Клапанное устройство для переключения жидкостей из одного канала корпуса в другой - RU2018753C1
Код документа: RU2018753C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к арматуростроению, а именно к многоходовым устройствам, и предназначено для использования в системах по переработке пищевых продуктов, например, в пищевой промышленности, а также в фармацевтической и химической промышленности.
Известен многоходовый переключающий клапан с отсутствием течи (патент ФРГ N2027792). Этот клапан в своем положении очистки и/или в положении стерилизации удовлетворяет предъявляемому требованию, заключающемуся в том, что в любое время должно иметься по меньшей мере два уплотнения для емкости между упаковываемым заполнительным продуктом и, например, средством для очистки и что пространство между уплотнениями должно быть заполнено средством для очистки. Этот клапан представляет собой так называемый четырехходовой двухпозиционный клапан, так как он имеет четыре присоединительных элемента (три присоединительных элемента корпуса, один присоединительный элемент камеры утечки) и две позиции. Основного положения, в котором клапан от средней части корпуса клапана или с обеих сторон открыт или закрыт, нет. В положении клапана для наполнения имеется только одно простое уплотнение между средней и нижней частями корпуса клапана. В то время как продукт в этом положении переводится из верхней части корпуса клапана в среднюю часть корпуса клапана, в нижней части корпуса клапана может находиться под давлением средство для очистки. В этом случае поврежденное уплотнение в нижней части седла или скачок давления в нижней части корпуса клапана могли бы привести к смешиванию продукта и средства для очистки, так как нижняя зона седла не защищена от течи.
Известно (Европейский патент N 0039319) клапанное устройство, обеспечивающее переключение жидкостей из одного канала корпуса в другой, содержащее места герметичного соединения, которые расположены последовательно, лекажную полость, образованную двумя затворами, запорный элемент установлен с возможностью перемещения и обеспечивает совместно с корпусом герметичность мест соединения. В устройстве запирающая деталь установлена по отношению к запорному элементу с возможностью управления соединением лекажной полости с каналами корпуса. Запорный элемент и запирающая деталь снабжены управляемыми штоками и уплотнены.
Однако это устройство не может быть использовано для переключения жидкости в многоканальных системах, а лекажная полость в открытом положении клапана не обеспечивает изоляции рабочей жидкости от окружающего пространства.
Целью изобретения является усовершенствование клапанного устройства за счет расширения функциональных возможностей клапана и повышение надежности за счет предотвращения влияния загрязненной рабочей среды.
На фиг. 1 схематически показан первый вариант клапанного устройства в разрезе в основном положении А, закрытом от средней части корпуса; на фиг.2 - клапан по фиг.1 в открытом положении В, одна запирающая деталь расположена а внутри обоих запорных элементов; на фиг.3 - клапан по фиг.1 в открытом положении С, одна запирающая деталь расположена внутри обоих запорных элементов; на фиг.4 - второй вариант клапанного устройства в разрезе в основном положении с жестким соединением всех запорных элементов и запирающих деталей; на фиг.5 - клапанное устройство по фиг.4 в закрытом состоянии, две запирающие детали расположены внутри двух запорных элементов, в одном из возможных состояний включения; на фиг. 6 - устройство по фиг.4 в одном из возможных состояний включения; на фиг.7 - третий вариант выполнения клапанного устройства с запорными элементами и запирающими деталями в том же количестве и с таким же расположением, как на фиг.4, но с относительной подвижностью между запорными элементами и запирающими деталями; на фиг.8 - клапанное устройство по фиг.7 в одном из возможных состояний включения; на фиг. 9 - то же, в другом состоянии включения; на фиг.10 - четвертый вариант выполнения клапанного устройства, в котором запирающие детали расположены с обеих сторон единого запорного элемента; на фиг.11 - клапанное устройство по фиг. 10 в одном из положений включения; на фиг.12 - то же, в другом положении включения; на фиг.13 - пятый вариант выполнения клапанного устройства, в котором предусмотрена возможность относительного перемещения запирающих элементов относительно запорной детали, положение клапана аналогично положению по фиг.10; на фиг.14 - клапанное устройство на фиг.13 в положении включения, аналогичном положению на фиг.11; на фиг.15 - то же, в положении, аналогичном положению на фиг.12; на фиг.16 - шестой вариант клапанного устройства в основном положении с возможностью телескопического изменения осевой длины запорного элемента (с наружным расположением частей запорного элемента относительно частей запирающих деталей); на фиг.17 - седьмой вариант клапанного устройства в основном положении с возможностью телескопического изменения осевой длины запорного элемента (с внутренним расположением частей запорного элемента относительно частей запирающих деталей).
