КЛАПАН Российский патент 2006 года по МПК F16K39/04 F16K3/08 F16K1/44 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к конструкции поворотного разгруженного клапана с несколькими седлами, и может быть использовано в качестве запорно-дроссельных регуляторов на тепловых электростанциях ТЭС, ТЭЦ и ГРЭС для регулирования подачи воды в пусковых и переходных режимах.

Известен клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленное в нем седло (см. SU 368437 A, F 16 К 1/54, опубл. 26.01.1973).

Недостатком известной конструкции является то, что она не позволяет в достаточной степени дросселировать поток рабочей среды.

Известен также клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, сообщенными с полостью, в которой расположен узел регулирования подачи рабочей среды с возможностью сообщения входного канала с выходным. Упоимянутый узел представляет собой установленный в корпусе двухступенчатый золотник, на торце седла которого выполнена уплотнительная поверхность первой запорной ступени золотника, причем в проходном отверстии седла выполнена цилиндрическая уплотнительная поверхность второй дроссельной ступени золотника, при этом запорная ступень золотника соединена с приводным штоком, свободный торец этой ступени снабжен цилиндрическим хвостовиком, по образующей которого выполнены перепускные пазы и диаметр которого равен диаметру проходного отверстия седла, а в выходном патрубке установлено дроссельное устройство (DE 3744424 А1, F 16 К 47/08, опубл. 13.07.1989).

Недостатком известного клапана является сложность конструкции, недостаточная надежность и долговечность работы, а также невысокая ремонтопригодность.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является упрощение конструкции клапана при одновременном повышении качества запирания клапана, его надежности и увеличении срока эксплуатации, не снижая при этом точности дросселирования рабочей среды. Другой задачей является обеспечение ремонтопригодности и улучшение условий эксплуатации, а также уменьшение массогабаритных характеристик.

Технический результат заключается в выполнении запорно-дроссельного устройства в виде простых по конструкции, но надежных в работе конструктивных элементов клапана - золотников, непосредственно связанных между собой тягой, располагаемой внутри корпусной детали на выходе рабочей среды, а также в выполнении седел с различными проходными сечениями, позволяющими перераспределять нагрузки на детали клапана в процессе изменения расхода рабочей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапане, содержащем корпус с входным и выходным каналами, сообщенными с полостью, в которой расположен узел регулирования подачи рабочей среды с возможностью сообщения входного канала с выходным, узел регулирования подачи рабочей среды представляет собой корпусную деталь с двумя входными отверстиями и одним выходным отверстием, сообщенным с выходным каналом, во входных отверстиях корпусной детали установлены седла, ориентированные рабочими поверхностями в одну сторону, два золотника - первый и второй, выполненные с полостью, открытой в сторону седла и сообщенной с полостью корпусной детали, и установленные с возможностью взаимодействия с седлами и кинематически связанные между собой, первый золотник связан с органом управления и расположен снаружи корпусной детали, а второй золотник размещен внутри корпусной детали, при этом площадь поперечного сечения полости первого золотника больше площади поперечного сечения полости второго золотника.

Возможны и другие варианты выполнения клапана, в соответствии с которыми необходимо, чтобы:

- входные отверстия корпусной детали были расположены соосно, а золотники были соединены тягой;

- седла были выполнены с фигурными отверстиями,

- первый золотник был связан с органом управления посредством электрического привода;

- полости золотников были сообщены с выходным каналом.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, определяемого применением простых по конструкции, но надежных в работе конструктивных элементов клапана - золотников, седел, корпусной детали, тяги и т.п., их взаимным расположением в узле, а именно наличием жесткой связи между золотниками, один из которых расположен к полости корпуса клапана, а второй - внутри корпусной детали на выходе рабочей среды, а также выполнением золотников с полостями для создания разрежения, имеющими различные площади поперечных сечений, позволяющие перераспределять контактные напряжения между деталями узла регулирования рабочей среды в процессе изменения расхода рабочей среды.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 изображен продольный разрез клапана,

на фиг.2 - варианты выполнения узла регулирования в режиме "открыто",

на фиг.3 - сечение узла регулирования в режиме "закрыто", которое расположено в плоскости, не проходящей через отверстие 10 седла 8.

Клапан (фиг.1, 2, 3) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, сообщенными между собой посредством узла регулирования рабочей среды, который расположен в полости 4 корпуса 1. Узел регулирования подачи рабочей среды представляет собой корпусную деталь 5, например, в виде гильзы с двумя входными отверстиями и одним выходным отверстием 6 с возможностью сообщения входного канала 2 с выходным каналом 3. Во входных отверстиях корпусной детали 5 установлены седла 7 и 8, ориентированные своими рабочими поверхностями в одну сторону и выполненные с фигурными отверстиями 9 и 10. Узел регулирования рабочей среды имеет два золотника - первый 11 и второй 12, выполненные каждый с полостью 13 и 14 соответственно, открытыми в сторону седел 7 и 8.

Золотники 11, 12 кинематически связаны между собой, в частности, при помощи тяги 15 и установлены в корпусной детали 5 с возможностью взаимодействия с седлами 7 и 8. Первый золотник 11 связан с органом управления 16 посредством штока 17 и расположен снаружи корпусной детали 5 в полости корпуса 1, а второй золотник 12 размещен внутри корпусной детали 5, т.е. на первый золотник 11 действует давление рабочей среды входящего потока сверху, а на второй золотник 12 - давление рабочей среды входящего потока снизу.

Орган управления 16, кинематически связанный с золотниками 11 и 12, обеспечивает поворот золотников 11 и 12 относительно продольной оси и регулирование подачи рабочей среды путем изменения проходного сечения седел 7 и 8.

