устройство для приведения в движение текучей среды и клапанный механизм

Формула изобретения

1. Устройство для работы с текучей средой, имеющее трубопровод высокого давления и рабочую камеру, и клапанный механизм, расположенный между трубопроводом высокого давления и рабочей камерой для регулирования потока текучей среды от трубопровода высокого давления к рабочей камере, причем клапанный механизм содержит главный клапан, имеющий элемент клапана, выполненный с возможностью обеспечения плотного контакта с клапанным седлом, и вспомогательный клапан, содержащий перемещаемый электромагнитом элемент клапана для выравнивания давления на любой стороне главного клапана посредством приведения рабочей камеры в прямое сообщение по текучей среде с трубопроводом высокого давления.

2. Устройство по п.1, в котором главные и вспомогательные клапаны составляют одно целое, причем элемент клапана имеет внутренний канал, сообщающийся с отверстием, образованным клапанным седлом, и перемещаемый электромагнитом элемент клапана выполняется с возможностью приведения внутреннего канала в прямое сообщение по текучей среде с указанной полостью, окружающей указанный элемент клапана.

3. Устройство по п.2, в котором перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент золотникового клапана.

4. Устройство по п.2, в котором перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент тарельчатого клапана, расположенный, по меньшей мере, частично во внутреннем канале.

5. Устройство по пп.2, 3 или 4, в котором имеются главные средства смещения для смещения элемента клапана к клапанному седлу, и вспомогательные средства смещения для смещения вспомогательного элемента в положение, в котором внутренний канал изолирован от окружающей полости.

6. Устройство по п.5, в котором главные и/или вспомогательные средства смещения содержат винтовые пружины.

7. Устройство по п.6, в котором вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

8. Устройство по п.5, в котором вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

9. Клапанный механизм для регулирования потока текучей среды от трубопровода высокого давления к рабочей камере, причем клапанный механизм содержит главный клапан, имеющий элемент клапана, выполненный с возможностью обеспечения плотного контакта с клапанным седлом, и вспомогательный клапан, содержащий перемещаемый электромагнитом элемент клапана для выравнивания давления на любой стороне главного клапана посредством приведения рабочей камеры в прямое сообщение по текучей среде с трубопроводом высокого давления.

10. Клапанный механизм по п.9, в котором главные и вспомогательные клапаны составляют одно целое, причем элемент клапана имеет внутренний канал, сообщающийся с отверстием, образованным клапанным седлом, и перемещаемый электромагнитом элемент клапана выполняется с возможностью приведения внутреннего канала в прямое сообщение по текучей среде с указанной полостью, окружающей указанный элемент клапана.

11. Клапанный механизм по п.10, в котором перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент золотникового клапана.

12. Клапанный механизм по п.10, в котором перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент тарельчатого клапана, расположенный, по меньшей мере, частично во внутреннем канале.

13. Клапанный механизм по любому из пп.10, 11 или 12, в котором имеются главные средства смещения для смещения элемента клапана к клапанному седлу, и вспомогательные средства смещения для смещения вспомогательного элемента в положение, в котором внутренний канал изолирован от окружающей полости.

14. Клапанный механизм по п.13, в котором главные и/или вспомогательные средства смещения содержат винтовые пружины.

15. Клапанный механизм по п.14, в котором вспомогательное средство смещения создает большее усилие чем главное средство смещения.

16. Клапанный механизм по п.13, в котором вспомогательное средство смещения создает большее усилие чем главное средство смещения.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к гидравлическому или пневматическому двигателю или насосу (устройству для работы с текучей средой).

ЕР-В-0494236 представляет механизм приведения в действие электромагнитных тарельчатых клапанов в устройстве для приведения в движение текучей среды, использующем предварительное сжатие и предварительное растяжение объема рабочей камеры для создания рабочего цикла двигателя устройства. Рабочие камеры устройства подбираются в реальном времени так, что энергия текучей среды с возможностью контроля преобразуется в энергию на валу и обратно, таким образом, обеспечивая регулируемый двунаправленный поток энергии. Свойством тарельчатых клапанов является то, что давление текучей среды действует на опорную поверхность, создающую большую закрывающую силу. Рабочий цикл двигателя ЕР-В-0494236 обуславливается энергией от уже вращающегося вала для обеспечения открывания электромагнитного тарельчатого клапана в зависимости от давления в трубопроводе высокого давления. Данное требование ограничивает использование данной технологии в условиях, где устройство уже действует при вращении вала со скоростью выше предельного значения. Для применений с требованием приведения в действие с нулевой скорости рабочий цикл двигателя должен начинаться другим средством.

