Вентиль для теплообменников, в частности вентиль для радиаторов
Вентиль предназначен для использования в теплообменниках, в частности в радиаторах. Вентиль содержит клапан, расположенный между впускным и выпускным отверстиями и имеющий седло клапана, с которым взаимодействует затвор, и регулятор давления, поддерживающий постоянное давление в клапане, причем затвор и регулятор давления размещены по разные стороны от седла клапана, а в канале регулятора давления, через который проходит поток теплоносителя, установлена открывающая пружина. Изобретение обеспечивает компактность конструкции. 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
Данное изобретение касается вентиля для теплообменников, в частности для радиаторов, с клапаном, расположенным между впускным и выпускным отверстиями и имеющим седло клапана, с которым взаимодействует затвор, а также с регулятором давления, поддерживающим постоянное давление в клапане, причем в регуляторе давления имеется открывающая пружина.
Вентиль, имеющий ряд аналогичных признаков и предназначенный для использования в широком спектре различных схем, известен из WO 01/13017 А2.
Еще один вентиль известен из US 6062257. Он используется, например, в системах отопления, в которых несколько радиаторов подключают последовательно к одной и той же питающей линии. В этом случае регулятор давления поддерживает постоянное давление в клапане, что позволяет ограничить влияние других радиаторов, подключенных к той же линии, на регулировочные характеристики клапана.
Подобный вентиль известен из US 5860591.
Однако улучшение регулировочных характеристик клапана в известном случае достигают за счет относительно большого конструктивного размера, если сравнивать его с размерами обычных термостатических клапанов. Это затрудняет продвижение данного решения на рынок, хотя оно и обладает определенными преимуществами.
Изобретение можно использовать и в других теплообменных аппаратах, например в охлаждающих потолках. В радиаторных схемах теплоноситель переносит тепло к радиатору, с помощью которого оно излучается в окружающее пространство. В случае охлаждающего потолка теплоноситель отбирает и отводит тепло из окружающего пространства. В качестве теплоносителя часто используют воду, однако можно использовать и другие жидкости.
В основе изобретения лежит задача создать компактный клапан такого рода.
Эта задача в случае вентиля для теплообменников упомянутого вначале типа решена благодаря тому, что открывающая пружина установлена в канале регулятора давления, через который проходит поток жидкости-теплоносителя.
Так как открывающая пружина регулятора давления установлена в канале для жидкости-теплоносителя, то для самого регулятора давления, если и нужно дополнительное пространство, то небольшое.
Предпочтительно также разместить затвор и регулятор давления по разные стороны от седла клапана. Во-первых, такое размещение позволяет создать относительно компактный вентиль. С той стороны седла клапана, которая находится напротив затвора, как правило, имеется некоторое пространство, которое можно использовать для размещения регулятора давления. Во-вторых, такое размещение дает то преимущество, что сам радиаторный клапан, который состоит из затвора и седла клапана, и регулятор давления физически отделены друг от друга. Таким образом, в этом случае между клапаном и регулятором давления не предусмотрено никаких постоянно действующих элементов для передачи усилия, например пружин или пальцев. Благодаря этому становится маловероятным, что эти детали будут влиять друг на друга.
Регулятор давления предпочтительно помещен перед седлом клапана, а затвор - за седлом по направлению течения теплоносителя от впускного отверстия к выпускному. Благодаря этому уменьшается абсолютное давление, которое действует на затвор. Можно использовать меньшие по размеру, а вместе с тем и более дешевые, приводные устройства. При использовании привода термостата усилие, которое должен развивать привод термостата, может быть меньшей величины. Это, в свою очередь, позволяет использовать привод термостата меньшего размера, такой привод, как правило, быстрее реагирует на изменения температуры. Описываемый вентиль по внешнему виду может почти не отличаться от обычных вентилей. Например, крепление насадки привода может быть таким же, как и в обычных, предлагаемых на рынке вентилях. В частности, палец клапана, то есть деталь управляющая затвором, может выступать из корпуса на такую же длину, как и прежде. Это облегчает продвижение данного технического решения на рынок.
