Клапан для регулирования уровня жидкости

Дата публикации и выдачи патента Номер заявки КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Клапанное устройство для управления подачей жидкости в бак (123) содержит вход (101) для жидкости, выход (120) для выталкивания жидкости в бак (123), клапанное седло (119),определяющее отверстие для протекания жидкости от входа (101) к выходу (120), клапанный элемент (107) для перемещения относительно клапанного седла (119) между открытым и закрытым положениями и средства управления клапанным устройством. Указанные средства управления включают камеру (103) управления, проход (102) для жидкости, расположенный между камерой(103) управления и входом (101), элемент (104) управления потоком, расположенный в указанном проходе (102), перепускной клапан (106), установленный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, для выборочного выталкивания жидкости из камеры (103) управления в перепускное отверстие (121), и средства приведения перепускного клапана в действие для управления его работой в соответствии с количеством жидкости в баке (123). Клапанное устройство (200) может состоять из нескольких частей, включающих главную корпусную часть(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МАЙКРОФЛОУ ИНТЕРНЕШНЛ ПТИ ЛИМИТЕД (AU) 015912 Уровень техники Изобретение относится к клапану, который регулирует количество жидкости, находящейся в баке или резервуаре, путем открывания только в случае, когда уровень жидкости падает ниже заданного уровня. В частности, изобретение относится к клапану, который может доливать жидкость в бак или резервуар (например цистерну), если ее уровень опустился слишком низко. Описание уровня техники Ссылки в данном описании на любую предшествующую публикацию (или производную от нее информацию) или на любой известный материал не означает, что эта публикация (или производная от нее информация) или материал являются широко известными в области техники, к которой относится данное изобретение. Обычные клапаны имеют клапанное седло и подвижный клапанный элемент, прилегающий к седлу для регулирования потока жидкости. Клапанный элемент перемещается непосредственно приводным механизмом. Силы, которые требуются для перемещения клапанного элемента в таких клапанах, могут быть довольно большими. Заявителем ранее был разработан усовершенствованный клапан, который позволяет, по существу,преодолеть недостатки известных клапанов, т.е. для работы которого требуются меньшие силы. Этот клапан описан в различных патентах и заявках данного заявителя, включая международную заявкуPCT/AU 1996/00263, содержание которой полностью включено в данное описание посредством этой ссылки. В указанной международной заявке описано клапанное устройство, содержащее камеру управления, проходы, сообщающие эту камеру со входом и выходом устройства, и регулирующий поток элемент, расположенный по меньшей мере в одном из проходов. Этот элемент, по существу, эффективно управляет потоком жидкости в проходах и тем самым регулирует поток жидкости между входом и выходом клапанного устройства. Благодаря такой конструкции, для управления работой клапанного устройства требуются лишь микроскопические потоки и минимальные силы/мощность по сравнению с известными клапанами. Сущность изобретения Целью изобретения является создание управляемого клапанного устройства со сбалансированным давлением, которое содержит автоматически перемещаемый регулирующий поток элемент, описанный в указанных выше патентах/заявках. Изобретение направлено на создание клапанного устройства, работающего в соответствии с количеством жидкости в баке. Изобретение также направлено на создание клапанного устройства, работающего автоматически в соответствии с давлением, уровнем, объемом или другими параметрами жидкости в баке. Согласно изобретению, предложено клапанное устройство для управления подачей жидкости в бак,содержащее вход для жидкости,выход для выталкивания жидкости в бак,клапанное седло, определяющее отверстие для протекания жидкости от входа к выходу,клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла между открытым положением и закрытым положением, и средства управления клапанным устройством, включающие камеру управления,проход для жидкости между камерой управления и указанным входом,регулирующий поток элемент, расположенный в указанном проходе,перепускной клапан, установленный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением, для выборочного выталкивания жидкости из камеры управления в перепускное отверстие и средства приведения в действие перепускного клапана для управления его работой в соответствии с количеством жидкости в баке. Средства приведения в действие перепускного клапана предпочтительно включают: перепускную камеру, по меньшей мере частично образованную подвижной стенкой, функционально соединенной с перепускным клапаном, и канал для жидкости, сообщающий перепускную камеру с баком, в результате чего давление в ней,по существу, связано с давлением в баке,причем когда давление в баке достигает заданного порогового значения, оно передается через указанный канал для жидкости в перепускную камеру, вызывая перемещение указанной подвижной стенки с приведением в действие перепускного клапана и тем самым управление работой указанных средств управления клапанным устройством. Также предпочтительно, чтобы указанная подвижная стенка была выполнена в виде мембраны или подобного гибкого элемента. Жидкость, выталкиваемая через перепускное отверстие, предпочтительно подается в бак.