US-A-5735582 описывает электромагнитный клапан в сборе, содержащий главный клапан и вспомогательный клапан, причем вспомогательный клапан служит для открывания главного клапана, противодействуя высокому давлению. Для того чтобы открыть главный клапан, текучая среда должна перетекать по капилляру между корпусом главного клапана и проходным отверстием до того, как давление выравнивается. Это означает, что для приведения в действие клапана в сборе потребуется 200-300 миллисекунд, что является слишком затяжным для использования устройства для приведения в движение текучей среды.

Целью изобретения является создание поверхностно устанавливаемого клапана, помещенного между рабочей камерой и трубопроводом высокого давления устройства для работы с текучей средой, который может открываться в то время, как последняя сжимается и выходной вал устройства неподвижен.

Соответственно, согласно настоящему изобретению создано устройство для работы с текучей средой, имеющее трубопровод высокого давления и рабочую камеру, и клапанный механизм, расположенный между трубопроводом высокого давления и рабочей камерой для регулирования потока текучей среды от трубопровода высокого давления к рабочей камере, причем клапанный механизм содержит главный клапан, имеющий элемент клапана, выполненный с возможностью обеспечения плотного контакта с клапанным седлом, и вспомогательный клапан, содержащий перемещаемый электромагнитом элемент клапана для выравнивания давления на любой стороне главного клапана посредством приведения рабочей камеры в прямое сообщение по текучей среде с трубопроводом высокого давления.

Предпочтительно главные и вспомогательные клапаны составляют одно целое, причем элемент клапана имеет внутренний канал, сообщающийся с отверстием, образованным клапанным седлом, и перемещаемый электромагнитом элемент клапана выполняется с возможностью приведения внутреннего канала в прямое сообщение по текучей среде с указанной полостью, окружающей указанный элемент клапана.

Предпочтительно перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент золотникового клапана.

Предпочтительно перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент тарельчатого клапана, расположенный, по меньшей мере, частично во внутреннем канале.

Предпочтительно имеются главные средства смещения для смещения элемента клапана к клапанному седлу и вспомогательные средства смещения для смещения вспомогательного элемента в положение, в котором внутренний канал изолирован от окружающей полости.

Предпочтительно главные и/или вспомогательные средства смещения содержат винтовые пружины.

Предпочтительно вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

Предпочтительно вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

Кроме того, согласно настоящему изобретению создан клапанный механизм для регулирования потока текучей среды от трубопровода высокого давления к рабочей камере, причем клапанный механизм содержит главный клапан, имеющий элемент клапана, выполненный с возможностью обеспечения плотного контакта с клапанным седлом, и вспомогательный клапан, содержащий перемещаемый электромагнитом элемент клапана для выравнивания давления на любой стороне главного клапана посредством приведения рабочей камеры в прямое сообщение по текучей среде с трубопроводом высокого давления.

Предпочтительно главные и вспомогательные клапаны составляют одно целое, причем элемент клапана имеет внутренний канал, сообщающийся с отверстием, образованным клапанным седлом, и перемещаемый электромагнитом элемент клапана выполняется с возможностью приведения внутреннего канала в прямое сообщение по текучей среде с указанной полостью, окружающей указанный элемент клапана.

Предпочтительно перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент золотникового клапана.

Предпочтительно перемещаемый электромагнитом элемент содержит элемент тарельчатого клапана, расположенный, по меньшей мере, частично во внутреннем канале.

Предпочтительно имеются главные средства смещения для смещения элемента клапана к клапанному седлу и вспомогательные средства смещения для смещения вспомогательного элемента в положение, в котором внутренний канал изолирован от окружающей полости.

Предпочтительно главные и/или вспомогательные средства смещения содержат винтовые пружины.

Предпочтительно вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

Предпочтительно вспомогательное средство смещения создает большее усилие, чем главное средство смещения.

