ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК F16K1/14 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для надежного перекрытия магистралей высокого давления газов и жидкостей.

Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с коническим запорным органом, контактирующим с рабочей поверхностью входного штуцера, маховик (см., например, /1/).

Его недостаток заключается в том, что в случае несоосности конического запорного органа с осью входного штуцера, неизбежно возникающей при изготовлении, имеет место неравномерная деформация рабочих поверхностей и их неравномерный износ, что приводит к нарушению герметичности перекрытия магистралей. Вследствие этого при работе с запорным клапаном для обеспечения надежного перекрытия магистралей высокого давления необходимо прикладывать к маховику большие усилия, возрастающие по мере увеличения циклов срабатывания. Этот факт существенно ухудшает эксплуатационные характеристики запорного клапана и снижает долговечность его работы.

Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, конический запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, выполненный с возможностью его углового перемещения относительно оси толкателя, маховик (см., например, /2/).

В этом запорном клапане недостаток, связанный с неравномерной деформацией рабочих поверхностей и их неравномерным износом, устранен не полностью. В случае несоосности конического запорного органа с осью входного штуцера также ухудшаются эксплуатационные характеристики и снижается долговечность работы запорного клапана по мере увеличения циклов срабатывания.

Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик (см., например, /3/, принятый за прототип.

В данном запорном клапане шаровой запорный орган завальцован непосредственно в толкателе и имеет возможность незначительного перемещения относительно его оси, что позволяет уменьшить влияние несоосности запорного органа с осью входного штуцера на эксплуатационные характеристики и долговечность работы запорного клапана. Однако с увеличенном циклов срабатывания происходит деформация и износ не только рабочей поверхности входного штуцера, но и завальцовки. Вследствие этого шаровой запорный орган получает возможность свободного перемещения, что приводит к его вибрации из-за возникновения аэродинамических сил при движении газа или жидкости. При этом существенно ухудшаются эксплуатационные характеристики и долговечность работы запорного клапана.

Результатом настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик и повышение долговечности работы запорного клапана.

Указанный результат достигается тем, что запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик, снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси подпружиненной втулкой, в которой установлен шаровой запорный орган, при этом полость входного штуцера со стороны шарового запорного органа выполнена в виде усеченного конуса, кроме того, запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик, снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси втулкой, выполненной из эластичного материала, в которой установлен шаровой запорный орган, при этом полость входного штуцера со стороны запорного органа выполнена в виде усеченного конуса.

Варианты практической реализации изобретения иллюстрируются фиг.1, 2, на которых показан запорный клапан и его варианты в разрезе.

Запорный клапан по варианту 1 (фиг.1) включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, шпиндель 4, толкатель 5, шаровой запорный орган 6, маховик 7, втулку 8 с пружиной 9 и упорным кольцом 10, направляющую втулку 11 с уплотнительными кольцами 12, 13 и накидную гайку 14. На входном штуцере 2 выполнена полость (выточка) 15 в виде усеченного конуса, меньшее основание которого соприкасается с шаровым запорным органом 6.

Толкатель 5 выполнен из твердого материала (для исключения деформации его поверхности, соприкасающейся с шаровым запорным органом 6) и имеет буртик для упора пружины 9. Во втулке 8 с одной стороны (в днище) выполнено отверстие для размещения шарового запорного органа 6 с диаметром меньшим, чем диаметр шарового запорного органа 6. С другой стороны втулка 8 соединена с упорным кольцом 10, на которое воздействует сжатая пружина 9, заключенная между упорным кольцом 10 и буртиком на толкателе 5. Вследствие этого шаровой запорный орган 6 оказывается постоянно прижатым к толкателю 5 усилием пружины 9, направленным вдоль его оси. В то же время втулка 8 совместно с шаровым запорным органом 6 имеет возможность перемещаться в направлениях, перпендикулярных оси толкателя 5 и оси входного штуцера 2, что обеспечивается зазором, выполненным между внутренним диаметром упорного кольца 10 и диаметром толкателя 5.

Запорный клапан по варианту 1 работает следующим образом. Для открытия запорного клапана (в исходном состоянии запорный клапан закрыт) вращают маховик 7 против часовой стрелки. Вращательное движение маховика 7 и соединенного с ним шпинделя 4 преобразуется в накидной гайке 14 в поступательное движение толкателя 5, в результате чего последний перемещается вверх. Одновременно с этим перемещается вверх установленная на толкателе 5 втулка 8 с пружиной 9, упорным кольцом 10 и установленным в ней шаровым запорным органом 6, постоянно поджатым к поверхности толкателя 5. В результате этого открывается проход для рабочей среды (газа или жидкости), которая через входной штуцер 2 поступает в выходной штуцер 3. Герметичность запорного клапана в открытом состоянии обеспечивается установленной в корпусе 1 направляющей втулкой 11 с уплотнительными кольцами 12, 13. Для закрытия запорного клапана вращают маховик 7 в обратном направлении, в результате чего толкатель 5 совместно с установленными на нем втулкой 8, пружиной 9, упорным кольцом 10 и размещенным во втулке 8 шаровым запорным органом 6 перемещается вниз. Шаровой запорный орган 6 при соприкосновении с рабочей поверхностью входного штуцера 2 занимает положение, при котором его центр совмещен с осью входного штуцера 2, так как втулка 8 с установленным в ней шаровым запорным органом 6 имеет возможность перемещения в направлениях, перпендикулярных оси толкателя 5 и, соответственно, оси входного штуцера 2.

Запорный клапан по варианту 2 (фиг.2) включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, шпиндель 4, толкатель 5, шаровой запорный орган 6, маховик 7, направляющую втулку 11 с уплотнительными кольцами 12, 13, накидную гайку 14, полость (выточку) 15, выполненную во входном штуцере 2 в виде усеченного конуса, меньшее основание которого соприкасается с шаровым запорным органом 6, и деформируемую втулку 16.

Толкатель 5 выполнен из твердого материала и имеет буртик для установки деформируемой втулки 16, в которой размещен шаровой запорный орган 6. Деформируемая втулка 16 выполнена из эластичного материала, например резины, в виде полого усеченного конуса или полого цилиндра с различными внутренними диаметрами с утолщениями на концах.

Запорный клапан по варианту 2 работает аналогично запорному клапану по варианту 1. Шаровой запорный орган 6, установленный в деформируемой втулке 16, также постоянно прижат к толкателю 5 с возможностью перемещаться в направлениях, перпендикулярных оси толкателя 5 и, соответственно, оси входного штуцера 2 и при закрытии запорного клапана занимает положение, при котором его центр совмещен с осью входного штуцера 2.

Поджатие шарового запорного органа 6 к поверхности толкателя 5 в запорном клапане по вариантам 1, 2 обеспечивается соответственно жесткостью пружины 9 и длиной деформируемой втулки 16, определяемые расчетным путем или экспериментально.

Предлагаемое изобретение позволяет практически исключить влияние несоосности запорного органа 6 с осью входного штуцера 2 и тем самим существенно улучшить эксплуатационные характеристики и увеличить долговечность работы запорного клапана. Кроме того, в вариантах предлагаемого запорного клапана входной штуцер 2 выполнен с полостью (выточкой) 15 в виде усеченного конуса. В результате этого по мере увеличения циклов срабатывания запорного клапана площадь контакта шарового запорного органа 6 с рабочей поверхностью входного штуцера 2 по сравнению с прототипом изменяется (увеличивается) незначительно. Этот факт также позволяет получить существенный положительный эффект по улучшению эксплуатационных характеристик и увеличению долговечности работы запорного клапана.

Источники информации
1. Д.Ф. Гуревич. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Изд. 4-е, перераб. и доп.- Л: Машиностроение, 1969, с. 162, рисунок 156.

2. Д.Ф. Гуревич. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Изд. 4-е, перераб. и доп.- Л: Машиностроение, 1969, с. 42, рисунок 6.

3. Д. С. Циклис. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях. - М.: Химия, 1965, с. 195, рисунок 130.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для надежного перекрытия магистралей высокого давления газов и жидкостей. Запорный клапан по варианту 1 и варианту 2 содержит корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик. Полость входного штуцера со стороны шарового запорного органа выполнена в форме усеченного конуса. Особенность выполнения клапана по варианту 1 заключается в том, что клапан снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси подпружиненной втулкой. В последней размещен шаровой запорный орган. Особенность выполнения клапана по варианту 2 заключается в том, что клапан снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси втулкой, выполненной из эластичного материала, в которой размещен шаровой запорный орган. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики запорных клапанов и повысить долговечность их работы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик, отличающийся тем, что он снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси подпружиненной втулкой, в которой установлен шаровой запорный орган, при этом полость входного штуцера со стороны шарового запорного органа выполнена в виде усеченного конуса. 2. Запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, шпиндель, соединенный с толкателем, шаровой запорный орган, контактирующий с толкателем и рабочей поверхностью входного штуцера, маховик, отличающийся тем, что он снабжен установленной на толкателе с возможностью перемещения относительно его оси втулкой, выполненной из эластичного материала, в которой установлен шаровой запорный орган, при этом полость входного штуцера со стороны запорного органа выполнена в виде усеченного конуса.