RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 208991 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 384241 (51) Int.Cl. F16K 7/12 (2006.01) F16K 31/06 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 11.01.2008 (54) Zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie (43) Zgłoszenie ogłoszono: 20.07.2009 BUP 15/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.07.2011 WUP 07/11 (73) Uprawniony z patentu: ŚLĄSKIE ZAKŁADY ARMATURY PRZEMYSŁOWEJ ARMAK SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Sosnowiec, PL (72) Twórca(y) wynalazku: RYSZARD KRZYSZTONEK, Sosnowiec, PL MARIAN WANIEK, Imielin, PL JAN GLINKA, Warszawa, PL MIROSŁAW MISZTELA, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Zbigniew Kamiński PL 208991 B1
2 PL 208 991 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie, mający zastosowanie zwłaszcza w instalacjach wodnych i parowych. Zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie złożony jest z korpusu z otworem wlotowym i wylotowym oraz z gniazdem utworzonym w górnej części komory zaworu, z pokrywy zamykającej ten korpus oraz z membrany umieszczonej między pokrywą i korpusem, i połączonej z jednej swej strony z tarczą dociskową, a z drugiej z prowadnikiem zaopatrzonym korzystnie w żebra prowadzące i osadzonym przesuwnie w gnieździe zaworu i oraz z połączonego z pokrywą elektromagnesu sterującego zaworem grzybkowym, którego komora jest połączona z jednej strony z komorą nadmembranową, a z drugiej z otworem wylotowym zaworu membranowego. Powierzchnia czołowa śruby łączącej tarczę dociskową z prowadnikiem stanowi równocześnie powierzchnię oporową sprężyny osadzonej w pokrywie. Znane są zawory elektromagnetyczne złożone z korpusu i zamykającej go pokrywy, na której osadzony jest elektromagnes połączony z niewielkim zaworkiem sterującym, najczęściej typu grzybkowego. Między korpusem i pokrywą zaworu jest osadzona membrana połączona z prowadnikiem żeberkowym, stanowiącym równocześnie podporę śrubowej sprężyny powrotnej. Istotną niedogodnością tego typu zaworów membranowych są stuki powstające w czasie pracy zaworu w chwili jego zamykania. Z tego powodu zawory te nie są w zasadzie stosowane w pomieszczeniach mieszkalnych względnie biurowych. Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionej niedogodności znanych zaworów membranowych i opracowanie konstrukcji takiego zaworu, który zapewniałby jego cichą pracę. Cel ten zrealizowano w zaworze membranowym sterowanym elektromagnetycznie według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że jest wyposażony w amortyzator hydrauliczny połączony z prowadnikiem zaworu. Amortyzator hydrauliczny składa się z tłoka, szczelnie połączonego z prowadnikiem, oraz z osadzonego przesuwnie na tym tłoku cylindra, opartego o wewnętrzną powierzchnię komory zaworu, przy czym prowadnik jest zaopatrzony w otwór, zaś tłok w otwór, które to otwory łączą komorę w cylindrze pod tłokiem amortyzatora hydraulicznego z komorą nadmembranową zaworu, natomiast cylinder jest zaopatrzony w otwór, łączący tę komorę amortyzatora hydraulicznego z komorą roboczą zaworu. Tłok zaworu jest korzystnie zaopatrzony w osiowy otwór z gwintem, łączącym go z gwintem zewnętrznym przedłużonej śruby, łączącej tarczę dociskową z prowadnikiem, przy czym otwór