Поворотное подающее соединение, поворотный распределительный клапан и устройство для обработки продукта
Предложено поворотное подающее соединение, которое может представлять собой, в частности, поворотный распределительный клапан и предназначено для по меньшей мере периодической подачи потока текучей среды от входных портов к выходным портам при совпадении соответствующих отверстий, выполненных в первой и второй плоских поверхностях, которые вращаются относительно друг друга и между которыми имеется газовый подшипник, предназначенный для создания несущего усилия между первой и второй поверхностями. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
Данное изобретение относится к поворотным подающим соединениям и, в частности, к поворотным распределительным клапанам, а также к устройству для обработки продукта, содержащему такие поворотные подающие соединения.
В поворотном распределительном клапане имеются две поверхности, которые вращаются относительно друг друга. Каждая поверхность имеет отверстия, причем поворотный распределительный клапан выполнен таким образом, что при вращении поверхностей относительно друг друга отверстия, находящиеся на одной поверхности, периодически совпадают с отверстиями на другой поверхности. В течение периода совпадения текучая среда может протекать от одного отверстия к другому, то есть от одной поверхности к другой, но когда отверстия не совпадают, такой поток текучей среды может быть остановлен. Соответственно, скорость относительного вращения и расположение отверстий могут быть подобраны с обеспечением заданного распределения потока между отверстиями во времени. В целом, отверстия могут быть расположены таким образом, что отверстие на одной поверхности всегда совпадает с отверстием на другой поверхности. Соответственно, поворотное подающее соединение может обеспечивать проточное сообщение между компонентом, соответствующим одной поверхности, и компонентом, соответствующим другой поверхности, в то время как одна поверхность вращается относительно другой.
В целом, известны два вида поворотных распределительных клапанов. Первый вид - цилиндрические поворотные распределительные клапаны, в которых указанные две поверхности имеют цилиндрическую форму и вставлены одна в другую. Однако цилиндрические поворотные распределительные клапаны являются сложными в изготовлении и, соответственно, дорогостоящими, так как требуется очень точное управление двумя сопряженными цилиндрическими поверхностями. Кроме того, такие клапаны дороги в обслуживании из-за необходимости поддержания сопряженности поверхностей при использовании, что может, например, вызывать трудности вследствие расширения компонентов клапана.
Второй вид поворотного распределительного клапана - поворотные распределительные клапаны с плоской поверхностью, в которых указанные поверхности являются плоскими и вращаются относительно друг друга вокруг оси, проходящей перпендикулярно поверхностям. Такие поворотные распределительные клапаны более просты в изготовлении, так как плоские поверхности легче изготовить. Однако для предотвращения протечек текучей среды, переключаемой поворотным распределительным клапаном, важно, чтобы указанные две поверхности находились очень близко друг к другу или даже соприкасались. Соответственно, может возникнуть проблема трения, приводящего, например, к высокой скорости износа, выделению теплоты трения, более высокому потреблению энергии, что может потребовать применения более крупных двигателей для приведения поверхностей в относительное вращение, применения более дорогих материалов и/или ограничения срока службы.
Следует понимать, что проблемы, аналогичные описанным выше, справедливы в более общем смысле для всех поворотных подающих соединений.
В некоторых случаях, если текучая среда, подаваемая при помощи поворотного подающего соединения или переключаемая поворотным распределительным клапаном, является жидкостью, то указанная жидкость может действовать как смазочный материал. Однако это не всегда является целесообразным, а в других случаях подаваемая или переключаемая среда может не являться жидкостью. Например, может иметься необходимость в возможности использования поворотного подающего соединения для питания (или поворотного распределительного клапана для переключения) источника пониженного давления, например, вакуум-насоса. Однако использование поворотного подающего соединения для питания (или поворотного распределительного клапана для переключения) источника пониженного давления приводит к возникновению дополнительного усилия, прижимающего две поверхности друг к другу, что усугубляет проблемы трения, рассмотренные выше.
Таким образом, целью данного изобретения является создание поворотного подающего соединения, которое по меньшей мере частично устраняет некоторые из вышерассмотренных трудностей.
В соответствии с данным изобретением предложено поворотное подающее соединение, имеющее один или более выходных портов и один или более входных портов, выполненных с возможностью создания проточного сообщения между указанными одним или более выходными портами и указанными одним или более входными портами, и имеющее:
первую и вторую поверхности, выполненные с возможностью вращения относительно друг друга и имеющие соответствующие формы, так что во время относительного вращения указанных первой и второй поверхностей между ними может поддерживаться по существу постоянный зазор,
причем каждый из указанных одного или более входных портов проточно сообщается с по меньшей мере одним отверстием на первой поверхности,
при этом каждый из указанных одного или более выходных портов проточно сообщается с по меньшей мере одним отверстием на второй поверхности,
причем при вращении указанных первой и второй поверхностей относительно друг друга по меньшей мере одно отверстие на первой поверхности по меньшей мере периодически по меньшей мере частично совпадает с по меньшей мере одним отверстием на второй поверхности с обеспечением возможности протекания текучей среды от одного к другому, и
отличающееся тем, что между указанными первой и второй поверхностями расположен газовый подшипник, выполненный с возможностью создания несущего усилия между первой и второй поверхностями.