Предпочтительно регулятор давления имеет регулирующий клапан с седлом регулирующего клапана и затвором регулирующего клапана, расположенный между седлом регулирующего клапана и седлом клапана. Затвор регулирующего клапана взаимодействует с седлом регулирующего клапана и в большей или меньшей степени дросселирует поток жидкости через регулирующий клапан. При этом для движения затвора регулирующего клапана необходимо сравнительно небольшое конструктивное пространство, которое и так имеется в распоряжении с той стороны седла клапана, которая предназначена для регулятора давления.
Предпочтительно затвор регулирующего клапана имеет выступ, выполненный с возможностью воздействия на затвор клапана для обеспечения минимального зазора между затвором регулирующего клапана и затвором клапана. При малом перепаде давлений, когда затвор регулирующего клапана далеко отходит от седла регулирующего клапана, выступ препятствует закрытию затвора клапана под воздействием других факторов. Когда затвор регулирующего клапана приближается к седлу регулирующего клапана, выступ уже не может воздействовать на затвор. Однако в этом случае действующее на затвор давление, которое отжимает его от седла клапана, имеет большую величину.
Предпочтительно седло клапана размещено в корпусе, соответствующим образом обработанном с обеих противоположных сторон от седла клапана. В этом случае с одной стороны можно выполнить крепление приводного устройства клапана, а с другой - крепление регулятора давления. Благодаря этому клапан и регулятор давления физически разъединены.
Предпочтительно седло клапана выполнено как часть корпуса клапана. В этом случае отпадает потребность в дополнительной детали для выполнения в ней седла клапана.
Предпочтительно регулятор давления выполнен в виде вставки, выполненной с возможностью установки в корпусе. Одну и ту же вставку можно использовать в клапанах различных типов: угловом, проходном, Н-образном модуле и т.д. Н-образный модуль представляет собой унифицированный узел, в котором имеются элементы для присоединения подводящего и отводящего трубопровода со стороны здания, а также питающих трубопроводов со стороны радиатора, кроме того, как правило, в состав модуля входит клапан. В случае необходимости эту вставку легко заменить, что позволяет использовать регулятор давления в различных конструкциях.
Предпочтительно вставка имеет полость, соединенную с выпускным отверстием посредством, по меньшей мере, одного отверстия в стенке полости и кольцевого канала в корпусе, причем полость ограничена мембраной, соединенной с затвором регулирующего клапана. В этом случае на одну сторону мембраны действует давление, равное давлению в выходном отверстии. Это давление также действует в направлении открывания непосредственно на затвор регулирующего клапана. Выбирая соответствующее соотношение между эффективной площадью мембраны и эффективной площадью затвора регулирующего клапана можно, по крайней мере, приблизительно установить необходимую разность давлений. Для точной регулировки существуют другие возможности.
Предпочтительно полость имеет напорный вход в виде отверстий в кольцевой стенке, которые соединены с каналом в корпусе посредством кольцевого канала. Благодаря этому кольцевая стенка может по-прежнему служить в качестве несущей, то есть она может нести другие детали регулятора давления.
Предпочтительно мембрана зажата между опорой седла клапана, на которой выполнено седло регулирующего клапана, и крепежным устройством. Крепежное устройство может быть образовано, например, кольцевой стенкой. Это позволяет получить относительно простое крепление. При этом "зажатие" не обязательно означает, что на мембрану в месте зажима действует давление. Достаточно просто посредством склеивания или другого соединения прикрепить мембрану как к опоре седла клапана, так и к крепежному устройству.
Предпочтительно опора седла клапана имеет замкнутую кольцеобразную форму и в ней выполнено, по меньшей мере, одно входное отверстие со стороны, противоположной впускному отверстию.
Благодаря этому предотвращается такая ситуация, когда жидкость от впускного отверстия устремляется непосредственно к затвору регулирующего клапана. Более того, жидкость от впускного отверстия сначала течет снаружи вокруг опоры седла клапана, пока она через входное отверстие не попадет в пространство, откуда она может действовать на затвор регулирующего клапана. Это позволяет уменьшить склонность затвора регулирующего клапана к вибрациям.
