ВЕНТИЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F16K27/08 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано при конструировании вентилей различного назначения.

Известен вентиль, содержащий корпус с седлом, бугель, шпиндель, установленный в бугеле на резьбе и уплотненный относительно корпуса, в котором запорный орган выполнен заодно с шпинделем [1]. При закрывании такого вентиля шпиндель заодно с запорным органом вращают относительно корпуса, что приводит к значительному фрикционному износу шпинделя, уплотнения, запорного органа и седла в местах их контакта и снижает ресурс вентиля.

Известен принятый за прототип вентиль, содержащий корпус, бугель, запорный орган со штоком, шпиндель, соединенный с бугелем ходовой резьбой, а также муфту, соединяющую шток со шпинделем см. [2]. В такой конструкции уплотнение штока работает в условиях возвратно-поступательного движения, а запорный орган контактирует с седлом без вращения. Известный вентиль имеет недостаточный ресурс, определяемый повышенным износом хвостовиков шпинделя и штока, а также взаимодействующих с ними элементов муфты, через которые происходит передача осевого усилия от вращающегося шпинделя к движущемуся возвратно-поступательно штоку. Кроме того, указанные детали для обеспечения их работоспособности в условиях высоких осевых и сдвиговых напряжений необходимо изготавливать из специальных сталей и с высокой точностью, что усложняет конструкцию вентиля в целом.

Предложенное изобретение решает задачу повышения ресурса вентиля и упрощения его конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном вентиле, содержащем корпус, бугель, запорный орган со штоком, шпиндель, соединенный с бугелем ходовой резьбой, а также муфту, соединяющую шток со шпинделем, муфта выполнена в виде гидроцилиндра, на штоке и шпинделе выполнены поршни, размещенные в гидроцилиндре и уплотненные относительно его внутренних стенок, причем полость цилиндра между поршнями заполнена смазкой.

Возможна такая конструкция вентиля, что муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба расположена на внутренней поверхности гидроцилиндра, резьбовой участок шпинделя выполнен на его конце, а шпиндель и шток соединены между собой тягой.

Возможна конструкция вентиля, в которой муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба выполнена на внутренней поверхности гидроцилиндра, на шпинделе выполнена расточка, отделяющая резьбовой участок от поршня, при этом полость между торцем резьбовой части шпинделя и торцем гидроцилиндра, полость между торцем поршня штока и торцем гидроцилиндра, а также расточка сообщены между собой и заполнены смазкой, а шпиндель и шток в местах их герметизации выполнены с равными диаметрами.

Возможна также конструкция вентиля, в которой муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба выполнена на внутренней поверхности гидроцилиндра, на шпинделе выполнена расточка, отделяющая резьбовой участок от поршня, при этом полость между торцем резьбовой части шпинделя и торцем гидроцилиндра, полость между торцем поршня штока и торцем гидроцилиндра, а также расточка сообщены между собой, заполнены смазкой и соединены с гидроаккумулятором.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого вентиля, а на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 - схемы возможных вариантов его выполнения.

Вентиль (см. фиг. 1) содержит корпус 1, бугель 2, шток 3, шпиндель 4 с маховиком 5, соединенный с бугелем 2 с помощью втулки 6 и ходовой резьбы 7, а также муфту 8, соединяющую шток 3 со шпинделем 4. Муфта 8 выполнена в виде разъемного гидроцилиндра. На штоке 3 и на шпинделе 4 выполнены поршни 9, 10, размещенные внутри муфты 8 и герметизированные относительно ее цилиндрической боковой поверхности с помощью уплотнений 11, 12. Полость 13 между поршнями 9, 10 заполнена смазкой. В шпинделе 4 выполнено дренажное отверстие 14 с заглушкой 15. Шток 3 заканчивается запорным органом 16 и герметизирован в корпусе 1 уплотнением 17. В корпусе 1 размещены подводящий канал 18, переходящий в седло 19, и отводящий канал 20. Муфта 8 снабжена шпилькой 21, расположенной в прорези 22.

Возможна такая конструкция вентиля (см. фиг. 2), в которой муфта и бугель выполнены заодно целое в виде гидроцилиндра 2. При этом поршни 9, 10 с уплотнениями 11, 12 размещены в его цилиндрических участках 23, 24, а шпиндель 4 с резьбой 7 на его конце - в полости 13 между этими поршнями. Части полости 13 по обе стороны ходовой резьбы 7, расположенной на внутренней поверхности гидроцилиндра 2, сообщены между собой каналами 25, 26 и дренажным отверстием 14, заглушка 15 которого жестко скреплена со шпинделем 4 и маховиком 5. Поршни 9, 10 механически соединены тягой 27, а полость 28 под поршнем 9 через отверстие 29 сообщена с атмосферой.

Возможна конструкция вентиля (см. фиг. 3), в которой также, как у вентиля на фиг. 1, муфта и бугель выполнены в виде одной детали - гидроцилиндра 2, а ходовая резьба 7 расположена на его внутренней поверхности. На шпинделе 4 этого вентиля выполнена расточка, отделяющая его резьбовую часть 7 от поршня 10. Полость 28 под поршнем 9 и полость 30 над поршнем 10 герметизированы уплотнениями 17, 11, 12, 31, 32, шпиндель 4 и шток 3 в местах их герметизации уплотнениями 32 и 17 имеют равные диаметры. При этом полости 28 и 30 заполнены смазкой и гидравлически сообщены между собой через каналы 33, 34.