Расположение газового подшипника между первой и второй поверхностями может обеспечить регулируемый зазор между поверхностями. Соответственно, указанный зазор может быть достаточно малым, так что любые протечки переключаемой текучей среды достаточно малы для заданного режима работы поворотного подающего соединения. В то же время обеспечение малого зазора может значительно уменьшить проблемы трения, вызванные относительным перемещением двух поверхностей. Следует понимать, что в некоторых конфигурациях газовый подшипник может не обеспечивать фактический зазор между двумя поверхностями. Однако вследствие создания несущего усилия между первой и второй поверхностями давление контакта между ними может быть понижено, что соответственно уменьшает силу трения, действующую между указанными двумя поверхностями. Кроме того, даже если газовый подшипник не обеспечивает полного зазора между двумя поверхностями, газовый подшипник может обеспечить наличие достаточного количества газа между ними, так что указанный газ действует как смазочный материал между двумя поверхностями, что снижает трение.
При соответствующем расположении отверстий на первой и второй поверхностях и их соединении с входными и выходными портами поворотное подающее соединение может использоваться в качестве поворотного распределительного клапана, обеспечивающего заданный рабочий цикл проточных сообщений между одним или более входными портами и одним или более выходными портами.
Кроме того, применение газового подшипника может быть особенно выгодным, поскольку оно по существу обеспечивает постоянный зазор. В частности, если зазор между указанными двумя поверхностями уменьшается по какой-либо причине, несущее усилие газового подшипника увеличивается, то есть создается тенденция к увеличению зазора между двумя поверхностями вновь до заданного уровня. Аналогичным образом, если зазор между двумя поверхностями увеличивается, несущее усилие подшипника уменьшается, в результате чего возникает тенденция к сближению поверхностей. Таким образом, зазор между двумя поверхностями остается постоянным даже в случае колебаний других усилий, действующих на указанные две поверхности.
Предложенное поворотное подающее соединение может использоваться, в частности, для питания источника пониженного давления, то есть устройства, содержащего газ при давлении ниже давления окружающей среды, в которой работает поворотное подающее соединение, например вакуум-насоса.
В этом случае соединение источника пониженного давления с по меньшей мере одним из входных портов приводит к возникновению усилия, действующего на указанные две поверхности с обеспечением их сближения друг с другом. Чем больше разница между давлением газа в указанном источнике и давлением газа, окружающего поворотное подающее соединение, тем больше усилие, возникающее между двумя поверхностями. Аналогичным образом, чем больше эффективная площадь, на которой действует пониженное давление, тем больше усилие, действующее на указанные поверхности. Эффективная площадь может соответствовать расчетной площади отверстий на первой поверхности, которые соединены с источником пониженного давления. Однако из-за того, что первая и вторая поверхности могут находиться очень близко друг к другу, может установиться градиент давления, в котором давление увеличивается от уровня, соответствующего источнику пониженного давления и имеющего место смежно с отверстиями на первой поверхности, до уровня, соответствующего окружающей среде и имеющего место на некотором расстоянии от указанных отверстий. Соответственно, эффективная площадь представляет собой площадь, на которой возникало бы эквивалентное усилие, если бы давление на всей этой площади было равно давлению источника пониженного давления. Следует отметить, что, поскольку зазор между первой и второй поверхностями уменьшается, градиент давления изменяется, что приводит к увеличению эффективной площади и, следовательно, к увеличению несущего усилия подшипника.
В любом случае, при соответствующем управлении газовым подшипником несущее усилие, создаваемое указанным подшипником, может компенсировать усилие, сближающее поверхности друг с другом в результате подсоединения к источнику пониженного давления, с обеспечением поддержания зазора между поверхностями. В целом, следует понимать, что газовый подшипник может быть выполнен с возможностью уравновешивания результирующего усилия, действующего на поверхности с обеспечением их сближения, в том числе любых других усилий, которые могут быть приложены к поверхностям.
В одной конкретной конфигурации поворотное подающее соединение может содержать крепление, которое поддерживает элементы указанного соединения и позволяет прикреплять его к другому узлу в системе, в которой должно использоваться поворотное подающее соединение. В данном случае первая поверхность может поддерживаться креплением так, что она не вращается, что обеспечивает возможность удобного присоединения любых источников текучей среды к указанным одному или более входным портам.
Вторая поверхность может поддерживаться на креплении так, что она может вращаться относительно крепления и, следовательно, также относительно первой поверхности вокруг оси вращения. Например, вторая поверхность может быть установлена на поворотном подшипнике. Соответственно, может обеспечиваться требуемое относительное вращение первой и второй поверхностей, например, для обеспечения заданного переключения между входными и выходными портами поворотного распределительного клапана.
Одна или обе вторые поверхности могут поддерживаться на креплении таким образом, что поверхность может перемещаться в линейном направлении параллельно оси вращения второй поверхности с обеспечением регулирования зазора между первой и второй поверхностями. В одной конфигурации вторая поверхность может поддерживаться на креплении таким образом, что она не перемещается в направлении, параллельном оси ее вращения, что снижает сложность конфигурации подшипника для второй поверхности. В этом случае следует понимать, что первая поверхность поддерживается на креплении так, что она может перемещаться в линейном направлении параллельно оси вращения второй поверхности, но может не перемещаться в любом другом направлении относительно крепления. В любом случае следует понимать, что заданный диапазон перемещения в линейном направлении параллельно оси вращения второй поверхности может быть относительно малым, поскольку требуется обеспечить только заданный диапазон перемещения, необходимый для поддержания газовым подшипником устойчивого зазора между двумя поверхностями под влиянием колебаний внешних усилий, приложенных к указанным поверхностям.
Газовый подшипник может быть образован одним или более газовыми отверстиями, выполненными на одной из первой и второй поверхностей или на них обеих и соединенных с источником газа, подающим газ под давлением выше давления окружающей среды, в которой работает поворотное подающее соединение.
