КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ Российский патент 2008 года по МПК F16K3/08 F16K31/53 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата, газа.

Известен клапан (регулирующий), содержащий корпус, установленные на общей оси подвижный и неподвижный запорные диски, в которых выполнены проходные отверстия, и привод подвижного диска, выполненный в виде подвижного резьбового штока (рейки), связанного с резьбой, выполненной на подвижном диске (см. патент RU №2160860, F16K 3/08, 31/54, 2000 г.). Недостатком конструкции является то, что при больших размерах подвижного и неподвижного дисков возникают значительные силы трения между дисками из-за большой площади поверхности трения при высоких рабочих давлениях, особенно в момент открытия, что требует привода повышенной мощности, корпус имеет сложную форму и не технологичен в стадии получения заготовки, механической обработки, неразрушающего контроля (простую форму легче контролировать).

Техническим результатом является упрощение конструкции клапана, технологии изготовления, уменьшение сил трения в затворе, мощности привода.

Технический результат достигается тем, что клапан регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные на общей оси основные подвижный и неподвижный диски с профильными окнами для прохода среды, причем подвижный диск установлен с возможностью поворота приводным элементом относительно неподвижного диска, корпус выполнен в виде основной втулки, к которой прикреплена под углом, например 90°, вспомогательная втулка, в которой размещен с возможностью вращения приводной элемент в виде вала - конической шестерни, а на боковой поверхности подвижного диска частично или полностью выполнены зубья конического зубчатого колеса, кинематически связанные с конической шестерней, причем с подвижным диском связан установленный в корпусе дополнительный неподвижный диск с окнами для прохода среды и с кольцевым выступом, ограждающим зубья конической передачи от среды, кроме того:

- основные подвижный и неподвижные диски установлены с зазором друг относительно друга в осевом направлении через подшипник качения или скольжения;

- подшипник скольжения выполнен в виде пары антифрикционных колец, одно из которых связано с основным подвижным диском, а другое - связано с основным неподвижным диском;

- подшипник качения выполнен в виде пары колец, одно из которых связано с основным подвижным диском, а другое - связано с основным неподвижным диском, между которыми расположен сепаратор с шариками, контактирующими с плоскими поверхностями колец;

- зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - протечка среды меньше допустимой;

- зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре меньше допустимой для данной среды;

- зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре меньше допустимой для материалов поверхностей основных подвижного и неподвижного дисков, образующих щель для данной среды по стойкости к эрозионному износу.

На фиг.1, 2, 3 показан главный разрез клапана в положении "открыто".

Клапан регулирующий содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, установленные на общей оси 4 основные подвижный (ПД) 5 и неподвижный (НПД) 6 диски с профильными окнами (ПО) 7, 8 для прохода среды. ПД 5 установлен с возможностью поворота приводным элементом (ПЭ) 9 относительно ППД 6. Корпус 1 выполнен в виде основной втулки, к которой прикреплена под углом, например 90°, вспомогательная втулка (ВВ) 10, в которой размещен с возможностью вращения ПЭ 9 в виде вала - конической шестерни (на конце вала ПЭ 9 заодно выполнена коническая шестерня 11). На боковой поверхности ПД 5 частично или полностью выполнены зубья конического зубчатого колеса 11, кинематически связанные с конической шестерней 12 ПЭ 9. Так как ПД 5 поворачивается на 90° для 2-х симметричных окон (60° для 3-х окон), на боковой поверхности можно нарезать зубья на секторе 100° (70°) или применить накладные зубья, прикрепив их к ПД 5.

С ПД 5 связан установленный в корпусе дополнительный неподвижный диск (ДПД) 13 с ПО 14 для прохода среды и с кольцевым выступом 15, ограждающим зубья конической передачи 11, 12 от среды. ПД 5 и НПД 6 могут быть установлены без зазора (фиг.1) и с зазором (фиг.2, 3). ПД 5 и НПД 6 установливают с зазором друг относительно друга в осевом направлении через подшипник качения (ПК) или скольжения (ПС).

ПС может быть выполнен в виде пары антифрикционных колец 16, 17, одно из которых 17 связано с выточкой 18 ПД 5, а другое 16 - связано с выточкой 19 НПД 6 (фиг.2).