Клапанное устройство для переключения жидкостей, состоит из трех частей 1-3 корпуса, соединенных последовательно, в каждой из которых соответственно имеются проходные каналы 4-6 (см. фиг.1-3). Части 1-3 корпуса, герметично соединены между собой уплотнениями 7-9. При этом в местах соединения частей корпуса образуются лекажные полости 10 и 11, каждая из которых ограничена уплотнениями 12 или 13 - первый уплотнительный элемент - и 14 или 15 - второй уплотнительный элемент. Уплотнительные элементы при контакте с запорным элементом образуют соответственно места уплотнения 16 или 17 - первое место уплотнения и 18 или 19 - второе место уплотнения.
Части корпуса с наружной стороны соединены соединительным средством 20. На одной из крайних частей 1 корпуса размещена запорная деталь 21 корпуса.
Клапанное устройство содержит запорный элемент 22, который выполнен в виде задвижки, установленной с возможностью поступательного или вращательного перемещения. Запорный элемент 22 (задвижка) может быть выполнен из частей 23 и 24, которые соединены между собой штангой 25 (26).
Запирающая деталь так же, как и запорный орган, может быть выполнена из частей 27 или 28 в различных вариантах выполнения клапанного устройства, а также может быть выполнена в виде узла 29 (30) запирающих деталей. Запирающая деталь обеспечивает герметичность лекажной полости 10 (11) в открытом положении запорного элемента. Запирающая деталь может быть выполнена с проходным отверстием 31 (32).
В клапанном устройстве выполнено присоединительное отверстие 33 (34), связывающее отводной канал 35 (36) с окружающей средой через сливное отверстие 37 (38), а лекажную полость и сливное отверстие 37 (38) соединяет сборный канал 39 (40). Поступление очистительной жидкости через присоединительное отверстие 33 (34) обозначено I. Очистительная жидкость или просочившаяся среда, выходящая из сливного отверстия 37 (38), обозначена II.
В одном из вариантов клапанного устройства (фиг. 4-6) запорные элементы соединены с запирающими деталями соединительными перемычками 41 и 42.
Позициями 43 и 44 обозначены отверстия, которые образованы между соединительными перемычками 41 и 42 из средней части 2 корпуса клапана в нижнюю часть 3 корпуса клапана, а позиции 45 и 46 показывают штрихпунктиром наличия возможно первого уравновешивающего поршня, которым может быть оснащено клапанное устройство. Части 23 и 24 запорного элемента могут быть соединены друг с другом второй соединительной деталью 47, эксцентрично расположенной (см. фиг.4-6).
В полой штанге 26 установлена штанга 48, которая соединена с узлом 29 запирающих деталей. Штанга 48 и часть 23 запорного элемента образуют зазор, который перекрывается с помощью сильфона 50.
В варианте выполнения клапанного устройства на фиг.7-9 показано второе проходное отверстие 51, которое размещено между первыми соединительными деталями 49. Перемычки 52 и 53 совместно со штангой 48 образуют узел 29 запирающих деталей.
В варианте выполнения клапанного устройства по фиг.13-15 запорный элемент 22 соединен с запирающей деталью первым сильфоном 54 (55). Запорный элемент (фиг.17) изменяется с помощью телескопически работающих устройств с первой телескопической штангой 56 и первым направляющим отверстием 57 или второй телескопической штангой 58 и вторым направляющим отверстием 59. Зазор между частями 23 или 24 запорного элемента или между первой 60 второй 61 частями запорных элементов перекрывается с помощью первого 62 или второго 63 эластичных соединительных элементов.
