КЛАПАН ОСЕВОГО ПОТОКА Российский патент 2004 года по МПК F16K1/12 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к клапанам осевого потока, применяемых в промышленной трубопроводной арматуре, и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов с большим давлением и с высокой температурой.

Известны конструкции клапанов на высокие параметры рабочей среды (см. Д.Ф.Гуревич и др. Арматура ядерных энергетических установок. - М.: Атомиздат, 1978, рис.3.23, 4.3). Указанные конструкции клапанов имеют недостатки: большие габаритные размеры и масса арматуры, высокие ударные нагрузки, приходящиеся на уплотнительные поверхности затвора, что снижает герметичность и ресурс клапанов, низкая пропускная способность и скорость срабатывания клапанов, трудности в осуществлении их плавной регулировки.

Известны конструкции запорных и запорно-регулирующих прямоточных клапанов осевого потока голландской фирмы MOKVELD (см. Химическое машиностроение, 2002 №9, с.29, рис.1, 2), которые имеют разгруженный плунжер, внутренняя поверхность которого герметизирована по отношению к выходной полости при перекрытом проходном сечении клапана. В этих клапанах существенно снижено пневмогидросопротивление, благодаря обтекаемости запорного органа. Герметичность затвора обеспечивается резиновым радиальным уплотнением специальной конструкции.

Основным недостатком выше указанных конструкций является использование резиновых уплотнений. Несмотря на использование комбинированных уплотнений (резина + эластомер) ресурс работы клапанов существенно снижается и, самое главное, эти конструкции нельзя использовать с рабочими средами температурой более 200°С.

Наиболее близким техническим решением является конструкция запорно-регулирующего клапана осевого потока (см. Д.Ф.Гуревич и др. Арматура ядерных энергетических установок. - М.: Атомиздат, 1978, с.90, рис.4.7), принятого за прототип, у которого клапан осевого потока состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительной поверхностью и механизмом его осевого перемещения, установленных во внутреннем корпусе. Недостатком данной конструкции является то, что герметизация клапана осевого потока в закрытом положении обеспечивается посадкой на два уплотнительных пояска на внутренней поверхности седла. Обеспечить одновременно посадку двух уплотнительных металлических поясков плунжера с одинаковыми удельными давлениями на седлах практически невозможно, тем самым один из двух уплотнений будет не герметичен, что значительно снижает надежность работы устройства.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы клапана осевого потока, работающего при высокотемпературных рабочих средах и при больших давлениях.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в клапане осевого потока, состоящего из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительной поверхностью и механизмом его осевого перемещения, установленных во внутреннем корпусе, что на плунжере установлен сварной металлический сильфон, один конец которого герметично соединен с ним, а другой конец герметично соединен с внутренним корпусом, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу против направления движения рабочей среды.

Предпочтительно, чтобы средний диаметр сильфона не превышал средний диаметр уплотнительной поверхности седла клапана.

На фиг.1 представлен продольный разрез общего вида клапана осевого потока с электроприводом в открытом положении;

на фиг.2 представлен продольный разрез общего вида клапана осевого потока с электроприводом в закрытом положении;

на фиг.3 представлен узел А фиг.1;

на фиг.4 представлен узел Б фиг.2;

Клапан осевого потока состоит из наружного герметичного корпуса 1 с седлом 2 и внутреннего корпуса 3, жестко соединенного с корпусом 1. В корпусе 3 установлен плунжер 4 с уплотнительной поверхностью 5 и разгружающими отверстиями 6. Механизм осевого перемещения плунжера 4 состоит из рейки 7 и вал-шестерни 8. На плунжере 4 установлен сварной металлический сильфон 10 с концевыми втулками 11, 12. Концевая втулка 11 герметично соединена с плунжером 4, а втулка 12 герметично соединена с корпусом 3. С корпусом 1 соединен фонарь 13 и электропривод 14. В корпусе 1 установлен сальниковый узел 15.

Клапан осевого потока работает следующим образом.