Таким образом, от газовых отверстий подшипника подается непрерывный поток газа, который обеспечивает требуемое несущее усилие. В зависимости от требований к поворотному подающему соединению источником газа может служить компрессор, который всасывает воздух из пространства, окружающего поворотное подающее соединение, и сжимает его. Как вариант, например, он может подавать определенный газ или смесь газов из резервуара. Первая конфигурация может быть более простой и менее дорогостоящей. Однако для подачи, например, инертного газа, который не должен взаимодействовать, например, с текучими средами, подаваемыми через поворотное подающее соединение, может потребоваться вторая конфигурация.
В одной конкретной конфигурации газовый подшипник может иметь отверстия, и подача газа к по меньшей мере двум отверстиям газового подшипника может производиться таким образом, что имеется возможность независимого регулирования давления газа. Такая конфигурация может обеспечить возможность улучшенного управления зазором между двумя поверхностями.
Например, такая конфигурация может обеспечить различные несущие усилия в различных областях между двумя поверхностями. Это может быть преимуществом, поскольку внешние усилия, действующие на поверхности, могут быть различны в различных областях. Такая ситуация может иметь место, например, если отверстия в поверхностях в одной области соединены с источниками текучей среды, имеющими давления, отличные от давлений в другой области, и/или размер отверстий в поверхностях в одной области отличается от размера отверстий в другой области.
Как вариант или дополнительно, может быть желательным осуществление регулирования давления газа, выходящего из двух различных отверстий газового подшипника, если указанные отверстия имеют различные размеры, например вследствие ограничений по размерам поверхностей.
Независимое регулирование давления для указанных двух или более отверстий газового подшипника может обеспечиваться, например, путем соединения отверстий подшипника с отдельными источниками газа и/или путем выполнения отдельных регулируемых клапанов в поточных линиях, ведущих к отверстиям подшипника.
Каждое из отверстий газового подшипника может быть соединено с соответствующим ограничителем потока газа, например, даже если указанные отверстия выполнены с возможностью работы при одинаковом давлении. Выполнение для каждого отверстия газового подшипника отдельных ограничителей потока газа, которые ограничивают поток газа из указанного отверстия в зависимости от давления, может повысить устойчивость зазора между двумя поверхностями. В частности, при такой конфигурации изменение зазора между двумя поверхностями в месте расположения одного из отверстий подшипника может не оказывать воздействия на несущее усилие, обеспечиваемое другим отверстием подшипника.
В описанной выше конфигурации, в которой первая поверхность поддерживается креплением таким образом, что она не вращается относительно крепления, указанные одно или более отверстий газового подшипника могут быть выполнены только на первой поверхности. Такая конфигурация может, в частности, облегчить подачу газа к газовым подшипникам.
Указанные одно или более отверстий газового подшипника могут быть расположены по кольцу вокруг оси вращения второй поверхности. В частности, указанные одно или более отверстий могут быть выполнены в местоположениях, равноудаленных от оси вращения второй поверхности. По меньшей мере одно из указанных отверстий может иметь вид канала, или канавки, выполненного в первой поверхности вдоль по меньшей мере части указанного кольца, проходящего вокруг оси вращения второй поверхности. Например, газовый подшипник может иметь отверстие, которое представляет собой кольцевой канал, полностью окружающий ось вращения второй поверхности. Газовый подшипник может иметь одно или более отверстий в форме каналов, проходящих по дугам кольца вокруг оси вращения второй поверхности. Однако также следует понимать, что отверстия газового подшипника могут иметь любую подходящую форму.
Указанные одно или более отверстий в первой поверхности, которые соединены с указанными одним или более входными портами, могут иметь конфигурации, соответствующие любой из конфигураций, описанных выше для отверстий газового подшипника.
Однако следует понимать, что указанные одно или более отверстий, соединенных с входными портами, могут быть расположены по одному или более кольцам, отличным от используемых для расположения отверстий подшипника, для предотвращения совпадения отверстий на второй поверхности, соединенных с выходными портами, с отверстием подшипника во время использования поворотного подающего соединения.
В одной конкретной конфигурации отверстия газового подшипника могут быть расположены вдоль первого кольца вокруг оси вращения второй поверхности, а отверстия в первой поверхности, соединенные с одним или более входными портами, могут быть расположены вдоль второго кольца. При такой конфигурации указанное первое кольцо может находиться на большем расстоянии от оси вращения второй поверхности и второго кольца. Такая конфигурация может быть предпочтительной, поскольку она может обеспечить большее пространство для размещения газового подшипника. Кроме того, при выполнении отверстий подшипника на большем расстоянии от оси вращения второй поверхности может быть повышена устойчивость вращения второй поверхности относительно первой поверхности.
Поворотное подающее соединение может использоваться как часть устройства для обработки продукта. Например, по меньшей мере один входной порт поворотного подающего соединения может быть соединен с источником пониженного давления, а по меньшей мере один выходной порт может быть соединен с соответствующим держателем продукта, прикрепленным ко второй поверхности. Соответственно, держатель продукта может по меньшей мере периодически проточно сообщаться с источником пониженного давления. Такая конфигурация может быть предпочтительной, поскольку пониженное давление может использоваться для прикрепления продукта к держателю для его перемещения, например, с возможностью вращения продукта вместе со второй поверхностью. Это может обеспечить возможность перемещения продукта от одной части процесса, например процесса производства, испытания и/или контроля, к другой части указанного процесса. Как вариант или дополнительно, это может облегчить осмотр продукта. Например, держатель продукта может быть выполнен с возможностью дополнительного вращения относительно второй поверхности, так что продукт может быть осмотрен с каждой стороны.
