РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДИСКОВЫЙ КЛАПАН С РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2004 года по МПК F16K39/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к регулирующей трубопроводной арматуре, и может быть использовано в клапанах дискового типа для регулирования расхода и перекрытия потока жидкой или газообразной среды в различных технологических линиях.

Надежность работы запорно-регулирующей арматуры на трубопроводах определяет безаварийность, стабильность работы клапанов и влияет на экономические показатели работы технологических линий.

Известен разгруженный дисковый клапан, содержащий корпус с седлом, шпиндель, соединенный с плоским регулирующим элементом, расположенным во входной полости корпуса, и разгрузочное средство, выполненное за одно целое со шпинделем, при этом площадь в поперечном сечении конца шпинделя, воспринимающего входное давление, больше или равна площади регулирующего элемента в поперечном сечении (RU, №2079028 С1, кл. F 16 К 39/04, oпубл. 10.05.97 г.).

Недостатком известного клапана является то, что пропускная способность его напрямую зависит от размеров регулирующего элемента. Это связано с тем, что разгрузочное средство выполнено за одно целое со шпинделем и для обеспечения усилия разгрузки клапана площадь поперечного сечения шпинделя в зоне сальника выбирается не меньше площади поперечного сечения регулирующего элемента, что приводит к значительному повышению нагрузок на опорный узел и, как следствие, к снижению надежности работы клапана. Кроме того, с увеличением размеров шпинделя и регулирующего элемента увеличиваются размеры и масса клапана и, как следствие, увеличивается его материалоемкость.

Известен регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством, содержащий установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом в нем, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами и сквозным центральным продольным отверстием, шпиндель, проходящий через крышку, закрепленную на корпусе, и цилиндр, в котором установлен поршень, неразъемно соединенный с золотником и образующий с цилиндром разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла (RU, №2099623 С1, кл. F 16 K 39/04, опубл. 20.12.97 г.).

Однако размещение цилиндра в крышке и расположение в нем вращающегося в процессе регулирования поршня, жестко соединенного с шпинделем, приводит к тому, что контактирующие поверхности поршня и цилиндра при передаче крутящего момента на поршень интенсивно изнашиваются под действием трения, что снижает работоспособность и надежность клапана. Пропускная способность клапана напрямую зависит от формы седла и контактирующей с ним поверхности золотника, а также от количества окон, выполненных на поверхности седла. Контактирование поверхностей седла и золотника в известном клапане происходит по плоскости, что приводит к невозможности выполнения на поверхности седла дополнительных окон из-за его ограниченной площади поперечного сечения. Кроме того, выполнение окон в седле по нормали к поверхности седла и золотника приводит к образованию прямолинейных потоков, выходящих под давлением в виде параллельных струй, с силой соударяющихся с противоположной поверхностью сливной полости, что повышает эрозионный износ этой поверхности. В процессе регулирования возможен подъем или отрыв золотника от седла под действием давления со стороны сливной полости или попадания механических примесей, что приводит к прекращению регулирования клапана и к разгерметизации.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение надежности, увеличение пропускной способности клапана и снижение эрозии выпускного канала за счет более рациональной конструкции клапана.

Для достижения указанного технического результата в регулирующем дисковом клапане с разгрузочным устройством, содержащем установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами и сквозным центральным продольным отверстием, шпиндель, проходящий через крышку, закрепленную на корпусе, цилиндр, в котором установлен поршень и образующий с ним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла, дополнительно клапан снабжен упругим элементом, размещенным в разгрузочной камере с возможностью взаимодействия с золотником и поршнем, неразъемно соединенным с шпинделем и взаимодействующим посредством эксцентричного выступа и соответствующего ему отверстия с золотником, жестко соединенным с цилиндром, причем контактирующие поверхности седла и золотника выполнены выпукло-вогнутыми соответственно с возможностью взаимодействия друг с другом по сферической поверхности, при этом оси окон седла при их продолжении пересекаются в сливной полости.