Предпочтительно открывающая пружина, действующая на затвор регулирующего клапана, расположена между этим затвором и опорой седла клапана. Открывающая пружина является важным вспомогательным компонентом, она позволяет установить постоянное давление, которое должен поддерживать регулятор давления. Открывающая пружина, например в виде пружины сжатия, действует в направлении открывания на затвор регулирующего клапана, то есть она отводит его от седла регулирующего клапана, если не действуют другие силы. Как уже было упомянуто, эта пружина установлена в канале для жидкости-теплоносителя, то есть конструктивная длина вентиля практически не увеличивается или увеличивается незначительно, таким образом, вентиль получается компактным.
Предпочтительно регулятор давления имеет устройство для установки давления, с помощью которого можно устанавливать давление в клапане. Таким образом давление, которое должно поддерживаться постоянным, можно регулировать с помощью внешнего усилия, которое можно изменять.
При этом является особенно предпочтительным, чтобы регулятор давления имел предварительно напряженную пружину, действующую на затвор регулирующего клапана. Эта пружина опирается на пятку, причем расстояние между пяткой и седлом регулирующего клапана можно регулировать. Изменяя величину предварительного напряжения пружины можно дополнительно изменять давление, которое должно поддерживаться постоянным.
Далее изобретение более подробно описано на примере предпочтительного воплощения, со ссылками на чертеж. При этом на чертеже показано следующее.
Радиаторный вентиль
Вентиль 1 имеет корпус 2 с впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4. Между впускным отверстием 3 и выпускным отверстием 4 находится клапан 5, который состоит из седла 6 клапана и затвора 7, Седло 6 клапана выполнено как составная часть корпуса 2. Седло клапана охватывает отверстие 8, через которое течет жидкость-теплоноситель на ее пути от впускного отверстия 3 к выпускному отверстию 4. При этом затвор 7 обтекается потоком через седло 6 клапана.
Затвор 7 известным способом крепится к штоку 9, который с помощью пружины 10 удерживается в открытом положении. В зависимости от назначения, например, в случае охлаждающих потолков, возможен также такой клапан, который находится в закрытом положении в отсутствие внешней силы, то есть нормально-закрытый клапан. На шток 9 действует управляющий палец 11, направляющей для пальца служит сальник 12. Если управляющий палец 11 входит в корпус 2, например, под усилием, приложенным со стороны не показанной на чертеже терморегулирующей насадки, то клапан 5 закрывается, так как затвор 7 подходит ближе к седлу 6 клапана.
Клапан 5 имеет крепежную деталь 13, на которой может быть установлена упомянутая выше терморегулирующая насадка. Эта крепежная деталь 13 практически не отличается от крепежной детали обычного радиаторного вентиля с термостатическим регулированием.
Со стороны седла 6 клапана, противоположной затвору 7, помещен регулятор давления 14, который поддерживает постоянное давление в клапане 5. Благодаря этому количество протекающей через клапан 5 жидкости зависит только от степени открытия клапана, то есть от промежутка между затвором 7 и седлом 6.
Регулятор давления 14 имеет опору 15 седла регулирующего клапана, на которой находится седло 16 регулирующего клапана. С седлом 16 регулирующего клапана взаимодействует затвор 17 регулирующего клапана, который отжимается от седла регулирующего клапана открывающей пружиной 18. Открывающая пружина 18 опирается на выступ 19 опоры 15 седла регулирующего клапана.
Затвор 17 регулирующего клапана с помощью винта 20 соединен с мембраной 21. Мембрана 21 крепится между опорой 15 седла регулирующего клапана и крепежным устройством 22, с помощью которого в корпусе 2 также крепится регулятор давления 14.
Крепежное устройство 22 имеет резьбу 23, с помощью которой оно вворачивается в корпус 2. Уплотнение 24 предотвращает вытекание жидкости.
Крепежное устройство вместе с мембраной 21 охватывает полость 25. При этом полость 25 окружена кольцевой стенкой 26 крепежного устройства 22. В кольцевой стенке выполнено несколько отверстий 27, которые посредством кольцевого канала 28 соединены с каналом 29 в корпусе 2, который, в свою очередь, связан с выпускным отверстием 4.