-1 015912 Клапанный элемент предпочтительно выполнен в виде мембраны или другого элемента из гибкого материала. Регулирующий поток элемент предпочтительно установлен с возможностью перемещения в указанном проходе, обеспечивая функции самоочистки и ограничения потока жидкости. Размер и/или форма прохода и/или регулирующего поток элемента выбраны предпочтительно так,чтобы управлять скоростью/ускорением работы клапанного устройства и/или мощностью/силами, которые требуются для управления клапанным устройством. Средства приведения в действие перепускного клапана предпочтительно реагируют на давление,уровень, объем или другие параметры жидкости в баке. Клапанное устройство предпочтительно состоит из нескольких частей, включающих главную корпусную часть, включающую указанную камеру управления, и перепускную часть, включающую указанный перепускной клапан. Главная корпусная часть и перепускная часть могут быть соединены друг с другом с помощью резьбы, зажима, защелкивания или другим образом, по выбору с возможностью разъединения. Согласно изобретению предложена также главная корпусная часть клапанного устройства, содержащего вход для жидкости,выход для выталкивания жидкости в бак,клапанное седло, определяющее отверстие для протекания жидкости от входа к выходу,клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла между открытым положением и закрытым положением, и средства управления клапанным устройством, включающие камеру управления,проход для жидкости между камерой управления и указанным входом,регулирующий поток элемент, расположенный в указанном проходе,перепускной клапан, установленный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением, для выборочного выталкивания жидкости из камеры управления в перепускное отверстие и средства приведения в действие перепускного клапана для управления его работой в соответствии с количеством жидкости в баке,отличающаяся тем, что она включает указанную камеру управления и приспособлена для крепления к перепускной части, включающей указанный перепускной клапан. Главная корпусная часть клапанного устройства предпочтительно включает указанную камеру управления, указанный проход для жидкости и указанный регулирующий поток элемент. Согласно изобретению предложена также перепускная часть клапанного устройства, содержащего вход для жидкости,выход для выталкивания жидкости в бак,клапанное седло, определяющее отверстие для протекания жидкости, от входа к выходу,клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла между открытым положением и закрытым положением, и средства управления клапанным устройством, включающие камеру управления,проход для жидкости между камерой управления и указанным входом,регулирующий поток элемент, расположенный в указанном проходе,перепускной клапан, установленный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением, для выборочного выталкивания жидкости из камеры управления в перепускное отверстие и средства приведения в действие перепускного клапана для управления его работой соответствии с количеством жидкости в баке,отличающаяся тем, что она включает указанный перепускной клапан и приспособлена для крепления к главной корпусной части, включающей указанную камеру управления. Согласно изобретению также предложен способ управления потоком жидкости, подаваемой в бак, в соответствии с параметром, выбранным из группы, включающей уровень, объем, давление жидкости в баке, но не ограниченной этими параметрами, с помощью клапанного устройства, описанного выше. Краткое описание чертежей Изобретение будет более понятным из последующего подробного описания предпочтительных, но не единственно возможных вариантов его осуществления. Описание сопровождается чертежами, на которых фиг. 1 схематично изображает в разрезе клапанное устройство и связанные с ним элементы согласно изобретению,фиг. 2 - клапанное устройство в закрытом положении,-2 015912 фиг. 3 - клапанное устройство, когда оно приводится в действие, т.е. когда давление в баке падает,вызывая падение давления в перепускной камере и открывание перепускного клапана,фиг. 4 - клапанное устройство по истечении небольшого времени с момента, соответствующего фиг. 3, когда давление в камере управления уменьшается, в результате чего клапанный элемент перемещается в открытое положение и жидкость может течь от входа к выходу, т.