Отличительными признаками предлагаемого регулирующего клапана от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что в разгрузочной камере между поршнем и золотником размещен упругий элемент с возможностью взаимодействия с золотником. Золотник жестко соединен с цилиндром и взаимодействует с поршнем за счет эксцентричного выступа, выполненного на торцовой поверхности поршня и входящего в соответствующее отверстие золотника. Поршень неразъемно соединен с шпинделем. Контактирующие поверхности седла и золотника выполнены выпукло-вогнутыми соответственно с возможностью взаимодействия друг с другом по сферической поверхности, при этом оси окон седла при их продолжении пересекаются в сливной полости.

Снабжение клапана упругим элементом, размещение его между поршнем и золотником с возможностью взаимодействия с золотником обеспечивает гарантированное прижатие золотника к седлу и возврат его в это положение при отрыве от поверхности седла в процессе регулирования. Это достигается за счет того, что при перемещении золотника вверх происходит сжатие упругого элемента, который, стремясь занять исходное положение, действует на золотник в обратном направлении, перемещает его и прижимает к седлу, удерживая в этом положении.

Соединение золотника неразъемно с цилиндром, взаимодействие его с поршнем посредством эксцентричного выступа, выполненного на его торцовой поверхности, и соответствующего ему отверстия в золотнике приводит к тому, что во время регулирования расхода среды поршень вращается вместе с цилиндром и золотником, в результате чего соприкасающиеся поверхности цилиндра и поршня остаются неподвижными относительно друг друга в радиальном направлении и не препятствуют перемещению поршня в осевом направлении, что исключает износ этих поверхностей, тем самым увеличивая срок службы и надежность клапана.

Выполнение контактирующих поверхностей седла и золотника выпукло-вогнутыми соответственно с возможностью взаимодействия друг с другом по сферической поверхности и размещение на поверхности седла окон, оси которых при их продолжении пересекаются в сливной полости, позволяет увеличить площадь контакта этих поверхностей и количество окон на поверхности седла и тем самым повысить пропускную способность клапана при тех же габаритах. Потоки, проходящие через эти окна под давлением, пересекаются в сливной полости клапана до того, как достигнут внутренней поверхности сливной полости. В точке встречи потоки среды раздробляются на более мелкие, хаотично ориентированные, и, достигнув внутренней поверхности сливной полости, напор их ослабевает, что уменьшает эрозионный износ этой поверхности, повышает надежность работы клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

На фиг.1 схематически изображен описываемый регулирующий клапан с разгрузочным устройством;

на фиг.2 - вид золотника с седлом в закрытом положении;

на фиг.3 - вид золотника с седлом в открытом положении;

на фиг.4 - вид Б на фиг.1 - показан золотник с седлом сферической формы и отверстиями в нем.

Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством содержит корпус 1 (см. фиг.1), напорную 2 и сливную 3 полости, седло 4, поворотный золотник 5 с вырезами (см. фиг.2) и сквозным центральным продольным отверстием 6 в нем. Седло 4 снабжено профилированными окнами 7 (см. фиг.3) для прохождения регулируемой среды и центральным каналом 8 (см. фиг.4). Седло 4 и контактирующая с ним поверхность золотника 5 выполнены выпукло-вогнутыми соответственно (см. фиг.4) с возможностью взаимодействия друг с другом по сферической поверхности. Окна 7 выполнены на выпуклой поверхности седла 4, вырезы на золотнике 5 и окна 7 при их совмещении сообщают напорную 2 и сливную 3 полости корпуса 1 (см. фиг.3). Золотник 5 жестко соединен с цилиндром 9, в котором расположен поршень 10. Поршень 10 неразъемно соединен со шпинделем 11, установленным в крышке 12 и проходящим через ее центральное отверстие, и приводом 13. Шпиндель 11 служит для передачи крутящего момента от привода 13 к золотнику 5 в процессе регулирования. На торцовой поверхности поршня 10 эксцентрично выполнен выступ 14, а в цилиндре 9 выполнено соответствующее выступу 14 отверстие 15. Под поршнем 10 в цилиндре 9 образована разгрузочная камера 16, в которой расположен упругий элемент 17, например пружина. Разгрузочная камера 16 выполнена так, что площадь поперечного сечения поршня 10 для обеспечения усилия разгрузки выбирается из расчета, чтобы усилие разгрузки не превышало усилия прижатия. Между поверхностями седла 4 и золотника 5 образована промежуточная камера 18 (см. фиг.4). Центральное отверстие 6 золотника 5 соединяет промежуточную камеру 18 с разгрузочной камерой 16 и сливной полостью 3 через центральный канал 8 седла 4.

