Предотвращающий переполнение вентиляционный перекрывающий клапан - RU2245474C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится в целом к области клапанов, в частности оно относится к комбинированному клапану, предназначенному для использования в топливных баках транспортных средств, имеющих характеристики, соответствующие их многостороннему назначению.

Известно множество различных клапанов, предназначенных для использования в топливных баках транспортных средств. Например, в патенте США № 5738132 описан способный срабатывать при опрокидывании вентиляционный перекрывающий клапан, содержащий корпус, выполненный с впускным отверстием и выпускным отверстием, причем выпускное отверстие представляет собой щелеобразное отверстие, и поплавок, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью смещения в осевом направлении между впускным отверстием и выпускным отверстием. Удлиненная полоска в виде гибкого закрывающего элемента закреплена на одном своем конце рядом с выпускным отверстием, и пружина поджимает поплавок в направлении выпускного отверстия.

Конструкция выполнена таким образом, что поджимающее усилие пружины вместе с выталкивающими силами, действующими на поплавок, стремятся поджать полоску в виде мембраны таким образом, что она будет входить в плотный контакт с поверхностью выпускного отверстия, а силы тяжести, действующие на поплавок, стремятся сместить поплавок в сторону от выпускного отверстия с тем, чтобы постепенно вывести полоску из плотного контакта с выпускным отверстием.

Однако смещение поплавка в положение плотного закрывания происходит быстро, при этом выпускное отверстие спонтанно закрывается, когда полоска в виде закрывающей мембраны опирается на седло клапана выпускного отверстия.

Кроме того, выход полоски в виде закрывающей мембраны из контакта с седлом клапана может происходить с некоторой задержкой, в особенности в случае наличия высокого давления. Более того, этот клапан не пригоден для выпуска паров топлива при высоких скоростях потока.

В патенте США № 5762090 описан предотвращающий переполнение клапан, содержащий корпус, который имеет первое впускное отверстие для текучей среды на своем нижнем конце и первое выпускное отверстие для текучей среды на своем верхнем конце, поплавок, выполненный с возможностью смещения в осевом направлении внутри корпуса. Поплавок имеет на своем нижнем конце второе впускное отверстие для текучей среды и рядом со своим верхним концом второе выпускное отверстие для текучей среды, при этом предусмотрено уплотнительное средство, размещенное на верхнем конце поплавка, и внутри корпуса предусмотрены отклоняющие средства для смещения поплавка в направлении первого выпускного отверстия.

Конструкция выполнена таким образом, что отклоняющие средства вместе с выталкивающими силами, действующими на поплавок, стремятся заставить поплавок сместиться в положение плотного закрытия, при котором уплотнительное средство плотно закрывает первое выпускное отверстие для текучей среды, при этом сила тяжести, действующая на поплавок, стремится сместить поплавок в сторону от первого выпускного отверстия для текучей среды в положение, при котором плотное закрытие отсутствует. Клапан отличается тем, что он дополнительно содержит средства для ограничения поступления текучей среды в поплавок, при этом подъем уровня текучей среды в баке приводит к подъему уровня текучей среды внутри корпуса, вследствие чего осуществляется принудительное смещение поплавка в положение плотного закрытия. Эти средства для ограничения поступления текучей среды повторно открываются, как только транспортное средство начинает двигаться.

Также известен контрольный клапан с двумя стадиями закрытия и очисткой при открытии, который описан в патенте US 5755252. Этот контрольный клапан содержит элемент первого клапана и элемент второго клапанов, которые отделены посредством пружины, расположенной между элементами клапана. В контрольном клапане элементы первого и второго клапанов ограничены от относительного аксиального перемещения, в то же время элементы клапана не ограничены от относительного поворотного перемещения.

Задачей настоящего изобретения является разработка многофункционального клапана, предназначенного для использования в топливных баках транспортных средств, который одновременно служит в качестве предотвращающего переполнение клапана, клапана для улавливания пара, перекрывающего клапана, ограничивающего наполнение вентиляционного клапана, клапана для улавливания пара при автономном пополнении запаса топлива и в качестве выпускного клапана. Дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка клапана усовершенствованной конструкции, при которой, с одной стороны, в случае смещения клапана в его положение плотного закрытия не создается скачка давления внутри топливного бака и которая, с другой стороны, обеспечивает возможность открытия клапана даже при довольно высоком давлении.