е. когда клапанное устройство находится в открытом положении,фиг. 5 - разрез альтернативного варианта выполнения клапанного устройства согласно изобретению, состоящего из двух частей, т.е. содержащего главную корпусную часть и перепускную часть; фиг. 6 - перепускную часть устройства, показанного на фиг. 5; фиг. 7 - главную корпусную часть устройства, показанного на фиг. 5; фиг. 8 - альтернативную конструкцию главной корпусной части устройства, показанного на фиг. 5. Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Одинаковые элементы имеют на чертежах одинаковые цифровые позиции, если не указано иное. На фиг. 1-4 показан первый вариант выполнения управляемого клапанного устройства, включающего маломощный приводной механизм. На фиг. 1 показано клапанное устройство с входом и выходом,и соединенный с ним бак с жидкостью. Фиг. 2 изображает клапанное устройство более подробно в закрытом положении, фиг. 3 изображает клапан после его срабатывания и фиг. 4 изображает клапан в открытом положении. Вход 101 для жидкости сообщается через проход 102 с камерой 103 управления. Проход 102 образован внутри относительно большого отверстия 105, частично занятого регулирующим поток элементом 104. Разность площадей поперечного сечения отверстия 105 и элемента 104 определяет фактическое проходное сечение прохода 102. Камера 103 управления образована клапанным элементом 107, который может быть выполнен в виде мембраны, и клапанным элементом 109. За проходом 102 (по ходу потока) расположен перепускной клапан 106, образованный отверстием 111 и элементом 112. Для плотного прижатия элемента 112 к краям отверстия 111 служит перепускной клапан 113, который тоже может быть выполнен в виде мембраны. Перепускной клапан 113 и корпус 114 клапана определяют перепускную камеру 118. Перепускная камера 118 сообщается через отверстие 116 и трубку 115 с внешней средой 117 с переменным давлением, находящейся в баке или резервуаре 123. Когда клапанный элемент 107 отводится от клапанного седла 119 в открытое положение, показанное на фиг. 4, вход 101 сообщается с выходом 120. На фиг. 3 показано промежуточное положение клапана после его срабатывания. Камера 103 управления сообщается через перепускной клапан 106 с перепускным отверстием 121,ведущим во внешнюю среду 122, где давление ниже, чем на входе 101. На фиг. 1 клапан показан в закрытом положении. Это значит, что давление внешней среды 117 достаточно большое, так что перепускная мембрана 113 закрывает перепускной клапан 106, при этом давление в камере 103 равно давлению на входе 101. Благодаря разности площадей поперечного сечения сторон мембраны 107, на которую действует входное давление, она плотно прижимается к клапанному седлу 119 и клапан закрывается. Как показано на фиг. 3, клапан открывается, когда давление внешней среды 117 в баке или резервуаре 123 падает настолько, что перепускная мембрана 113 открывает перепускной клапан 106 и жидкость может вытекать из камеры 103 управления через относительно открытый перепускной клапан 106 и перепускное отверстие 121. Очень узкий проход 102 настолько уменьшает поток поступающей в камеру 103 жидкости, что ее давление падает до величины, позволяющей клапанному элементу или мембране 107 отойти от клапанного седла 119, в результате чего отверстие 105 перемещается относительно элемента 104 и жидкость получает возможность течь от входа 101 к выходу 120, как показано на фиг. 4. Такая конструкция и автоматические перемещения элемента 104 относительно отверстия 105 с образованием прохода 102 обеспечивают возможность самоочистки и предпочтительного ограничения потока в проходе 102, что предотвращает попадание частиц в камеру 103 управления, которые в противном случае могут забить обходные отверстия, расположенные ниже по потоку. Частицы, не имеющие возможности попасть в камеру 103 управления, вымываются основным потоком через относительно большое отверстие, которое образует выход 120. Клапан остается открытым (фиг. 4) до тех пор, пока перепускной клапан 106 не закроется, как описано выше. После закрывания перепускного клапана 106 давление в камере 103 возрастает, заставляя мембрану 107 перемещаться к клапанному седлу 119, и клапан закрывается. Скорость закрывания клапана изменяется (но необязательно пропорционально) с изменением расхода жидкости, поступающей в камеру 103 управления. То есть при очень узком проходе 102 клапан закрывается медленно, предотвращая гидравлический удар. Когда клапан приводится в действие, перемещение элемента 104 относительно отверстия 105 также может влиять на скорость закрывания и открывания (ускорение). Одним из предпочтительных способов для достижения этого является изменение эффективной длины пути потока в проходе 102 при указанном относительном перемещении (как показано на фиг. 1) и/или изменение поперечного сечения элемента 104 и/или отверстия 105 (например, выполнение их коническими). Специалистам очевидны и другие спо-3 015912 собы. Площадь поперечного сечения уплотняющей поверхности отверстия 111 должна быть достаточно малой, чтобы можно было закрывать/открывать клапан с помощью малых сил, и в то же время достаточно большой, чтобы это отверстие не забивалось мелкими твердыми частицами, которые могут пройти через проход 102. Давление внешней среды 117 предпочтительно связано с уровнем/давлением жидкости в баке или резервуаре 123. В этом случае высота внешней среды 117 в баке 123 (фиг. 1) определяет параметр, т.