ВЕНТИЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F16K1/34 

Изобретение относится к запорно-регулирующей арматуре и может применяться во всех отраслях промышленности и хозяйства, связанных с хранением и транспортированием жидкостей и газов под давлением.

Известен балонный вентиль с эластичной прокладкой между клапаном и седлом [1]
Наличие эластичной прокладки в нем обеспечивает полную герметичность перекрытия потока.

Область применения такого вентиля ограничена, однако, давлениями среды до 2,5 МПа. При больших давлениях эластичная прокладка в моменты открытия-закрытия клапана подвергается повышенным деформациям и быстро разрушается.

Известен вентиль, содержащий корпус с входным и выходным каналами, седло и тарельчатый запорный орган с приводным штоком, с торцевым эластичным уплотнением и цилиндрическим выступом, входящим с малым зазором в выходной канал корпуса, кольцевую проточку на выступе в месте сопряжения его со стенкой выходного канала, обводную линию с запорным элементом, соединяющую входной канал вентиля с этой проточкой [2]
В таком вентиле в моменты его закрытия-открытия обеспечивается разгрузка эластичного уплотнения. Поэтому вентиль может работать при давлениях больше 2,5 МПа. Данный вентиль принят за прототип.

Он имеет, однако, существенный недостаток, состоящий в следующем. Вентили с эластичными уплотнениями предназначены в основном для загрязненных потоков. Эластичная прокладка в них заменяет шлифованные поверхности рабочих органов, которые в загрязненной среде быстро изнашиваются. Но проточка на выступе запорного органа вентиля-прототипа является по существу ловушкой и сборником грязи. Это приводит к быстрому износу сопрягаемых поверхностей выступа и выходного канала. Зазор между этими поверхностями возрастает и исчезает эффект разгрузки эластичного уплотнения. Возможно также заклинивание выступа в выходном канале с выходом вентиля из строя.

Техническая задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков и повышении за счет этого надежности работы вентиля.

Сущность изобретения состоит в том, что обводная линия выполнена в виде каналов в запорном органе, запорный элемент размещен на конце приводного штока с возможностью перекрытия обводной линии при осевом перемещении штока, а кольцевая проточка выполнена в стенке выходного канала, причем нижняя стенка проточки может быть конической.

Такие особенности вентиля меняют характер его работы: во-первых, из-за изменения направления перемещения поверхности, перекрывающей проточку. В прототипе после открытия обводной линии текучая среда заполняет проточку и фильтруется через зазор между цилиндрическим выступом под проточкой и стенкой выходного канала. При этом грязь скапливается на дне проточки. Теперь при подъеме тарельчатого запорного органа стенка выходного канала, перекрывающая проточку, движется вниз относительно нее, а грязь, скопившаяся на дне проточки, неизбежно увлекается в зазор между выступом и стенкой канала и приводит к износу их поверхностей или заклиниванию выступа вместе с запорным органом.

В данном вентиле, наоборот, поверхностью, перекрывающей проточку, оказывается стенка цилиндрического выступа. При подъеме тарельчатого запорного органа она движется вверх относительно проточки и грязь при этом не попадает в зазор между частью выступа под проточкой и стенкой выходного канала, а, наоборот, она разрыхляется и удаляется в проточку.

Во-вторых, характер работы вентиля меняется вследствие появления продувки проточки. В прототипе такой возможности нет. Во всех положениях выступа в выходном канале проточка оказывается замкнутой стенкой этого канала и собирает грязь, попавшую в нее по обводной линии.

В данном вентиле выступ в процессе подъема запорного органа перемещается относительно проточки и открывает ее. При этом происходит интенсивная продувка проточки средой, поступающей из обводной линии. Вероятность накопления грязи в этот момент резко уменьшена, т.к. проточка открыта.

При выполнении стенки проточки, дальней от запорного органа, конической очистка проточки будет еще лучше, т.к. грязь будет легко стекать по наклонным стенкам такого конуса.

В прототипе коническое выполнение стенки проточки, дальней от запорного органа, т. е. дна проточки, вообще недопустимо, поскольку такой конус будет направляющей для стекания грязи в зазор между втулкой и стенкой выходного канала.

В-третьих, выполнение обводной линии в запорном органе, а запорного элемента этой линии на штоке обеспечивает последовательность открытия вентиля, гарантирующую сохранность эластичного уплотнения и чистку проточки.

На фиг. 1 представлен вентиль в закрытом его положении; на фиг. 2 относительное положение проточки, цилиндрической втулки и запорного элемента в момент отрыва тарельчатого запорного органа от седла и продувки проточки, на этой же фигуре показано коническое выполнение стенки проточки.

Вентиль содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, седло 4 и тарельчатый запорный орган 5 с торцевым эластичным уплотнением 6 и цилиндрическим выступом 7, входящим с малым кольцевым зазором 8 в выходной канал корпуса, кольцевую проточку 9 в стенке 10 выходного канала, обводную линию 11 с запорным элементом, соединяющую входной канал вентиля с проточкой. При этом для упрощения управления вентилем обводная линия выполнена в теле тарельчатого запорного органа, а игла 12 запорного элемента на конце приводного штока 13, на котором с помощью скобы 14 крепится тарельчатый запорный орган с возможностью осевого перемещения относительно этого штока. Стенка 15 проточки, дальняя от запорного органа, по фиг. 1 плоская, а по фиг. 2 коническая.

