ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2001 года по МПК F16K1/04 F16K31/02 F16K37/00 

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 отраслях промышленности и т.п.

Известны запорные клапаны, содержащие перекрывной орган со штоком, имеющим паз, предназначенный для взаимодействия со штоком указателя конечных положений перекрывного органа (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1024638 кл. F 16 K 37/00 1983).

Этот клапан не обеспечивает технический результат, достигаемый изобретением, ибо не имеет фиксатора.

Известны запорные клапаны, содержащие перекрывной орган со штоком и фиксатор, установленный между корпусом и ступицей маховика (см., например, а.с. СССР N 750206 кл. F 16 K 35/02 1980).

Этот клапан выбран за прототип.

Данный клапан характеризуется тем, что он имеет лишь ограниченное применение в случае использования ручного привода (а не электромагнитного), поэтому технический результат, предусмотренный изобретением, в данном клапане также не достигается.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, - создание простого по конструкции запорного клапана, имеющего пониженное гидравлическое сопротивление и экономичный электромагнитный привод.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение экономичности привода и обеспечение постоянства проходного сечения во всем диапазоне работы клапана.

Дополнительный технический результат - обеспечение сигнализации конечных положений перекрывного органа.

Основной технический результат достигается тем, что запорный клапан содержит перекрывной орган со штоком, имеющим паз, а также фиксатор, снабженный возвратной пружиной и электромагнитным приводом и установленный с возможностью закрепления в пазу при нахождении клапана в положении "открыто".

Дополнительный технический результат достигается тем, что в клапане, характеризуемом вышеперечисленными признаками, шток в зоне между пазом и свободным концом имеет конусообразный участок, установленный с возможностью перемещения штока указателя конечных перемещений перекрывного органа.

Основной технический результат в большей степени достигается тем, что паз выполнен кольцевым. Дополнительный технический результат в большей степени достигается тем, что шток указателя конечных положений перекрывного органа в зоне контакта с конусообразным участком штока выполнен сферическим.

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.

На фиг.4 показана часть штока с фиксатором, зашедшим в паз штока.

На фиг. 5 показана часть штока с фиксатором, скользящим по штоку.

Запорный клапан (см. фиг. 1) 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 (см. фиг.2) 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 (см. фиг. 1) 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. На штоке 13 (см. фиг.2) выполнено устройство для демпфирования перекрывного органа 6. Это устройство (см. фиг.3) представляет собой подпружиненный (с пружиной 19) клапан 20. В штоке 13 (см. фиг.2) предусмотрен сквозной канал 21, соединяющий радиальный канал 22 с торцевым участком 23 распределительной камеры 14. Радиальный канал 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 (см. фиг.2) 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 (см. фиг. 1) перекрывного органа 6 предусмотрена возвратная пружина 31. Шток 13 (см. фиг.2) имеет конусообразный участок 32, который взаимодействует со штоком 33 указателя конечных положений перекрывного органа (сам указатель не показан). Шток 33 в зоне контакта со штоком 13 выполнен сферическим.

В зоне расположения перекрывного элемента 24 выполнена полость 35 (см. фиг. 3), а перекрывной элемент 24 клапана 20 имеет сквозной канал 36 (являющийся частью канала 21), соединяющий полость 35 с торцевым участком 23 (см. фиг. 4,5), при этом в клапане 20 (см. фиг.З) предусмотрены боковые каналы 37, также соединяющие полость 35 с торцевым участком 23 (см. фиг.4,5).

На линии 11 (см. фиг. 1) установлен фильтр 38.

