ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к устройствам в области запорно-распределительной арматуры, а точнее к вентилям, кранам, клапанам и может быть широко использовано в системах газо- и водоснабжения промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, в частности, при работе в системах с особо чистой или агрессивной средой в широком диапазоне температур от криогенных до 1000^oC, а также в вакуумных установках различного назначения.

Известны устройства с клапанными и другими запорно-регулирующими органами [1], содержащие в качестве рабочих органов ножеобразное седло в корпусе устройства и плоский, или конусообразный, или шаровой уплотняющий элементы из различных материалов, закрепленные на шпинделе или штоке. Основными недостатками таких устройств являются: низкая надежность, короткий срок службы уплотнений шпинделя или штока, уплотняющих элементов, а также частые неисправности, возникающие в процессе эксплуатации из-за несовершенства их конструкции.

Известны также устройства, у которых в качестве запорно-регулирующих органов используются керамические элементы [2, 3]. Основными недостатками таких устройств при всех их достоинствах являются конструктивная сложность и недостаточно высокая надежность из-за применения уплотнений для подвижных деталей конструкции.

Из известных аналогов наиболее близкими к предполагаемому изобретению по технической сущности являются устройства [4, 5]. Конструкция водоразборного крана [4] , например, наряду с известными достоинствами (например, более высокая по сравнению с другими надежность, связанная с отсутствием уплотнений подвижных элементов) не лишена также и недостатков, среди которых можно отметить сложность конструкции, ограниченную область применения и др.

Запорно-регулирующее устройство [5], которое принято за прототип, предназначено для агрессивных и горячих сред. Устройство состоит из цилиндрического керамического корпуса, который размещен в трубчатом кожухе с фланцами. Керамический корпус имеет внутренний вырез (гнездо), основанием которого является седло, выполняющее функции неподвижной керамической шайбы с поверхностью скольжения. Седло выполнено заодно с перегородкой, которая разделяет корпус на две части. В седле, по обе стороны от перегородки, сверлением выполнены два проходных отверстия, одно из которых расположено в центре седла. Поворотная керамическая шайба имеет со стороны поверхности скольжения один закрытый серповидный канал, который при повороте шайбы соединяет проходные отверстия неподвижной шайбы. Прижатие поворотной шайбы осуществляют с помощью пружины и накидной гайки, закрепленной на резьбе штуцера кожуха, а поворот шайбы производят с помощью штока с захватом шайбы и маховика.

Конструкция [5] также имеет много достоинств по сравнению с предыдущими аналогами, однако сложность механической обработки внутренней поверхности скольжения и сложность контроля ее качества снижает надежность керамического уплотнения. Серповидный канал на подвижной шайбе ограничивает расход жидкости, а также возможность быстрой регулировки ее расхода, так как при этом подвижная шайба должна совершить угол поворота больше 270 градусов, кроме того данная конструкция имеет ограниченную область применения.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания запорно-регулирующего устройства (ЗРУ), имеющего простую конструкцию, повышенную надежность и возможность его использования в различных областях народного хозяйства, в частности, в системах автоматического управления процессами.

Поставленная задача решается тем, что корпус запорно-регулирующего устройства (ЗРУ), имеющий вид тройника с резьбой на его концах, выполнен из одного и того же материала в виде соединенных между собой под углом 90 градусов двух цилиндрических патрубков заодно со сплошной перегородкой из того же материала, разделяющей внутренние полости каждого из патрубков на две части, при этом торец центрального патрубка, имеющий, по меньшей мере, два проходных отверстия и полированную поверхность скольжения, выполняет функции неподвижной запорно-регулирующей шайбы, а подвижная запорно-регулирующая шайба, выполненная заодно с рукояткой управления и штоком, а также с возможностью ограничения угла поворота, имеет, по меньшей мере, один закрытый коммутирующий паз, соответствующий по форме сечения одному из проходных отверстий неподвижной шайбы. При этом крепление и регулировка прижатия подвижной шайбы предусмотрена с помощью пружины накидной гайки и резьбы на боковой поверхности центрального патрубка, а кожух выполняют разъемным, состоящим из двух половинок.