В соответствии с настоящим изобретением разработан предотвращающий переполнение, вентиляционный и перекрывающий многофункциональный клапан, содержащий корпус, образующий ограниченное пространство, выполненный с, по меньшей мере, одним впускным каналом для входа текучей среды в ограниченное пространство, выпускным каналом для текучей среды в верхней части ограниченного пространства и седлом клапана, ограничивающим выпускной канал; клапанный узел, расположенный внутри ограниченного пространства и содержащий элемент первой ступени и элемент второй ступени, которые выполнены с возможностью по существу коаксиального смещения внутри корпуса; при этом элемент первой ступени имеет на своем нижнем конце по существу удлиненное, щелеобразное впускное отверстие, а на своем верхнем конце - выпускное отверстие, сообщающееся по потоку с впускным отверстием, при этом элемент первой ступени выполнен с возможностью смещения в осевом направлении между первым положением, при котором выпускное отверстие постепенно входит в плотный контакт с выпускным каналом корпуса, и вторым положением, при котором выпускное отверстие выходит из контакта с выпускным каналом; при этом элемент второй ступени представляет собой поплавок, снабженный гибкой полоской в виде закрывающей мембраны, прикрепленной одним своим концом к верхней стенке поплавка, причем закрывающая мембранная полоска обращена к впускному отверстию элемента первой ступени, а элемент второй ступени выполнен с возможностью смещения между первым положением, при котором закрывающая мембрана плотно закрывает впускное отверстие, и вторым положением, при котором она постепенно открывает его; и по меньшей мере, один скрепляющий элемент, проходящий между элементом первой ступени и элементом второй ступени, скрепляющий элемент обеспечивает ограниченную свободу относительного движения между ними, причем смещение элемента второй ступени в его второе положение вызывает принудительное смещение элемента первой ступени в его второе положение, при этом выступы скрепляющих элементов в виде ножек элемента первой ступени входят с возможностью скольжения в прорези элемента второй ступени и аналогичным образом выступы элемента второй ступени входят с возможностью скольжения в пазы элемента первой ступени.

Как правило, выпускной канал клапана подсоединен с помощью соответствующих трубопроводов к устройству для обработки пара, например к фильтрующему контейнеру.

Конструкция в соответствии с настоящим изобретением выполнена таким образом, что при вертикальном верхнем положении клапана выталкивающие силы, действующие на элемент второй ступени, стремятся сместить элемент второй ступени и элемент первой ступени в их соответствующие первые положения, при которых клапан плотно закрыт, в то время как силы тяжести, действующие на элемент второй ступени, стремятся сместить его в его второе положение, вызывая осуществляемое с временной задержкой смещение элемента первой ступени в его второе положение, и при вертикальном нижнем положении клапана элемент первой ступени и элемент второй ступени мгновенно смещаются в свои соответствующие первые положения с тем, чтобы плотно закрыть клапан.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления дополнительно предусмотрен смещающий элемент, расположенный внутри ограниченного пространства и предназначенный для смещения элемента второй ступени в его первое положение, при этом элемент действует вместе с выталкивающими силами с тем, чтобы сместить как элемент первой ступени, так и элемент второй ступени в их соответствующие первые положения.

Как правило, в том случае, когда клапан должен быть прикреплен к топливному баку транспортного средства, корпус выполнен с фланцевой частью для закрепления корпуса вокруг отверстия, образованного в баке, при этом корпус выступает внутрь бака.

В соответствии с изобретением самый верхний впускной канал из одного или более впускных каналов для текучей среды в корпусе определяет максимальный уровень топлива внутри бака, а именно, когда жидкость в баке достигает этого уровня, клапан постепенно закрывается, вызывая отсечку топлива при заполнении топливом.

В предпочтительной конструкции клапана в соответствии с изобретением выпускной канал для текучей среды в корпусе имеет круглое поперечное сечение, а выпускное отверстие элемента первой ступени представляет собой трубчатый выступ, выполненный с возможностью размещения в выпускном канале для текучей среды, при этом элемент первой ступени выполнен с возможностью постепенного смещения в первое положение, в результате чего поток текучей среды через выпускной канал для текучей среды уменьшается до полного прекращения. Предпочтительно один или оба из элементов, представляющих собой выпускной канал корпуса и выпускное отверстие элемента первой ступени, сужаются в направлении вверх. Такая конструкция обеспечивает постепенное уменьшение эффективной площади поперечного сечения выпускных каналов корпуса, в результате чего имеет место плавное закрытие клапана.

Для обеспечения улучшенного плотного закрытия в закрытом положении предусмотрен уплотнительный элемент на любом или на обоих из элементов, представляющих собой выпускной канал корпуса и выпускное отверстие элемента первой ступени, в результате чего плотный контакт будет иметь место только в том случае, когда элемент первой ступени будет полностью смещен в его первое положение.

