клапан и способ создания импульса топлива

Формула изобретения

1. Клапан для текучей среды, содержащий корпус (1,2), имеющий входное отверстие (3) и выходное отверстие (4), подвижный клапанный элемент (5, 105), который может упираться в седло (6) клапана для закрывания клапана, управляющую камеру (25), которая образована на стороне подвижного клапанного элемента (5, 105), удаленной от седла (6) клапана, которая содержит рабочий объем клапана и которая соединена через дроссельный канал (10) с входным отверстием (3), и средства (26, 27, 28, 29), предназначенные для обеспечения возможности выхода текучей среды из управляющей камеры (25) для открывания клапана под воздействием давления на часть другой стороны подвижного клапанного элемента (5, 105), которая находится в открытом сообщении с входным отверстием (3), с перемещением подвижного клапанного элемента (5, 105) от седла (6) клапана, причем подвижный клапанный элемент (5, 105) установлен с возможностью перемещения вдоль клапанного элемента (21, 121), неподвижно расположенного в корпусе, и для этого указанные клапанные элементы (5, 105, 21, 121) имеют трубчатую поверхность (51, 151; 52, 152) скольжения и дополняющую кольцеобразную скользящую кромку (22, 122; 23, 123), которая имеет соответствующий диаметр, сопряжена с трубчатой поверхностью и образует уплотнение, ограничивающее рабочий объем клапана, отличающийся тем, что рабочий объем клапана дополнительно ограничен вторым уплотнением, образованным указанными клапанными элементами (5, 105; 21, 121), имеющими вторую трубчатую поверхность (51, 151; 52, 152) скольжения, диаметр которой отличается от диаметра первой поверхности скольжения, и вторую дополняющую кольцеобразную кромку (22, 122; 23, 123), которая имеет соответственно другой диаметр и сопряжена с указанной второй поверхностью, при этом седло (6) клапана расположено между поверхностью (51, 151) скольжения, имеющей меньший диаметр, и поверхностью (52, 152) скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что две трубчатые поверхности (51, 151; 52, 152) скольжения находятся на подвижном клапанном элементе (5, 105).

3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанные две трубчатые поверхности (51, 52) скольжения являются внутренними поверхностями.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что поверхность (51, 151) скольжения, имеющая меньший диаметр, расположена ближе к седлу (6) клапана, чем поверхность (52, 152) скольжения, имеющая больший диаметр.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что меньший диаметр составляет 0,4-0,9, предпочтительно 0,5-0,8, более предпочтительно 0,6-0,7 от большего диаметра.

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что площадь между поверхностью (51, 151) скольжения, имеющей меньший диаметр, и серединой кромки седла (6) клапана составляет 0,3-0,7, более предпочтительно 0,4-0,6 от площади между двумя поверхностями (51, 151; 52, 152) скольжения, если смотреть в осевом направлении.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что трубчатые поверхности (51, 151; 52, 152) скольжения соединены с помощью газонепроницаемого соединительного элемента (53, 153).

8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что указанные трубчатые поверхности (51, 52) скольжения расположены на подвижном клапанном элементе (5) и выполнены в виде двух втулок, причем втулка, имеющая меньший диаметр, имеет меньшую длину и расположена внутри втулки, имеющей больший диаметр, и указанные втулки соединены со стороны седла клапана посредством соединительного элемента (53), содержащего кольцеобразный ограничитель, который может упираться в седло (6) клапана.

9. Клапан по п.1, отличающийся тем, что подвижный клапанный элемент (5, 105) имеет поверхность, которая расположена в зоне (А) между седлом (6) клапана и поверхностью (52, 152) скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении, и на которую текучая среда, присутствующая во входном отверстии (3), может воздействовать с результирующей силой в направлении от седла (6) клапана при нахождении клапана в закрытом положении после того, как этой среде была дана возможность выйти из управляющей камеры (25).

