РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДВУХДИСКОВЫЙ КЛАПАН С РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2006 года по МПК F16K39/04 F16K25/00 F16K11/72 

Изобретение относится к регулирующей трубопроводной арматуре, а именно к устройствам, регулирующим расход и перекрытие потока жидкой или газообразной среды, находящейся как при низком, так и при высоком давлении, и может быть использовано в системах тепловодоснабжения, например в клапанах дискового типа на трубопроводах тепловых электростанций.

Известен разгруженный дисковый клапан, содержащий корпус с седлом, шпиндель, соединенный с плоским поворотным 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 (патент RU, №2079028 С1, кл. F 16 K 39/04, оп. 10.05.97 г.).

Недостатком известного дискового 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, увеличению одновременно размеров шпинделя и регулирующего элемента, а следовательно, размеров и массы клапана.

Кроме того, выполнение окон в седле по нормали к поверхности седла и плоского регулирующего элемента приводит к образованию прямолинейного потока рабочей среды в виде параллельных струй, выходящих под давлением из напорной части трубопровода, соударяющихся с силой с противоположной поверхностью сливной полости, что приводит к образованию на ней эрозии, а следовательно, и к износу данной поверхности.

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 соединенным со шпинделем, проходящим через крышку, закрепленную на корпусе, цилиндр, в котором установлен поршень, неразъемно соединенный с золотником и образующий с последним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с центральным каналом седла (патент RU, №2099623 С1, кл. F 16 K 39/04, оп. 20.12.97 г.).

Однако пропускная способность клапана ограничена максимально возможной площадью окон в седле, которая составляет менее 50% площади поверхности седла. Кроме того, в данном клапане имеет место значительный эрозионный износ проточной части корпуса в области выходного патрубка за счет выполнения окон в седле по нормали к поверхности седла и плоского регулирующего элемента. В результате чего образуется прямолинейный поток рабочей среды в виде параллельных струй, выходящих под давлением в сливную полость трубопровода и соударяющихся с силой с противоположной поверхностью сливной полости, что приводит к появлению на ней эрозии и износу данной поверхности.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение пропускной способности клапана и снижение эрозионного износа выходного патрубка корпуса за счет снабжения клапана дополнительным седлом с золотником.

Для достижения указанного технического результата в регулирующем двухдисковом клапане с разгрузочным устройством, содержащим установленные в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом в нем, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами и соединенным со шпинделем, проходящим через крышку, закрепленную на корпусе, цилиндр, в котором установлен поршень, разгрузочную камеру, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с центральным каналом седла, согласно изобретению, клапан дополнительно снабжен аналогичными неподвижным седлом и золотником, установленными симметрично первому седлу и золотнику относительно оси патрубков, при этом золотники соединены между собой с возможностью одновременного их поворота и возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством штоков, проходящих через центральные каналы неподвижных седел, разгрузочная камера, расположена между неподвижными седлами и образована цилиндром и поршнем, размещенными на концах штоков, и сообщена с напорной полостью клапана посредством продольного канала, выполненного в штоке одного из золотников.

Кроме того, между цилиндром и поршнем может быть расположен элемент для предварительного поджатия золотников к седлам.

Снабжение клапана дополнительно аналогичными неподвижным седлом с золотником, установленными симметрично первому седлу относительно оси патрубков, дает возможность обеспечить прохождение рабочей среды одновременно с двух сторон относительно седел клапана, что увеличивает пропускную способность клапана практически вдвое, без увеличения его габаритов.

Потоки рабочей среды, проходящие через окна седел, расположенных симметрично относительно оси патрубков клапана, в сливной полости направлены навстречу друг другу, в результате чего смешивание потоков рабочей среды происходит до того, как они достигнут внутренней поверхности сливной полости. В месте встречи потоки среды раздробляются на более мелкие, хаотично ориентированные потоки, и при достижении внутренней поверхности сливной полости напор среды ослабевает, в результате чего сила удара потока среды о внутреннюю поверхность сливной полости уменьшается, что снижает эрозионный износ данной поверхности.