stanowi otwór osiowy śruby. Średnica otworu w prowadniku względnie w śrubie oraz otworu w tłoku wynosi korzystnie od 0,5 mm do 1 mm, zaś średnica otworu w cylindrze jest mniejsza od nich. Otwór w tłoku jest korzystnie współosiowy względem otworu w prowadniku względnie w śrubie. Amortyzator hydrauliczny jest korzystnie połączony współosiowo z prowadnikiem. Badania eksploatacyjne zaworu membranowego sterowanego elektromagnetycznie według wynalazku wykazały, że pracuje on bez żadnych zakłóceń, całkowicie eliminując stuki, zwłaszcza przy zamykaniu zaworu. Pomiary współczynnika przepływu K v wykazały, że zastosowanie amortyzatora hydraulicznego o wymiarach odpowiednich dla średnicy zaworu, nie powoduje znaczących zmian wartości tego współczynnika. Membranowy zawór elektromagnetyczny według wynalazku jest przedstawiony w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie w przekroju osiowym, w położeniu zamkniętym, a fig. 2 - ten sam zawór w przekroju osiowym, w położeniu otwartym. Zawór membranowy według wynalazku składa się z korpusu 1, zaopatrzonego w otwór wlotowy 2, w który wkręcany jest króciec wlotowy 3, oraz w komorę roboczą 4 połączoną z otworem wylotowym 5, w który wkręcany jest króciec wylotowy 6 oraz z pokrywy 7, zamykającej ten korpus i zaopatrzonej w komorę nadmembranową 8. Między pokrywą 7 a korpusem 1 jest zaciśnięta membrana 9, wykonana korzystnie z gumy odpornej na działanie wysokich temperatur. Membrana 9 jest połączona z jednej strony za pomocą śruby 11 z kształtową tarczą dociskową 10, a z drugiej z prowadnikiem 12. Prowadnik 12 jest zaopatrzony w żebra 13, służące do współśrodkowego prowadzenia go wzdłuż ścianek korpusu 1 ograniczających komorę 4, a równocześnie umożliwiające przepływ wody między nimi w uniesionym położeniu membrany 9.
PL 208 991 B1 3 W górnym występie 14 pokrywy 7 jest osadzony korpus 15 elektromagnesu 16, w którego dolnej części znajduje się mały zawór grzybkowy 17, sterujący pracą zaworu membranowego. Pokrywa 7 jest ponadto zaopatrzona w kanał wlotowy 18 i zespół kanałów wylotowych 19 tego małego zaworu grzybkowego 17, przy czym kanał wlotowy 18 łączy komorę nadmembranową 8 z wnętrzem komory tego zaworu 17, zaś zespół kanałów 19 łączy tę komorę z otworem wylotowym 5 zaworu membranowego. Zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie według wynalazku jest ponadto zaopatrzony w amortyzator hydrauliczny 29, umieszczony wewnątrz jego komory 4 i połączony współosiowo z prowadnikiem 12. Amortyzator hydrauliczny 29 złożony jest z tłoka 20 połączonego z prowadnikiem 12 oraz z osadzonego na nim - szczelnie lecz przesuwnie - cylindra 21, opierającego się o ściankę komory 4 zaworu. W rozwiązaniu konstrukcyjnym przedstawionym przykładowo na rysunku tłok 20 amortyzatora hydraulicznego 29 jest korzystnie zaopatrzony w gwint 22, nakręcony na przedłużony gwint śruby 11, łączącej tarczę dociskową 10 z prowadnikiem 12, i szczelnie dociśnięty do czołowej, dolnej powierzchni tego prowadnika 12. Ponadto śruba 11 oraz tłok 20 są zaopatrzone w osiowe otwory 23 i 24, natomiast komora 25 amortyzatora - znajdująca się wewnątrz cylindra 21, pod czołową powierzchnią tłoka 20 - jest zaopatrzona w otwór 26, łączący ją z wnętrzem komory 4 zaworu. Górna powierzchnia śruby 11 stanowi równocześnie powierzchnię