Ниже приведено описание изобретения при помощи неограничивающих примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид поворотного распределительного клапана в соответствии с данным изобретением,
фиг.2 изображает часть конкретной конфигурации поворотного распределительного клапана в соответствии с данным изобретением,
фиг.3 изображает более подробно поворотный распределительный клапан, показанный на фиг.2,
фиг.4а и 4b изображают возможные системы управления для воздушного подшипника, используемого в конфигурациях, показанных на фиг.2 и 3.
Ниже приведено описание данного изобретения в контексте поворотного распределительного клапана 10, а именно поворотного подающего соединения, в котором отверстия на двух соответствующих поверхностях расположены так, что по меньшей мере один входной порт периодически проточно сообщается с по меньшей мере одним выходным портом, причем указанные входные и выходные порты соединены с соответствующими отверстиями на поверхностях. Однако следует понимать, что путем соответствующего расположения отверстий на поверхностях может быть создано универсальное поворотное подающее соединение, в котором, несмотря на относительное вращение первой и второй поверхностей, по меньшей мере один входной порт постоянно проточно сообщается с по меньшей мере одним выходным портом.
На фиг.1 схематически показана конфигурация поворотного распределительного клапана 10 в соответствии с данным изобретением. В изображенной конфигурации клапан 10 содержит первый диск 11, имеющий первую поверхность 11а, и второй диск 12, имеющий вторую поверхность 12а, расположенную смежно с первой поверхностью 11а. Второй диск 12 может вращаться вокруг оси 13 относительно положения первого диска 11.
Первый диск 11 имеет один или более входных портов 21, соединенных проходами 22, обеспечивающими возможность проточного сообщения, с одним или более отверстиями 23, расположенными на первой поверхности 11а. Соответственно, второй диск 12 имеет один или более выходных портов 31, соединенных с проходами 32, обеспечивающими возможность проточного сообщения, с одним или более отверстиями 33, расположенными на второй поверхности 12а.
При вращении второго диска 12 относительно первого диска 11 отверстия 23 на первой поверхности 11а периодически совпадают с отверстиями 33 на второй поверхности 12а. Как показано на фиг.1, когда отверстие 33 на второй поверхности 12а по меньшей мере частично совпадает с отверстием 23 на первой поверхности 11а, между входным портом 21 и выходным портом 31 может протекать текучая среда.
Входной порт 21 может быть соединен с источником 25 текучей среды. Соответственно, при вращении второго диска 12 относительно первого диска 11 текучая среда периодически подается от источника 25 к входному порту 21, проходя между отверстием 23 на первой поверхности 11а к отверстию 33 на второй поверхности 12а и далее к выходному порту 31. Следует понимать, что если источник 25 является источником пониженного давления, например вакуум-насосом, то текучая среда протекает в противоположном направлении, то есть от выходного порта 31 к входному порту 21 и далее к источнику 25 пониженного давления.
Путем соответствующего расположения отверстий 23 на первой поверхности 11а и отверстий 33 на второй поверхности 12а может быть получен требуемый рабочий цикл переключения соединений между входными портами 21 и выходными портами 31.
Следует понимать, что может быть выполнено любое количество входных портов 21 и выходных портов 31 и что каждый порт может быть соединен с различными источниками текучей среды или, например, с различными областями, которые должны периодически соединяться с источниками текучей среды при помощи поворотного распределительного клапана.
Аналогичным образом, на первой и второй поверхностях 11а, 12а может быть выполнено любое количество отверстий 23, 33, которые могут быть соединены соответственно с любым из входных портов 21 и выходных портов 31. Также следует понимать, что рабочий цикл клапана 10 может осуществляться таким образом, что во время одной части рабочего цикла выходной порт 31 проточно сообщается с одним из входных портов 21, а во время другой части рабочего цикла проточно сообщается с другим из входных портов 21. Кроме того, следует понимать, что во время других частей рабочего цикла проточное сообщение входных портов 21 и/или выходных портов 31 соответственно с выходным портом 31 или входным портом 21 может отсутствовать.
Кроме того, следует понимать, что, хотя изображенный на фиг.1 клапан 10 содержит первый и второй диски 11, 12, использование в изобретении дисков не является обязательным. Соответственно, возможно использование альтернативной формы компонентов при условии, что они имеют соответственно первую поверхность 11а и вторую поверхность 12а, которые могут быть расположены смежно друг с другом.
Кроме того, несмотря на то что поверхности 11а, 12а, показанные на фиг.1, являются плоскими, это не является обязательным. Однако первая поверхность 11а и вторая поверхность 12а должны иметь соответствующие формы и быть расположены с обеспечением возможности сохранения постоянного зазора между двумя поверхностями 11а, 12а при вращении второй поверхности 12а относительно первой поверхности 11а вокруг оси 13 вращения. Например, первая и вторая поверхности могут быть коническими и образовывать конический распределительный клапан. Тем не менее, плоские поверхности могут быть предпочтительными, поскольку являются более простыми для точного изготовления.
Как показано на фиг.1, между первой и второй поверхностями 11а, 12а поддерживается зазор. Это уменьшает трение между первой и второй поверхностями 11а, 12а. Следует понимать, что фиг.1 является схематическим изображением и зазор 15 между первой и второй поверхностями 11а, 12а показан не в масштабе. В частности, промежуток между первой и второй поверхностями 11а, 12а может быть очень малым для обеспечения минимизации протечки текучей среды.
Как показано на чертеже, предложенный клапан 10 содержит газовый подшипник, который поддерживает зазор 15 между первой поверхностью 11а и второй поверхностью 12а. Газовый подшипник имеет одно или более отверстий 16, в которые подается газ при помощи источника 17 газа и которые обеспечивают поток газа 18, создающий несущее усилие.
