ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к регулирующей трубопроводной арматуре, и может быть использовано для управления расходом жидкой или газообразной среды в различных технологических процессах, например на тепловых электрических станциях в системах автоматического регулирования температуры перегретого пара.

Известен дисковый клапан, содержащий корпус, установленное в корпусе перпендикулярно его продольной оси неподвижное седло с проходными окнами, контактирующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган-золотник, элементы, обеспечивающие уменьшение прижатия золотника к седлу (разгрузка золотника), выполненные в виде совмещенного с золотником разгрузочного цилиндра и размещенного в нем уплотненного разгрузочного поршня, который установлен с возможностью взаимодействия с седлом или с корпусом клапана, и узел передачи перестановочных усилий от устройства управления, выполненный в виде конической зубчатой передачи и связанного с исполнительным механизмом уплотненного шпинделя [1]
Недостатками такого устройства являются сложность конструкции и недостаточная надежность механизма поворота запорно-регулирующего органа, недостаточная точность регулирования.

Известно также запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, установленное в корпусе перпендикулярно его продольной оси неподвижное седло с проходными окнами, контактирующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган-золотник и узел передачи перестановочных усилий от устройства управления, который выполнен в виде охватывающего золотник хомута, связанного с корпусом посредством элементов, передающих от устройства управления на концы хомута синхронные встречно направленные и различные по амплитуде колебания [2]
Данное решение наиболее близко к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются недостаточная надежность узла передачи перестановочных усилий, во-первых, из-за недостаточной надежности фрикционной связи между хомутом и запорно-регулирующим органом, во-вторых, из-за того, что связующие элементы узла передачи должны обеспечить сжатие и последующее угловое перемещение хомута в результате одновременного воздействия на него двух противоположно направленных различных по амплитуде импульсных управляющих усилий, и недостаточная долговечность хомута, испытывающего знакопеременные деформации относительно высокой частоты. Кроме того, в прототипе не предусмотрена разгрузка золотника, что препятствует его использованию в условиях больших перепадов давлений.

Задача изобретения состоит в повышении надежности и долговечности работы запорно-регулирующего устройства, а также в уменьшении момента сопротивления повороту золотника, что позволяет использовать устройство в условиях больших перепадов давлений.

Это достигается тем, что запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, установленное в корпусе перпендикулярно его продольной оси неподвижное седло с проходными окнами, контактирующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган-золотник и узел передачи перестановочных усилий от устройства управления, снабжено средствами, обеспечивающими уменьшение прижатия золотника к седлу, а узел передачи перестановочных усилий от устройства управления установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и выполнен в виде по крайней мере одного герметичного корпуса-стакана, полость которого соединена с внутренней полостью корпуса, например, посредством сильфона, по крайней мере одной охватывающей золотник тормозной колодки, связанной с корпусом-стаканом промежуточным жестким стержнем, и средства, передающего через каждый промежуточный стержень и тормозную колодку на золотник синхронизированные между собой управляющие импульсы от устройства управления, при этом последнее выполнено в виде элементов, воздействующих на каждый корпус-стакан в осевом направлении, воздействующих на каждый корпус-стакан перпендикулярно их оси в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, а также воздействующих на каждый корпус-стакан перпендикулярно их оси в плоскости, в которой расположены ось каждого корпуса-стакана и продольная ось корпуса.

На фиг. 1 изображено предлагаемое запорно-регулирующее устройство в положении полного закрытия, продольный разрез; на фиг. 2 то же, разрез А-А на фиг. 1.

В корпусе 1 запорно-регулирующего устройства (клапана), выполненном в виде участка трубопровода, перпендикулярно потоку среды установлены неподвижное седло 2 с проходными окнами 3 и постоянно взаимодействующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган (золотник) 4 с проходными окнами 5. Седло 2 и золотник 4 разделяют клапан на напорную 6 и сливную 7 полости. Радиальный подшипник 8 выполнен таким образом, что не препятствует золотнику самоустанавливаться относительно седла.

