ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2000 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к машиностроению, более узко - к клапанам, устанавливаемым на различных магистралях, трубопроводах и других коммуникациях, а более конкретно - к запорным клапанам с управляющим органом, преимущественно с электромагнитным приводом.

Изобретение может найти применение в самых широких областях техники, например в энергетике, химической, газовой, пищевой промышленности и т.п.

Известны запорные клапаны, содержащие корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на общей оси, перекрывной орган, имеющий внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу (см., например, а.с. N 268338, кл. F 16 K 3/24, 1970).

Данный клапан характеризуется тем, что рабочая среда поступает через калиброванные отверстия, что может привести к их забиванию при использовании загрязнения рабочей среды, поступающей в клапан. Кроме того, предусмотрен расход рабочей среды через управляющий орган в атмосферу.

Известны также запорные клапаны, содержащие корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на общей оси и с обтекателем внутри, образующим с корпусом кольцевой зазор для рабочей среды, а также перекрывной орган, имеющий внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу (см. авторское свидетельство N 1060860, кл. F 16 K 31/02, 1983).

Перекрывной орган штока не имеет, а сам запорный клапан имеет дополнительный запорный орган со штоком, служащий демпфирующим устройством для перекрывного органа.

Данный клапан выбран за прототип.

Однако и этот клапан также, как и предыдущий аналог, имеет калиброванное отверстие, требующее сложной системы фильтров, а расход среды через управляющий орган - постоянен.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение - создание простого по конструкции запорного клапана, имеющего пониженное гидравлическое сопротивление и могущего эффективно работать на загрязненных средах.

Технический результат, достигаемый изобретением - уменьшение степени загрязнения рабочей среды, поступающей в управляющий орган при отсутствии ее постоянного расхода через этот орган.

Данный технический результат достигается тем, что в запорном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на общей оси и с обтекателем внутри, образующими с корпусом кольцевой зазор для рабочей среды, а также перекрывной орган, имеющий внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу, управляющий орган снабжен линиями связи с входным и выходными патрубками, перекрывной орган имеет шток и жестко соединен с ним, а в центральной части обтекателя расположена сообщенная с внутренней полостью перекрывного органа распределительная камера, стенки которой выполнены с возможностью перемещения по ним упомянутого штока, при этом управляющий орган установлен с возможностью поочередного перекрытия линий связи с входным и выходным патрубками.

Тот же технический результат в большей степени достигается тем, что в корпусе выполнено устройство для демпфирования перекрывного органа; устройство для демпфирования перекрывного органа выполнено со сквозным каналом, соединяющим торцевой участок с внутренней полостью рабочего органа, при этом перекрывной элемент подпружиненного клапана имеет выступ, установленный с возможностью контакта с глухим торцом распределительной камеры; внутри выходного патрубка установлена съемная втулка, внутренняя поверхность которой выполнена в виде направляющей для перемещения перекрывного органа; шток перекрывного органа имеет конусообразный участок, установленный с возможностью перемещения тока указателя конечных положений перекрывного органа.

На фиг. 1 схематически изображен описываемый запорный клапан.

На фиг.2 - вариант конкретного выполнения описываемого запорного клапана в продольном разрезе.

На фиг.3 показан шток перекрывного органа с демпфирующим устройством.

Запорный клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и с обтекателем 4 внутри, выполненным за одно целое с корпусом, образующим с ним кольцевой зазор 5 для рабочей среды. Внутри корпуса установлен поршневой перекрывной орган 6 с внутренней полостью 7, соединенной линией 8 (представляющий из себя канал 9) с управляющим органом. Этим органом служит преимущественно электромагнитный клапан 10. В качестве вариантов могут быть использованы и иные клапаны известных типов. Электромагнитный клапан снабжен также линиями 11,12 связи с входным 2 и выходным 3 патрубками. Перекрывной орган 6 жестко соединен со штоком 13, а в центральной части обтекателя расположена распределительная камера 14, стенки 15 которой служат направляющими для штока 13. Электромагнитный же клапан установлен на линиях 11, 12 с возможностью их поочередного перекрытия. Иначе говоря, линии 11, 12 имеют седла 16, 17, которые могут быть перекрыты перекрывным элементом 18 электромагнитного клапана, линия 8 остается при этом всегда открытой. В корпусе клапана, точнее, в его обтекателе 4 выполнено устройство для демпфирования перекрывного органа 6. Это устройство представляет собой подпружиненный (с пружиной 19) клапан 20. В штоке 13 предусмотрен сквозной канал 21, соединяющий радиальный канал 22 с торцевым участком 23 распределительной камеры 14. Радиальный капал 22 сообщен с внутренней полостью 7 перекрывного органа 6, а клапан 20 расположен вблизи торцевого участка 23. Перекрывной элемент 24 клапана 20 имеет выступ 25, установленный с возможностью контакта с глухим торцом 26 распределительной камеры 14.

Внутри выходного патрубка 3 установлена съемная втулка 27. Часть внутренней поверхности втулки служит направляющими 28 для перекрывного органа, а на другой ее части 29 (имеющей меньший внутренний диаметр) выполнено седло 30 для перекрывного органа 6. Во внутренней полости 7 перекрывного органа 6 предусмотрена возвратная пружина 31. Шток 13 имеет конусообразный участок 32, который взаимодействует со штоком 33 указателя конечных положений перекрывного органа (сам указатель не показан).