Следует понимать, что возможно использование любого количества отверстий 16, как изложено более подробно ниже. Аналогичным образом, следует понимать, что возможно использование ряда различных источников 17 газа. В частности, источник 17 газа может представлять собой компрессор, который всасывает газ, например воздух, из окружающей среды, в которой находится клапан 10, и сжимает его с обеспечением подачи газа под давлением к отверстию 16 газового подшипника. Как вариант или дополнительно, источник 17 может представлять собой газовый резервуар, который содержит определенный газ или смесь газов, подаваемую к отверстиям 16. Например, источник 17 может подавать инертный газ. В любом случае, источник 17 содержит фильтр, обеспечивающий предотвращение попадания в газовый подшипник каких-либо твердых частиц, которые могут вызвать его блокирование.
На фиг.2 и 3 показаны элементы другой конфигурации поворотного распределительного клапана в соответствии с данным изобретением. На фиг.2 показан вид сверху первой поверхности 11а, которая является частью поворотного распределительного клапана, а на фиг.3 показан разрез части первой поверхности 11а и соответствующей части второй поверхности 12а, смежной с первой поверхностью 11а.
Как показано на фиг.2, первая и вторая поверхности имеют кольцевую форму, и через их центр проходит ось 13, перпендикулярная поверхностям 11а, 12а и соответствующая оси 13 вращения второй поверхности 12а относительно первой поверхности 11а.
Первая поверхность 11а имеет отверстия 23, которые проточно сообщаются при помощи прохода 22 с одним или более входными портами 21. Вторая поверхность 12а имеет отверстия 33, которые проточно сообщаются при помощи прохода 32 с выходными портами 31. Как показано на фиг.2, отверстия 23 в первой поверхности 11а расположены на первом кольце 51, проходящему вокруг оси 13. Отверстия 33 во второй поверхности 12а расположены на указанной поверхности 12а на одинаковом расстоянии от оси 13. Соответственно, при вращении второй поверхности 12а относительно первой поверхности 11 вокруг оси 13 каждое отверстие 33 периодически по меньшей мере частично совпадает с одним из отверстий 23 на первой поверхности.
Соответственно, во время таких периодов выходные порты 31, соединенные с отверстиями 33 во второй поверхности 12а, проточно сообщаются с входным портом 21, который соединен с отверстием 23 в первой поверхности 11а, смежным с отверстием 33 во второй поверхности 12а.
Как показано на фиг.2, отверстия 23 в первой поверхности 11а могут иметь различные размеры. Соответственно, имеется возможность управления той частью рабочего цикла, во время которой выходной порт 31 проточно сообщается с входными портами 21, связанными с отверстиями 23. Например, если отверстия 33 во второй поверхности относительно малы по сравнению с окружностью первого кольца 51, то участок кольца 51, по которому проходит отверстие 23, соответствует той части рабочего цикла поворотного распределительного клапана, во время которой каждый выходной порт 31 проточно сообщается с входным портом 21, связанным с отверстием 23.
В конфигурации, изображенной на фиг.2, одно из отверстий 23 соответствует половине окружности кольца 51. Соответственно, каждый выходной порт 31 может проточно сообщаться с соответствующим входным портом 21 приблизительно в течение половины рабочего цикла поворотного распределительного клапана.
В случае отверстий 23, 33 в первой или второй поверхности 11а, 12а, которые являются относительно большими по сравнению с размером указанной поверхности 11а, 12а, отверстие может иметь вид канала, выполненного в поверхности 11а, 12а и соединенного с соответствующим входным или выходным портом 21, 31 при помощи одного или более проходов 22, 32.
Как показано на фиг.3, входной порт 21 может быть соединен с источником 25 текучей среды. Следует понимать, что источник 25 может подавать текучую среду к порту 21 и далее, периодически, к выходным портам 31. Как вариант, указанный источник может представлять собой источник низкого давления, например вакуум-насос, который извлекает жидкость из входного порта 21 и затем, периодически, из выходных портов.
Как показано на фиг.2 и 3, поворотный распределительный клапан, имеющий изображенную конфигурацию, также содержит газовый подшипник, имеющий отверстия 16, которые обеспечивают поток газа от первой поверхности 11а ко второй поверхности 12а для поддержания зазора между указанными поверхностями. Конфигурация газового подшипника рассмотрена более подробно ниже.
Конкретная конфигурация поворотного распределительного клапана, изображенного на фиг.2 и 3, дополнительно содержит крепежную конструкцию 40, которая может использоваться для крепления указанного клапана к другому компоненту 41, например к элементу системы, в которой должен использоваться поворотный распределительный клапан. Первая поверхность 11а может быть прикреплена к конструкции 40 при помощи подшипника 42, который обеспечивает возможность ограниченного перемещения поверхности 11а в направлении, параллельном оси 13 вращения второй поверхности 12а. Соответственно, первая поверхность 11а может перемещаться с обеспечением регулирования зазора между первой и второй поверхностями 11а, 12а.
Первая и вторая поверхности 11а, 12а могут перемещаться навстречу друг другу, например, при помощи упругого элемента, действующего на первую поверхность 11а, и/или путем присоединения по меньшей мере одного входного порта 21 к источнику пониженного давления. Таким образом, зазор между первой и второй поверхностями 11а, 12а может контролироваться путем регулирования несущего усилия, создаваемого газовым подшипником. Вторая поверхность 12а может быть прикреплена к конструкции 40 при помощи поворотного подшипника 43, который поддерживает вторую поверхность 12а и обеспечивает возможность ее вращения вокруг оси 13. Также может иметься исполнительное устройство 44, обеспечивающее приведение второй поверхности 12а во вращение с заданной скоростью.
