ДРОССЕЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ТРУБОПРОВОДА Российский патент 1997 года по МПК F16K1/12 

Изобретение относится к строительству и энергетике. Оно может быть использовано тем, где требуется точная регулировка расхода рабочих сред, например, горячей и холодной воды, в таких отраслях промышленности как химическая, пищевая, трубопроводный транспорт и т.п.

Известен затвор для трубопровода, вдоль оси которого установлен вращающийся запорный орган обтекаемой формы с механизмом его продольного перемещения, выполненным из двух коаксиальных встречно вращающихся частей, задняя (по потоку) из которых снабжена шнековым оперением [1]
Известен также запорный клапан трубопроводов, выполненный в виде встроенных в трубопровод коаксиально расположенных тел вращения обтекаемой формы, одно из которых заднее, по потоку жидкости в трубопроводе, телескопически входит с возможностью перемещения вдоль трубопровода в другое тело, закрепленное к стенкам трубопровода. Свободный конец перемещаемого тела вращения взаимодействует с седлом клапана, запирая трубопровод или освобождая его. Привод этого клапана механический; расположенный снаружи клапана рычаг жестко связан с кулачковым механизмом, размещенным в теле перемещаемого элемента клапана [2]
Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип, предлагаемого изобретения, является клапан, встроенный в трубопровод и выполненный в виде коаксиально расположенных тел вращения обтекаемой формы, одно из которых неподвижно закреплено на стенках трубопровода, а другое телескопически входит в неподвижное тело и может передвигаться вдоль оси трубопровода и взаимодействовать с седлом клапана. Подвижное тело расположено на выходе из клапана, снабжено пружиной, расположенной между ним и неподвижным клапаном, и приводится в действие посредством гидравлики [3]
Все описанные аналоги не обеспечивают линейности регулировки потока транспортируемой среды, что приводит к ее кавитации и срывам.

Задача изобретения заключается в создании устройства, обладающего широким диапазоном регулирования расхода транспортируемой среды без вожникновения явлений кавитации и срыва потока.

Технический результат достигается следующим образом: дросселирующий клапан трубопровода содержит корпус с входной и выходной частями и дросселирующие щели, образованные во входной части соосно расположенными телескопическими подвижными и неподвижными элементами, а в выходной части - соосно расположенными неподвижными элементами. Все неподвижные и подвижные элементы выполнены в виде тел вращения. Подвижный элемент дросселирующей щели входной части клапана составлен из двух сопряженных тел вращения, образующая одного из которых, формирующая носовую поверхность подвижного элемента, имеет радиус, равный 0,23-0,35 диаметра условного прохода клапана, и центр, расположенный на его оси, а второе тело вращения выполнено в виде усеченного конуса, образующая которого продолжена до диаметра этого конуса, равного диаметру условного прохода клапана и имеет радиус, равный 1,0-1,4 диаметра условного прохода клапана и центр, удаленный от его оси на расстояние, равное 0,6-0,8 диаметра условного прохода клапана, и от максимально удаленной точки носовой поверхности подвижного элемента на расстояние, равное 0,8-1,0 диаметра условного прохода клапана. Неподвижный элемент дросселирующей щели входной части клапана выполнен в виде усеченных конусов, сопряженных своими основаниями. Образующие этих конусов имеют форму прямых линий, одна из которых расположенная в зоне носовой поверхности подвижного элемента, наклонена под углом 10-16^o к оси клапана, а вторая под углом 5-8^o к той же оси, и обе линии пересекаются на диаметре поперечного сечения неподвижного элемента, равном 1,3-1,7 диаметра условного прохода клапана. При этом диаметр основания усеченного конуса неподвижного элемента, расположенного в зоне носовой поверхности подвижного элемента, равен диаметру условного прохода клапана, а диаметр основания второго конуса, противоположного первому, равен 1,5-1,9 диаметра условного прохода клапана. Образующая внутреннего неподвижного элемента выходной части клапана выполнена в виде двух сопряженных дуг окружностей, одна из которых, формирующая концевую поверхность, имеет радиус, равный 0,13-0,19 диаметра условного прохода клапана и центр, расположенный на его оси, а вторая имеет радиус, равный 1,6-3,0 диаметра условного прохода клапана и центр, удаленный от его оси на расстояние, равное 1,2-1,5 диаметра условного прохода клапана, а от максимально удаленной точки концевой поверхности на расстояние, равное 1,0-1,2 диаметра условного прохода клапана. Образующая внешнего неподвижного элемента выходной части клапана выполнена по прямой линии, наклоненной на угол 13-17^o к оси клапана, причем выходной диаметр выходной части клапана равен диаметру условного прохода клапана, а входной диаметр равен 1,5-1,9 диаметра условного прохода клапана.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что оно отличается конструктивным выполнением элементов, образующих дросселирующий клапан, определяемым геометрической формой каждого из элементов, находящейся в зависимости от условного прохода клапана. Отличие заключается также в сочетании геометрических фигур, образующих элементы клапана, их взаимном сочленении и угле наклона образующих этих фигур. Этот анализ позволяет сделать вывод о наличии новизны в изобретении.