10. Клапан по п.1, отличающийся тем, что подвижный клапанный элемент (5, 105) имеет поверхность, которая расположена в зоне (С) между седлом (6) клапана и поверхностью (51) скольжения, имеющей меньший диаметр, если смотреть в осевом направлении, и на которую текучая среда, присутствующая в управляющей камере (25), может воздействовать с результирующей силой в направлении седла (6) клапана при нахождении клапана в закрытом положении.

11. Клапан по п.1, отличающийся тем, что подвижный клапанный элемент, (5, 105) в отсутствие давления текучей среды, прижимается к седлу (6) клапана посредством смещающих средств (7).

12. Клапан по п.11, отличающийся тем, что указанные смещающие средства (7) содержат пружину, которая с одной стороны опирается на неподвижный клапанный элемент (21) или корпус (1, 2), а с другой стороны - на подвижный клапанный элемент (5, 105).

13. Клапан по п.1, отличающийся тем, что кольцеобразные скользящие кромки (22, 23) расположены на двух выступах.

14. Клапан по п.1, отличающийся тем, что указанные кольцеобразные скользящие кромки (22, 122; 23, 123) образованы эластичными уплотняющими кольцами.

15. Клапан по п.1, отличающийся тем, что средства для обеспечения возможности выхода текучей среды из управляющей камеры (25) для открывания клапана содержат управляющий клапан (28), выполненный с возможностью обеспечения выхода текучей среды из управляющей камеры (25) к выходному отверстию (4).

16. Способ создания импульса текучей среды путем быстрого открывания и/или закрывания клапана, в котором подвижный клапанный элемент (5, 105) перемещают в направлении от седла (6) клапана посредством давления подаваемой текучей среды в результате уменьшения давления текучей среды на другой стороне подвижного клапанного элемента (5, 105), после чего среда может протекать между подвижным клапанным элементом (5, 105) и седлом (6) клапана;

причем подвижный клапанный элемент (5, 105) перемещают вдоль неподвижно установленного клапанного элемента, и для этого указанные элементы (5,105; 21, 121) имеют трубчатую поверхность (51, 151; 52, 152) скольжения, сопряженную с дополняющей кольцеобразной скользящей кромкой (22, 122; 23, 123), имеющей соответствующий диаметр, и образующей уплотнение, ограничивающее рабочий объем клапана, отличающийся тем, что рабочий объем клапана дополнительно ограничивают вторым уплотнением, образованным указанными клапанными элементами (5, 105; 21, 121), которые имеют вторую трубчатую поверхность (51, 151; 52, 152) скольжения, диаметр которой отличается от диаметра первой поверхности скольжения, и вторую дополняющую кольцеобразную скользящую кромку (22, 122; 23, 123), которая имеет соответственно отличающийся диаметр и которая сопряжена с указанной второй поверхностью скольжения, причем седло (6) клапана располагают между поверхностью (51, 151) скольжения, имеющей меньший диаметр, и поверхностью (52, 152) скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к клапану для текучей среды, содержащему корпус, имеющий входное отверстие и выходное отверстие, подвижный клапанный элемент, который может упираться в седло клапана для закрывания клапана, управляющую камеру, которая образована на стороне подвижного клапанного элемента, удаленной от седла клапана, содержит рабочий объем клапана и соединена через дроссельный канал с входным отверстием, и средства, предназначенные для обеспечения возможности выхода текучей среды из управляющей камеры для открывания клапана в результате давления на часть другой стороны подвижного клапанного элемента, которая открыто соединена с входным отверстием, с перемещением подвижного клапанного элемента от седла клапана, причем подвижный клапанный элемент установлен с возможностью перемещения вдоль клапанного элемента, неподвижно расположенного в корпусе, и для этого указанные клапанные элементы имеют трубчатую поверхность скольжения и дополняющую кольцеобразную скользящую кромку, которая имеет соответствующий диаметр, сопряжена с трубчатой поверхностью скольжения и образует уплотнение, ограничивающее рабочий объем клапана. Такой клапан известен из патентной публикации Германии DE 3913990 С.