Для поворота золотника 4 служат установленное вне клапана устройство управления, формирующее синхронизированные между собой управляющие, например, электрические импульсы, и узел передачи перестановочных усилий от устройства управления. Последний содержит один или более герметичных корпусов-стаканов 10, выполненных из магнитопроводящего материала и сообщающихся с корпусом 1, которые нежестко связаны с корпусом 1, например, посредством сильфонов 9; соответствующее количество охватывающих золотник 4 тормозных колодок 11; промежуточные жесткие стержни 12, каждый из которых одним своим концом жестко связан с тормозной колодкой, а вторым с соответствующим корпусом-стаканом. Вне корпусов-стаканов установлены элементы 13, 14, 16, 17, передающие через корпуса-стаканы на промежуточные стержни 12 синхронизированные между собой управляющие импульсы.

В изображенном на чертежах варианте клапана элементы 13, 14, 16, 17 показаны в виде электромагнитов, электрические обмотки которых воспринимают синхронизированные между собой управляющие электрические импульсы. Действие этих элементов может быть основано и на других принципах, сами эти элементы могут быть различной конструкции. На чертежах показано наличие двух симметрично расположенных относительно горизонтальной оси корпусов-стаканов с прочими элементами передачи перестановочных усилий. Их число может быть иным.

Электромагниты 14 с якорями 15 установлены в торцах корпусов-стаканов, воздействуют на последние вдоль их осей для прижатия тормозных колодок 11 к золотнику 4.

Конструкция обеспечивает свободное смещение корпусов-стаканов перпендикулярно своей оси. Электромагниты 13, 16 (фиг. 2) воздействуют на корпуса-стаканы перпендикулярно их оси в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода, и служат для передачи на золотник перестановочных усилий. Электромагниты 17 (фиг. 1) воздействуют на корпуса-стаканы также перпендикулярно их оси, но в плоскости, в которой расположены оси корпусов-стаканов и ось трубопровода. Эти электромагниты служат для разгрузки золотника.

Запорно-регулирующее устройство (клапан) работает следующим образом.

Регулируемая среда под давлением поступает в напорную полость 6 клапана и выходит в сливную полость 7 через отверстия, образующиеся при совпадении проходных окон 3 и 5 седла 2 и золотника 4. Поворотом последнего вокруг своей оси можно изменять площадь этих отверстий, чем осуществляется регулирование расхода. Профиль окон определяет расходную характеристику клапана. В закрытом положении золотник полностью перекрывает окна в седле. Плоские уплотнительные поверхности золотника и седла притерты друг к другу. Перепадом давлений золотник прижимается к седлу, что обеспечивает плотность клапана.

Для изменения степени открытия клапана на обмотки электромагнитов 14 подают последовательность электрических импульсов. Под действием каждого импульса якорь 15 притягивается к электромагнитам 14, корпуса-стаканы смещаются вдоль своей оси, деформируя сильфоны 9, и усилия электромагнитов через корпуса-стаканы и промежуточные стержни 12 передаются тормозным колодкам 11, которые плотно прижимаются к золотнику 4. При этом золотник, тормозные колодки, промежуточные стержни и корпуса-стаканы оказываются жестко связанными между собой. При снятии управляющего импульса эта жесткая связь прекращается.

В моменты, когда элементы 10, 11, 12 жестко связаны с золотником, электрические импульсы подают также на электромагниты 17 (фиг. 1). Эти импульсы создают усилия, действующие на магнитопроводящие корпуса-стаканы и соответственно на золотник, что уменьшает прижатие золотника к седлу до оптимальной величины (разгрузка золотника). Амплитуда импульсов, подаваемых на обмотки электромагнитов 17, должна зависеть от величины перепада давлений на клапане.