Клапанный механизм согласно изобретению выполнен с возможностью функционирования, поскольку рабочая камера является по существу ограниченной емкостью и расход утечки ограничивается количеством изменения объема при сжатии и утечкой текучей среды из рабочей камеры.

При работе устройства согласно изобретению, как только давление между трубопроводом высокого давления и рабочей камерой выравнивается, возможно силой незначительной величины переместить элемент главного клапана в открытое положение, чтобы выполнить второй этап работы.

Также возможно и преимущественно для устройства такого вида с главными и дополнительными клапанами, составляющими одно целое, функционирование как в ЕР-В-0494236. Клапан начинает работу с двухступенчатого режима работы при запуске, продолжает ее во время низкоскоростного режима работы и автоматически меняется к одноступенчатому режиму работы с циклом предварительного сжатия, так как скорость увеличивается.

Изобретение будет здесь описано более подробно только в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематичный чертеж, иллюстрирующий общий принцип изобретения;

Фиг.2 - схематичный вид сечения клапанного механизма согласно варианту осуществления изобретения в закрытом положении;

Фиг.3 - вид клапанного механизма с фиг.2 на первом этапе действия;

Фиг.4 - вид клапанного механизма с фиг.2 на втором этапе действия; и

Фиг.5 - схематичный вид сечения клапанного механизма согласно альтернативному варианту осуществления изобретения.

На фиг.1 показано, как устройство для работы с текучей средой согласно изобретению действует в рабочем цикле двигателя. Электромагнитный, нормально-открытый, поверхностно устанавливаемый клапан 1 трубопровода низкого давления, помещается между трубопроводом 7 и рабочей камерой 2 циклически меняющегося объема. Электромагнитный, нормально-закрытый, поверхностно устанавливаемый клапан 4 трубопровода высокого давления, помещенный между рабочей камерой и трубопроводом 6 высокого давления, соединяется параллельно со значительно меньшим клапаном 5 выравнивания давления. Клапан 1 трубопровода низкого давления имеет свой тарельчатый клапан, обращенный к рабочей камере 2, в то время как клапан 4 трубопровода высокого давления имеет свой тарельчатый клапан, обращенный к трубопроводу высокого давления.

Нижеследующее является описанием полного рабочего цикла двигателя, использующего двухступенчатый режим работы клапана высокого давления.

В начале рабочего цикла двигателя клапан 1 трубопровода низкого давления находится в открытом положении, и клапан 4 трубопровода высокого давления и клапан 5 выравнивания давления находятся в закрытом положении. Давление в трубопроводе 6 высокого давления выше давления в трубопроводе 7 низкого давления. Давление в рабочей камере 2 равняется давлению в трубопроводе 7 низкого давления.

Рабочий цикл двигателя начинается с закрытия клапана 1 трубопровода низкого давления и поршня, перемещающегося, как только возможно, от неподвижного состояния до нижней мертвой точки. После этого клапан 5 выравнивания давления управляется для открывания. Клапанами 1, 5 в данных положениях давление в трубопроводе 6 высокого давления и рабочей камере 2 будет выравниваться. Как только давление выравнивается, клапан 4 трубопровода высокого давления может управляться для открывания. Рабочая камера 2 тотчас присоединяется к трубопроводу 6 высокого давления и отсоединяется от трубопровода 7 низкого давления, чтобы текучая среда высокого давления могла действовать на поршень 3 и создавать крутящий момент на коленчатом валу устройства вследствие движения вниз. Клапан 5 выравнивания давления может закрыться, как только клапан 4 трубопровода высокого давления откроется или может остаться открытым на время рабочего хода двигателя. И клапан 4, и клапан 5 должны быть закрыты до того, как поршень 3 достигнет нижней мертвой точки. Остающееся объемное расширение рабочего пространства, в то время как поршень достигнет своего предельного положения, сбросит давление и позволит клапану 1 трубопровода низкого давления открыться. Данным клапаном в открытом положении и клапанами 4 и 5 в закрытом положении в данный момент возможно вытеснить текучую среду в трубопровод 7 низкого давления, в то время как поршень 3 перемещается в положение верхней мертвой точки.