Такие газовые клапаны используются, например, для очистки пылеулавливающих фильтров в промышленных системах выпуска. Такие пылеулавливающие фильтры при использовании забиваются пылью, что приводит к увеличению их сопротивления. Такой пылеулавливающий фильтр может быть очищен путем приложения газового импульса в направлении, противоположном направлению нормального течения газа через фильтр. В связи с этим важно, чтобы можно было получить эффективный газовый импульс, для чего необходим газовый клапан, который может быть открыт и закрыт очень быстро и который может пропускать большой объем газа за очень короткий промежуток времени.

В международной патентной публикации WO 96/27095 описан другой клапан, одна из особенностей которого состоит в том, что открывание и/или закрывание этого клапана может происходить очень быстро, так что создается возможность прохода большого объема газа через клапан за очень короткое время, что делает упомянутый клапан подходящим, в частности, для создания коротких газовых импульсов. В этом клапане подвижный клапанный элемент содержит мембрану, которая герметизирует управляющую камеру.

Недостатком этого клапана является то, что рабочий объем клапана, то есть количество газа, которое должно быть выпущено из управляющей камеры для открывания клапана, относительно велико. Указанный рабочий объем клапана может быть грубо определен как длина рабочего хода клапана, умноженная на общую площадь поверхности мембраны. Очень быстрый выход относительно большого количества газа из управляющей камеры приводит к неприятному шуму для окружающей среды, который поэтому должен быть уменьшен. Кроме того, быстрый выход такого количества газа из управляющей камеры требует наличия в ней управляющего клапана, к которому предъявляют жесткие требования. В тех случаях, когда используют основной клапан больших размеров и, соответственно, большой объем газа должен выходить из управляющей камеры за короткий промежуток времени, между управляющим клапаном и основным клапаном помещают второй клапан, причем второй клапан конструируют согласно тем же принципам, что и основной клапан, что является дорогостоящим решением.

Цель изобретения состоит в создании клапана, в частности, для подачи газовых импульсов, который является более компактным, работает более эффективно, может быть открыт и/или закрыт более быстро и/или в котором для открывания и/или закрывания требуется меньшее количество газа.

Для достижения этих целей рабочий объем клапана дополнительно ограничивается вторым уплотнением, образованным клапанными элементами, имеющими вторую трубчатую поверхность скольжения, диаметр которой отличается от диаметра первой поверхности скольжения, и вторую дополняющую кольцеобразную скользящую кромку, имеющую соответственно отличающийся диаметр и сопряженную с этой поверхностью, при этом седло клапана расположено между поверхностью скольжения, имеющей меньший диаметр, и поверхностью скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении. Таким образом, пространство между большей поверхностью скольжения и меньшей поверхностью скольжения, длина которого изменяется во время рабочего хода, образует кольцеобразный рабочий объем клапана, который намного меньше, чем рабочий объем клапана в форме диска в известных клапанах, при заданной одинаковой длине рабочего хода клапана. Вследствие этого вытесненный объем намного меньше, так что отмеченные выше недостатки, связанные с этим, устраняются, по меньшей мере, частично.

В предпочтительном варианте выполнения две трубчатые поверхности скольжения находятся на подвижном клапанном элементе, причем указанные поверхности предпочтительно являются внутренними поверхностями. В рамках изобретения, однако, возможны любые другие комбинации, например, комбинация, в которой одна из трубчатых поверхностей скольжения находится на подвижном клапанном элементе, в то время как другая находится на неподвижном клапанном элементе.

Меньший диаметр предпочтительно составляет 0,4-0,9, более предпочтительно - 0,5-0,8, еще более предпочтительно - 0,6-0,7 от большего диаметра. Также предпочтительно, чтобы площадь между поверхностью скольжения, имеющей меньший диаметр, и серединой кромки седла клапана составляла 0,3-0,7, более предпочтительно 0,4-0,6 от площади между двумя поверхностями скольжения, если смотреть в осевом направлении. Очевидно, что при использовании этих соотношений достигается оптимальное равновесие больших сил с минимальным вытесняемым объемом.