В случае, если шток 3 и шпиндель 3 в местах их герметизации уплотнениями 17, 32 не могут быть выполнены имеющими равный диаметр, то полости 28 и 30 сообщают с гидроаккумулятором 35 (см. фиг. 4).

Вентиль работает следующим образом.

При закрытии вентиля (см. фиг. 1) шпиндель 4 с поршнем 10, вращаясь, перемещаются вниз и через смазку, заполняющую герметичную полость 13, давят на поршень 9 и шток 3. При этом поршень 10 с уплотнением 12 вращается относительно зафиксированной от проворота шпилькой 21 муфты 8. Уплотнения 11, 12 проектируют в зависимости от величины давления P смазки в полости 13, которое определяется из соотношения
P = (P_р • S_ш + F_тр)/S_п,
где P_р - давление рабочей среды под запорным органом 16;
S_ш - площадь поперечного сечения штока 3 в зоне его герметизации уплотнением 17;
F_тр - сила трения в уплотнении 17;
S_п - площадь поршня 9.

Из приведенного соотношения следует, что величина давления P может быть снижена за счет увеличения диаметра поршня 9 относительно диаметра штока 3. При открытии вентиля шпиндель 4 поднимает поршень 10, который, взаимодействуя с торцем муфты 8, увлекает за собой поршень 9 и шток 3.

Закрытие вентилей, представленных в вариантах на фиг. 2, 3, 4, происходит так же, как в основной схеме: при опускании шпинделя 4 путем его вращения маховиком 5 осевое усилие передается через смазку в герметичной полости 13 к поршню 9, штоку 3 и запорному органу 16. Отличия указанных схем проявляются в процессе открытия вентиля. В варианте по фиг. 2 усилие от поднимающегося шпинделя 4 к штоку 3 передается механически через тягу 27, а в вариантах по фиг. 3, 4 - гидравлически путем вытеснения смазки из герметичной полости 30 через каналы 33, 34 в полость 28. В случае, если при перемещении поршней 9, 10 нельзя соблюсти условие постоянства суммарного объема полостей 28 и 30 (см. фиг. 4), их необходимо сообщить с гидроаккумулятором 35, отрегулированным на поддержание минимально достаточного для обеспечения открытия вентиля давления.

В предложенном вентиле полностью исключен фрикционный износ торцевых элементов шпинделя, штока и муфты при его закрытии, так как осевое усилие от шпинделя к штоку передается через смазку. Давление в смазке может быть снижено до заданных пределов путем подбора соотношения диаметров штока и поршня на штоке, что позволяет обеспечить необходимый ресурс и простую конструкцию уплотнений поршней. Возможно размещение резьбы на шпинделе прямо в полости со смазкой, что дополнительно увеличивает срок службы вентиля. В вариантах вентиля исключен непосредственный контакт металл-металл элементов штока, шпинделя и муфты и при открытии вентиля. Для изготовления вентиля не требуется использования специальных сталей, а могут применяться общепромышленное оборудование и материалы.

Вентиль предназначен для арматуростроения. Вентиль содержит корпус, бугель, запорный орган с штоком. Шпиндель соединен с бугелем ходовой резьбой. Шток с шпинделем соединен муфтой. Муфта выполнена в виде гидроцилиндра. На штоке и шпинделе выполнены поршни, размещенные в гидроцилиндре. Поршни уплотнены относительно внутренних стенок гидроцилиндра. Полость цилиндра между поршнями заполнена смазкой. Изобретение упрощает конструкцию и повышает ресурс вентиля. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вентиль, содержащий корпус, бугель, запорный орган с штоком, шпиндель, соединенный с бугелем ходовой резьбой, а также муфту, соединяющую шток с шпинделем, отличающийся тем, что муфта выполнена в виде гидроцилиндра, на штоке и шпинделе выполнены поршни, размещенные в гидроцилиндре и уплотненные относительно его внутренних стенок, причем полость цилиндра между поршнями заполнена смазкой. 2. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба выполнена на внутренней поверхности гидроцилиндра, резьбовой участок шпинделя выполнен на его конце, а шпиндель и шток соединены между собой тягой. 3. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба выполнена на внутренней поверхности гидроцилиндра, на шпинделе выполнена расточка, отделяющая резьбовой участок от поршня, при этом полость между торцом резьбовой части шпинделя и торцом гидроцилиндра, полость между торцом поршня штока и торцом гидроцилиндра, а также расточка сообщены между собой и заполнены смазкой, а шпиндель и шток в местах их герметизации выполнены с равными диаметрами. 4. Вентиль по п.1, отличающийся тем, что муфта и бугель выполнены в виде одной детали, ходовая резьба выполнена на внутренней поверхности гидроцилиндра, на шпиндель выполнена расточка, отделяющая резьбовой участок от поршня, при этом полость между торцом резьбовой части шпинделя и торцом гидроцилиндра, полость между торцом поршня штока и торцом гидроцилиндра, а также расточка сообщены между собой, заполнены смазкой и соединены с гидроаккумулятором.