В основе изобретения лежит задача создания способа управления поступлением среды по меньшей мере в одну камеру утечки клапанного устройства, причем клапанное устройство имеет более двух частей корпуса клапана с подводящими и отводящими деталями корпуса и, в частности, выполнено с управляемыми соединениями между камерой утечки и внутренним пространством корпуса клапана.
Настоящее изобретение реализует комплексное клапанное устройство с тремя частями корпуса клапана, пятью присоединительными элементами и тремя рабочими позициями. При этом при выполнении соответствующей зоны седла с лекажной полостью, которая выходит между двумя уплотнительными элементами, получается конструкция, которая обеспечивает нереализуемую до настоящего времени в известных клапанах этого типа функцию включения, а именно: одновременное запертое положение обеих внешних частей корпуса клапана относительно средней камеры, причем дополнительно между двумя соседними частями корпуса клапана соответственно выполнена лекажная полость.
В соответствии с классификацией клапанов в области пневматики клапан представляет собой пятиходовой трехпозиционный клапан. Клапанное устройство имеет пять присоединительных элементов а,б,в,г,д и три рабочих позиции (А, В, С). В зависимости от выбора размеров запорных элементов в средней позиции А - основная позиция - средняя часть корпуса клапана относительно внешних частей корпуса клапана может быть или с обеих сторон закрыта, или с обеих сторон открыта. В обоих других положениях В или С получается переключающая функция между средней и соответственно включенной внешней частью корпуса клапана. Присоединение средней части корпуса клапана и внешних частей корпуса клапана обозначено буквами а, б, г, в то время как два других присоединительных элемента обозначены буквами в, д . Из табл.1 видно, какие состояния включения занимают соответствующие присоединительные элементы а-д в позициях А, В, С. Закрытый присоединительный элемент обозначен символом "0", открытый присоединительный элемент - символом "1".
Из табл. 1 видно, что такие клапанные устройства находятся в основном положении "закрыто" или в основном положении "открыто" (сравни столбец А). Кроме того, видно какие присоединительные элементы пятиходового трехпозиционного клапана в положении В или в положении С соединены друг с другом.
В соответствии с изобретением по количеству присоединительных элементов и позиций речь идет о пятиходовом трехпозиционном клапане, присоединительные элементы в, д представляют собой соответственно соединение лекажной полости с внутренним пространством корпуса клапана. Согласно изобретению это соединение постоянно закрыто как в закрытом, так и в открытом положении клапана.
Табл. 2 показывает положения включающих элементов в соответствии с изобретением.
Из табл.2 видно, что в клапане в соответствии с изобретением присоединительные элементы а, в, г (присоединительный элемент а для средней части корпуса клапана; присоединительный элемент б или г - элемент соответственно внешних частей корпуса клапана) включаются так же, как и в пятиходовом трехпозиционном клапане. В положении В присоединительный элемент а переключен на присоединительный элемент г, а в положении С присоединительный элемент а переключен на присоединительный элемент б. Идентичность между обоими решениями получается, кроме того, в позиции "в основном положении закрыт". В то время как в пятиходовом трехпозиционном клапане в соответствии с уровнем техники в положении В присоединительный элемент б соединен с присоединительным элементом в и в положении С присоединительный элемент г соединен с элементом д, в клапанном устройстве в соответствии с изобретением присоединительные элементы в, д (соединение лекажной полости с внутренним пространством корпуса клапана) и в этих положениях остаются постоянно закрытыми.
Если рассматривать оба клапана по их исполнению "в основном положении открыт", то нельзя установить никакого соответствия. В то время как здесь в клапане присоединительный элемент а остается закрытым, а присоединительные элементы б, в или г, д соединены друг с другом в соответствии с изобретением получается соединение присоединительных элементов а, б, г друг с другом, в то время как присоединительные элементы лекажной полости находятся в соответствии с определением в закрытом положении.