Клапан работает следующим образом.

В положении “закрыто” (см. фиг.2) золотником 5 перекрыты окна 7 седла 4. Золотник прижат к седлу упругим элементом 17 и давлением рабочей среды полости 2. Давление рабочей среды в промежуточной камере 18 равно давлению в сливной полости 3. Рабочая среда не поступает в сливную полость. Клапан закрыт. Разность давлений в напорной полости 2 и сливной полости 3, умноженная на разность активной площади золотника 5 и площади поршня 10, создают силу, прижимающую золотник к седлу 4 и обеспечивающую разгрузку золотника.

Для приведения клапана в положение “открыто” (см. фиг.3) привод 13 вращает шпиндель 11 и соединенный неразъемно с ним поршень 10. Поршень 10, в свою очередь, за счет размещения выступа 14 в отверстии 15 золотника 5 обеспечивает сцепление с цилиндром 9 и поворачивает золотник 5 таким образом, что вырезы золотника 5 совмещаются с окнами 7 седла 4 и открывают окна, образуя сквозной проход. Напорная полость 2 соединяется со сливной полостью 3. Рабочая среда под давлением Р₁ из напорной полости 2 корпуса 1 поступает через образовавшиеся окна в сливную полость 3. Вращением шпинделя 11 изменяют угол поворота золотника 5. Золотник 5, вращаясь, постепенно открывает окна 7 седла 4. Полное открывание клапана достигается при полном совмещении окон 7 с вырезами золотника 5. Таким образом, поворотом золотника регулируют площадь проходного сечения перекрываемых окон.

При регулировании расхода среды в переходных режимах и в случаях отрыва золотника от седла упругий элемент 17 постоянно поджимает золотник 5 к седлу 4 и не допускает его отрыва от седла, предотвращает “зависание” над седлом и изменение расходной характеристики клапана.

Для закрытия клапана перекрытие окон 7 седла 4 происходит в обратной последовательности. Вращением шпинделя 11 поворачивают золотник 5 таким образом, чтобы он расположился над окнами 7 седла 4.

Таким образом, благодаря особенностям исполнения разгрузочного устройства изобретение позволяет обеспечить надежность клапана и стабильность работы, увеличить срок службы и пропускную способность при тех же габаритах клапана и получить экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов по замене изношенных деталей, сохранить габаритные размеры и массу устройства.

Изобретение относится к регулирующей трубопроводной арматуре и предназначено для регулирования и перекрытия потока жидкой или газообразной среды в различных технологических линиях. Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством содержит установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральный канал. Седло контактирует с золотником. Последний выполнен с вырезами и сквозным центральным продольным отверстием. Шпиндель проходит через крышку, закрепленную на корпусе. В цилиндре установлен поршень, образующий с ним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью. Секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника образуют совместно с поверхностью седла промежуточную камеру. Последняя сообщена с разгрузочной камерой и центральным каналом седла. Клапан снабжен упругим элементом, размещенным в разгрузочной камере с возможностью взаимодействия с золотником и поршнем. Поршень неразъемно соединен со шпинделем и взаимодействует посредством эксцентричного выступа и соответствующего ему отверстия с золотником. Золотник жестко соединен с цилиндром. Изобретение позволяет повысить надежность работы устройства, увеличить пропускную способность и снизить эрозию выпускного канала. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством, содержащий установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами и сквозным центральным продольным отверстием, шпиндель, проходящий через крышку, закрепленную на корпусе, цилиндр, в котором установлен поршень и образующий с ним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла, отличающийся тем, что клапан снабжен упругим элементом, размещенным в разгрузочной камере с возможностью взаимодействия с золотником и поршнем, неразъемно соединенным с шпинделем и взаимодействующим посредством эксцентричного выступа и соответствующего ему отверстия с золотником, жестко соединенным с цилиндром.2. Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством по п.1, отличающийся тем, что контактирующие поверхности седла и золотника выполнены выпукло-вогнутыми соответственно с возможностью взаимодействия друг с другом по сферической поверхности, при этом оси окон седла при их продолжении пересекаются в сливной полости.