Трубчатые поверхности скольжения предпочтительно связаны посредством не проницаемого для текучей среды соединительного элемента. Трубчатые поверхности подвижного клапанного элемента предпочтительно выполнены в виде двух втулок; втулка, имеющая меньший диаметр, короче и расположена внутри втулки, имеющей больший диаметр, причем указанные втулки на стороне, обращенной к седлу клапана, соединены посредством указанного соединительного элемента, содержащего кольцеобразный ограничитель, который может упираться в седло клапана. Таким образом получен выполняющий свое назначение легкий подвижный клапанный элемент.

Подвижный клапанный элемент предпочтительно имеет поверхность, которая расположена в зоне между седлом клапана и поверхностью скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении, и на которую находящаяся во входном отверстии текучая среда может приложить результирующую силу, направленную от седла клапана, при нахождении клапана в закрытом положении после того, как среде была дана возможность выйти из управляющей камеры. Таким образом, открывание клапана может быть инициировано простым способом, когда давление в управляющей камере упадет ниже давления во входном отверстии.

Подвижный клапанный элемент предпочтительно имеет поверхность, которая расположена в зоне между седлом клапана и поверхностью скольжения, имеющей меньший диаметр, если смотреть в осевом направлении, и на которую находящаяся в управляющей камере текучая среда может приложить результирующую силу, направленную к седлу клапана, при нахождении клапана в закрытом положении. При этом клапан может удерживаться в закрытом положении, пока давление в управляющей камере не ниже, чем давление во входном отверстии, и ниже, чем давление в выходном отверстии.

Подвижный клапанный элемент, в отсутствие давления текучей среды, предпочтительно прижимается к седлу клапана посредством смещающих средств. Указанные смещающие средства предпочтительно содержат пружину, которая, с одной стороны, опирается на неподвижный клапанный элемент, а с другой стороны - на подвижный клапанный элемент. В результате клапан будет находиться в закрытом положении при отсутствии разницы давлений.

Указанные кольцеобразные скользящие кромки предпочтительно расположены на двух выступах, выступающих из управляющей камеры в корпус. Так как кольцеобразные скользящие кромки находятся на выступах, а, например, не на массивных цилиндрах, то экономится материал, так что вес клапана уменьшается. Также указанные кольцеобразные скользящие кромки предпочтительно образованы эластичными уплотняющими кольцами, так что текучая среда не может выйти из управляющей камеры мимо указанных скользящих кромок.

Изобретение также относится к способу создания импульса текучей среды путем быстрого открывания и/или закрывания клапана, в котором подвижный клапанный элемент перемещают от седла клапана под действием приложенного давления текучей среды в результате того, что давление текучей среды на другой стороне подвижного клапанного элемента понижается, после чего среда может протекать между подвижным клапанным элементом и седлом клапана, причем подвижный клапанный элемент перемещается вдоль неподвижно расположенного клапанного элемента, и для этого оба клапанных элемента содержат две трубчатые поверхности скольжения, имеющие различные диаметры и сопряженные с двумя дополняющими кольцеобразными скользящими кромками, имеющими различные диаметры, при этом седло клапана расположено между поверхностью скольжения, имеющей меньший диаметр, и поверхностью скольжения, имеющей больший диаметр, если смотреть в осевом направлении.

Ниже изобретение объяснено более подробно с помощью вариантов выполнения, изображенных на чертежах, на которых:

фиг.1 изображает разрез газового клапана в закрытом положении;

фиг.2 изображает разрез газового клапана, показанного на фиг.1, в открытом положении;

фиг.3 изображает разрез альтернативного варианта выполнения газового клапана в закрытом положении;

фиг.4 изображает фрагмент разреза, показанного на фиг.1; и

фиг.5 изображает разрез другого альтернативного варианта выполнения газового клапана в закрытом положении.

Чертежи являются просто упрощенными представлениями вариантов выполнения, в которых подобные части обозначены одними и теми же номерами на разных фигурах.