Конструкция в соответствии с изобретением такова, что длина одного или более скрепляющих элементов гарантирует, что в том случае, когда элемент второй ступени находится в состоянии покоя над нижним основанием корпуса, элемент первой ступени находится в своем втором положении.

Для обеспечения улучшенного открытия клапана и при довольно больших давлениях впускное отверстие элемента первой ступени наклонено по отношению к продольной оси корпуса. Соответственно, верхняя поверхность элемента второй ступени, несущая закрывающую мембрану, по существу также наклонена по отношению к продольной оси, в результате чего закрывающая мембрана, плотно закрывающая впускное отверстие, прижимается вдоль своей длины к впускному отверстию посредством наклонной поверхности элемента второй ступени.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения возможность поворота элемента первой ступени и элемента второй ступени друг относительно друга ограничена. Также предпочтительно, если возможность их поворота относительно корпуса будет ограничена.

Для лучшего понимания изобретения и для демонстрации того, как оно может быть реализовано на практике, далее будет описан предпочтительный вариант осуществления только в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 представляет собой перспективное, выполненное с пространственным разделением элементов изображение клапана в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 представляет собой сечение клапана в соответствии с настоящим изобретением, при этом клапан показан в собранном виде внутри топливного бака и в своем исходном, полностью открытом положении;

фиг.3 иллюстрирует положение клапана, показанного на фиг.2, когда уровень топлива внутри бака достигает максимального уровня заполнения, при этом клапан постепенно смещается в свое положение плотного закрытия;

фиг.4 показывает клапан на фиг.1 в его плотно закрытом положении;

фиг.5 иллюстрирует клапан на первой стадии открытия, на которой элемент второй ступени постепенно смещается в свое второе открытое положение;

фиг.6 иллюстрирует клапан на фиг.1 в положении, при котором элемент первой ступени все еще находится в своем втором положении, в то время как элемент второй ступени находится в своем первом положении, и

фиг.7 иллюстрирует клапан на фиг.1 в положении, при котором элемент второй ступени принудительно смещает элемент первой ступени в его второе положение.

На фиг.1 и 2 клапан обозначен в целом ссылочным номером 10. Клапан содержит цилиндрическую часть 12 корпуса, выполненного с фланцем 14 на его верхней части, предназначенным для крепления путем сварки к наружной поверхности топливного бака 16, при этом цилиндрическая часть 12 проходит внутрь топливного бака. Предусмотрена часть 23 в виде трубы, сообщающаяся по потоку с выпускным каналом 22.

Как лучше всего показано на фиг.2, корпус образует ограниченное пространство 18, имеющее множество впускных каналов 20 для текучей среды, а в верхней части ограниченного пространства имеется выпускной канал 22, ограниченный седлом 24 клапана. Корпус 12 также содержит выемки 21 на своем нижнем конце.

Клапанный узел 30 содержит элемент 32 первой ступени и элемент 34 второй ступени. Ни верхнем конце элемента 32 первой ступени имеется конусообразный выступ 35, выполненный с выпускным отверстием 36. На своем нижнем конце элемент 32 первой ступени выполнен с удлиненным щелеобразным впускным отверстием 40, имеющим наклонную нижнюю поверхность (видно только на фиг.2-8). Три скрепляющих элемента 42 в виде ножек проходят в радиальном направлении вниз, при этом на самом нижнем конце каждого из скрепляющих элементов в виде ножек образован зацепляющий выступ 46 и образованы три паза 47, которые совмещены с элементами 42 в виде ножек, как будет разъяснено ниже.

На выступе 35 установлен упругий уплотнительный элемент 50, поперечное сечение которого видно на фиг.2-8 и который выполнен с возможностью входа в плотный контакт с седлом 24 клапана в корпусе 12.

Элемент 34 второй ступени представляет собой поплавковый элемент с двойными стенками, в котором образовано кольцевое гнездо 56 для пружины и который плотно закрыт на своем нижнем конце пробкой 58.

На верхней стенке 60 поплавкового элемента 34 образована наклонная опорная поверхность 62, которая имеет по существу такой же наклон, как и нижняя поверхность впускного отверстия 40 элемента 32 первой ступени. Полоска в виде гибкой закрывающей мембраны 66 прикреплена одним своим концом к части 62, при этом назначение данного конструктивного решения станет очевидным из нижеследующего.

Элемент 34 второй ступени выполнен с тремя проходящими в осевом направлении прорезями 70, на верхних концах которых имеются буртики 71 и три соответствующих выступа 72, сопрягаемые соответственно с выступами 42 и пазами 47 элемента 32 первой ступени.