Заявляемое устройство отличается от прототипа исполнением корпуса и кожуха устройства, исполнением подвижной и неподвижной запорно-регулирующих шайб, формой и числом коммутирующих отверстий на подвижной и неподвижной запорно-регулирующих шайбах, а также способами управления подвижной шайбой так, что эти отличия позволяют упростить конструкцию устройства, повысить его надежность, обеспечить расширение области его применения, повысить его быстродействие при срабатывании в аварийных ситуациях, а также уменьшить затраты энергии для автоматического привода ЗРУ в случае дистанционного управления процессами.

Изобретение поясняется чертежами, на которых приведены примеры использования ЗРУ в качестве вентиля, крана и клапана, где на фиг. 1 представлен общий вид ЗРУ в качестве вентиля с одной подвижной шайбой, изготовленного полностью из одного и того же материала, на фиг. 2 - общий вид ЗРУ в качестве вентиля с двумя подвижными шайбами, на фиг. 3 - общий вид ЗРУ в качестве вентиля с кожухом, на фиг. 4 - вид корпуса для случая крепления его запорного узла с помощью кожуха, на фиг. 5 - вид разъемного кожуха, на фиг. 6 - вид одной половины кожуха, изготовленного в виде тройника с резьбой на его концах, на фиг. 7 - вид ЗРУ в качестве крана с цилиндрической втулкой, имеющей перегородку, перпендикулярную входному потоку, на фиг. 8 - вид ЗРУ в качестве вентиля с цилиндрической втулкой, имеющей перегородку, параллельную входящему потоку, на фиг. 9 - вид ЗРУ в качестве вентиля или крана с запорно-распределительным узлом из двух отдельных шайб, на фиг. 10 - вид ЗРУ в качестве клапана с электромагнитным приводом, на фиг. 11, 12, 13 - соответственно, виды неподвижной и подвижной шайб, на фиг. 14 - положение шайб при максимальном расходе среды, когда подвижная шайба имеет один коммутирующий паз, на фиг. 15 - положение шайб при максимальном расходе, когда подвижная шайба имеет два закрытых коммутирующих паза.

ЗРУ содержит корпус 1, выполненный из одного и того же материала заодно со сплошной перегородкой и неподвижной шайбой 2 с проходными отверстиями, которая по диаметру как бы опирается на сплошную перегородку, а по периферии - на корпус патрубка. На внешней стороне каждого из патрубков, составляющих корпус ЗРУ, имеется резьба для установки его на трубопроводе, а также для крепления и прижатия подвижной шайбы 3, которая выполнена заодно с рукояткой управления и штоком. Для регулировки и крепления подвижной шайбы используют накидную гайку 5 и прижимной элемент 9.

Таким образом, в наиболее простом конструктивном исполнении ЗРУ состоит всего из 4-х деталей. ЗРУ такой конструкции может быть использовано для работы в системах с жидкими металлами, с высокотемпературными жидкостями, с особо чистыми или агрессивными жидкостями.

При более эффективном использовании ЗРУ, например, в случае увеличения расхода транспортируемой среды при одном и том же сечении входного патрубка на корпусе 1 выполнена 2-х позиционная система регулировки ее расхода (фиг. 2).

Для систем, работающих под значительным давлением и для особо опасных производств используют ЗРУ, приведенное на фиг. 3. При этом корпус 1 также изготовлен полностью из одного и того же материала в виде цилиндрического патрубка заодно со сплошной перегородкой, резьбой на его концах и неподвижной шайбой 2, которая имеет вид небольшого выступа с проходными отверстиями на боковой поверхности корпуса 1 (фиг. 4), а крепление и регулировка прижатия подвижной шайбы 3 осуществляется при помощи разъемного кожуха 4 или 4A (фиг. 5, 6), который закрепляют на корпусе 1 с помощью вставки 12 и накидной гайки 5, закрепляемой на гнезде кожуха 4. Рукоятку управления 8, выполненную заодно со штоком 6 прижимают к торцевой поверхности подвижной шайбы 3 также с помощью накидной гайки 5 и пружины 9. Кожух может иметь вид хомута с штуцером для крепления подвижной шайбы, или вид тройника с резьбой на торцах (фиг. 6). Различные варианты кожухов являются разъемными и состоят, как правило, из 2-х половинок, соединенных у основания на подвижных шарнирных соединениях типа петли.