Фиг.1 и фиг.2 изображают различные части газового клапана в разрезе. Газовый клапан имеет корпус, состоящий из кожуха 1 клапана и крышки 2. Кожух 1 имеет входное отверстие 3 для газа и выходное отверстие 4 для газа. Оба отверстия снабжены соединительными средствами, так что к ним могут быть присоединены газовые трубы. В изображенном варианте выполнения указанные средства представляют собой внутреннюю винтовую резьбу в отверстиях 3, 4, так что конец трубы с наружной резьбой может быть ввинчен в указанные отверстия. Газонепроницаемое уплотнение может быть получено выбором правильного типа винтовой резьбы или применением уплотняющего материала.

При нахождении газового клапана в положении, которое проиллюстрировано на фиг.1, указанный газовый клапан закрыт и клапанный элемент 5 прилегает к седлу 6 клапана. Подвижный клапанный элемент 5 содержит две цилиндрические части, а именно внутренний цилиндр, имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность 51, и наружный цилиндр, имеющий цилиндрическую внутреннюю поверхность 52, которые связаны в нижней части с помощью кольцеобразного ограничителя 53. Верхняя часть внутренней поверхности 51 внутреннего цилиндра находится на высоте, составляющей примерно половину высоты, на которой расположена верхняя часть внутренней поверхности 52 наружного цилиндра.

Элемент 5 установлен с возможностью перемещения на неподвижном клапанном элементе или на держателе 21 клапана, который представляет собой одно целое с крышкой 2. В альтернативном варианте выполнения (не показан) держатель 21 представляет собой отдельную деталь, выполненную из пластмассы, которая закреплена между крышкой 2 и кожухом 1 клапана посредством фланца. Держатель 21 имеет нижний выступ, содержащий уплотняющее кольцо из пластмассы, имеющее наружную кромку 22, и верхний выступ, содержащий уплотнительное кольцо из пластмассы, имеющее наружную кромку 23. Диаметр нижней наружной кромки 22 соответствует диаметру внутренней поверхности 51, а диаметр верхней наружной кромки 23 соответствует диаметру внутренней поверхности 52. Таким образом, цилиндрические внутренние поверхности 51, 52 подвижного клапанного элемента установлены с возможностью газонепроницаемого скользящего перемещения в вертикальном направлении по соответствующим кольцеобразным наружным кромкам 22, 23. Самое верхнее положение элемента 5 ограничено упором верхней стороны либо внутреннего цилиндра, либо наружного цилиндра в соответственно либо верхний выступ, либо крышку 2. В настоящем варианте выполнения размеры выбраны таким образом, что, по меньшей мере, два цилиндра по существу упираются в свои соответствующие границы, как это изображено на фиг.2.

На фиг.2 также показано, что нижняя часть 24 держателя 21 выполнена таким образом, что она при нахождении клапана в открытом положении образует единую поверхность с ограничительным кольцом 53, при этом указанная нижняя сторона и указанное ограничительное кольцо совместно создают направляющую для потока газа (обозначенного с помощью стрелок) из входного отверстия 3 в сторону выходного отверстия 4.

Наружная сторона и нижняя сторона элемента 5, когда они расположены выше седла 6 клапана, находятся в прямом контакте с входным отверстием 3 для газа, так что давление подводимого газа выше на этой стороне клапанного элемента. На другой стороне клапанного элемента в держателе 21 (неподвижный клапанный элемент) находится управляющая камера 25, которая к тому же содержит кольцеобразный рабочий объем клапана, расположенный между неподвижным клапанным элементом и подвижным клапанным элементом. В этом кольцеобразном рабочем объеме клапана также находится пружина 7, которая упирается в неподвижный клапанный элемент 21 на одной стороне и которая может прижимать подвижный клапанный элемент 5 к седлу 6 клапана. Управляющая камера 25 соединена с входным отверстием для газа посредством дроссельного канала 10. На своей верхней стороне камера 25 имеет соединительное отверстие 26, через которое камера 25 может быть подсоединена к управляющему устройству (не показано), например, к управляющему клапану. Указанное управляющее устройство (не показано) способно закрывать соединяющее отверстие 26, так что газ не может проходить через него, и позволяет газу выходить из управляющей камеры через соединительное отверстие с тем, чтобы открыть газовый клапан.