Опора 15 седла регулировочного клапана также образует замкнутую кольцеобразную конструкцию. Она имеет входное отверстие 30, которое расположено не прямо напротив впускного отверстия 3, а с противоположной стороны опоры 15 седла регулировочного клапана. Связь между впускным отверстием 3 и входным отверстием 30 осуществляется через кольцевой канал 31, который образован между корпусом 2 и опорой 15 седла регулировочного клапана. Поэтому жидкость-теплоноситель протекает сквозь опору 15 седла регулировочного клапана, то есть через регулятор давления 14, а именно через входное отверстие 30 к седлу 16 регулирующего клапана. В этот проточный канал помещена открывающая пружина 18, поэтому для пружины не требуется никакого дополнительного пространства, то есть регулятор давления 14 не удлиняется.
Опора 15 седла регулировочного клапана за счет уплотнения 32 образует герметичное примыкание к корпусу 2.
На мембрану 21 действует предварительно напряженная пружина 33, причем со стороны пружины 33 на мембрану 21, а вместе с тем и на затвор 17 регулирующего клапана действует сила, которая направлена так, что затвор 17 отжимается от седла 16 регулирующего клапана. При этом предварительно напряженная пружина 33 действует на затвор 17 в направлении открывания дополнительно к открывающей пружине 18. Ее доля в открывающем усилии, как правило, меньше, чем доля открывающей пружины 18. Таким образом, на открывающую пружину 18 приходится большая часть "основной нагрузки" или "основного усилия", в то время как предварительно напряженную пружину 33 можно использовать для точной регулировки. Если открывающая пружина 18 рассчитана в соответствии с назначением достаточно точно или если точная регулировка может быть достигнута иным способом, то предварительно напряженная пружина 33 не нужна.
Предварительно напряженная пружина 33 опирается на пятку 34, положение которой в корпусе 2 можно менять с помощью винта 35. Таким образом, регулируя положение винта 35 в корпусе 2, можно менять величину предварительного усилия, которое действует на затвор 17 регулирующего клапана. Естественно, для изменения величины предварительного усилия и регулировки можно использовать и другие возможности, например, изменять количество и толщину всевозможных промежуточных шайб.
По направлению движения потока за клапаном 5 установлена дроссельная шайба 36, понижающая давление при протекании жидкости через выпускное отверстие 4.
В области впускного отверстия действует давление Р1. В пространстве 37 между седлом 16 регулирующего клапана и седлом 6 клапана действует давление Р2. В области выпускного отверстия действует давление Р3.
Давление Р1 через кольцевой канал 31 распространяется внутрь опоры 15 седла регулирующего клапана и таким образом действует на затвор 17 регулирующего клапана, а именно: через мембрану 21 - в направлении закрывания, а через сам затвор 17 регулирующего клапана - в направлении открывания. Так как эффективная рабочая поверхность мембраны 21, на которую действует давление, согласована с эффективной рабочей поверхностью затвора 17 регулирующего клапана, результирующие усилия давления Р1 практически уравновешивается.
Давление Р2 действует в направлении закрывания на затвор 17 регулирующего клапана. За счет дроссельного участка, который образуется между затвором 17 регулирующего клапана и седлом 16 регулирующего клапана, происходит снижение давления. Величина снижения давления, а вместе с тем и разность давлений определяется регулировкой пружины.
Давление Р3, которое вследствие падения давления в клапане 5 снова может стать меньше давления Р2, через мембрану 21 действует в направлении открывания на затвор 17 регулирующего клапана. Для этого в дроссельной шайбе 36 может быть выполнено отверстие 39, благодаря которому в канале 29 также действует давление Р3. Дроссельная шайба 36 предназначена для понижения давления в камере 25. Отверстие 39 может быть заменено просто одной или несколькими выемками в области контакта дроссельной шайбы 36 и корпуса 2. Дроссельная шайба 36 с отверстием (может быть предусмотрено и несколько отверстий) не должна создавать большое гидродинамическое сопротивление для жидкости-теплоносителя.