В зоне расположения перекрывного элемента 24 выполнена полость 35, а перекрывной элемент 24 клапана 20 имеет сквозной канал 36 (являющийся частью канала 21), соединяющий полость 35 с торцевым участком 23, при этом в клапане 20 предусмотрены боковые каналы 37, также соединяющие полость 35 с торцевым участком 23.

На линии 11 установлен фильтр 38.

Работает запорный клапан следующим образом.

В положении "закрыто" перекрывной элемент 18 перекрывает линию 12 и давление рабочей среды в патрубке 2 равно давлению в полости 7 (вследствие того, что линия 11 соединена с линией 8). Для открытия запорного клапана необходимо подать напряжение на привод электромагнитного клапана 10. При этом перекрывной элемент 18 перекрывает линию 11, а внутренняя полость 7 соединится через линии 8 и 12 с выходным патрубком 3. Таким образом, давление в полости 7 уменьшатся (сравнивается с давлением в патрубке 3) и перекрывной орган 6 отойдет от седла 30, открывая кольцевой зазор 5. Клапан открыт.

Для закрытия клапана обесточивают привод электромагнитного клапана 10, перекрывной элемент 18 опускается на седло 16, перекрывая линию 12, при этом рабочая среда из патрубка 2 по линии 11 и 8 попадает в полость 7, т.е. давление в патрубке 2 и полости 7 уравнивается, и под воздействием возвратной пружины 31 перекрывной орган 6 садится на седло 30, клапан закрыт.

При открытии запорного клапана рабочая среда из полости 7 через сквозной канал 21 попадает в полость 35 и через канал 36 в торцевой участок 23, далее выступ 25 упирается в глухой торец 26, и рабочая среда через боковые каналы 37 попадает в полость 35, а затем через канал 21 - в полость 7. При этом удар перекрывного органа 6 о стенку внутренней полости 7 смягчается.

При перемещении штока 13 его конусообразный участок 32 взаимодействует со штоком 33 и с помощью стрелки (не показано) или с помощью светового сигнала от лампового устройства (не показано) можно судить об открытии или закрытии запорного клапана.

Расположение входного 2 и выходного 3 патрубков на общей оси в совокупности с выполнением обтекателя 4, образующего с корпусом 1 кольцевой зазор 5, обеспечит невысокое гидравлическое сопротивление запорного клапана и позволит использовать загрязненные среды (в частности, в результате отсутствия в тракте рабочей среды калиброванных отверстий), т.е. в конечном результате приведет к уменьшению степени загрязнения рабочей среды, поступающей в управляющий орган.

Наличие же электромагнитного клапана 10 с перекрывным элементом 18, поочередно перекрывающим линии 11 и 12, исключает постоянный расход через управляющий орган.

Разработан опытный образец описанного клапана для системы магистральных газопроводов с рабочими средами, имеющими различные посторонние включения, например, загрязненного бутана, пропана и т.п., работающих в широком диапазоне температур (P = 10-300 кг/см², T = -50-(+300)^oC).

Клапан может быть использован в запорных клапанах с управляющим органом, преимущественно с электромагнитным приводом. Входной и выходной патрубки корпуса клапана расположены на общей оси. Обтекатель расположен внутри и выполнен за одно целое с корпусом, обтекатель образует с корпусом кольцевой зазор для рабочей среды. Перекрывной орган имеет внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу. Управляющий орган снабжен линиями связи с входным и выходными патрубками. Перекрывной орган имеет шток и жестко соединен с ним. В центральной части обтекателя расположена сообщенная с внутренней полостью перекрывного органа распределительная камера. Стенки камеры выполнены с возможностью перемещения по ним упомянутого штока. Управляющий орган установлен с возможностью поочередного перекрытия линий связи с входным и выходным патрубками. Такое выполнение клапана позволяет обеспечить уменьшение степени загрязнения рабочей среды, поступающей в управляющий орган, при отсутствии ее постоянного расхода через этот орган. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на общей оси и с обтекателем внутри, образующим с корпусом кольцевой зазор для рабочей среды, а также перекрывной орган, имеющий внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу, отличающийся тем, что управляющий орган снабжен линиями связи с входным и выходным патрубками, перекрывной орган имеет шток и жестко соединен с ним, а в центральной части обтекателя расположена сообщенная с внутренней полостью перекрывного органа распределительная камера, стенки которой выполнены с возможностью перемещения по ним упомянутого штока, при этом управляющий орган установлен с возможностью поочередного перекрытия линий связи с входным и выходным патрубками. 2. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что в корпусе выполнено устройство для демпфирования перекрывного органа. 3. Запорный клапан по п.2, отличающийся тем, что устройство для демпфирования перекрывного органа выполнено в виде подпружиненного клапана, расположенного внутри штока, выполненного со сквозным каналом, соединяющим торцевой участок распределительной камеры с внутренней полостью перекрывного органа, при этом перекрывной элемент подпружинного клапана имеет выступ, установленный с возможностью контакта с глухим торцом распределительной камеры. 4. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что внутри выходного патрубка установлена съемная втулка, часть внутренней поверхности которой выполнена в виде направляющей для перемещения перекрывного органа. 5. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что шток перекрывного органа имеет конусообразный участок, установленный с возможностью перемещения штока указателя конечных положений перекрывного органа.