Как объяснено выше и показано на фиг.2, газовый подшипник может иметь отверстия 16, выполненные в первой поверхности 11а. В частности, как показано на фиг.2, отверстия 16 газового подшипника могут быть расположены вдоль второго кольца 52, размещенного вокруг оси 13. В частности, каждое из отверстий 16 может иметь вид каналов, выполненных в первой поверхности 11а и проходящих по дуге второго кольца 52.
Как показано, размер каждого отверстия 16 может быть одинаковым. Однако это не является обязательным. Аналогичным образом, следует понимать, что возможно использование любого количества отверстий газового подшипника. В частности, при необходимости может быть выполнено одно отверстие, которое имеет, например, кольцевую форму. Однако разделение газового подшипника на отверстия, распределенные по первой поверхности, может существенно повысить устойчивость зазора между первой и второй поверхностями 11а, 12а.
Давление газа, выходящего из отверстий 16 газового подшипника, может быть одинаковым. Как вариант, может быть желательно, чтобы давление для некоторых отверстий 16 отличалось от давления для других отверстий 16. Например, может быть желательно, чтобы давление газа для отверстий 16, смежных с отверстиями 23 в первой поверхности 11а, которые соединены с источником пониженного давления, превышало давление в отверстиях 16, смежных с отверстиями 23 в первой поверхности 11а, соединенными с источником текучей среды под избыточным давлением, или в отверстиях 16, которые не являются смежными с отверстиями 23 в первой поверхности, соединенными с входным портом 47.
При необходимости обеспечения различных давлений газа для отверстий 16 к отверстиям газового подшипника, которые должны иметь различные давления, могут быть присоединены отдельные источники газа, и/или могут быть выполнены клапаны, обеспечивающие регулирование давления для каждого из отверстий газового подшипника.
Следует понимать, что в любом случае может быть желательным выполнение регулируемого клапана, который соединен с каждым из отверстий газового подшипника для обеспечения возможности точной регулировки поворотного распределительного клапана во время настройки системы, в которой используется предложенный клапан. Регулируемые клапаны могут представлять собой, например, регуляторы давления. Они могут обеспечивать постоянство давления, подаваемого к газовому подшипнику, и отсутствие его колебаний вследствие изменений условий подачи.
Как вариант или дополнительно, может быть желательным выполнение системы, в которой давление газа в отверстии 16 может регулироваться во время работы поворотного распределительного клапана. Соответственно, может использоваться система управления, например, показанная на фиг.4а и 4b. В системе, изображенной на фиг.4а, имеются первый и второй управляемые источники 61, 62 газа. Отверстия 16а, 16b газового подшипника, в которых должно иметь место первое давление газа, соединены с первым управляемым источником 61 газа, а отверстия 16с, 16а, 16е, в которых должно иметь место независимо регулируемое второе давление газа, соединены со вторым управляемым источником 62 газа. Оба источника 61, 62 могут быть соединены с контроллером 63.
В альтернативном варианте, как показано на фиг.4b, подача газа ко всем отверстиям газового подшипника может производиться при помощи одного источника 65 газа. Однако первый набор отверстий 16а, 16b может быть соединен с первым клапаном 66 регулирования давления, а второй набор отверстий 16с, 16а, 16е, в которых должно иметь место независимо регулируемое второе давление газа, могут быть соединены со вторым клапаном 67 регулирования давления. В данном случае контроллер 63 может управлять работой клапанов 66, 67 с обеспечением регулирования давления в отверстиях 16 газового подшипника.
Следует понимать, что контроллер 63 может выполнять различные другие функции, например контролировать скорость вращения второй поверхности 12а и управлять исполнительным устройством 44 для обеспечения заданной скорости вращения, контролировать зазор между первой и второй поверхностями 11а, 12а и при необходимости регулировать работу газового подшипника для поддержания необходимого зазора.
Независимо от того, используется ли для регулирования работы газового подшипника система управления или, в данном случае, принцип системы управления, может быть желательным выполнение ограничителя 68 потока газа для каждого из отверстий 16 газового подшипника. Такой ограничитель может быть выполнен с возможностью ограничения потока газа, выходящего из отверстий 16, в зависимости от давления газа. Он может быть выполнен в виде простого дросселя, установленного в месте выхода линии подачи газа в отверстия 16.
Использование ограничителя потока газа также повышает устойчивость управления зазором между первой и второй поверхностями 11а, 12а. В частности, при увеличении зазора между поверхностями расход потока газа повышается, что увеличивает падение давления в указанном ограничителе. В свою очередь, это понижает давление, действующее между поверхностями, что вызывает уменьшение зазора. Следует понимать, что установка ограничителей потока газа может использоваться для управления газовым подшипником и его чувствительностью к колебаниям нагрузки. Кроме того, следует понимать, что для отверстий газового подшипника в различных местоположениях могут использоваться ограничители различных размеров, особенно если нагрузка газового подшипника в различных местоположениях различна. Это может иметь место, например, в результате различий в геометрии отверстий на первой и второй поверхностях и их соединений с различными источниками.
Динамическая устойчивость вращения указанных двух поверхностей может быть существенным фактором в конструкции предложенного поворотного подающего соединения или поворотного распределительного клапана. В частности, при отсутствии достаточной устойчивости может возникнуть необходимость ограничения скорости вращения двух поверхностей, что, в зависимости от условий использования, может быть неприемлемо.