Соединение золотников между собой с возможностью одновременного их поворота с помощью штоков и возможностью осевого их перемещения относительно друг друга обеспечивает прижатие золотников к седлам с заданным усилием, то есть обеспечивает расчетную разгрузку золотников и процесс регулирования расхода среды одновременно двумя золотниками с двух сторон, что способствует увеличению пропускной способности клапана.

Расположение разгрузочной камеры, образованной цилиндром и установленным в нем поршнем, размещенными на концах штоков, а также расположение камеры между неподвижными седлами и сообщение ее с напорной полостью клапана посредством продольного канала, выполненного в штоке одного из золотников, обеспечивает разгрузку золотников за счет разности площадей поверхностей золотников и поверхности поршня при одинаковой величине давления на эти поверхности и перепада давления между напорной и сливной полостями.

Кроме того, размещение между цилиндром и поршнем элемента, обеспечивающего возможность их взаимодействия друг с другом и предварительное поджатие золотников к седлам при отсутствии давления среды в корпусе клапана, повышает надежность работы клапана и, следовательно, обеспечивает его пропускную способность.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен описываемый регулирующий клапан, продольный разрез;

на фиг.2 - вид А на фиг.1, клапан в закрытом положении, при котором окна седел перекрыты золотниками;

на фиг.3 - вид А на фиг.1, клапан в открытом положении, при котором вырезы золотников совмещены с окнами седел.

Регулирующий двухдисковый клапан с разгрузочным устройством содержит корпус 1 (см. фиг.1), снабженный патрубками напорной 2 и сливной 3 полостей. В корпусе 1 симметрично относительно оси патрубков клапана установлены два неподвижных седла 4 и 5, на каждом из которых размещен поворотный дисковый золотник 6 и 7 с вырезами соответственно (см. фиг.2). Седла 4 и 5 снабжены пропускными профилированными периферийными окнами 8 (см. фиг.3) для прохождения регулируемой среды и центральным каналом 9. Окна 8 седел 4 и 5 и вырезы на золотниках 6 и 7 при их совмещении сообщают напорную 2 и сливную 3 полости корпуса 1. Золотники 6 и 7 соединены между собой с возможностью одновременного их поворота и возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством штоков 10 и 11 соответственно. Штоки 10 и 11 проходят через центральные каналы 9 неподвижных седел 4 и 5. На концах штоков 10 и 11 между неподвижными седлами 4 и 5 размещена разгрузочная камера, образованная цилиндром 12 и установленным в нем поршнем 13. Поршень 13 соединен с цилиндром 12, например, при помощи торцовых зубьев, что обеспечивает синхронность поворота золотников 6 и 7. Между цилиндром 12 и поршнем 13 расположен элемент, например, пружина 14, обеспечивающая возможность их взаимодействия друг с другом и предварительное поджатие золотников 6 и 7 к седлам 4 и 5. Разгрузочная камера сообщена с напорной полостью 2 клапана посредством продольного канала 15, выполненного в одном из штоков, например в штоке 11 золотника 7. Золотник 6 соединен посредством муфты 16 со шпинделем 17, проходящим через центральное отверстие крышки 18, установленной на корпусе 1. Шпиндель 17 служит для передачи крутящего момента от привода (не показан) к золотнику 6 в процессе регулирования. Площадь поперечного сечения поршня 13 для обеспечения усилия разгрузки выбирается из расчета, чтобы усилие разгрузки, создаваемое разностью давления среды между полостями 2 и 3 клапана, не превышало усилия прижатия золотников 6 и 7 к седлам 4 и 5 соответственно. Между каждой поверхностью седла 4 и 5 и золотника 6 и 7 образована промежуточная камера 19 и 20 соответственно. Каналы 9 седел 4 и 5 соединяют промежуточные камеры 19 и 20 со сливной полостью 3.

Клапан работает следующим образом:

В положении «закрыто» (см. фиг.2) окна 8 седел 4 и 5 перекрыты золотниками 6 и 7. Золотники прижаты к седлам давлением Р₁ рабочей среды полости 2. Давление рабочей среды в промежуточных камерах 19 и 20 равно давлению Р₂ в сливной полости 3. Давление рабочей среды в полости цилиндра 12 равно давлению в напорной полости 2. Рабочая среда не поступает в сливную полость. Клапан закрыт. Разность давлений (P₁-Р₂) в напорной полости 2 и сливной полости 3, умноженная на разность активных площадей золотников 6 и 7 и площади поршня 13, создает силу, прижимающую золотники 6 и 7 к седлам 4 и 5 и обеспечивает разгрузку золотников.