С целью обеспечения изменения контактных напряжений в системе "седло-золотник" (фиг.2) площадь поперечного сечения полости 13 первого золотника 11 выполнена больше, чем площадь поперечного сечения полости 14 второго золотника 12. Такое решение позволило за счет противоположно направленных векторов давлений рабочей среды на золотники 11 и 12 и разности сечений разгрузить их, т.е. уменьшить контактные напряжения между седлом и золотником, что особенно важно в режиме дросселирования рабочей среды, а именно при небольших величинах проходных сечений в узле регулирования рабочей среды.

На фиг.1 представлен вариант, согласно которому входные отверстия корпусной детали 5 расположены соосно, а золотники 11 и 12 соединены тягой 15. Возможно и несоосное расположение упомянутых отверстий, при этом главное обеспечить условие ориентации седел в одном направлении.

С целью расширения диапазона регулирования целесообразно седла 7 и 8 выполнять с фигурными отверстиями 9 и 10, а также съемными, т.е. быстро заменяемыми, задавая тем самым различные зависимости изменения расхода рабочей среды.

Согласно изобретению конструкция клапана позволяет также обеспечить гашение энергии рабочей среды на выходе из клапана, находящейся, в частности, под высоким давлением в пределах 9,8 МПа и температурой порядка 150°С, и выравнивать поток рабочей среды на выходе.

Устройство функционирует следующим образом.

При повороте органа управления 16 (фиг.1) в диапазоне от 0° до 90° посредством, например, электрического привода 18 происходит поворот двух золотников 11 и 12, соответственно на фиг.1 верхнего и нижнего, и открытие профильных отверстий 9 и 10 соответственно в верхнем седле 7 и нижнем седле 8.

Регулирование осуществляется за счет изменений площадей проходных сечений отверстий 9 и 10 в седлах 7 и 8.

На первом этапе - когда отверстия 9, 10 перекрыты золотниками 11 и 12, контактные напряжения и плотность затворов в системах "седло-золотник" одинаковые, поскольку детали клапана находятся под действием сил давления рабочей среды на входе в клапан. При этом плотность затвора в закрытом состоянии (фиг.3) увеличена за счет сообщения полостей 13 и 14 с внутренним пространством корпусной детали 5, сообщенным каналами 19 с выходным каналом 3 с возможностью создания разрежения.

На начальном этапе открытия отверстий 9 и 10 рабочая среда, попадая в полости 13 и 14, оказывает давление на золотники 11 и 12 в сторону "отжатая" их от рабочей поверхности седел 7 и 8, при этом величина этих сил определяется разностью площадей поперечных сечений полостей 13 и 14, а поскольку золотники 11, 12 жестко соединены между собой тягой 15, разгрузка происходить в обеих системах "седло-золотник".

Такое решение позволяет, используя относительно простые по конструкции детали клапана - седло, золотник, гильза, тяга и др., уменьшить контактные напряжения между седлом и золотником, что особенно важно в режиме дросселирования рабочей среды.

Необходимое давление на поверхностях контактирования золотников с седлами обеспечивается соответствующей разностью площадей поперечных сечений полостей 13 и 14 и определяется эксплуатационными условиями функционирования клапана, давлением рабочей среды, ее агрессивностью, температурой, материалом и т.п. Кроме этого, количественное значение разности площадей этих сечений определяется из условия плотности затвора и допустимых, например, по материалу контактных напряжений.

Изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость", поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к конструкции поворотного разгруженного клапана с несколькими седлами, и предназначено для использования в качестве запорно-дроссельных регуляторов на тепловых электростанциях ТЭС, ТЭЦ и ГРЭС для регулирования подачи воды в пусковых и переходных режимах. Клапан содержит корпус с входным и выходным каналами, сообщенными с полостью, в которой расположен узел регулирования подачи рабочей среды с возможностью сообщения входного канала с выходным. Узел регулирования подачи рабочей среды представляет собой корпусную деталь с двумя входными отверстиями и одним выходным отверстием, сообщенным с выходным каналом. Во входных отверстиях корпусной детали установлены седла. Рабочие поверхности седел ориентированы в одну сторону. Имеются два золотника - первый и второй. Они выполнены с полостью, открытой в сторону седла, установлены с возможностью взаимодействия с седлами и кинематически связаны между собой. Первый золотник связан с органом управления и расположен снаружи корпусной детали. Второй золотник размещен внутри корпусной детали. Площадь поперечного сечения полости первого золотника больше площади поперечного сечения полости второго золотника. Изобретение направлено на упрощение конструкции клапана при одновременном повышении герметичности клапана, его надежности и увеличении срока эксплуатации, не снижая при этом точности дросселирования рабочей среды. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, сообщенными с полостью, в которой расположен узел регулирования подачи рабочей среды с возможностью сообщения входного канала с выходным, отличающийся тем, что узел регулирования подачи рабочей среды представляет собой корпусную деталь с двумя входными отверстиями и одним выходным отверстием, сообщенным с выходным каналом, во входных отверстиях корпусной детали установлены седла, ориентированные рабочими поверхностями в одну сторону, два золотника - первый и второй, выполненные с полостью, открытой в сторону седла, и установленные с возможностью взаимодействия с седлами и кинематически связанные между собой, первый золотник связан с органом управления и расположен снаружи корпусной детали, а второй золотник размещен внутри корпусной детали, при этом площадь поперечного сечения полости первого золотника больше площади поперечного сечения полости второго золотника.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что входные отверстия корпусной детали расположены соосно, а золотники соединены тягой.3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что седла выполнены с фигурными отверстиями.4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что первый золотник связан с органом управления посредством электрического привода.5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что полости золотников сообщены с выходным каналом.