В целом, отверстия газового подшипника должны быть расположены с обеспечением распределения давления газа по поверхности воздушного подшипника без возникновения динамической устойчивости. Газ, имеющийся в подшипнике, является сжимаемым, и может возникнуть ситуация, при которой один элемент колеблется относительно другого. Это явление называется пневматическим молотом.
Для максимального повышения устойчивости указанных двух поверхностей может быть выполнен ограничитель потока газа, установленный максимально близко к отверстиям газового подшипника с обеспечением сведения к минимуму объема газа в области между указанным ограничителем и отверстием.
Динамическая устойчивость также может быть повышена путем уменьшения зазора между указанными двумя поверхностями. Это может увеличить эффективную площадь, как изложено выше. Кроме того, когда две поверхности расположены близко друг к другу, между ними может образоваться тонкая газовая пленка, обеспечивающая существенное демпфирование относительного перемещения поверхностей. Следует понимать, что такое демпфирование повышает устойчивость. Однако, чем меньше зазор между двумя поверхностями, тем жестче требуемые технологические допуски для них, что повышает стоимость производства поворотного подающего соединения или распределительного клапана и увеличивает эксплуатационные расходы.
Форма, конфигурация и расположение отверстий газового подшипника также воздействуют на устойчивость вращения. Например, расположение указанных отверстий еще дальше от оси вращения второй поверхности относительно первой поверхности повышает устойчивость. Аналогичным образом, использование большего количества отверстий, имеющих меньший размер, также повышает устойчивость. Соответственно, может оказаться необходимым сбалансировать затраты на изготовление большего количества отверстий газового подшипника и стоимость механической обработки первой и второй поверхностей при относительно жестких технологических допусках с обеспечением возможности уменьшения зазора между поверхностями.
Как показано на фиг.2, второе кольцо 52, на котором расположены отверстия 16 газового подшипника, может находиться дальше от оси 13, чем первое кольцо 51, на котором расположены отверстия 23, выполненные в первой поверхности, в результате чего расстояние от оси вращения до отверстий подшипника максимально. Однако данное расположение может быть изменено на противоположное. Кроме того, как отверстия газового подшипника, так и отверстия в первой поверхности 11а, соединенные с входными портами 21, могут быть расположены более чем на одном кольце, окружающем ось 13.
Независимо от своей конфигурации, поворотное подающее соединение или поворотный распределительный клапан может использоваться в различных ситуациях. В частности, возможно его использование в устройстве для обработки продукта. При производстве многих продуктов для обеспечения сведения затрат к минимуму используется автоматизация различных процессов. Аналогичным образом, для обеспечения сведения затрат к минимуму также может использоваться автоматизация процессов транспортировки. Соответственно, конфигурация устройства для обработки продукта, например для обработки продуктов в ходе производства, транспортировки, контроля и/или осмотра, может быть важной частью производственной системы. Как показано на фиг.3, при изготовлении устройства для обработки продукта может использоваться поворотное подающее соединение или поворотный распределительный клапан в соответствии с данным изобретением.
Например, к одному, или более, или ко всем выходным портам 31 может быть прикреплен держатель 45 продукта. Соответственно, держатель 45 может по меньшей мере периодически проточно сообщаться с одним или более входными портами 21. В частности, если порт 21 соединен с источником пониженного давления, держатель 45, соответственно, периодически проточно сообщается с источником пониженного давления.
Держатель 45 продукта может иметь приемную часть 46, форма которой соответствует по меньшей мере части продукта 47. Между приемной частью 46 для продукта и выходным портом 31 может быть выполнен канал 48. Таким образом, когда выходной порт соединен с источником пониженного давления при помощи поворотного подающего соединения или поворотного распределительного клапана, продукт 47 может быть прикреплен к приемной части 46 вследствие воздействия пониженного давления.
Следует понимать, что такая конфигурация может использоваться в различных ситуациях. Например, в конфигурации, в которой применяется поворотное подающее соединение, держатель 45 продукта может постоянно проточно сообщаться с источником пониженного давления. Соответственно, продукт 47 может надежно удерживаться в приемной части 46, пока он не будет физически удален из нее.
Как вариант или дополнительно, держатель 45 продукта может использоваться совместно с поворотным распределительным клапаном, в котором во время заданной части рабочего цикла держатель 45 проточно сообщается с источником пониженного давления. В этом случае продукт 47 удерживается в приемной части. Однако во время другой части рабочего цикла проточное сообщение держателя 45 с источником пониженного давления может отсутствовать. В этом случае продукт 47 может отпадать от приемной части 46 держателя продукта во время указанной части рабочего цикла.
В еще одном варианте во время другой части рабочего цикла держатель 45 может проточно сообщаться с другим входным портом, соединенным с источником избыточного давления. Избыточное давление может использоваться, например, для эффективного выталкивания продукта 47 из приемной части 46. Как вариант, устройство для обработки продукта может быть выполнено таким образом, что продукт 47 отпадает от приемной части 46 держателя продукта до присоединения держателя 45 к источнику избыточного давления. В этом случае источник избыточного давления может использоваться для подачи потока газа или другой текучей среды к держателю 45 для обеспечения удаления любых загрязнений, которые могут остаться, например, в приемной части 46.
В одной конкретной конфигурации устройства держатель 45 продукта может быть выполнен с возможностью вращения относительно второй поверхности по меньшей мере во время удерживания продукта 47 в приемной части 46. Такая конфигурация может обеспечить возможность создания системы контроля, которая осматривает по существу весь продукт 47, выступающий из приемной части 46 держателя.
Следует понимать, что рассмотренное выше устройство для обработки продукта может применяться для различных продуктов. Например, указанное устройство может применяться для обработки фармацевтических продуктов, например пилюль и капсул.