oporową dla śrubowej sprężyny 27, osadzonej w gnieździe pokrywy 7 i spełniającej rolę dociskową w ruchu zamykającym zaworu membranowego. Membrana 8 jest ponadto zaopatrzona w umieszczony nad otworem wlotowym 2 korpusu 1 mały otwór 28, łączący otwór wlotowy 2 z komorą nadmembranową 8. Działanie zaworu membranowego sterowanego elektromagnetycznie według wynalazku opisano poniżej. W stanie zamkniętym zaworu (fig. 1) ciecz lub para wpływająca przez otwór wlotowy 2 do wnętrza zaworu przepływa przez mały otwór 28 w membranie 9 zaworu do komory nadmembranowej 8. Ponieważ grzybkowy zawór 17 elektromagnesu 16 jest zamknięty, woda lub para znajdująca się w komorze nadmembranowej 8 uzyskuje takie samo ciśnienie jak w otworze wlotowym 2 zaworu. Ponieważ górna powierzchnia membrany 9, ograniczona jej obrzeżem, jest większa od powierzchni gniazda zaworu, czyli przekroju otworu jego komory 4, siła parcia działająca w kierunku do dołu na powierzchnię membrany jest większa od siły parcia działającej do góry na prowadnik 12. Różnica tych parć powoduje szczelne dociśnięcie membrany 9 do gniazda zaworu i jego zamknięcie. Włączenie elektromagnesu 16 powoduje uniesienie do góry jego zwory i połączonego z nią grzybka zaworu grzybkowego 17 połączonego z tym elektromagnesem 16. Wskutek tego ciecz względnie para pod ciśnieniem, znajdująca się wewnątrz komory nadmembranowej 8, przepływa kanałem wlotowym 18 do wnętrza komory zaworu grzybkowego 17 i wypływa z niej zespołem kanałów 19 do otworu wylotowego 5 zaworu. Równocześnie następuje odpowiednie zmniejszenie wartości ciśnienia wewnątrz komory nadmembranowej 8, wskutek czego parcie wody względnie pary doprowadzonej otworem wlotowym 2 powoduje uniesienie membrany 9 wraz z przymocowanym do niej prowadnikiem 12 do góry i przepływ cieczy względnie pary między żebrami 13 prowadnika 12 do wnętrza komory roboczej 4 zaworu oraz wypłynięcie jej przez otwór wylotowy 5, a tym samym otwarcie zaworu (fig. 2). Wyłączenie elektromagnesu 16 powoduje ponowne zamknięcie jego zaworu grzybkowego 17 i odcięcie komory nadmembranowej 8 od komory zaworu grzybkowego 17, a tym samym wzrost ciśnienia wewnątrz komory 8 i odpowiedni wzrost siły parcia działającej w kierunku do dołu na membranę 9, niezrównoważonego odpowiednim parciem ośrodka działającego na prowadnik 12,. W wyniku tego następuje ruch membrany w kierunku zamykania zaworu, przy czym po jego rozpoczęciu włącza się działanie amortyzatora hydraulicznego 29. Mianowicie, ciecz względnie para pod ciśnieniem przepływa przez otwór 23 w śrubie 11 oraz otwór 24 w tłoku 20 i napełnia wnętrze komory 25 w cylindrze 21 (fig. 2), przy czym ośrodek zawarty w komorze 25 jest ściskany przez przesuwający się w kierunku do dołu tłok 20, a jego parcie na tłok 20 powoduje odpowiednie spowolnienie zamykającego ruchu membrany 9. Nadmierny wzrost ciśnienia ośrodka w komorze 25 ogranicza jednak jego wypływ przez otwór 26 w cylindrze 21 Dzięki temu ruch zamykający zaworu membranowego zostaje odpowiednio spowolniony, eliminując zjawisko stuku w końcowej fazie jego zamykania. W celu prawidłowego działania amortyzatora hydraulicznego należy odpowiednio dobrać średnicę otworów 23, 24 i 26, aby uzyskać odpowiednie dla danej wielkości i dla danego rodzaju zaworu spowolnienie jego ruchu zamykającego.