При эксплуатации в обычных условиях (например, в жилищно-коммунальном хозяйстве) может быть использована конструкция ЗРУ, приведенная на фиг. 7. При этом в качестве запорно-регулирующего узла используют две отдельные от корпуса детали: подвижную шайбу 3 и неподвижную шайбу 2, которая выполнена в составе втулки 2А, или 2Б (фиг. 8) с проходными отверстиями. Втулка выполнена заодно с неподвижной шайбой и сплошной перегородкой, перпендикулярной (фиг. 7) или параллельной (фиг. 8) входному потоку. Втулку вставляют в корпус 1 (фиг. 7), который имеет с одной стороны ограничительный выступ для фиксации втулки в определенном положении, а с другой - внутреннюю резьбу, и через герметичные уплотнения 13 закрепляют фиксирующей гайкой так, чтобы поверхность скольжения неподвижной шайбы находилась напротив гнезда корпуса. Втулка может быть также закреплена с 2-х сторон фиксирующими гайками, при этом в корпусе с 2-х сторон, на входе и выходе потока, имеется внутренняя резьба. В гнездо корпуса вставляют подвижную шайбу 3 и прижимают ее, шток 6 и рукоятку 8 с помощью пружины 9 и накидной гайки 5. Втулка фиксируется от радиального перемещения с помощью паза на втулке и выступа в корпусе или винта, завинчиваемого в корпус (на чертеже не показано). Втулка также может быть зафиксирована путем исполнения на ее поверхности параллельных граней (лысок) и соответствующих граней в корпусе ЗРУ.

В отдельных случаях, при необходимости, ЗРУ может иметь запорно-распределительный узел из 2-х отдельных шайб подвижной и неподвижной. При этом неподвижная шайба (фиг. 11) имеет, по меньшей мере, два проходных отверстия, а подвижная - один или более (фиг. 12, 13) закрытых коммутирующих пазов, совпадающих по форме сечения с проходными отверстиями неподвижной шайбы. Неподвижную шайбу 2 устанавливают в гнездо корпуса 1 (фиг. 9) через герметичную уплотнительную прокладку 13 и прижимают с помощью накидной гайки 5 и втулки 11 к основанию гнезда корпуса 1. Неподвижная шайба 2 имеет по периметру два диаметрально противоположных выступа, с помощью которых фиксируется в гнезде корпуса 1. Подвижную шайбу 3 и шток 6 с рукояткой 8 закрепляют и одновременно регулируют степень ее прижатия с помощью пружины 9 и накидной гайки 5.

Конструкция ЗРУ, приведенная на фиг. 9, имеющая в запорно-регулирующем узле отдельную неподвижную шайбу 2, или в виде цилиндрической втулки 2А, или 2Б (фиг. 7, 8) может быть широко использована в вентилях и в газовых, водоразборных или вакуумных кранах, а также в различного рода клапанах с дистанционным управлением. В конструкции (фиг. 9) гнездо запорно-регулирующего узла с шайбами и узлом управления может быть расположено под различными углами к корпусу ЗРУ.

При использовании ЗРУ в качестве клапанов или вентилей в системах с дистанционным управлением конструкцию ЗРУ снабжают электромагнитным приводом. Привод состоит из катушки электромагнита, одеваемой на гнездо корпуса 1 (фиг. 10) подвижной шайбы, в которую строены металлическая пластина или постоянный магнит и возвратной пружины, связанной с подвижной шайбой. Привод подвижной шайбы может быть также осуществлен с помощью штока, имеющего металлическую пластину или постоянный магнит в качестве рукоятки штока.

Для дистанционного управления ЗРУ, в частности, при аварийных ситуациях в качестве привода штока подвижной шайбы могут быть использованы устройства из материалов с термической памятью формы. Элементы привода при этом могут быть выполнены в виде пластин, пружин и т.п., срабатывающих при определенной температуре. Для управления приводом штока подвижной шайбы может быть использован также сжатый воздух.