Из табл.2 видно, что предложенное клапанное устройство представляет собой пятиходовой трехпозиционный клапан, которого нет в таком исполнении и с указанными свойствами, в частности, в области пищевой промышленности и в промышленности, производящей напитки. Наряду с функцией переключающего клапана имеется основное положение, в котором клапан или закрыт, или открыт. Помимо этого клапан в любой зоне седла не имеет течи.
Исходя из требований с точки зрения технического использования в клапанном устройстве с тремя частями корпуса клапана можно также отказаться от обеих лекажных полостей или от одной из двух полостей. Благодаря этому получается многоходовой переключающий клапан без предохранения от утечки или только с одним предохранением от утечки в одной из двух зон седла между соседними частями корпуса клапана. Если в одной области седла отказываются от камеры утечки, запирающая деталь заменяет запорный элемент для взаимодействия с уплотнительным элементом.
Предложенное клапанное устройство, которое при соответствующем выборе размеров запорного элемента и при отказе от основного положения без труда может быть превращено в пятиходовой трехпозиционный клапан, защищает нижнее седло клапана от утечки.
Благодаря соответствующему выбору длины запирающего элемента обеспечивается возможность выполнения клапанного устройства в виде чистого пятиходового трехпозиционного клапана, так как без труда можно выбрать размеры таким образом, что запирающий элемент с одной стороны занимает закрытое положение, прежде чем он с другой стороны освободит закрытое положение. В известном многоходовом переключающем клапане при включении прохода в любом случае необходимо считаться с промежуточным положением, при котором средняя часть корпуса клапана соединена одновременно с обеими внешними частями корпуса клапана.
Фиг. 1 показывает клапанное устройство с расположенной внутри между обеими частями 23 и 24 запорного элемента запирающей деталью. Клапанное устройство с тремя частями 1-3 корпуса находится в основном положении А, в котором оно закрыто от средней части 2 корпуса клапана с обеих сторон.
На фиг.2 и 3 изображены оба открытых положения В и С клапанного устройства, причем на фиг.2 верхний запорный элемент находится в открытом положении и запирающая деталь заменяет его положение относительно уплотнений 12 и 14, занятое в закрытом положении. Размеры располагающейся внизу части 24 запорного элемента выбраны так, что она в показанной позиции еще не покинула расположенную внизу зону седла с уплотнениями 13 и 15.
На фиг. 3 расположенная внизу часть 24 запорного элемента находится в открытом положении, часть 27 запирающей детали занимает положение запорного элемента в его закрытом положении относительно уплотнений 13 и 15. При этом размеры расположенной вверху части 23 запорного элемента так же, как и расположенной внизу части 24 запорного элемента, выбраны таким образом, что части 1 и 2 корпуса клапана еще закрыты относительно друг друга. В любом случае уплотнения 12 и 14 или 13 и 15 обрамлены или запорным элементом или запирающей деталью. Между уплотнениями 12 и 14 находится лекажная полость 10 и между уплотнениями 13 и 15 - лекажная полость 11. Благодаря одинаковому виду штриховки на фиг.1-3 показано, что части 23 и 24 в каждом из показанных положений включения имеют одинаковое удаление друг от друга, так что соединение обеих частей и приведение в действие возможно с помощью единственной, подведенной снаружи клапанного устройства штанги (не показана). Запирающая деталь нуждается в собственном приводе, необходимая длина хода которого меньше, чем длина хода для запорного элемента. Запирающая деталь с проходным отверстием 31 (32) допускает проход, названный "внутренним проходом", потока V от средней части 2 корпуса 3 к верхней части 1 корпуса или наоборот.
В изображенном на фиг. 3 положении запирающей детали соответствующий проходящий поток через проходное отверстие 31 обозначен символом VI.
Изображенное на фиг.1-3 клапанное устройство представляет собой не просто сумму двух клапанов, а образует новое клапанное устройство, в котором предусмотрена одна единственная запирающая деталь и сочлененные друг с другом запорные элементы; комплексное клапанное устройство обходится лишь двумя отличными друг от друга приводными перемещениями, которые создаются с помощью не показанных средств.