В открытом положении клапан полостью В (см. фиг.1) воспринимает поток рабочей среды и обеспечивает осесемметричное протекание ее между внутренним корпусом 3 и наружным корпусом 1 с высокой пропускной способностью. Давление рабочей среды на входе в полости В и на выходе в полости Г одинаково. Рабочая среда, проникая в наружную полость В и внутреннюю полость Г сильфона 10 (см. фиг.3), уравновешивает по усилию стенки растянутого сильфона 10, то есть сильфон полностью разгружен от давления среды. При закрытии клапана электропривод 14 обеспечивает поворот вала-шестерни 8 относительно герметизирующего узла 15, создавая поступательное перемещение рейки 7 и плунжера 4 в направлении к седлу 2 клапана. При этом полностью разгруженный плунжер 4 сжимает сильфон 10 (см. фиг.2). Перемещение плунжера 4 происходит до жесткого упора уплотнительной поверхности 5 в седло 2, герметично отсекая полость В от полости Г. В положении клапана “закрыто” сильфон 10 (см. фиг.4) почти полностью сжат и представляет собой как бы жесткую армированную втулку. Усилия на рейке 7, созданного электроприводом, достаточно для обеспечения герметичности между уплотнительными поверхностями затвора клапана.

В случае разгерметизации полости Г или резкого падения давления во внутренней или наружной полостях сильфона 10 происходит резкий перепад давления (см. фиг.4). В наружной полости В давление остается рабочим, а во внутренней полости Г давление падает. Созданный перепад давления на сильфон дополнительно создает усилие на уплотнительной поверхности плунжера 4 и седла 2. Это усилие тем больше, чем больше перепад давления на сильфоне 10. Для выбора оптимального варианта создания усилия привода при открытии и закрытии клапана наиболее целесообразно, когда средний диаметр сильфона 10 совпадает со средним диаметром уплотнительного пояска седла 2. Возможен вариант, когда для увеличения усилия на закрытие средний диаметр сильфона выполнен больше среднего диаметра уплотнительного пояска седла 2. Усилие от перепада давления рабочей среды особенно эффективно, так как оно направлено соосно уплотнительному пояску седла 2 и не вызывает нарушения плоскостности уплотнительных поверхностей. Сильфон 10 в положении “закрыто” находится в наиболее благоприятных условиях, ибо воспринимает максимальный перепад давления, находясь практически в полностью сжатом состоянии. Герметизация вала-шестерни 8 при повороте обеспечивается сальниковым устройством 15, который имеет небольшой участок трения и тем самым имеет малый износ и повышенную надежность без дополнительной подтяжки сальника. Использование в конструкции сварного сильфона позволяет обеспечить большой ход запорного органа, высокую цикличность и необходимую прочность при высоких давлениях и температурах.

Работа клапана осевого потока аналогична и в режиме регулирования рабочей среды. Разгруженный по давлению регулирующий плунжер не требует мощного привода и практически не зависит от перепада давления на клапане. В таких условиях достигается высокая скорость срабатывания, что особенно важно для антипомпажного регулирования компрессоров.

Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность. Описанная выше конструкция значительно повысила надежность работы клапана осевого потока, работающего при высокотемпературных рабочих средах и больших давлениях.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к клапанам осевого потока, применяемых в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов с большим давлением и с высокой температурой. Клапан осевого потока состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса. Эти корпуса образуют спрямленную осесимметричную проточную часть. Во внутреннем корпусе установлены разгруженный плунжер с уплотнительной поверхностью и механизмом его осевого перемещения. На плунжере установлен сварной металлический сильфон. Один конец сильфона герметично соединен с ним. Другой конец сильфона герметично соединен с внутренним корпусом. При сжатии сильфона обеспечивается осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу против направления движения рабочей среды. Изобретение направлено на повышение надежности работы клапана. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Клапан осевого потока, состоящий из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительной поверхностью и механизмом его осевого перемещения, установленных во внутреннем корпусе, отличающийся тем, что на плунжере установлен сварной металлический сильфон, один конец которого герметично соединен с ним, а другой конец герметично соединен с внутренним корпусом, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу против направления движения рабочей среды.2. Клапан осевого потока по п.1, отличающийся тем, что средний диаметр сильфона не превышает средний диаметр уплотнительной поверхности седла клапана.