ЗРУ может быть изготовлено как из керамики, так и из других материалов, имеющих высокие трибологические характеристики, например, металлокерамики, сетала и др. материалов.

В конструкции, содержащей цилиндрическую втулку (фиг. 7) корпус можно сделать разъемным и состоящим из 2-х частей. В одну из них вставляют указанную втулку с уплотнениями, вторую часть корпуса закручивают в первую и закрепляют таким образом с уплотнениями внутри корпуса.

Пример сборки ЗРУ приведен на фиг. 7. Цилиндрическую втулку 2А с уплотнениями 13 вставляют до упора 1-го уплотнения в выступ корпуса 1, затем вставляют шайбу 14 и закручивают фиксирующую гайку 15. После этого в гнездо корпуса вставляют подвижную шайбу 3 одевают на шток 6 накидную гайку 5, пружину 9 и фиксирующую шайбу 10, затем вставляют шток в углубление на тыльной стороне подвижной шайбы и прижимают накидной гайкой 5.

Ограничение угла поворота подвижной шайбы осуществляют с помощью выступа шайбы 10, жестко закрепленной на штоке 6 и паза на внутренней поверхности гнезда корпуса 1. Ограничение угла поворота подвижной шайбы 3 может быть также выполнено с помощью прорези на боковой поверхности гнезда корпуса и винта, входящего в эту прорезь и завинчиваемого в шток 6 (на чертежах не показано).

ЗРУ работает следующим образом. Поступление жидкости или газа перекрыто полностью (левое крайнее положение упора штока) тогда, когда сечения закрытых пазов подвижной шайбы и сечения проходных отверстий неподвижной шайбы совпадают. При повороте с помощью рукоятки штока подвижной шайбы вправо сечения ее пазов смещаются относительно проходных отверстий неподвижной шайбы и начинается движение жидкости или газа. При повороте подвижной шайбы на угол 90^o (открытие ЗРУ вправо до упора) происходит максимальный расход жидкости или газа. Для регулирования расхода транспортируемой среды с помощью ЗРУ можно провести его предварительную градуировку и получить зависимость расхода среды от угла поворота подвижной шайбы и нанести соответствующие риски на корпусе ЗРУ. Для регулировки более точных значений расхода сечения проходных отверстий неподвижной шайбы и сечения пазов подвижной шайбы делают профилированными. При необходимости в ЗРУ устанавливают фильтр для очистки транспортируемой среды от грубых механических загрязнений. Для устранения шума, создаваемого проточной средой, в закрытых пазах подвижной шайбы наносят профилированные канавки (на чертежах не показано).

Заявляемое устройство обеспечивает значительную экономию воды, высокую надежность в эксплуатации и долговечность, отвечает современным экологическим требованиям. Обеспечивает надежную работу при низких и высоких температурах, повышенную чувствительность в управлении, позволяет уменьшить время регулировки расхода среды. Устройство довольно простое в изготовлении и сборке, при этом не требуется изменения используемых стандартных трубопроводов и соединительных узлов. Устройство дает широкие возможности для применения его в различных автоматических процессах в качестве клапанов и других устройств с дистанционным управлением.

1. Чупраков Ю.И. Ремонт и модернизация водопроводной арматуры М., 1990.