1. Поворотное подающее соединение, имеющее один или более выходных портов (31) и один или более входных портов (21), выполненных с возможностью создания проточного сообщения между указанными одним или более выходными портами и указанными одним или более входными портами, и имеющее
первую и вторую плоские поверхности (11а, 12а), выполненные с возможностью вращения относительно друг друга и имеющие соответствующие формы, так что во время относительного вращения указанных первой и второй поверхностей между ними может поддерживаться по существу постоянный зазор, причем каждый из указанных одного или более входных портов (21) проточно сообщается с по меньшей мере одним отверстием (23) на первой поверхности (11а),
при этом каждый из указанных одного или более выходных портов (31) проточно сообщается с по меньшей мере одним отверстием (33) на второй поверхности (12а),
причем при вращении указанных первой и второй поверхностей (11а, 12а) относительно друг друга по меньшей мере одно отверстие (23) на первой поверхности (11а) по меньшей мере периодически по меньшей мере частично совпадает с по меньшей мере одним отверстием (33) на второй поверхности (12а) с обеспечением возможности протекания текучей среды от одного к другому,
отличающееся тем, что между первой и второй поверхностями (11а, 12а) имеется газовый подшипник, выполненный с возможностью создания несущего усилия между указанными поверхностями.
2. Поворотное подающее соединение по п.1, в котором указанные отверстия (23, 33) на первой и второй поверхностях расположены таким образом, что при вращении первой и второй поверхностей (11а, 12а) относительно друг друга обеспечивается заданный рабочий цикл проточного сообщения между указанным одним или более входными портами (21) и указанным одним или более выходными портами (31).
3. Поворотное подающее соединение по п.1, в котором по меньшей мере один из входных портов (21) выполнен с возможностью соединения с источником пониженного давления.
4. Поворотное подающее соединение по п.3, в котором газовый подшипник выполнен с возможностью создания усилия между двумя указанными поверхностями (11а, 12а), которое уравновешивает результирующее усилие, действующее на указанные поверхности с обеспечением их сближения и возникающее при соединении указанного по меньшей мере одного из входных портов (21) с источником пониженного давления.
5. Поворотное подающее соединение по п.1, содержащее крепежную конструкцию (40), предназначенную для поддержания указанного соединения при его прикреплении к другому компоненту, причем первая поверхность (11а) прикреплена к крепежной конструкции (40) таким образом, что она не вращается относительно указанной конструкции, а вторая поверхность (12а) прикреплена к крепежной конструкции (40) с возможностью вращения относительно указанной конструкции и первой поверхности вокруг оси (13) вращения.
6. Поворотное подающее соединение по п.5, в котором по меньшей мере одна из указанных первой и второй поверхностей (11а, 12а) прикреплена к крепежной конструкции (40) с возможностью перемещения в линейном направлении параллельно оси (13) вращения второй поверхности (12а) с обеспечением регулирования зазора между указанными первой и второй поверхностями.
7. Поворотное подающее соединение по п.1, в котором газовый подшипник имеет одно или более отверстий (16), расположенных по меньшей мере на одной из первой и второй поверхностей (11а, 12а) и выполненных с возможностью соединения с источником (17) газа, подающим газ под давлением выше давления окружающей среды, в котором используется поворотное подающее соединение для обеспечения создания несущего потока газа (18), выходящего из отверстий газового подшипника.
8. Поворотное подающее соединение по п.7, в котором газовый подшипник имеет отверстия (16), причем газ подается к по меньшей мере двум из указанных отверстий газового подшипника с обеспечением возможности независимого регулирования давления газа в каждом из них.
9. Поворотное подающее соединение по п.7, в котором указанный газовый подшипник выполнен с возможностью соединения каждого из его отверстий (16) с соответствующим ограничителем (68) потока газа.
10. Поворотное подающее соединение по п.5, в котором газовый подшипник имеет одно или более отверстий (16), расположенных на первой поверхности (11а) и выполненных с возможностью соединения с источником (17) газа, подающим газ под давлением выше давления окружающей среды, в которой используется указанный поворотный распределительный клапан, для обеспечения создания несущего потока газа (18), выходящего из отверстий газового подшипника.
11. Поворотное подающее соединение по п.10, в котором указанные одно или более отверстий (16) газового подшипника расположены по кольцу (52) вокруг оси (13) вращения второй поверхности (12а).
12. Поворотное подающее соединение по п.11, в котором по меньшей мере одно указанное отверстие (16) газового подшипника выполнено в виде канала, проходящего вдоль по меньшей мере части указанного кольца (52).
13. Поворотное подающее соединение по п.11, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие на первой поверхности (11а), проточно сообщающееся с указанным по меньшей мере одним входным портом (21), расположено вдоль второго кольца (51), проходящего вокруг оси (13) вращения второй поверхности (12а).
14. Поворотное подающее соединение по п.13, в котором второе кольцо (51) расположено ближе к оси (13) вращения второй поверхности (12а), чем первое кольцо (52), на котором расположены одно или более отверстий (16) газового подшипника.
15. Устройство для обработки продукта, содержащее поворотное подающее соединение по п.3 и источник пониженного давления, соединенный с указанным по меньшей мере одним входным портом (21), и дополнительно содержащее по меньшей мере один держатель (45) продукта, прикрепленный к выходному порту (31) и проточно сообщающийся с одним из указанных одного или более выходных портов (31),
причем поворотное подающее соединение выполнено таким образом, что выходной порт (31) по меньшей мере периодически проточно сообщается с указанным по меньшей мере одним входным портом (21) с обеспечением по меньшей мере периодического проточного сообщения держателя (45) продукта с указанным источником пониженного давления.