Для приведения клапана в положение «открыто» привод вращает шпиндель 17 и соединенный неразъемно с ним посредством муфты 16 золотник 6. Одновременно с золотником 6 за счет жесткого соединения его через штоки 10, 11, цилиндр 12 поршень 13 поворачивается и золотник 7. Когда вырезы золотников 6 и 7 совместятся с окнами 8 седел 4 и 5 (см. фиг.3), образуется сквозной проход, напорная полость 2 соединится со сливной полостью 3. Рабочая среда под давлением Р₁ из напорной полости 2 корпуса 1 поступает через каналы, образующиеся при совпадении окон 8 в седлах 4 и 5 и вырезов золотников 6 и 7, в сливную полость 3. Вращением шпинделя 17 изменяют угол поворота золотников 6 и 7, которые, вращаясь, постепенно открывают окна 8 седел 4. Таким образом, изменяется и площадь сечения этих каналов, чем обеспечивается регулирование расхода рабочей среды. Полное открытие клапана достигается при полном совмещении окон 8 с вырезами золотников 6 и 7. Поворотом золотников регулируют площадь проходного сечения перекрываемых окон.

Для закрытия клапана перекрытие окон 8 седел 4 и 5 происходит в обратной последовательности. Вращением шпинделя 17 поворачивают золотники 6 и 7 таким образом, чтобы они расположились над окнами 8 седел 4 и 5 и полностью перекрыли их. При этом давление рабочей среды в полости цилиндра 12 станет равным давлению в напорной полости 2. Рабочая среда не поступает в сливную полость. Клапан закрыт.

При отсутствии давления среды в корпусе 1 клапана золотники 6 и 7 прижаты к седлам 4 и 5 посредством пружины 14.

Таким образом, благодаря наличию дополнительного седла с золотником жесткое соединение последних между собой и расположение разгрузочной камеры между неподвижными седлами позволяет увеличить в два раза пропускную способность клапана, не увеличивая его габаритных размеров, что значительно улучшает эксплуатационные возможности клапана, повышает его надежность и длительную работоспособность в целом за счет уменьшения эрозионного износа поверхности сливной полости клапана.

Регулирующий двухдисковый клапан с разгрузочным устройством предназначен для использования в регулирующей трубопроводной арматуре. Клапан содержит установленные в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом в нем и золотник. Клапан дополнительно снабжен аналогичными неподвижным седлом и золотником. Последние установлены симметрично первому седлу и золотнику относительно оси патрубков. Золотники соединены между собой с возможностью одновременного их поворота и возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством штоков. Последние проходят через центральные каналы неподвижных седел. Разгрузочная камера расположена между неподвижными седлами и образована цилиндром и поршнем. Последние размещены на концах штоков. Разгрузочная камера сообщена с напорной полостью клапана посредством продольного канала. Последний выполнен в штоке одного из золотников. Между цилиндром и поршнем расположен элемент для предварительного поджатия золотников к седлам. Обеспечивается увеличение пропускной способности клапана. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулирующий двухдисковый клапан с разгрузочным устройством, содержащий установленные в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом в нем, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами и соединенным со шпинделем, проходящим через крышку, закрепленную на корпусе, цилиндр, в котором установлен поршень, разгрузочную камеру, секторные пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с центральным каналом седла, отличающийся тем, что клапан дополнительно снабжен аналогичными неподвижным седлом и золотником, установленными симметрично первому седлу и золотнику относительно оси патрубков, при этом золотники соединены между собой с возможностью одновременного их поворота и возможностью осевого перемещения относительно друг друга посредством штоков, проходящих через центральные каналы неподвижных седел, разгрузочная камера расположена между неподвижными седлами и образована цилиндром и поршнем, размещенными на концах штоков, и сообщена с напорной полостью клапана посредством продольного канала, выполненного в штоке одного из золотников.2. Регулирующий двухдисковый клапан с разгрузочным устройством по п.1, отличающийся тем, что между цилиндром и поршнем расположен элемент для предварительного поджатия золотников к седлам.