разрывного диска, поршневой элемент снабжен протыкающим элементом 64, предпочтительно сформированным на поршневом штоке 66. В варианте осуществления, показанном на фиг.4, разрывной диск 63 герметично установлен между соединительной частью 70, предназначенной для соединения клапанного элемента с линией 2 и втулкой 71, предусмотренной в корпусе. Когда давление со стороны входного отверстия достигает заданной величины, протыкающий элемент, по меньшей мере, с одним отверстием 78 будет прокалывать разрывной диск, открывая таким образом канал от входного отверстия до выходного отверстия предпочтительно через отверстие 67, сформированное в поршне.
Во всех вышеописанных вариантах осуществления поршневой шток 16, 38, 66 поршневого элемента герметично расположен относительно стенки цилиндрического пространства так, что нагнетающая среда может проходить обычно только через канал, выполненный в поршне.
Разрывной диск предпочтительно предназначен для того, чтобы противостоять высоким давлениям и изменениям давления. Действующие давления обычно составляют более чем 30 бар, предпочтительно более чем 70 бар. Давления могут быть даже более 300 бар. Разрывной диск предпочтительно содержит более тонкую часть в области, на которую воздействует прокалывающий элемент при использовании в инициированном состоянии.
Клапанные элементы, согласно изобретению, могут применяться в особенности совместно с системами пожаротушения, а именно с устройствами пожаротушения, использующими водяной туман высокого давления. Нагнетающая среда может состоять из газа, жидкости или смеси газа и жидкости.
Специалисту в данной области техники очевидно, что изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и оно может быть изменено в объеме формулы изобретения, представленной ниже.
1. Клапанный элемент (3, 6, 10), включающий в себя корпус, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие, канал, соединяющий входное и выходное отверстия, по меньшей мере, один разрывной диск (13, 35, 63), который, когда не поврежден, закрывает канал от входного до выходного отверстия, и поршневой элемент (15, 36, 65), снабженный протыкающим элементом для протыкания разрывного диска, причем шток (16, 38, 66) поршневого элемента герметично расположен относительно стенки цлиндрического пространства, причем поршневой элемент (15, 36, 65) снабжен каналом (17, 39, 67) для нагнетающей среды, упомянутый канал проходит аксиально через поршневой элемент от одной первой стороны до другой второй стороны, при этом канал, проходящий через поршень, образует часть канала для нагнетающей среды после протыкания разрывного диска (13, 35, 63), причем площадь поперечного сечения штока меньше, чем поверхность поршня, отличающийся тем, что поршневой элемент (15, 36, 65) выполнен с возможностью перемещения при приложении давления в направлении к разрывному диску до упора во втулку (42, 110) таким образом, что даже малого отверстия в разрывном диске (13, 35, 63) достаточно для того, чтобы протыкающий элемент (14, 37, 64) проходил через разрывной диск в области, соответствующей площади поперечного сечения протыкающего элемента (14, 37, 64).
2. Клапанный элемент по п.1, отличающийся тем, что протыкающий элемент (14, 37, 64) снабжен, по меньшей мере, одним отверстием (18, 40, 68), проходящим от внешней поверхности поршневого элемента до канала (17, 39, 67), проходящего через поршневой элемент.
3. Клапанный элемент по п.1, отличающийся тем, что устройство включает в себя средство (105, 106) для приведения поршневого элемента в действие.
4. Клапанный элемент по п.3, отличающийся тем, что клапанный элемент дополнительно содержит ручное (106) и/или автоматическое (105) средство для приведения поршневого элемента в действие.
5. Клапанный элемент по п.1, отличающийся тем, что является приводным клапаном для инициирования системы нагнетающей среды.
6. Клапанный элемент по п.1, отличающийся тем, что является запорным клапаном второго источника давления и открывается посредством импульса давления, поступающего от первого источника давления.
