Клапан різниці тиску

Реферат: Клапан різниці тиску містить кришку, в якій виконано вихідний канал, та дві камери, осі яких спрямовані вертикально і в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу камери, осі яких перпендикулярні осям камери, і які сполучені з однією з вищезгаданих камер, в яких розміщено по одному диску, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, утворюючи запірно-регулюючий елемент, корпус з вхідним каналом і вхідними каналами камер, осі яких співпадають з осями камер і які сполучені з однією з них. Вхідні канали камер виконані в корпусі та мають розточки, розташовані з боку камери та вихідний канал першої камери сполучений з вхідним каналом другої камери та вихідним каналом, виконаним у кришці. Вихідний канал другої камери сполучений з вхідним каналом першої камери та вхідним каналом, виконаним у корпусі. Зазор між лінійними розмірами камери і диска менше або дорівнює зазору між лінійними розмірами диска і розточки, виконаної в корпусі клапана. UA 116233 U (12) UA 116233 U UA 116233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі арматуробудування, а саме до гідроапаратів (пневмоапаратів), які використовуються для регулювання напрямком потоку робочої рідини в гідравлічних (пневматичних) системах різного технологічного призначення, і може бути використана як клапан різниці тиску. Відомий клапан [А.с. СССР, № 1613771, М. Кл. F16K 31/126, 15.12.90 Бюл. № 46], що містить кришку, в якій на одній вертикальній осі виконано камеру, в якій встановлено рухомий шток, корпус, в якому виконані канали підводу та відводу і які розділені між собою підпружиненою мембраною, яка закріплена між корпусом та кришкою і яка переміщується рухомим штоком та з'єднує/роз'єднує між собою канали підводу і відводу. Недоліком цього клапана є те, що мембрана та пружина мають обмежений термін служби, а отже малу надійність, внаслідок залишкової деформації точність такого клапана мала, крім того він має великі габарити та складну конструкцію. Відомий також клапан [Пудрик В.П. Перспективні конструкції регуляторів витрат / Пудрик В.П., Брицький О.Л. // Промислова гідравліка і пневматика. - Вінниця ВДАУ, 2008. - № 4 (22). - С - 76-78. С. 76, рис. 2], що містить кришку, в якій на одній вертикальній осі виконані камера та вхідний канал, які сполучені між собою, в камері горизонтально розміщено одну пластину, виконану у вигляді скоби, спрямованої вгору, краї якої торкаються кришки і яка опирається на пружні елементи, виконуючі функції пружини, і яка ділить вищезгадану камеру на дві частини, корпус з вихідним каналом, вісь якого співпадає з віссю камери і який сполучений з нею. Особливістю даного клапана є те, що у пластині виконаний дросельний отвір, який сполучає верхню та нижню частини камер, а пластина виконана у вигляді скоби, спрямованої вгору, краї якої торкаються кришки і яка опирається на пружні елементи, виконуючі функції пружини, під дією перепаду тиску у верхній та нижній частині камери пластина переміщується у вищезгаданій камері, керує регульованим дроселем, утвореним вихідним каналом, виконаним у корпусі та пластиною. У процесі роботи такого клапана виникають значні сили тертя між стінками камери та бічною поверхнею скоби пластини. Це знижує чутливість клапана до зміни перепаду тиску в ньому та може привести до заклинювання пластини. Крім того пружні елементи, виконуючі функцію пружини, мають схильність до залишкових деформацій, що також знижує точність даного клапана. Внаслідок вищевказаного такий клапан має малу швидкодію та надійність. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є клапан який містить кришку, в якій на одній вертикальній осі виконані камера та канал, які сполучені між собою, в камері виконано один вихідний канал, вісь якого перпендикулярна осі камери, і в якій розміщено один диск, який має форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, корпус з каналом вісь якого співпадає з віссю камери і який сполучений з нею [Ибрагимов И.А., Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Элементы и системы пневмоавтоматики: учеб. пособ. для втузов. М.: Высш. школа, 1975. - 360 с. - С. 215, рис. 6-8 г]. Особливістю даного клапана є простота конструкції та технічного обслуговування, обумовлені використанням як запірно-регулюючого елемента диска, який вільно переміщується в камері, можливість мініатюризації та внаслідок використання диска, який вільно переміщується в камері, практично необмежена довговічність та велика швидкодія. Недоліком даного клапана є мала чутливість до перепаду тиску на рухомому диску на початку його руху, великий тиск необхідний для його спрацюванні при переключенні, а також постійна витрата при використанні таких клапанів в схемах з однопровідним зв'язком, неможливість реалізації функції підтримування різниці тиску. В основу корисної моделі поставлено задачу створення клапана різниці тиску, у якому завдяки новому конструктивному виконанню проточних порожнин, а саме виконанню в кришці двох камер, осі яких спрямовані вертикально і в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу камери, осі яких перпендикулярні осям камери, і в яких розміщено по одному диску, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку і які разом утворюють запірно-регулюючий елемент, вихідний канал першої камери сполучений з вхідним каналом другої камери та вихідним каналом, виконаним у кришці, а вихідний канал другої камери сполучений з вхідним каналом першої камери та вхідним каналом, виконаним у корпусі, а у вхідних каналах камер, виконаних у корпусі, осі яких співпадають з осями камер і які сполучені з однією з них, з боку камер виконані розточки. Це дозволяє створити запірнорегулюючий елемент, який складається з двох рухомих дисків, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, на якому підсумовуються сили, викликані тиском у вхідному і вихідному каналах, і яких керує відкриттям/закриттям відповідних каналів камер. Таке виконання клапана різниці тиску, при простоті його конструкції, забезпечує високу чутливість до керуючих сигналів, високу точність підтримування тиску у широкому діапазоні його зміни та високу надійність. 1 UA 116233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Поставлена задача вирішується тим, що в клапан, який містить кришку, в якій виконано вихідний канал та дві камери, осі яких спрямовані вертикально і в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу камери, осі яких перпендикулярні осям камери, і які сполучені з однією з вищезгаданих камер, в яких розміщено по одному диску, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, утворюючи запірно-регулюючий елемент, корпус з вхідним каналом і вхідними каналами камер, осі яких співпадають з осями камер і які сполучені з однією них, вхідні канали камер, виконані в корпусі, мають розточки, розташовані з боку камери, та вихідний канал першої камери, сполучений з вхідним каналом другої камери та вихідним каналом, виконаним у кришці, а вихідний канал другої камери сполучений з вхідним каналом першої камери та вхідним каналом, виконаним у корпусі, та зазор між лінійними розмірами камери і диском менше або дорівнює зазору між лінійними розмірами диска і розточки, виконаної в корпусі клапана. Така конструкція клапана, на відміну від найближчого аналога, дозволяє залежно від різниці тисків на вході та виході клапана, які підсумовуються на запірно-регулюючому елементі, утвореному рухомими дисками, розміщеними в камерах і які вільно переміщуються в камерах, керувати відкриттям/закриттям вхідних та вихідних каналів камер, забезпечуючи протікання рідини від входу клапана на його вихід та навпаки. Розточки, виконані в корпусі, розташовані з боку камери, та виконання зазору між лінійними розмірами камери і диска менше або таким, що дорівнює зазору між лінійними розмірами диска і розточки, виконаної в корпусі клапана, дозволяють підвищити чутливість клапана до керуючих сигналів, завдяки чому підвищується точність підтримання різниці тиску. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено: Фіг. 1 - схема клапана різниці тиску, Фіг. 2 - схема розташування мембрани в камері клапана при виконанні її у формі циліндра. Клапан різниці тиску містить кришку 7, в якій виконано вихідний канал 9 та дві камери 6 та 10, осі яких спрямовані вертикально, в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу 8 та 12, осі яких перпендикулярні осям камери 6 та 10, і які сполучені з ними відповідно, в камерах 6 та 10 розміщено по одному диску 5 та 11, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, утворюючи запірно-регулюючий елемент, корпус 1 з вхідним каналом 2 і вхідними каналами камер 3 і 14, осі яких співпадають з осями камер 6 та 10 і які відповідно сполучені з ними і у яких з боку вищезгаданих камер виконані розточки 4 і 13, вихідний канал 8 камери 6 сполучений з вхідним каналом 14 камери 10 та вихідним каналом 9, виконаним у кришці 7, а вихідний канал 12 камери 10 сполучений з вхідним каналом 3 камери 6 та вхідним каналом 2, виконаним у корпусі 1, зазор між лінійними розмірами камери і диском Д менше або дорівнює зазору між лінійними розмірами диска і розточки, виконаної в корпусі клапана p. Клапан різниці тиску працює наступним чином. У статичному режимі на запірно-регулюючий елемент клапана, рухомі диски 5 і 11, діють сили, викликані тиском на його вході p 1 , виході p 2 та ваги дисків. Так як підвідні та відвідні канали клапана залежно від рівня тиску у гідросистемі та витрати через нього виконують з стандартним діаметром умовного проходу, втрати тиску в них незначні і ними можна знехтувати. У разі циліндричного виконання камер 6 і 10, розточок 4 і 13 у корпусі клапана 1 та рухомих дисків 5 і 11, рівняння рівноваги на рухомих диках має вигляд: 2 Dp 4 2 Dp 45 p1  D2 д 4 D2 д p2  m5 g  0 ; (1) p2  p1  m11g  0 , (2) 4 4 де D p і D д - відповідно діаметри розточки та диску; m5 і m11 - відповідно маси рухомих дисків 5 і 11; g - прискорення вільного падіння. Розв'язуючи рівняння (1), (2) відносно різниці тисків p  p1  p2 в припущенні, що Dp  D д знайдено поріг чутливості клапана pгр  50 4m5(11)g .  В випадку, коли на вході клапана є тиск p 1 , а на виході p 2 дорівнює нулю. Тиск p 1 надходить по каналу 12 до камери 11 та притискає диск 11 до корпусу 1, закриваючи розточку 13. Разом з тим тиск p 1 по каналу 3 надходить до розточки 4. Внаслідок того, що p2  0 , під дією тиску p 1 на диск 5 він піднімається вгору і робоча рідина з входу клапана 2 через канал 3, щілину утворену диском 5 і стінкою камери 6, каналом 8, надходить на вихід клапана, канал 9. 2 UA 116233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Це відбувається доти, доки під дією різниці тиску p  p1  p2 диск 5 не притиснеться до корпусу 1, закриваючи розточку 4 та припиняючи рух рідини входу клапана 2 на його вихід 9. Виконання зазору між лінійними розмірами камер 6 і 10 і дисками 5 і 11 Д, меншими або такими, що дорівнюють зазорам між лінійними розмірами дисків 5 і 11 і розточками 4 і 13, виконаними в корпусі клапана 1 р, дозволяє отримати мінімальну різницю площ згори та знизу на рухомих дисках 5 і 11, на які діють тиск з боку розточок 4 і 13 та камерами 6 і 10. Це забезпечує максимальну чутливість клапана до зміни різниці тиску на його вході 2 і виході 9 та герметичність клапана, якщо різниці тиску недостатньо, щоб порушити рівновагу клапана. Встановлення перепаду тиску на клапані різниці тиску здійснюється за рахунок зміни зазорів між лінійними розмірами дисків 5 і 11 і розточками 4 і 13, виконаними в корпусі клапана р (зміни різниці площ рухомого диску з боку камер 6 і 10 та розточок 4 і 13). В випадку, коли тиск на вході клапана p 1 більше тиску на його виході p 2 , щонайменше на величину p гр , порушуються рівняння рівноваги (1), (2). Під дією перепадів на рухомих дисках 5 і 11 диск 11 притиснутий до розточки 13 і рух робочої рідини через нього не відбувається, диск 5 піднімається вгору, пропускаючи рідину з входу клапана 2 через канал 3, щілину, утворену диском 5 і стінкою камери 