2. RU 2027933 A1, 1995
3. DE 2843481 A, 1984
4. DE 3638180 A, 1988
5. DE 3447927 A, 1986о

3апорно-регулирующее устройство предназначено для вентилей, кранов, клапанов и может быть широко использовано в системах газо-и-водоснабжения промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, в частности, при работе в системах с особо чистой или агрессивной средой в широком диапазоне температур от криогенных до 1000^o, а также в вакуумных установках различного назначения. Изобретение позволяет создать запорно-регулирующего устройства (ЗРУ), имеющее простую конструкцию, повышенную надежность и возможность его использования в различных областях. Корпус ЗРУ, имеющий вид тройника с резьбой на его концах, выполнен из одного и того же материала, в виде соединенных между собой под углом 90^o двух цилиндрических патрубков, заодно со сплошной перегородкой из того же материала, разделяющей внутренние полости каждого из патрубков на две части. При этом торец центрального патрубка, имеющий, по меньшей мере, два проходных отверстия и полированную поверхность скольжения, выполняет функции неподвижной запорно-регулирующей шайбы, а, подвижная запорно-регулирующая шайба, выполненная заодно с рукояткой управления и штоком, а также с возможностью ограничения угла поворота, имеет, по меньшей мере, один закрытый коммутирующий паз, соответствующий по форме сечения одному из проходных отверстий неподвижной шайбы. Крепление и регулировка прижатия подвижной шайбы предусмотрена с помощью пружины, накидной гайки и резьбы на боковой поверхности центрального патрубка или на штуцере разъемного кожуха, состоящего из двух половинок. Изобретение повышает надежность устройства. 11 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. Запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с седлом, имеющим два проходных отверстия, разделенных между собой сплошной перегородкой, установленную на седле подвижную запорно-регулирующую шайбу с закрытым коммутирующим пазом, шток, соединяющий подвижную шайбу с приводом, элемент крепления подвижной шайбы на корпусе, пружину, прижимающую подвижную шайбу к седлу, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде двух цилиндрических патрубков, соединенных между собой под углом 90^o градусов с образованием тройника, перегородка, разделяющая проходные отверстия, выполнена проходящей через оба патрубка и разделяющей их на две части, причем перегородка выполнена за одно целое с корпусом или сменной, расположенной во вставной втулке, имеющей на боковой поверхности цилиндрический выступ, при этом седло выполнено в виде неподвижной шайбы, которая размещена на торце центрального патрубка корпуса или на цилиндрическом выступе втулки, а на концах двух других патрубков выполнена резьба, при этом в подвижной шайбе, изготовленной заодно с приводом, выполнен один или более коммутирующий паз, имеющий форму, совпадающую с формой одного из проходных отверстий седла, а пружина размещена между подвижной шайбой и элементом крепления шайбы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент крепления подвижной шайбы выполнен в виде накидной гайки, соединенной с резьбой, выполненной на центральном патрубке корпуса. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на корпусе выполнен дополнительный центральный патрубок, образующий корпус в виде крестовины, в дополнительном патрубке выполнена перегородка, разделяющая его полость на две части и соединяющаяся с перегородкой центрального патрубка, при этом дополнительный патрубок снабжен запорно-регулирующей шайбой. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент крепления подвижной шайбы выполнен в виде одеваемого на корпус разъемного кожуха, образованного двумя патрубками и имеющего форму тройника, две половины которого соединены у основания посредством шарнирного устройства, причем на одном патрубке тройника выполнена резьба, предназначенная для крепления кожуха к корпусу, и в указанном патрубке размещена подвижная запорно-регулирующая шайба. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что шарнирное устройство выполнено в виде петли, а на концах других патрубков кожуха выполнена резьба. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в корпусе выполнен кольцевой выступ, фиксирующий положение сменной втулки, при котором неподвижная шайба, выполненная на цилиндрическом выступе этой втулки, расположена под полостью центрального патрубка, при этом втулка снабжена уплотнительными элементами и закреплена гайкой, взаимодействующей с внутренней резьбой корпуса. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что перегородка в сменной втулке расположена параллельно входному потоку. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в закрытых коммутирующих пазах подвижной шайбы выполнены профилированные канавки. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его детали выполнены из керамики или другого материала с высокими трибологическими свойствами, например, металлокерамики или сетала. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод подвижной шайбы выполнен в виде элемента, изготовленного из материала с термической памятью формы. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод выполнен в виде электромагнита, закрепленного на центральном патрубке корпуса и воздействующего на металлическую пластину или магнит постоянного тока, которые установлены на или внутри подвижной шайбы. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод выполнен в виде магнита постоянного тока, связанного со штоком и установленного с возможностью перемещения в электромагните, закрепленном на центральном патрубке корпуса.