КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K1/00 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может найти применение в различных отраслях промышленности в качестве регулирующего или запорного органа.

Известна конструкция клапана, шток привода которого размещен в двух соосных отверстиях, загерметизированных двумя уплотнениями равного диаметра /1/.

Недостатком данного устройства является отсутствие прямой зависимости хода втулочного затвора от хода привода. Использование такого устройства для целей регулирования затруднительно из-за непостоянства коэффициента передачи цепи "привод - регулирующий орган" как по величине, так и по знаку.

Известен клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и крышку корпуса, в которой расположен привод, размещенный в полости корпуса затвор в виде разгруженной цилиндрической втулки с перепускными окнами, соединенной хвостовиком с приводом, а также элементы, уплотняющие затвор /2/.

Однако, в данном устройстве запорный орган не является полностью разгруженным, что требует применения специальных гидроклапанов на линиях управления приводом с повышенной мощностью последнего.

Цель изобретения - снижение мощности привода за счет выполнения полностью разгруженного запорного органа.

Для достижения этой цели привод в данном устройстве выполнен в виде двух взаимосвязанных зубчатых реек, одна из которых размещена на хвостовике запорного органа, а другая - на приводном штоке, расположенном под углом 90^о к оси клапана и установленном в корпусе с возможностью осевого перемещения, причем концы штока выполнены с равными диаметрами и снабжены уплотнениями.

На фиг. 1 изображен клапан в диаметральном разрезе в исполнении "регулирующий орган" в положении "закрыто"; на фиг. 2 - диаметральный разрез клапана в исполнении "запорно-регулирующий орган" в положении "закрыто"; на фиг. 3 - диаметральный разрез клапана в исполнении "запорно-регулирующий орган" в положении "открыт полностью"; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 7 - фрагмент диаметрального разреза верхнего корпуса клапана с установкой двух уплотнительных колец на втулке выше и ниже штока с зубчатой рейкой; на фиг. 8 - местный вид 1 на фиг. 2, предусматривающий опору шариков на закаленное кольцо, запрессовываемо в верхний корпус; на фиг. 9 - общий вид клапана, оснащенного ручным приводом в виде штурвала; на фиг. 10 - общий вид клапана, оснащенного пневмо-(гидро)цилиндром, двухстороннего действия, ручным дублером и конечными выключателями.

Корпус клапана (см. фиг. 1) представлен двумя частями - нижней 1 и верхней 2, соединенными крепежными винтами 3. Разъем частей уплотняется резиновым кольцом 4. Нижняя часть корпуса 1 имеет два патрубка 5 и 6. Так как конструкция клапана обеспечивает равновесие затвора при любом направлении потока, то условно, для последующего описания конструкции, принимаем патрубок 5 за подвод среды, а патрубок 6 - за отвод. По центру нижнего 1 и верхнего 2 корпусов выполнены соосно отверстия 7 и 8, в которых размещен затвор в виде цилиндрической втулки 9. На конце втулки 9, размещенном в нижнем корпусе 1, выполнены, например, круглые перепускные отверстия 10 в несколько рядов. На противоположном конце втулки 9, размещенном в верхнем корпусе 2, выполнен хвостовик 11 с плоскими косыми зубьями. В хвостовике 11 есть канал 12 (см. фиг. 4) для поступления рабочей среды в верхнюю часть полости 8 корпуса 2. Плоские косые зубья хвостовика 11 входят в зацепление с такими же зубьями рейки, выполненной на штоке 13, расположенном перпендикулярно хвостовику 11. Средняя (делительная) линия зацепления зубьев хвостовика 11 и штока 13 проходит по оси клапана, что предотвращает закручивание втулки 9 и обеспечивает ее движение без заеданий при подъеме и опускании. Цапфы 14 ввернуты на резьбе в корпус 2 и обеспечивают направление движения штока 13. Втулки 15 из антифрикционного материала запрессованы в цапфы 14 и служат для снижения трения при перемещении штока 13. Оба конца штока 13 одинаковы по размеру и уплотнены относительно наружной среды (атмосферы) резиновыми кольцами 16. Прокладки 17 уплотняют стык цапф 14 с корпусом 2. Кольцо 18 обеспечивает уплотнение центральной втулки 9 от перетока рабочей среды со стороны хвостовика 11 на выход клапана.

В нижней части корпуса 1 установлена спускная пробка 19.

На фиг. 2 представлена конструкция клапана в исполнении "запорно-регулирующий орган" в положении "закрыто".

Здесь, дополнительно к описанию по фиг. 1 втулка 9 оснащена еще одним уплотнительным кольцом 20, расположенным выше перепускных окон 21, выполненных, в отличие от фиг. 1, в виде отверстий прямоугольной формы. Такая форма перепускных окон обеспечивает линейную характеристику регулирования и полный эквивалент их суммарной площади проходного сечения входного 5 или выходного 6 патрубков клапана при полностью открытом положении (см. фиг. 3).

Для предотвращения вырыва кольца 20, т. е. его защиты при высоких перепадах давления рабочей среды на затворе и возможности пропуска среды в любом направлении, затвор клапана в виде цилиндрической втулки 9 имеет две проточки 22 и 23. Втулка 9 охватывается вспомогательной втулкой 24, которая имеет несколько радиальных отверстий 25 (см. фиг. 3, 8) с размещенными в них шариками 26. Кроме этого, втулка имеет пазы 27 (см. фиг. 5), в которых размещены сухари 28, выступающие в проточку 23 втулки 9.