6, каналом 8, на вихід клапана, канал 9. Це відбувається доти, доки під дією різниці тиску p  p1  p2 диск 5 не притиснеться до корпусу 1, закриваючи розточку 4 та припиняючи рух рідини входу клапана 2 на його вихід 9. В випадку, коли тиск на вході клапана p 2 більше тиску на його виході p 1 , щонайменше на величину p гр , також порушуються рівняння рівноваги (1), (2). Під дією різниці тиску p  p2  p1 на рухомому диску 11, він піднімається вгору, утворюючи щілину між диском 11 та камерою 10 і робоча рідина з вихідного каналу 9 вхідного каналу 14 розточки 13 по вищезгаданій щілині надходить з камери 11 каналом 12 на вхід клапана 2. В той же час під дією цієї різниці тиску p  p2  p1 рухомий диск 5 закриває розточку 4, внаслідок чого стає неможливим надходження робочої рідини з входу клапана 2 на його вихід 9. Це відбувається доти, доки під дією різниці тиску p  p2  p1 диск 11 не притиснеться до корпусу 1, закриваючи розточку 13 та припиняючи рух рідини виходу клапана 9 на його вхід 2. Закриття/відкриття клапана, внаслідок незначної різниці площ між рухомими дисками 5 і 11 та розточок 4 і 13, виконаними в корпусі клапана 1, відбувається практично миттєво, це забезпечує добру його герметичність. Таким чином, між входом клапана 2 і його виходом 9 підтримується задана різниця тиску, яка визначається розмірами дисків 5 і 11 та їх вагою, та розмірами розточок 4 і 13, виконаними в корпусі клапана 1. Регулювання заданої різниці тисків клапана різниці тисків, при сталих конструктивних розмірах його проточної частини, може бути здійснено за рахунок зміни висоти дисків hд або вибором матеріалу дисків з різною густиною. Завдяки виконанню запірно-регулюючого клапана у вигляді двох дисків 5 і 11, які розміщені в камерах 6і 10, осі яких спрямовані вертикально, і які вільно переміщуються в них (відсутні сили тертя) під дією різниці тиску p  p1  p2 або p  p2  p1 і які керують гідравлічними контактами, утвореними вищезгаданими дисками 5 і 11 та розточками 4 і 13, виконаними в корпусі клапана 1, досягається велика чутливість клапана до різниці тиску на його вході 2 і виході 9. Таке сполучення дозволяє створити клапан різниці тиску, який за рахунок виконання в кришці двох камер, в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу і в яких розміщено по одному диску, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку і які разом утворюють запірно-регулюючий елемент, вихідний канал першої камери сполучений з вхідним каналом другої камери та вихідним каналом, виконаним у кришці, а вихідний канал другої камери сполучений з вхідним каналом першої камери та вхідним каналом, виконаним у корпусі, а у вхідних каналах камер, виконаних у корпусі з боку камер, виконані розточки, це дозволяє отримати клапан різниці тиску простої конструкції, з великими: швидкодією, чутливістю до перепаду тиску та надійністю. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Клапан різниці тиску, який містить кришку, в якій виконано вихідний канал, та дві камери, осі яких спрямовані вертикально і в кожній з яких виконано по одному вихідному каналу камери, осі яких перпендикулярні осям камери, і які сполучені з однією з вищезгаданих камер, в яких розміщено по одному диску, які мають форму камери і вільно переміщуються в ній у вертикальному напрямку, утворюючи запірно-регулюючий елемент, корпус з вхідним каналом і 3 UA 116233 U 5 вхідними каналами камер, осі яких співпадають з осями камер і які сполучені з однією з них, який відрізняється тим, що вхідні канали камер виконані в корпусі та мають розточки, розташовані з боку камери та вихідний канал першої камери сполучений з вхідним каналом другої камери та вихідним каналом, виконаним у кришці, а вихідний канал другої камери сполучений з вхідним каналом першої камери та вхідним каналом, виконаним у корпусі, а зазор між лінійними розмірами камери і диска менше або дорівнює зазору між лінійними розмірами диска і розточки, виконаної в корпусі клапана. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4