На фиг.4-6 представлен другой вариант выполнения устройства в трех возможных состояниях включения, причем последнее соответствует положениям включения по фиг. 1-3. Части 1-3 корпуса клапана и сопряженные детали идентичны с частями корпуса клапана и сопряженными деталями в соответствии с фиг.1-3.
На фиг.4-6 в отличие от фиг.1-3 наряду с одной частью 27 запирающей детали предусмотрена другая часть 28 детали. Часть 27, например, на определенном удалении от части 28 с помощью соединительной перемычки 41 и часть 28 с помощью соединительной перемычки 42 жестко соединены с соответственно сопряженными частями 23 и 24 запорного элемента. Часть 23 жестко соединена с помощью штанги 25 с частью 24. Представленное клапанное устройство может включаться с помощью единственного приводного перемещения, которое создается с помощью средства (не показано). Перемещение переключения из запертого положения в соответствующее открытое положение осуществляется не без утечки, так как между запирающей деталью и запорным элементом предусмотрен упомянутый зазор S1. Соединительные перемычки 41 и 42 наряду с их соединительной функцией выполняют задачу фиксирования при движении переключения из запертого положения в открытое или наоборот соответственно сопряженных уплотнений 12, 14 или 13, 15 в необходимом положении.
В изображенном на фиг.5 открытом положении обозначенный символом V проходящий поток попадает из части 2 корпуса клапана через проходное отверстие 31 и отверстие 43 в верхнюю часть 1 корпуса клапана.
В изображенном на фиг.6 другом открытом положении обозначенный символом VI проходящий поток попадает соответствующим образом через проходное отверстие 32 и отверстие 44, которые образуются между соединительными перемычками 42, из средней части 2 корпуса клапана в нижнюю часть 3 корпуса клапана или наоборот. Штрихпунктирные линии 45 и 46 обозначают возможные уравновешивающие поршни, которыми может быть оснащено клапанное устройство и которые обеспечивают полное уравновешивание давления на запорном элементе.
Обе части 23 и 24 запорного элемента могут быть соединены друг с другом с помощью эксцентрично расположенной второй соединительной детали 47 (фиг. 7-9). Привод расположенной наверху части 23 запорного элемента и тем самым также расположенной внизу части 24 запорного элемента осуществляется с помощью полой штанги 26. В этой полой штанге установлена штанга 48, которая соединена с узлом 30 запирающих деталей. Узел 30 запирающих деталей состоит из обеих частей запирающей детали, которые вновь жестко соединены друг с другом с помощью первой соединительной детали 49. Узел 29 запирающих деталей установлен с возможностью относительного перемещения относительно частей 23 и 24 запорного элемента и в целом может перемещаться на величину двойного зазора S2. Двойной зазор S2 составляет приблизительно поперечное сечение отверстия, соответствующее номинальному поперечному сечению клапанного устройства, причем последнее образуется в открытом положении клапана между запирающей деталью и соответственно сопряженным запорным элементом. Образованный между штангой 48 и частью 23 проникающий зазор перекрывается с замыканием материала с помощью сильфона 50. Наряду с предусмотренными для проходящего потока V или VI в запирающих деталях проходными отверстиями 31 или 32 между первыми соединительными деталями 49 предусмотрены вторые проходные отверстия 51, через которые соответственно могут проходить потоки V и VI из узла 30 запирающих деталей в окружающую их часть 2 корпуса клапана или наоборот. Представленный вариант выполнения реализует совершенно не имеющие течи процессы переключения клапанного устройства. Для этого необходимы два независимых друг от друга приводных перемещения штанг 25 или 48, управление которыми осуществляется с помощью средств (не показаны).
На фиг.10-12 показан другой вариант выполнения клапанного устройства в соответствии с изобретением. Части 27 и 28 запирающей детали жестко соединены относительно запорного элемента 22, который объединен в одной конструктивной детали и на внешней стороне несет часть 27 с помощью соединительной перемычки 41 и часть 28 с помощью соединительной перемычки 42. Зазор между запорной деталью и запирающим элементом 22 вновь составляет S1. Остальная конструкция клапанного устройства и его принцип действия полностью идентичны с конструкцией и принципом действия клапанного устройства на фиг.4-6.
Вариант выполнения в соответствии с фиг.13-15 поясняется с точки зрения функции и принципа действия частей 27 и 28 запирающей детали. Единственный запорный элемент 22 приводится в действие с помощью по меньшей мере одной эксцентрично расположенной штанги 26. Части 27 и 28 соединены друг с другом с помощью штанги 48, управление которой осуществляется с помощью не показанного на чертеже средства. Каждая часть 27 и 28 с помощью перемычки 52 или 53 соединена со штангой 48. Части 27 и 28, штанга 48 и перемычки 52 и 53 образуют совместно узел 29 запирающих деталей, который имеет возможность перемещения относительно запорного элемента 22.
Необходимый путь перемещения из одного открытого положения в другое открытое положение клапанного устройства составляет в целом двойной зазор S2, причем этот зазор в открытом положении образует примерно поперечное сечение отверстия, соответствующее номинальному поперечному сечению клапанного устройства. Верхнее и нижнее места проникновения между штангой 48 и запорным элементом 22 переключается соответственно с замыканием материалам с помощью сильфона 54 и 55. Сильфоны 54, 55 имеют в основном положении клапанного устройства (фиг.13) ненапряженное установочное положение, в то время как они в открытом положении клапанного устройства попеременно вытянуты: сильфон 54 на фиг.14 и сильфон 55 на фиг.15 - или сжаты: сильфон 55 на фиг.14 или сильфон 54 на фиг.15.
На фиг.16 и 17 показан вариант выполнения клапанного устройства, в котором части 23 и 24 (фиг.16) или запорный элемент 22 (фиг.17) изменяются в направлении осевой протяженности с помощью телескопически работающих устройств. Позицией 56 обозначена первая телескопическая штанга и позицией 57 обозначено первое направляющее отверстие. На фиг.17 вторые аналогичные конструктивные детали имеют обозначение 58 и 59. Зазор между частями 23 и 24 (фиг. 16) или между первой 60 и второй 61 частями (фиг.17) запорных элементов перекрывается с помощью эластичного соединительного элемента 62 или 63 с замыканием материала.
С помощью этих обоих вариантов выполнения можно соответствующее клапанное устройство в его основном положении двойственно оснащать с точки зрения состояния включения обеих внешних частей корпуса клапана относительно средней части корпуса клапана. При небольшом удалении запорных элементов (части 22, 23 или 60, 61) друг от друга клапанное устройство в своем основном положении закрыто, при максимально большом удалении оно в основном положении открыто.
Реферат
Изобретение относится к арматуростроению, а именно к многоходовым клапанным устройствам и может быть использовано в системах по переработке в пищевой, а также фармацевтической и химической промышленности. Цель - расширение функциональных возможностей клапанного устройства и повышение его надежности за счет предотвращения влияния рабочей среды. Корпус выполнен из трех частей. В нем установлен запорный элемент, выполненный в виде задвижки и состоящий из двух частей. Запирающая деталь состоит также из двух частей. Лекажная полость выполнена в корпусе и ограничена двумя местами герметичного соединения и уплотняющими поверхностями запорного элемента или запирающей детали. Канал средней части корпуса открыт с обеих сторон или с одной стороны либо перекрыт с обеих сторон. Две части корпуса отделены друг от друга двумя уплотнениями. Части запорного элемента жестко соединены штангой. Части запирающей детали размещены с зазором относительно запорного элемента и жестко соединены с ним. Зазор равен поперечному сечению отверстия. Запирающая деталь установлена с возможностью перемещения относительно запорного элемента по штанге на величину двойного зазора. Запорный элемент выполнен с возможностью изменения его размера в осевом направлении с помощью телескопического устройства. 7 з.п.ф-лы, 17 ил., 2 табл.