Если требуется открыть клапан, сфазированные между собой электрические управляющие импульсы подают помимо электромагнитов 14 и 17, также и на электромагниты 13 (фиг. 2). Под действием каждого импульса электромагниты 13 притягивают к себе магнитопроводящие корпуса-стаканы, которые благодаря наличию сильфонов 9 смещаются перпендикулярно своей оси, а жестко связанные с ними промежуточные стержни, тормозные колодки и золотник поворачиваются вокруг центральной оси на небольшой угол против часовой стрелки.

При снятии управляющего импульса жесткая связь между золотником, тормозными колодками, промежуточными стержнями и корпусами-стаканами прекращается. Под действием давления среды сильфоны и корпуса-стаканы возвращаются в исходное положение, тормозные колодки освобождают золотник, который остается в своем новом положении, так как перепадом давлений он все время прижат к седлу (требуется преодолеть силу трения между седлом и золотником, чтобы сдвинуть последний с места).

Таким образом, каждый импульс управляющего напряжения обеспечивает поворот золотника на один "шаг" против часовой стрелки и возвращение всех элементов, передающих перестановочные усилия, в исходное положение.

В результате золотник небольшими угловыми шаговыми перемещениями поворачивается против часовой стрелки (в сторону открытия клапана) до тех пор, пока не будет прекращена подача управляющих импульсов на электромагниты 13, 14 и 17. Скорость открытия определяется частотой управляющих импульсов и величиной "шага".

Для закрытия клапана управляющие электрические импульсы подают на электромагниты 14, 16 и 17. Процесс закрытия аналогичен открытию.

Заявляемое запорно-регулирующее устройство (клапан) имеет следующие преимущества перед прототипом:
повышенная надежность (благодаря замене хомута на тормозные колодки, обеспечивающие улучшение фрикционной связи с золотником, благодаря разделению функций прижатия тормозных колодок и поворота золотника путем введения дополнительных элементов, передающих на золотник синхронизированные между собой управляющие импульсы, которые обеспечивают разгрузку и поворот золотника, а также благодаря размещению этих элементов снаружи корпуса вне регулируемой среды);
повышенная долговечность (благодаря отсутствию хомута, испытывающего знакопеременные деформации относительно высокой частоты).

Использование: для управления расходом жидкой или газообразной среды в технологических процессах. Сущность изобретения: узел передачи перестановочных изделий от устройства управления установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и выполнен в виде по крайней мере одного герметичного корпуса-стакана, полость которого соединена с внутренней полостью корпуса, например, посредством сильфона, одной охватывающей золотник тормозной колодки, связанной с корпусом-стаканом промежуточным жестким стержнем, и средства, передающего через каждый стержень и колодку на золотник синхронизированные между собой управляющие импульсы от устройства управления. Устройство управления выполнено в виде элементов, воздействующих на каждый корпус-стакан в осевом направлении, воздействующих на корпус-стакан перпендикулярно их оси в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, и воздействующих на каждый корпус-стакан перпендикулярно их оси в плоскости, на которой расположены ось корпуса-стакана и ось корпуса. 2 ил.

ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус, установленное в корпусе перпендикулярно к его продольной оси неподвижное седло с проходными окнами, контактирующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган-золотник и узел передачи перестановочных усилий от устройства управления, отличающееся тем, что оно снабжено средствами, обеспечивающими уменьшение прижатия золотника к седлу, а узел передачи перестановочных усилий от устройства управления установлен с возможностью перемещения относительно корпуса и выполнен в виде по крайней мере одного герметичного корпуса-стакана, полость которого соединена с внутренней полостью корпуса, например, посредством сильфона, по крайней мере одной охватывающей золотник тормозной колодки, связанной с корпусом-стаканом промежуточным жестким стержнем, и средства, передающего через каждый промежуточный стержень и тормозную колодку на золотник синхронизированные между собой управляющие импульсы от устройства управления, при этом последнее выполнено в виде элементов, воздействующих на каждый корпус-стакан в осевом направлении, воздействующих на каждый корпус-стакан перпендикулярно к их оси в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, а также воздействующих на каждый корпус-стакан перпендикулярно к оси в плоскости, в которой расположены ось каждого корпуса-стакана и продольная ось корпуса.