е. уровень жидкости, при котором клапан закрывается. Способность такой конструкции к самоочистке и фильтрации в сочетании с тем, что она позволяет достичь очень малого расхода жидкости, делает возможным уменьшить площади поперечных сечений,через которые течет жидкость. Благодаря этому время срабатывания таких управляемых клапанов со сбалансированным давлением легче регулировать, а мощность/силы, которые требуются для приведения их в действие, сравнительно малы. Возможность надежно и легко управлять временем срабатывания клапана и уменьшить требуемую приводную мощность не только исключает необходимость в громоздких механизмах (таких как рычажные передачи и большие поплавки) и ограничении расхода. Фактически это открывает возможности для использования приводных механизмов, которые намного проще, и работать с более высоким расходом без возникновения проблем, связанных с гидравлическим ударом. Таким образом, клапанное устройство согласно изобретению управляет подачей жидкости в бак,т.е. когда давление, уровень или объем жидкости в баке падает ниже определенной величины, клапан приводится в действие для увеличения подачи жидкости в бак, а при достижении указанными параметрами заданной величины клапан автоматически закрывается. На фиг. 5-8 показан второй вариант выполнения управляемого клапанного устройства согласно изобретению, содержащего маломощный приводной механизм. В этом варианте клапанное устройство 200 состоит из двух частей - главной корпусной части 201 и перепускной части 202. Такая конструкция имеет определенные преимущества в отношении изготовления и дает возможность доступа к различным деталям для их замены. Специалистам понятно, что это клапанное устройство допускает дальнейшую модификацию и может состоять из нескольких частей. Главная корпусная часть 201 клапанного устройства 200 включает камеру 203 управления, а перепускная часть 202 включает перепускной клапан 204. Главная корпусная часть 201 и перепускная часть 202 могут быть соединены с помощью разных средств, например с помощью резьбы, зажима, защелкивания и другим образом. В данном варианте использовано резьбовое соединение с уплотнительным кольцом 209. Главная корпусная часть 201 показана на фиг. 7 и 8, а перепускная часть - на фиг. 6. В данном варианте главная корпусная часть 201 включает вход 205 для жидкости, выход 206 для жидкости, клапанное седло 207, определяющее отверстие, через которое жидкость может течь от входа 205 к выходу 206, и клапанный элемент 213, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла 207 между открытым и закрытым положениями так же, как описано при рассмотрении на фиг. 1-4. Как и в предыдущем варианте, клапаном управляют средства управления, содержащие камеру 203 управления, проход 208 для жидкости, расположенный между камерой 203 и входом 205, и регулирующий поток элемент 210, расположенный в проходе 208. Перепускная часть 202, показанная на фиг. 6, содержит перепускной клапанный элемент 211, установленный с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, для выборочного выталкивания жидкости из камеры 203 управления через перепускное отверстие 212. Перепускной клапанный элемент 211 управляет работой перепускного клапана 204 в соответствии с количеством жидкости в баке или резервуаре, как описано выше со ссылками на фиг. 1-4. Как показано на фиг. 7 и 8 главная корпусная часть 201 включает камеру 203 управления, проход 208 для жидкости и элемент 210. На фиг. 7 элемент 210 расположен между входом 205 и камерой 203 управления в центре корпусной части 213, а на фиг. 8, где вход 205 и выход 206 поменялись местами,элемент 210 смещен от оси корпуса 213, чтобы находиться по меньшей мере между входом и камерой 203 управления. Как видно на фиг. 5, 7 и 8, элемент 210 удерживается в проходе 208 благодаря своему утолщенному концу, входящему в вырез соответствующей формы в клапанной детали. Аналогично, клапанный элемент, который может быть выполнен из упругого материала в виде мембраны 213, имеет главную корпусную часть, по существу, цилиндрической формы, радиальную выемку 214 на верхней торцевой поверхности цилиндрической корпусной части 213 и периферийный фланец 215, отходящий наружу от корпусной части 213 вблизи радиальной выемки 214. Более подробно клапанный элемент 213 описан в находящейся на рассмотрении заявке настоящего заявителя, содержание которой целиком включено в данное описание посредством данной ссылки. По сравнению с известными устройствами клапанное устройство согласно изобретению обеспечивает значительный выигрыш в величине мощности или силы, требуемой для приведения его в действие. Это достигается благодаря использованию регулирующего поток элемента в проходе для жидкости, ко-4 015912 торый позволяет микроскопическим потокам открывать или закрывать клапан, в сочетании с перепускным клапаном. Специалистам должно быть понятно, что мощность/силу для приведения в действие клапана можно выбирать в зависимости от характеристик регулирующего поток элемента, прохода для жидкости и т.