В штоке 13 (см. фиг. 4,5) выполнен кольцевой паз 39. Паз может иметь и иную форму. Выполнение паза кольцевым обуславливается надежностью работы и технологическими мотивами. Клапан снабжен фиксатором 40 (см. фиг.4,5), нижняя часть которого по форме соответствует форме паза с тем, чтобы фиксатор мог бы быть устойчиво закреплен в этом пазу 39. Фиксатор 40 имеет возвратную пружину 41 и установлен по отношению к штоку с возможностью скольжения по нему при перемещении штока и закрепления в пазу 39 при нахождении перекрывного органа 6 в положении "открыто" (как и всего клапана в целом). Попадание фиксатора в паз происходит под воздействием возвратной пружины 41. Извлечение же фиксатора 40 из паза 39 происходит под воздействием электромагнитного привода 42 при открытии клапана, т.е. при отрыве перекрывного органа 6 от седла 30.

Работает запорный клапан следующим образом.

В положении "закрыто" перекрывной элемент 18 (см. фиг. 1) 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 6 необходимо подать напряжение на привод 10 импульсного электромагнитного клапана. 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 уменьшается (сравнивается с давлением в патрубке 3) и перекрывной орган 6 отойдет от седла 30, открывая кольцевой зазор 5.

Клапан открыт. При этом фиксатор 40 скользит по конусной части штока 13 и под воздействием возвратной пружины 41 закрепляется в пазу 39. Вследствие этого никакие резкие перепады рабочей среды не могут повлиять на положение перекрывного органа 6. Поэтому появляется возможность снять напряжение с привода 10 электромагнитного клапана, что в конечном результате приводит к экономии электроэнергии, расходуемой на привод клапана.

Кроме того, надежное закрепление фиксатора в пазу 39 приводит к тому, что будет обеспечено постоянство проходного сечения клапана во всем диапазоне работы перекрывного органа 6.

При открытии запорного клапана рабочая среда из полости 7 через сквозной канал 21 попадает в полость 35 и через канал 36 в торцевой участок 22, 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 (см. фиг. 2) 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.

Для закрытия клапана (когда привод 10 обесточен) подается сигнал на электропривод 4, фиксатор 40 выводится из паза 39 и начинает скользить по штоку 13.

При этом перекрывной элемент 18 опущен на седло 16, перекрывая линию 12, а 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.

Расположение входного 2 и выходного 3 патрубков на общей оси в совокупности с выполнением обтекателя 4, образующего с корпусом 1 кольцевой зазор 5, обеспечит низкое 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 нечуствительности клапана к загрязнению 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; Т = - 50...+ 300^oC).

Запорный клапан предназначен для применения в самых широких областях техники, например в энергетике, химической, газовой, пищевой отраслях промышленности и т. п. Запорный клапан содержит перекрывной орган со штоком, имеющим паз, а также фиксатор, снабженный возвратной пружиной и электромагнитным приводом и установленный с возможностью закрепления в пазу при нахождении клапана в положении "Открыто". Шток имеет конусообразный участок, установленный с возможностью перемещения штока указателя конечных положений перекрывного органа. Паз выполнен кольцевым. Шток указателя конечных положений перекрывного органа в зоне контакта с конусообразным участком штока выполнен сферическим. Конусообразный участок расположен в зоне между пазом и свободным концом штока. Изобретение позволяет повысить экономичность привода и обеспечить постоянство проходного сечения во всем диапазоне работы клапана, а также обеспечить сигнализацию конечных положений перекрывного органа. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Запорный клапан, содержащий перекрывной орган с штоком, имеющим паз, а также фиксатор, снабженный возвратной пружиной и электромагнитным приводом и установленный с возможностью закрепления в пазу при нахождении клапана в положении "Открыто". 2. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что шток имеет конусообразный участок, установленный с возможностью перемещения штока указателя конечных положений перекрывного органа. 3. Запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что паз выполнен кольцевым. 4. Запорный клапан по п.2, отличающийся тем, что шток указателя конечных положений перекрывного органа в зоне контакта с конусообразным участком штока выполнен сферическим. 5. Запорный клапан по п.2, отличающийся тем, что конусообразный участок расположен в зоне между пазом и свободным концом штока.