Вентиль работает следующим образом.

При его открывании шток 13 движется вверх, а игла 12 открывает обводную линию 11. Среда под давлением в канале 2 поступает по этой линии в кольцевую проточку 9 и через зазор 8 в выходной канал 3. Зазор 8 может быть достаточно малым и создает вследствие этого большое сопротивление движению среды через него. По этой причине давление в проточке 9 будет близко к давлению в канале 2. В результате на эластичное уплотнение 6 будет действовать лишь незначительный перепад давления и при дальнейшем подъеме штока тарельчатый запорный орган отрывается от седла вместе с уплотнением без каких-либо его повреждений.

При дальнейшем движении штока выступ 7 полностью выводится из канала 3, который сообщается с каналом 2, и вентиль открыт.

В начале этого процесса, при открытии обводной линии 11 подъемом иглы 12, грязь, попавшая по обводной линии в кольцевую проточку, остается в ней вследствие малости зазора 8 между выступом 7 и стенкой 10 выходного канала. При этом грязь будет скапливаться у входа в этот зазор, т.е. на дне проточки. Однако, это не мешает движению выступа. Грязь на дне проточки, примыкающая к поверхности выступа, переносится этой поверхностью в направлении от зазора 8 и не приводит к износу сопрягаемых поверхностей выступа и стенки канала. При этом грязевый осадок разрыхляется. При дальнейшем подъеме выступа проточка 9 сообщается с выходным каналом 3 (фиг. 2) и происходит ее продувка и очистка. Для лучшей очистки стенка 15 проточки, дальняя от запорного органа, как было сказано, может быть конической. Такое выполнение в данной конструкции допустимо вследствие описанного выше перемещения сопрягающихся поверхностей выступа и канала, при котором заклинивание выступа под действием грязи исключено.

Коническая форма стенки проточки является в то же время направляющей, с помощью которой малейшая грязь из потока среды быстро скапливается у зазора 8. Но это гарантирует ее разрыхление при подъеме выступа, уменьшая вероятность отложений и накоплений грязи в других частях проточки, и в конечном итоге улучшает продувку проточки.

Кроме того, быстрое скопление твердых частиц грязи у зазора 8 резко увеличивает гидравлическое сопротивление зазора. Но при этом еще уменьшается разница давлений в канале 2 и проточке, а следовательно, и перепад давления на уплотнении 6. В результате некоторое количество грязи даже улучшает работу уплотнения.

Все сказанное касалось работы вентиля в момент его открывания, когда проточка кратковременно попадала в поток среды, проходящей через сравнительно малое сечение обводной линии.

Однако, не менее важно длительное взаимодействие проточки с основным потоком, т.е. когда вентиль полностью открыт.

В прототипе в этом случае поток среды непосредственно направлен в проточку и по крайней мере половина ее будет забита грязью, которая всегда имеется в реальных жидкостях и газах, транспортируемых по трубам. В дальнейшем при закрывании запорного органа втулка будет входить с трудом в выходной канал и возможно его заклинивание.

В данном вентиле направление потока относительно проточки изменено. Поток непосредственно не попадает в нее, а движется по касательной вдоль стенки выходного канала. Вероятность засорения проточки в этом случае резко уменьшена, тем более при выполнении ее с конической стенкой.

Кроме того, при закрывании вентиля перед посадкой тарельчатого запорного органа на седло до запирания обводной линии произойдет продувка проточки, которая была описана выше.

Таким образом предлагаемый вентиль будет надежен в работе и найдет широкое применение.

Использование: в запорно-регулирующей арматуре. Сущность изобретения: в корпусе с входным и выходным каналами и седлом размещен тарельчатый запорный орган с торцевым эластичным уплотнением и цилиндрическим выступом, расположенным с кольцевым зазором в выходном канале. Приводной шток соединен с запорным органом с возможностью их относительного перемещения. Кольцевая проточка сообщена с кольцевым зазором. Обводная линия соединяет входной канал с кольцевой проточкой, перекрыта запорным элементом, и выполнена в виде каналов в запорном органе. Запорный элемент размещен на конце приводного штока с возможностью перекрытия обводной линии при осевом перемещении штока. Кольцевая проточка выполнена в стенке выходного канала. Нижняя стенка проточки выполнена конической. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВЕНТИЛЬ, содержащий корпус с входным и выходным каналами и седлом, размещенный в корпусе тарельчатый запорный орган с торцевым эластичным уплотнением и цилиндрическим выступом, расположенным с кольцевым зазором в выходном канале, приводной шток, соединенный с запорным органом с возможностью их относительного перемещения, кольцевую проточку, сообщенную с кольцевым зазором, обводную линию, соединяющую входной канал с кольцевой проточкой и перекрываемую запорным элементом, отличающийся тем, что обводная линия выполнена в виде каналов в запорном органе, запорный элемент размещен на конце приводного штока с возможностью перекрытия обводной линии при осевом перемещении штока, а кольцевая проточка выполнена в стенке выходного канала. 2. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что нижняя стенка проточки выполнена конической.