Конструкция выполнена таким образом, что в собранном положении выступы 46 скрепляющих элементов 42 в виде ножек элемента 32 первой ступени входят с возможностью скольжения в прорези 70 элемента 34 второй ступени и, аналогичным образом, выступы 72 элемента второй ступени входят с возможностью скольжения в пазы 47 элемента 32 первой ступени. Таким образом, элементы двух ступеней могут быть смещены в осевом направлении друг относительно друга в ограниченной степени, которая определяется длиной ножек 42. Также гарантируется, что возможность поворота элемента 32 первой ступени и элемента 34 второй ступени друг относительно друга ограничена с тем, чтобы обеспечить надлежащее позиционирование поверхности 62 и связанной с ней закрывающей мембраны 66 относительно выпускного отверстия 40 элемента 32 первой ступени.

Клапанный узел 30 плотно закрыт внутри корпуса 12 с помощью закрывающего элемента 80 с выступами 82, предназначенными для входа в выемки 21 корпуса 12 с защелкиванием. В собранном положении предусмотрена цилиндрическая винтовая пружина 86, размещаемая в кольцевой полости 56 поплавкового элемента 34. Конструкция выполнена таким образом, что закрывающий элемент 80 имеет открытый верх, обеспечивающий возможность свободного сообщения по потоку между поплавковым узлом 30 и ограниченным пространством 18 корпуса.

Далее рассматриваются фиг.2-7 для обеспечения понимания того, как работает клапан при различных условиях.

На фиг.2 видно, что уровень 90 топлива внутри бака 16 не доходит до нижнего конца клапанного узла 10, и, таким образом, клапан находится в своем полностью открытом положении, при котором элемент 32 первой ступени и элемент 34 второй ступени находятся в своем нижнем положении (называемом вторым положением) под действием силы тяжести, при этом цилиндрическая винтовая пружина 86 поджата вниз. В этом положении пары топлива могут свободно проходить через впускные каналы 20 сквозь ограниченное пространство 18 и наружу через выпускной канал 22, а затем по трубопроводу в устройство для обработки пара, как правило, фильтрующий контейнер.

Следует отметить, что впускные каналы 20 для текучей среды и выпускной канал 22 имеют довольно большие поперечные сечения с тем, чтобы обеспечить возможность удаления паров топлива также и при высоких скоростях потока. Это является важным признаком, который играет определенную роль во время заливки топлива.

Как показано на фиг.3, по мере повышения уровня 90 топлива внутри бака 16 в результате заливки топлива через отверстие 85 для заливки топлива, топливо поступает в ограниченное пространство 18 клапана через впускные каналы 20 для текучей среды, при этом усилия поджима, действующие со стороны пружины 86, вместе с выталкивающими силами, действующими на поплавковый элемент 34, стремятся поднять поплавковый узел 30 в результате повышения уровня топлива 90 внутри бака 16. Как можно заметить на фиг.3, элемент 32 первой ступени несколько смещен вместе с элементом 34 второй ступени, при этом выпускной канал 22 для текучей среды все еще открыт, хотя площадь его поперечного сечения уменьшается до приблизительно 50% его площади.

На следующей стадии, которая изображена на фиг.4, уровень топлива внутри ограниченного пространства 18 поднимается до такой высоты, при которой клапанный узел 30 смещается в самое верхнее положение, при этом выступ 35 элемента 32 первой ступени полностью входит в выпускной канал 22 корпуса 12 и уплотнительный элемент 50 входит в плотный контакт с седлом 24 клапана. Полоска 66 в виде закрывающей мембраны плотно закрывает впускное отверстие 40 элемента 32 первой ступени, при этом клапан находится в своем закрытом положении, препятствуя выходу жидкости или пара через выпускной канал 22.

Следует отметить, что первая стадия закрытия, показанная на фиг.3, предотвращает образование ударной волны, когда элементы клапана смещаются в закрытое положение.

В этом положении прекращается заливка топлива через отверстие 85 для заливки топлива, поскольку имеет место повышение давления внутри объема 88 бака 16, что вызывает отсечку узла заливки (не показанного).