4 PL 208 991 B1 W przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym przedstawionym na fig. 1 i 2 dla zaworu membranowego o średnicy D n25, stosowanego do przepływu wody, średnica otworów 23 i 24 wynosiła 0,7 mm, zaś średnica otworu 26-0,5 mm. Korzystnie średnica otworu 26 w cylindrze 21 jest mniejsza od średnicy otworów 23 i 24, przy czym otwór 24 w tłoku 20 jest współosiowy względem otworu 23 w prowadniku 12 względnie w śrubie 11. Po całkowitym zamknięciu zaworu włączenie elektromagnesu 16 i uniesienie grzybka zaworu 17 powoduje opisane poprzednio otwieranie zaworu, przy czym następuje ruch membrany 9 i połączonego z nią prowadnika 12 oraz tłoka 20 do góry, a równocześnie zsuwanie się cylindra 21 pod działaniem siły parcia ośrodka zawartego w komorze 25 oraz siły ciężkości cylindra 21 i zawartego w nim ośrodka po zewnętrznej powierzchni tłoka - do dołu. Zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie według wynalazku może znaleźć zastosowanie zwłaszcza w instalacjach wodnych i parowych w pomieszczeniach mieszkalnych względnie biurowych. Zastrzeżenia patentowe 1. Zawór membranowy sterowany elektromagnetycznie złożony z korpusu z otworem wlotowym i wylotowym oraz z gniazdem utworzonym w górnej części komory zaworu, z pokrywy zamykającej ten korpus oraz z membrany umieszczonej między pokrywą i korpusem, i połączonej z jednej swej strony z tarczą dociskową, a z drugiej z prowadnikiem zaopatrzonym korzystnie w żebra prowadzące i osadzonym przesuwnie w gnieździe zaworu i oraz z połączonego z pokrywą elektromagnesu sterującego zaworem grzybkowym, którego komora jest połączona z jednej strony z komorą nadmembranową, a z drugiej z otworem wylotowym zaworu membranowego, przy czym powierzchnia czołowa śruby łączącej tarczę dociskową z prowadnikiem stanowi równocześnie powierzchnię oporową sprężyny osadzonej w pokrywie, znamienny tym, że jest wyposażony w amortyzator hydrauliczny (29) połączony z prowadnikiem (12). 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że jego amortyzator hydrauliczny (29) składa się z tłoka (20), szczelnie połączonego z prowadnikiem (12), oraz z osadzonego przesuwnie na tym tłoku (20) cylindra (21), opartego o wewnętrzną powierzchnię komory (4) zaworu, przy czym prowadnik (12) jest zaopatrzony w otwór (23), zaś tłok (20) w otwór (24),które to otwory (23 i 24) łączą komorę (25) w cylindrze (21) pod tłokiem (20) amortyzatora hydraulicznego (29) z komorą nadmembranową (8) zaworu, natomiast cylinder (21) jest zaopatrzony w otwór (26), łączący tę komorę (25) amortyzatora hydraulicznego (29) z komorą roboczą (4) zaworu. 3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jego tłok (20) jest zaopatrzony w osiowy otwór z gwintem (22), łączącym go z gwintem zewnętrznym przedłużonej śruby (11), łączącej tarczę dociskową (10) z prowadnikiem (12), przy czym otwór (23) stanowi otwór osiowy śruby (11). 4. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że średnica otworu (23) w prowadniku (12) względnie w śrubie (11) oraz otworu (24) w tłoku (20) wynosi od 0,5 mm do 1 mm, zaś średnica otworu (26) w cylindrze (21) jest mniejsza od średnicy otworów (23) i (24). 5. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że otwór (24) w tłoku (20) jest współosiowy względem otworu (23) w prowadniku (12) względnie w śrubie (11). 6. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że amortyzator hydrauliczny (29) jest połączony współosiowo z prowadnikiem (12).
PL 208 991 B1 5 Wykaz oznaczeń 1 korpus zaworu membranowego 2 otwór wlotowy zaworu membranowego 3 króciec wlotowy zaworu membranowego 4 komora zaworu membranowego 5 otwór wylotowy zaworu membranowego 6 króciec wylotowy zaworu membranowego 7 pokrywa zaworu membranowego 8 komora nadmembranowa zaworu membranowego 9 membrana zaworu membranowego 10 tarcza dociskowa membrany 9 11 śruba łącząca tarczę 10 i prowadnik 12 12 prowadnik żebrowy membrany 9 13 żebra prowadnika 12 14 występ pokrywy 7 15 korpus elektromagnesu 16 16 elektromagnes 17 mały zawór grzybkowy 18 kanał wlotowy zaworu 17 19 zespół kanałów wylotowych 20 tłok amortyzatora hydraulicznego 29 21 cylinder amortyzatora hydraulicznego 29 22 gwint 23, 24 współosiowe otwory w śrubie 11 względnie w prowadniku 12 i w tłoku 20 25 komora amortyzatora hydraulicznego 29 26 otwór w cylindrze 21 27 śrubowa sprężyna membrany 9 28 otwór w membranie 9 29 amortyzator hydrauliczny
6 PL 208 991 B1 Rysunki
PL 208 991 B1 7
8 PL 208 991 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)