Шарики 26 выступают из втулки 24 и контактируют с коническим пояском 29 корпуса 2 (см. фиг. 2). На фиг. 8 приведен пример оснащения корпуса 2 опорным закаленным кольцом 30, устанавливаемым методом запрессовки, на котором сформирован конический поясок 29.

На фиг. 7 изображен фрагмент диаметрального разреза верхнего корпуса клапана 2 с одновременной установкой двух уплотнительных колец 18 и 31, обеспечивающих изоляцию штока 13 от контакта с рабочей средой. В данном варианте хвостовик 11 заканчивается неотъемным цилиндрическим диском с канавкой под резиновое кольцо.

Рассмотрим работу клапана по схеме на фиг. 1.

Рабочая среда (жидкость, газ) поступает через патрубок 5 нижнего корпуса 2 в полость "Л". При воздействии привода на шток 13, последний начинает перемещение справа налево с заданной скоростью. Косые плоские зубья рейки, выполненные на штоке 13, взаимодействуют с такими же зубьями на хвостовике 11 втулки 9, в результате чего она начинает перемещение вверх, открывая перепускные окна 10. С открытием окон 10 начинается процесс регулирования рабочих параметров среды (давление, расход и т. д. ). При установившемся режиме течения воздействие привода на шток 13 прекращается и он останавливается.

При изменении регулируемых параметров среды (давления, расхода привод будет воздействовать на шток 13 вправо или влево, тем самым закрывая или открывая перепускные окна 10. Но при любом положении втулки 9, а, следовательно, при любом режиме течения среды втулка уравновешена от силы воздействия среды. Следовательно, выбор привода по мощности может быть произведен с учетом трения от воздействия полного рабочего давления на уплотнения 16 штока 13 и трения в зубчатой передаче.

Рассмотрим работу клапана по схеме на фиг 2. Аналогично вышеописанному, рабочая среда поступает через патрубок 5 нижнего корпуса 2 в полость "Л". От действия давления среды втулка 9 испытывает только сжимающее усилие и находится в состоянии покоя. Уплотнения 18 и 20 обеспечивают полную герметизацию полости "Л" от выходной полости клапана. При воздействии привода на шток 13 последний начинает перемещение справо налево с заданной скоростью. Косые плоские зубья рейки, выполненные на штоке 13, взаимодействуют с такими же зубьями на хвостовике 11 втулки 9, в результате чего она начинает перемещаться вверх.

Взаимное расположение деталей клапана этого исполнения в полностью открытом положении проиллюстрировано на фиг. 3.

Вариант клапана как "чистого" запорного органа в настоящем описании не приводится. Его принципиальное конструктивное отличие от запорно-регулирующего органа заключается только в отсутствии на втулке 9 перепускных окон. Втулка 9 оканчивается пояском с уплотнительным кольцом 20 и при открывании полностью выходит из центрального отверстия 7.

Настоящее техническое решение найдет широкое использование во многих отраслях промышленности, связанных с транспортированием продуктов по трубопроводам.

Конструкция клапана имеет почти стандартное наружное исполнение, проста в обслуживании, обеспечивает 100% герметичность в закрытом положении и позволяет осуществлять три класса изделий промышленного использования: регулирующий орган; запорно-регулирующий орган; запорный орган.

(56) 1. Трубопроводная арматура с автоматическим управлением - Справочник, под общ. ред. С. И. Косых, Л. : Машиностроение, Ленинградское отделение, 1982 г. , с. 291, рис. 17.12.

2. Патент ФРГ N 2733854, кл. F 16 K 37/00, 1978.

Использование: в трубопроводной арматуре и в различных отраслях промышленности в качестве регулирующего или запорного органа. Сущность изобретения: клапан содержит корпус с патрубками подвода и отвода среды и соединенную с ним крышку. В корпусе и крышке выполнены соосные полости равного диаметра, в которых размещен связанный с приводом запорный орган в виде цилиндрической втулки. На конце втулки, размещенном в корпусе выполнены перепускные окна, а на конце размещенном в крышке, выполнен хвостовик. Привод выполнен в виде двух взаимодействующих зубчатых реек, одна их которых размещена на хвостовике запорного органа, а другая - на приводном штоке. Концы штока выполнены с равными диаметрами и снабжены уплотнениями. Конструкция клапана в исполнении "запорно-регулирующий орган" имеет дополнительно еще одно уплотнительное кольцо, расположенное выше перепускных окон, выполненных прямоугольными для обеспечения линейной характеристики регулирования. 10 ил.

КЛАПАН, содержащий корпус с патрубками, внутренней полостью цилиндрической формы, расположенной вертикально, крышку, привод, запорный орган в виде цилиндрической втулки со сквозными отверстиями, соединяющими полости под и над втулкой, причем на одном конце втулки выполнены перепускные окна, а на другом конце - хвостовик, соединенный с приводом, а в корпусе размещены уплотнительные элементы, взаимодействующие с запорным органом, отличающийся тем, что в крышке выполнена цилиндрическая полость, равная по диаметру полости корпуса и соосная с ним, запорный орган размещен в обеих полостях, а привод выполнен в виде двух взаимодействующих зубчатых реек, одна из которых выполнена на хвостовике запорного органа, а другая - на приводном штоке, расположенном в крышке перпендикулярно оси клапана, причем концы штока, выходящие наружу, выполнены с равными диаметрами и снабжены уплотнениями.