д. Возможны различные изменения и модификации изобретения без отхода от сущности и в пределах его объема изобретения, описанного в общих чертах выше. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Клапанное устройство для управления подачей жидкости в бак, содержащее вход для жидкости,выход для выталкивания жидкости в бак,клапанное седло, в котором выполнено отверстие для протекания жидкости от входа к выходу,клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла между открытым положением и закрытым положением, и средства управления клапанным устройством, включающие камеру управления,проход для жидкости между камерой управления и указанным входом,регулирующий поток элемент, расположенный в указанном проходе,перепускной клапан, установленный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением, для выталкивания жидкости из камеры управления в перепускное отверстие и средства приведения в действие перепускного клапана для управления его работой в соответствии с количеством жидкости в баке, которые включают перепускную камеру, по меньшей мере частично, образованную подвижной стенкой, функционально соединенной с перепускным клапаном, и канал для жидкости, сообщающий перепускную камеру с баком, в результате чего давление в ней,по существу, связано с давлением в баке,причем когда давление в баке достигает заданного порогового значения, оно передается через указанный канал для жидкости в перепускную камеру, вызывая перемещение указанной подвижной стенки с приведением в действие перепускного клапана и тем самым управление работой указанных средств управления клапанным устройством. 2. Клапанное устройство по п.1, в котором указанная подвижная стенка выполнена в виде мембраны или подобного гибкого элемента. 3. Клапанное устройство по п.1 или 2, в котором жидкость, выталкиваемая через перепускное отверстие, подается в бак. 4. Клапанное устройство по любому из пп.1-3, в котором клапанный элемент выполнен в виде мембраны или другого элемента из гибкого материала. 5. Клапанное устройство по любому из пп.1-4, в котором указанный регулирующий поток элемент установлен с возможностью перемещения в указанном проходе, обеспечивая функции самоочистки и ограничения потока жидкости. 6. Клапанное устройство по п.5, в котором размер и/или форма прохода и/или регулирующего поток элемента выбраны так, чтобы управлять скоростью/ускорением работы клапанного устройства и/или мощностью/силами, которые требуются для управления клапанным устройством. 7. Клапанное устройство по любому из пп.1-6, в котором средства приведения в действие перепускного клапана реагируют на давление, уровень или объем жидкости в баке. 8. Клапанное устройство по любому из пп.1-7, состоящее из нескольких частей, включающих главную корпусную часть, включающую указанную камеру управления, и перепускную часть, включающую указанный перепускной клапан. 9. Клапанное устройство по п.8, в котором главная корпусная часть и перепускная часть соединены друг с другом разъемно с помощью резьбы, зажима или защелкивания. 10. Главная корпусная часть клапанного устройства, содержащего вход для жидкости,выход для выталкивания жидкости в бак,клапанное седло, в котором выполнено отверстие для протекания жидкости от входа к выходу,клапанный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно клапанного седла между открытым положением и закрытым положением, и средства управления клапанным устройством, включающие камеру управления,проход для жидкости между камерой управления и указанным входом и регулирующий поток элемент, расположенный в указанном проходе,при этом указанная главная корпусная часть приспособлена для соединения с перепускной частью по п.11.-5 015912 11. Перепускная часть клапанного устройства, содержащего перепускной вход для жидкости,перепускной выход для выталкивания жидкости в бак,седло перепускного клапана, определяющее отверстие для протекания жидкости от входа к выходу,перепускной клапан, установленный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением, для выборочного выталкивания жидкости из камеры управления в перепускное отверстие и средства приведения в действие перепускного клапана для управления его работой в соответствии с количеством жидкости в баке,при этом указанная перепускная часть приспособлена для соединения с главной корпусной частью по п.10. 12. Способ регулирования потока жидкости, подаваемой в бак, в соответствии с параметром, таким как уровень, объем или давление жидкости в баке, с помощью клапанного устройства по любому из пп.19.