Положение, проиллюстрированное на фиг.5, характеризует ситуацию после заливки топлива, когда уровень жидкости внутри ограниченного пространства 18 немного опускается, что обеспечивает возможность смещения элемента 34 второй ступени вниз в его второе положение, при этом он опускается постепенно и полоска 66 в виде закрывающей мембраны постепенно открывает щелеобразное впускное отверстие 40 элемента 32 первой ступени. Вес поплавкового элемента при отсутствии направленных вверх выталкивающих сил позволяет преодолеть направленное вверх смещающее усилие, действующее со стороны спиральной пружины сжатия 86, и поплавковый элемент 34 смещается в свое второе положение при постепенном открывании впускного отверстия 40. Рационально то, что открытие впускного отверстия 40 происходит даже в том случае, если бак все еще находится при довольно высоком давлении, благодаря постепенному выходу полоски 66 в виде закрывающей мембраны из контакта с удлиненным щелеобразным впускным отверстием 40.

Как только элемент 34 второй ступени начинает опускаться и после того как полоска 66 в виде закрывающей мембраны выйдет из контакта с впускным отверстием 40 элемента 32 первой ступени, давление внутри бака 16 падает, при этом элемент 34 второй ступени смещается вниз, как видно на фиг.6, причем выступы 46 элементов 42 в виде ножек элемента 32 первой ступени входят в контакт с буртиком 71 отверстия 70 элемента 34 второй ступени, что вызывает принудительное смещение вниз элемента 32 первой ступени, как видно на фиг.7.

Рационально, что как только давление внутри топливного бака 16 падает, и поскольку элемент 32 первой ступени надежно отделяется от выпускного канала 22 корпуса 12 с последующим выходом уплотнительного элемента 50 из контакта с седлом 24 клапана, элемент первой ступени будет продолжать смещаться в исходное положение, которое показано на фиг.1 и при котором он опирается на элемент 34 второй ступени.

Клапан, описанный выше в данной заявке, автоматически закрывается в случае перекрытия, поскольку клапанный узел 30 смещается для плотного закрытия выпускного канала 22 благодаря силе тяжести, когда транспортное средство переворачивается.

Несмотря на то, что в описании был показан и описан предпочтительный вариант осуществления клапана в соответствии с настоящим изобретением, специалисту в данной области техники следует понимать, что не предусматривается ограничить этим вариантом раскрытие изобретения, но описание предназначено для того, чтобы охватить все модификации и конструктивные варианты, находящиеся в рамках объема и сущности настоящего изобретения, внося необходимые изменения.

Реферат

Изобретение относится к области запорной арматуры и предназначено для использования в качестве комбинированного клапана, предотвращающего переполнение, в топливных баках транспортных средств. Предотвращающий переполнение вентиляционный и перекрывающий многофункциональный клапан 10 содержит корпус 12 с ограниченным пространством 18. В корпусе выполнены впускные каналы 20 для входа текучей среды в ограниченное пространство 18, выпускной канал 22 для текучей среды в верхней части ограниченного пространства 18 и седло 24. Седло 24 отграничивает выпускной канал 22. Клапанный узел 30 расположен внутри ограниченного пространства 18 и содержит элемент 32 первой ступени и элемент 34 второй ступени. Эти элементы выполнены с возможностью по существу коаксиального смещения внутри корпуса 12. Элемент 32 первой ступени имеет на своем нижнем конце по существу удлиненное, щелеобразное впускное отверстие. На своем верхнем конце - выпускное отверстие 36. Оно сообщается по потоку с впускным отверстием. Элемент 32 выполнен с возможностью смещения в осевом направлении между первым и вторым положениями. При первом положении выпускное отверстие 36 постепенно контактирует с выпускным каналом 22 корпуса 12. При втором положении выпускное отверстие 36 выходит из контакта с выпускным каналом 22. Элемент 34 второй ступени представляет собой поплавок. Поплавок снабжен гибкой полоской в виде закрывающей мембраны 66. Она прикреплена одним своим концом к верхней стенке 62 поплавка. Закрывающая мембрана 66 обращена к впускному отверстию элемента 32 первой ступени. Элемент 34 второй ступени выполнен с возможностью смещения между первым и вторым положениями. При первом положении закрывающая мембрана 66 плотно закрывает впускное отверстие. При втором положении она постепенно открывает его. Имеется, по меньшей мере, один скрепляющий элемент 42. Последний проходит между элементом 32 первой ступени и элементом 34 второй ступени. Смещение элемента 34 второй ступени в его второе положение вызывает принудительное смещение элемента 32 первой ступени в его второе положение. Выступы 46 скрепляющих элементов 42 в виде ножек элемента 32 первой ступени входят с возможностью скольжения в прорези 70 элемента 34 второй ступени. Аналогичным образом выступы 72 элемента второй ступени входят с возможностью скольжения в пазы элемента 32 первой ступени. Изобретение направлено на повышение надежности работы клапана и увеличение его функциональных возможностей. 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула