ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2003 года по МПК F16K1/52 

Изобретение относится к машиностроению, более узко к запорным клапанам, устанавливаемым на различных магистралях, трубопроводах и других коммуникациях, а более конкретно к запорным клапанам пилотного типа, работающим на высоких давлениях рабочей среды, при снижении расхода которой возможны автоколебания запорного органа.

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

Известны запорные клапаны, содержащие корпус с входным и выходным патрубками и снабженный штоком запорный орган, образующий со стенами корпуса внутреннюю полость, а также устройство, обеспечивающее открытие клапана (см., например, а.с. 165623, кл. F 16 K 31/02, 1964г.).

Данный клапан не имеет устройств, обеспечивающих надежное удержание запорного органа в открытом положении и не может обеспечить технический результат, достигаемый данным изобретением.

Известны также запорные клапаны, содержащие корпус с входным и выходным патрубками и снабженный штоком запорный орган, образующий со стенками корпуса внутреннюю полость, подключенную к управляющему органу, который, в свою очередь, соединен с выходным патрубком (см патент РФ 2160405, кл. F 16 К 31/02, 1998г.)
Данный клапан выбран за прототип, как более совершенный.

Технический результат, поставленный изобретением, в данном клапане не достигается, т.к. в нем также не предусмотрены средства для надежного удержания запорного органа в открытом положении.

Задача данного изобретения - создание запорного клапана, работающего на высоких давлениях рабочей среды, сконструированного преимущественно по пилотной схеме или имеющего ручной привод, в котором при изменении расхода рабочей среды запорный орган надежно удерживается в открытом положении.

Технический результат изобретения - обеспечение надежного удержания запорного органа в открытом положении с предотвращением автоколебаний при изменении расхода рабочей среды.

Данный технический результат достигается тем, что в запорном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и снабженный штоком запорный орган, образующий со стенками корпуса внутреннюю полость, а также устройство, обеспечивающее открытие клапана, шток запорного органа снабжен магнитопроводящим телом, а корпус клапана имеет электромагнит, установленный с возможностью удержания запорного органа в крайнем положении при открытом клапане.

В частных случаях данный технический результат достигается тем, что устройство, обеспечивающее открытие клапана, выполнено в виде управляющего органа, подключенного к внутренней полости и к выходному патрубку, устройство, обеспечивающее открытие клапана, выполнено в виде ручного привода с приспособлением для возврата его в исходное положение; клапан может быть выполнен вертикальным, а электромагнит установлен в крышке корпуса, шток запорного органа выполнен в виде консоли, а магнитопроводящее тело установлено на консольном конце; ручной привод выполнен в виде дополнительного штока, примыкающего к запорному органу со стороны, противоположной расположению основного штока, и кинематически связанного с эксцентриковым приводным валом, а приспособление для возврата в исходное положение выполнено в виде расположенной на дополнительном штоке пружины сжатия, установленной с возможностью воздействия на эксцентрик привода.

На фиг. 1 схематически изображен описываемый запорный клапан, в котором устройство для открытия клапана выполнено в виде управляющего органа; на фиг.2 - тот же клапан с устройством для открытия его в виде ручного привода.

Запорный клапан содержит корпус 1 с крышкой 2, которая также является частью корпуса. В корпусе выполнено седло 3 для запорного органа 4, выполненного в виде фигурного стакана, имеющего на боковой поверхности разгрузочные отверстия 5, клапан имеет возвратную пружину 6, поджимающую запорный орган 4 к седлу 3. Стенки корпуса 1 образуют внутреннюю полость 7. Со стороны внутренней полости 7 запорный орган имеет шток 8, выполненный в виде консоли, на котором закреплено магнитопроводящее тело 9. В корпусе, преимущественно в крышке 2, установлен электромагнит 10. Корпус 1 имеет входной 11 и выходной 12 патрубки. Внутренняя полость 7 с помощью трубопровода 13 соединена с управляющим органом 14, который содержит полость 15, соединенную трубопроводом 16 с выходным патрубком 12. В полости 15 установлен клапан с электромагнитным приводом 17, имеющий седло 18 и перекрывной орган 19, а также возвратную пружину 20. Трубопроводы 13 и 16 соединены байпасной линией 21 с вентилем 22. Ручной привод (см. фиг.2) выполнен в виде дополнительного штока 23, примыкающего к запорному органу со стороны, противоположной основному штоку 8. Шток 23 кинематически связан с эксцентриковым приводным валом 24. Ручной привод имеет приспособление для возврата в исходное положение, выполненное в виде расположенной на дополнительном штоке 23 пружины 25, установленной с возможностью воздействия на эксцентрик 26, приводного вала 24, имеющего ручку 27. Внутренняя полость 7 связана с выходным патрубком трубопроводом 28, имеющим вентиль 29.

Запорный клапан работает следующим образом.

А) Для варианта с управляющим органом.

При обесточенном электромагните 10 и электромагнитном приводе 17 под действием пружины 6 запорный орган 4 опущен на седло 3, а перекрывной орган 19 перекрывает трубопровод 16. В полости 7 устанавливается давление, равное давлению рабочей среды во входном патрубке 11. В выходном патрубке 12 давление выхода рабочей среды - ниже давления в патрубке 11. Запорный клапан закрыт.

При включении электромагнита 10 и привода 17 перекрывной орган 19 отходит от седла 18 и внутренняя полость 7 через трубопроводы 13 и 16 соединяется с выходным патрубком 12 На запорный орган 4 будет воздействовать давление рабочей среды, находящейся в патрубке 11. Запорный орган займет крайнее положение при открытом клапане. Магнитопроводящее тело 9 под воздействием электромагнита будет плотно (вместе с запорным органом) прижато к электромагниту 10 вследствие соответственно рассчитанной мощности электромагнита. Клапан открыт. При открытии запорного органа электромагнитный привод 17 можно отключить.

Как видно из описания работы, в аварийных ситуациях, например, при нарушении электропитания, запорный клапан закрывается автоматически.

В) Для ручного клапана.

В закрытом положении на запорный орган 4 будет действовать пружина 6, прижимая его к седлу 3. Вентиль 29 закрыт. Давление в полости 7 будет равно давлению в патрубке 11. Для открытия клапана открывают вентиль 29 и с помощью ручки 27 приводится в действие приводной вал 24, который воздействуя на шток 23, передвигает запорный орган 4 в крайнее положение. После того, как запорный орган займет крайнее положение, запорный клапан открыт.

Воздействие на ручку 27, а следовательно, на вал 24 и дополнительный шток 23, прекращается. При этом пружина 25 взаимодействует через шток 23 с эксцентриком 26, вследствие чего дополнительный шток опускается в исходное положение.

Для закрытия клапана закрывают вентиль 29. На запорный орган 4 воздействует пружина 6, прижимая его к седлу 3. Разность давлений в полости 6 и патрубке 12 вызывает силы, плотно прижимающие запорный орган 4 к седлу 3, производя герметизацию запорного органа.

Необходимость использования электромагнита 10 и магнитопроводящего тела 9 объясняется следующим.

Запорный орган удерживается в открытом состоянии за счет перепада давлений между давлением рабочей среды на входе в клапан и на выходе из клапана, т.е. удерживающий запорный орган перепад давлений равен гидравлическим потерям по тракту клапана. При снижении расхода рабочей среды через клапан эти гидравлические потери уменьшаются, уменьшается при этом и сила, удерживающая клапан в открытом положении. Клапан под действием возвратной пружины начинает закрываться, повышая при этом гидравлические потери. В дальнейшем при уменьшении расхода рабочей среды через клапан это давление приводит к автоколебаниям запорного органа, что в некоторых случаях может повести за собой его закрытие. Плотное же прижатие запорного органа к электромагниту совершенно исключает описанные явления.

В настоящее время разрабатывается опытный образец описываемого клапана.

Изобретение предназначено для работы на высоких давлениях рабочей среды, при снижении расхода которой возможны автоколебания запорного органа. Запорный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, снабженный штоком запорный орган, образующий со стенками корпуса внутреннюю полость, а также устройство, обеспечивающее открытие клапана. Шток запорного органа снабжен магнитопроводящим телом. Корпус клапана имеет электромагнит, установленный с возможностью удержания запорного органа в крайнем положении при открытом клапане. Изобретение позволяет обеспечить надежное удержание запорного органа в открытом положении с предотвращением автоколебаний при изменении расхода рабочей среды. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, снабженный штоком запорный орган, образующий со стенками корпуса внутреннюю полость, а также устройство, обеспечивающее открытие клапана, отличающийся тем, что шток запорного органа снабжен магнитопроводящим телом, а корпус клапана имеет электромагнит, установленный с возможностью удержания запорного органа в крайнем положении при открытом клапане. 2. Запорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что устройство, обеспечивающее открытие клапана, выполнено в виде управляющего органа, подключенного к внутренней полости и к выходному патрубку. 3. Запорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что устройство, обеспечивающее открытие клапана, выполнено в виде ручного привода с приспособлением для возврата его в исходное положение. 4. Запорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что клапан выполнен вертикальным, а электромагнит установлен в крышке корпуса. 5. Запорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что шток запорного органа выполнен в виде консоли, а магнитопроводящее тело установлено на консольном конце. 6. Запорный клапан по п. 3, отличающийся тем, что ручной привод выполнен в виде дополнительного штока, примыкающего к запорному органу со стороны, противолежащей расположению основного штока, и кинематически связанного с эксцентриковым приводным валом, а приспособление для возврата в исходное положение выполнено в виде расположенной на дополнительном штоке пружины сжатия, установленной с возможностью воздействия на эксцентрик привода.