Работа газового клапана, изображенного на фиг.1 и 2, ниже объяснена со ссылками на фиг.4. До тех пор пока поток газа через отверстие 26 заблокирован, газовый клапан будет закрыт вследствие того, что элемент 5 упирается в седло 6. В этом положении давление подводимого газа во входном отверстии 3 больше, чем давление газа в выходном отверстии 4. Давление подводимого газа больше не только во входном отверстии 3, но также и в камере 25, которая связана со входным отверстием для газа через дроссельный канал 10. Пока отверстие 26 закрыто, результирующая сил, приложенных к подвижному клапанному элементу (равная давлению подводимого газа минус давление выходящего газа, приложенное к поверхности С верхней стороны клапана), направлена вниз, так что газовый клапан находится в закрытом состоянии. Газовый клапан может быть открыт, если газу дать возможность выйти из управляющей камеры через отверстие 26, так что давление газа в камере 25 упадет. Результирующая сил, приложенных к подвижному диску 5 клапана (равная давлению подводимого газа, приложенному к поверхности А нижней части клапана), будет направлена вверх, против упругой силы пружины 7, так что клапан откроется. Объем газа, который может быть подан через канал 10, недостаточно велик для создания значительного давления в камере 25, так что давление подводимого газа, приложенное к нижней стороне элемента 5 (по всей зоне В), будет удерживать газовый клапан в открытом положении до тех пор, пока не прекратится выход газа через отверстие 26, так что в камере 25 опять создастся давление в результате поступления в нее газа через канал 10. В этом положении на обеих сторонах элемента 5 создается одно и то же давление, в результате чего элемент 5 опять закроется под действием упругой силы пружины 7.

Фиг.3 изображает альтернативный вариант выполнения газового клапана, в котором в неподвижном элементе 21 между управляющей камерой 25 и выходным отверстием 4 для газа расположено отверстие 27. Указанное отверстие 27 имеет то же назначение, что и отверстие 26, а именно обеспечение возможности выхода газа из управляющей камеры при открывании отверстия; в этом варианте выполнения, однако, поток газа направлен к выходному отверстию 4. В связи с этим не требуется отдельного выхода в верхней стороне клапана, в то время как дополнительно снижается уровень производимого при этом шума. Отверстие 27 закрыто рабочим механизмом 28, который приводится в действие электромагнитом 29, установленным на крышке 2 посредством завинчивающегося элемента 30.

Фиг.5 изображает альтернативный вариант выполнения газового клапана с подвижным клапанным элементом 105, содержащим две цилиндрические части, из которых нижний цилиндр имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность 151, а верхний цилиндр имеет наружную цилиндрическую поверхность 152, которые соединены посередине посредством кольцеобразного соединительного элемента 153. Нижняя сторона нижней цилиндрической части имеет кольцеобразный ограничитель 154, который может прижиматься к седлу 6 клапана.

В этом варианте между крышкой 2 и корпусом 1 клапана зажато эластичное уплотняющее кольцо 23, которое предпочтительно изготовлено из пластмассы, содержащей телефон. Уплотняющее кольцо 123 имеет кольцеобразный внутренний край, по которому может скользить цилиндрическая наружная поверхность 152, образуя при этом газонепроницаемое уплотнение. Уплотняющее кольцо имеет отверстие (не показано), которое работает как дроссельный канал, аналогичный дроссельному каналу 10 в предшествующих вариантах выполнения. В нижней части элемента 121 на его наружной стороне расположено пластмассовое уплотняющее кольцо, имеющее наружную кромку 122, по которой может скользить цилиндрическая поверхность 151, образуя газонепроницаемое уплотнение. Пружина 7 своим верхним концом опирается на крышку 2, а своим нижним концом - на элемент 153. Что же касается остального, то работа газового клапана, соответствующего этому варианту выполнения, аналогична работе предшествующих вариантов выполнения и потому не требует дополнительных пояснений.

Описанные здесь варианты выполнения следует рассматривать как типовые варианты, и специалисту в этой области техники, ознакомленному с изобретением, будет очевидно, что при осуществлении изобретения возможны многочисленные модификации.