На фиг. 1 изображен дросселирующий клапан, общий вид; на фиг. 2 схема построения геометрии элементов клапана; на фиг. 3 график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от величины хода обтекателя.

Дросселирующий клапан имеет корпус, образованный тремя сочлененными друг с другом частями: входной полукорпус 1, выходной полукорпус 2 и промежуточный корпус 3. На промежуточном корпусе смонтирован привод 4, с которым связан ходовой винт 5, установленный в направляющей втулке 6. Ходовой винт находится в зацеплении с горизонтально расположенным штоком 7, на одном из концов которого установлен подвижный элемент обтекатель 8, телескопически соединенный с неподвижным элементом 9 клапана. Другой конец 10 штока размещен во внутреннем неподвижном элементе 11, расположенном в выходном полукорпусе. Для подсоединения к трубопроводу (на чертежах не показан) входной и выходной полукорпусы имеют фланцы 12 и 13, причем во фланце входного полукорпуса размещена манжета 14. Подвижный элемент 8 составлен из двух сопряженных тел вращения, образующая 15 одного из которых, формирующая носовую поверхность, имеет радиус r₁, равный 0,23-0,35 диаметра условного прохода клапана, и центр, расположенный на оси клапана, а второе тело вращения выполнено в виде усеченного конуса 16, образующая 17 которого продолжена до диаметра 18 этого конуса и имеет радиус r₂, равный 1,0-1,4 диаметра условного прохода клапана, и центр, удаленный от его оси на расстояние а, равное 0,6-0,8 диаметра условного прохода клапана, и от максимально удаленной точки в носовой поверхности подвижного элемента на расстоянии с, равное 0,8-1,0 диаметра условного прохода клапана. Внутренняя поверхность 19 входного полукольца 1 расположена соосно с неподвижным элементом 8 и образует с ним дросселирующую входную щель 20. Эта поверхность образована двумя сопряженными своими основаниями усеченными конусами, образующие которых имеют форму прямых линий: образующая 21, расположенная в зоне носовой поверхности подвижного элемента, наклонена под углом 10-16^o к оси клапана, а вторая образующая 22 под углом 5-8^o к той же оси, и обе образующие пересекаются на диаметре 23 поперечного сечения внутренней поверхности полукорпуса (неподвижного элемента щели), равном 1,3-1,7 диаметра условного прохода клапана. Диаметр основания 24 усеченного конуса внутренней поверхности полукорпуса (неподвижного элемента щели), расположенного в зоне носовой поверхности подвижного элемента, равен диаметру условного прохода клапана, а диаметр основания 25 второго конуса, противолежащего первому, равен 1,5-1,9 диаметра условного прохода клапана.

Дросселирующая щель 26 выходной части клапана образована поверхностями внутреннего неподвижного элемента 11 и внутренней поверхностью 27 выходного полукорпуса 2. Поверхность внутреннего неподвижного элемента 11 выполнена в виде двух сопряженных дуг окружностей, одна из которых, формирующая концевую поверхность 28, имеет радиус r₃, равный 0,13-0,19 диаметра условного прохода клапана, и центр, расположенный на его оси, а вторая 29 имеет радиус r₄, равный 16- 3,0 диаметра условного прохода клапана, а центр, удаленный от его оси на расстояние d 1,2-1,5 диаметра условного прохода клапана, а от максимально удаленной точки е концевой поверхности на расстояние f 1,0-1,2 диаметра условного прохода клапана. Образующая 30 внешнего неподвижного элемента выходной части 2 клапана выполнена по прямой линии, наклоненной на угол 13-17^o к оси клапана. Выходной диаметр выходной части 2 клапана равен диаметру условного прохода клапана, а входной диаметр равен 1,5-1,9 диаметра условного прохода клапана.