На затворе 17 регулирующего клапана размещен выступ 38, который может действовать на затвор 7, если затвор 7 близко подходит к седлу 6 клапана, а затвор 17 регулирующего клапана отходит относительно далеко от седла 16 регулирующего клапана. Это происходит при малом перепаде давлений. В этом случае при некоторых условиях возникает опасность, что затвор 7 в результате внешних воздействий придет в контакт с седлом 6 клапана, даже если это не диктуется необходимостью. Этому препятствует выступ 38.
1. Вентиль для теплообменников, в частности для радиаторов, с клапаном, расположенным между впускным и выпускным отверстиями и имеющим седло клапана, с которым взаимодействует затвор, а также с регулятором давления, поддерживающим постоянное давление в клапане, причем в регуляторе давления имеется открывающая пружина, характеризующийся тем, что открывающая пружина (18) установлена в канале регулятора давления (14), через который проходит поток теплоносителя.
2. Вентиль по п.1, характеризующийся тем, что затвор и регулятор давления размещены по разные стороны от седла клапана.
3. Вентиль по п.1, характеризующийся тем, что регулятор давления (14) помещен перед седлом (6) клапана, а затвор (7) - за седлом (6) клапана по направлению течения теплоносителя от впускного отверстия (3) к выпускному отверстию (4).
4. Вентиль по п.1, характеризующийся тем, что регулятор давления (14) имеет регулирующий клапан с седлом (16) регулирующего клапана и затвором (17) регулирующего клапана, расположенным между седлом (16) регулирующего клапана и седлом (6) клапана.
5. Вентиль по п.4, характеризующийся тем, что затвор (17) регулирующего клапана имеет выступ (38), выполненный с возможностью воздействия на затвор (7) клапана для обеспечения минимального зазора между затвором (17) регулирующего клапана и затвором (7) клапана.
6. Вентиль по любому из пп.1-5, характеризующийся тем, что седло (6) клапана размещено в корпусе (2), соответствующим образом обработанном с обеих противоположных сторон от седла (6) клапана.
7. Вентиль по п.6, характеризующийся тем, что седло (6) клапана выполнено как часть корпуса (2).
8. Вентиль по п.6, характеризующийся тем, что регулятор давления (14) выполнен в виде вставки, выполненной с возможностью установки в корпусе (2).
9. Вентиль по п.8, характеризующийся тем, что вставка имеет полость (25), соединенную с выпускным отверстием (4) посредством, по меньшей мере, одного отверстия (27) в стенке (26) полости и канала (29) в корпусе (2), причем полость (25) ограничена мембраной (21), соединенной с затвором (17) регулирующего клапана.
10. Вентиль по п.9, характеризующийся тем, что полость (25) имеет напорный вход в виде отверстий в кольцевой стенке (26), которые посредством кольцевого канала (28) соединены с каналом (29) в корпусе.
11. Вентиль по п.9, характеризующийся тем, что мембрана (21) зажата между опорой (15) седла клапана, на которой выполнено седло (16) регулирующего клапана, и крепежным устройством (22).
12. Вентиль по п.11, характеризующийся тем, что опора (15) седла клапана имеет замкнутую кольцеобразную форму и в ней выполнено, по меньшей мере, одно входное отверстие (30) со стороны противоположной впускному отверстию (3).
13. Вентиль по любому из пп.9-12, характеризующийся тем, что открывающая пружина (18), действующая на затвор (17) регулирующего клапана, расположена между этим затвором (17) регулирующего клапана и опорой (15) седла клапана.
14. Вентиль по любому из пп.1-5 или 7-12, характеризующийся тем, что регулятор давления (14) имеет устройство для установки давления, с помощью которого можно устанавливать давление в клапане (5).
15. Вентиль по п.14, характеризующийся тем, что регулятор давления имеет предварительно напряженную пружину (33), действующую на затвор (17) регулирующего клапана и опирающуюся на пятку (34), причем расстояние между пяткой и седлом (16) регулирующего клапана можно регулировать.