На фиг.2 представлен клапан выравнивания давления в форме золотникового клапана, включенного в состав главного электромагнитного тарельчатого клапана. Камера 8 для текучей среды присоединяется к трубопроводу высокого давления. Канал 9 соединяется с рабочей камерой. Ферромагнитное перемещающееся полюсное кольцо 10 может скользить вдоль основания тарельчатого клапана 11. Полюсная пружина 12 сжатия заставляет двигаться перемещающееся полюсное кольцо к передней части тарельчатого клапана 11. Тарельчатый клапан 11 имеет канал 13 потока, соединяющий камеру 8 для текучей среды и канал 9 рабочей камеры. Перемещающееся полюсное кольцо 10 закрывает вход в канал потока, когда перемещающееся полюсное кольцо 10 находится близко к передней части тарельчатого клапана 11 и открывает канал 13 потока, когда оно удаляется от передней части тарельчатого клапана, как изображено на фиг.3. Тарельчатый клапан 11 может скользить вдоль направляющей 14. Пружина 15 сжатия тарельчатого клапана служит для движения с усилием тарельчатого клапана к своему седлу 16. Предварительная нагрузка на пружину 15 меньше предварительной нагрузки на полюсную пружину 12 сжатия. Соленоидная катушка 17 выполнена с возможностью создания магнитного потока для воздействия на перемещающееся полюсное кольцо 10 к статическому полюсу 18.

Полюсное кольцо 10 перемещается в осевом направлении, когда катушка 17 под напряжением. Данное полюсное кольцо действует непосредственно на полюсную пружину 12, и, если есть значительный градиент давления между камерой 8 высокого давления и каналом 9 так, что тарельчатый клапан 11 удерживается вплотную к седлу 16, тогда полюсное кольцо будет скользить по корпусу тарельчатого клапана и раскрывать отверстие 13, как показано на фиг.З. Это соединяет две полости и выравнивает давление в клапанном механизме. Как только давление выравнивается, до тех пор пока сила пружины 15 тарельчатого клапана меньше силы полюсной пружины 12 в пределах нормы перемещения, осевая сила полюсной пружины 12 на корпусе тарельчатого клапана будет выдергивать тарельчатый клапан 11 из седла 16 и открывать главный перепускной канал для текучей среды, как изображено на фиг.4.

При показателях большой продолжительности рабочего цикла рабочей камеры не будет достаточно времени для возникновения данного двухступенчатого режима работы. В этом случае соленоидная катушка нормально-открытого клапана 1 низкого давления будет под напряжением до того, как рабочая камера достигнет положения своего минимального объема, так что давление в рабочей камере увеличивается в ограниченном объеме и равняется давлению трубопровода высокого давления и так, что, когда катушка нормально-закрытого клапана находится под напряжением, перемещающееся полюсное кольцо 10 перемещается совместно с тарельчатым клапаном 11 и открывает клапан в один этап.

На фиг.5 представлен альтернативный клапан 5 выравнивания давления в форме вспомогательного клапана 19 тарельчатого вида, включенного в состав главного электромагнитного тарельчатого клапана 11'.

Основное действие такое же, как описано выше. Основным отличием является использование вспомогательного тарельчатого клапана 19 выравнивания давления, а не скольжение перемещающегося полюсного кольца 10 для открывания канала 13' потока.

Кроме того, давление более высокое в камере 8 для текучей среды, чем давление в канале 9 в начале рабочего цикла двигателя, предотвращает тарельчатый клапан 11' от перемещения к статическому полюсу 18. Перемещающийся полюс 10' начинает сжимать полюсную пружину 12' и пружину 15 тарельчатого клапана, так что она ускользает от передней части тарельчатого клапана 11', перемещая вспомогательный тарельчатый клапан 19 от своего седла 20 и открывая канал 13' потока. Когда давление выравнивается, главный тарельчатый клапан 11' может открыться под действием полюсной пружины 12', которая больше пружины 15 тарельчатого клапана. Как и раньше, главные и вспомогательные клапаны перемещаются вместе "автоматически", когда двигатель имеет достаточную движущую силу.

Все формы глагола "содержать", используемые в данном описании изобретения, следует понимать как формы глаголов "состоять из" и/или "включать в себя".