Клапан работает следующим образом. При необходимости частично или полностью перекрыть поток рабочей среды вручную или при помощи электропривода 4 включается вращение ходового винта 5, которое преобразуется через горизонтальный шток 7 в поступательное перемещение подвижного элемента обтекателя 8. В крайнем левом (на чертеже) положении обтекатель 8 прижимается к манжете 14 и перекрывает клапан полностью. Перемещение обтекателя 8 в какое-либо промежуточное положение благодаря геометрическим формам рабочих элементов, образующих клапан, плавно увеличивает или уменьшает поток рабочей среды, не вызывая явлений кавитации или срыва потока.

В качестве примера работы клапана приведен график зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от величины хода обтекателя, построенный для трубопровода с диаметром условного прохода, равным 50 мм.

Использование: в арматуростроении для плавного регулирования процесса перекрытия потока рабочей среды в трубопроводе. Сущность изобретения: дросселирующий клапан трубопровода содержит корпус с входной и выходной частями и дросселирующие щели, образованные во входной части соосно расположенными телескопическими подвижным и неподвижным элементами, а в выходной части - соосно расположенными неподвижными элементами. Подвижный элемент дросселирующей щели входной части составлен из двух сопряженных тел вращения, образующая одного тела имеет радиус с центром, расположенным на оси, а второе тело выполнено в виде усеченного конуса. Неподвижный элемент дросселирующей щели этой части выполнен в виде усеченных конусов, сопряженным своими основаниями, образующие которых имеют форму прямых линий, одна из которых наклонена под углом 10-16^o, а другая - 5-8^o к оси клапана. Представлена связь геометрических параметров образующих тел вращения с диаметром условного прохода клапана. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дросселирующий клапан трубопровода, содержащий корпус с входной и выходной частями и дросселирующие щели, образованные во входной части соосно расположенными телескопическими подвижным и неподвижным элементами, а в выходной части соосно расположенными неподвижными элементами, причем все неподвижные и подвижные элементы выполнены в виде тел вращения, отличающийся тем, что подвижный элемент дросселирующей щели входной части составлен из двух сопряженных тел вращения, образующая одного из которых, формирующая носовую поверхность подвижного элемента, имеет радиус, равный 0,23 0,35 диаметра условного прохода клапана, и центр, расположенный на его оси, а второе тело вращения выполнено в виде усеченного конуса, образующая которого продолжена до диаметра этого конуса, равного диаметру условного прохода клапана, и имеет радиус, равный 1,0 1,4 диаметра условного прохода клапана, и центр, удаленный от его оси на расстояние, равное 0,6 0,8 диаметра условного прохода клапана, и от максимально удаленной точки носовой поверхности подвижного элемента на расстояние, равное 0,8 1,0 диаметра условного прохода клапана, причем неподвижный элемент дросселирующей щели входной части выполнен в виде усеченных конусов, сопряженных своими основаниями, образующие которых имеют форму прямых линий, одна из которых, расположенная в зоне носовой поверхности подвижного элемента, наклонена под углом 10 16^o к оси клапана, а вторая под углом 5 8^o к той же оси, обе линии пересекаются на диаметре поперечного сечения неподвижного элемента, равном 1,3 1,7 диаметра условного прохода клапана, при этом диаметр основания усеченного конуса неподвижного элемента, расположенного в зоне носовой поверхности подвижного элемента, равен диаметру условного прохода клапана, а диаметр основания второго конуса, противолежащий первому, равен 1,5 1,9 диаметра условного прохода клапана. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что образующая внутреннего неподвижного элемента выходной части клапана выполнена в виде двух сопряженных дуг окружностей, одна из которых, формирующая концевую поверхность, имеет радиус, равный 0,13 0,19 диаметра условного прохода клапана, и центр, расположенный на его оси, а вторая имеет радиус, равный 1,6 3,0 диаметра условного прохода клапана, и центр, удаленный от его оси на расстоянии, равное 1,2 1,5 диаметра условного прохода клапана, а от максимально удаленной точки концевой поверхности на расстояние, равное 1,0 1,2 диаметра условного прохода клапана, при этом образующая внешнего неподвижного элемента выходной части клапана выполнена по прямой линии, наклоненной под углом 13 17^o к оси клапана, причем выходной диаметр равен 1,5 1,9 диаметра условного прохода клапана.