ПК может быть выполнен в виде пары колец 20, 21, одно из которых установлено в выточке 19 НПД 6, а другое - в выточке 18 ПД 5, между которыми расположен сепаратор 22 с шариками 23, контактирующими с радиусными или плоскими поверхностями 24, 25 колец 20, 21.

Зазор А между ПД 5 и НПД 6 выбирают из условия - протечка среды должна быть меньше допустимой. Зазор А между ПД 5 и НПД 6 выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре должна быть меньше допустимой для данной среды, например, для некоторых сред: водород, кислород есть ограничение на рабочие скорости потоков. которые учитывают при проектировании. Зазор А между ПД 5 и НПД 6 выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре должна быть меньше допустимой для материалов поверхностей ПД 5 и НПД 6, образующих щель, для данной среды по стойкости к эрозионному износу. Есть научные данные по эрозионной стойкости материалов для различных сред, в которых имеется зависимость интенсивности эрозионного износа от вида среды, скорости потока, температуры. При определенных скоростях потока начинается интенсивный или катастрофический характер износа, что недопустимо.

Работа клапана регулирующего.

Рабочую среду подают через входной патрубок 2, далее среда проходит через ПО 14 ДПД 13 к ПО 8, 7 ПД 5, НПД 6, далее - к выходному патрубку 3. Вращением ПЭ 9 приводят во вращение с помощью конической передачи 11, 12 ПД 5. При взаимном движении ПО 7, 8 открываются или закрываются для прохода потока среды. В положении закрыто на ПД 5 действует наибольший перепад давления рабочей среды, силы трения между рабочими поверхностями трения ПД 5 и НПД 6 самые большие.

Выполнение корпуса 1 в виде основной втулки, к которой прикреплена под углом, например 90°, вспомогательная втулка (ВВ) 10, в которой размещен с возможностью вращения ПЭ 9 в виде вала - конической шестерни, значительно упрощает конструкцию клапана в целом. Простые детали: корпус 1, ВВ 10 облегчают, удешевляют технологию их изготовления, контроля, что очень важно при изготовлении ответственных изделий для АЭС. Введенный ДПД 13 с ПО 14 для прохода среды и с кольцевым выступом 15, служит для поддержки оси 4, которая связана с центральным отверстием ДПД 13, а также ограждает кольцевым выступом 15 зубья конической передачи 11, 12 от среды, которая может содержать абразивные частицы, попадание которых между зубьями колеса 11 и шестерни 12 конической передачи нежелательно, т.к. приведет к заклиниванию или износу зубьев.

Установка ПД 5 и НПД 6 без зазора (фиг.1) оправдана при малых Ду и малых перепадах давления на ПД 5, в противном случае возрастают силы трения между ПД 5 и НПД 6, что приводит к увеличению мощности привода и износу поверхностей трения, кроме того, уменьшается угол основного конуса шестерни 12 и значительно возрастает радиальное усилие со стороны шестерни 12 на зубья колеса 11, это еще более увеличивает силы трения. Установка с зазором друг относительно друга в осевом направлении через ПК или ПС позволяет значительно снизить силы трения за счет применения антифрикционных материалов (колец 16, 17) ПС с низким коэффициентом трения и замены трения скольжения на трение качения в ПК, это позволяет уменьшить мощность и габариты привода. Использование антифрикционных материалов при создании ПД 5 и НПД 6 или их поверхностей трения часто невозможно по причине того, что антифрикционные материалы не обладают достаточной эрозионной стойкостью в потоке среды.

Выполнение ПК в виде пары колец 20, 21, одно из которых установлено в выточке 19 НПД 6, а другое - в выточке 18 ПД 5, между которыми расположен сепаратор 22 с шариками 23, контактирующими с плоскими поверхностями 24, 25 колец 20, 21, очень простое по конструкции и технологии изготовления. Отсутствие радиусной канавки на поверхностях 24, 25 снижает требование по точности изготовления сопрягаемых деталей, обеспечивает свободную (само)установку шариков 23. Это упрощает конструкцию клапана и технологию изготовления.

Зазор А между ПД 5 и НПД 6 выбирают минимальным из условия - протечка среды должна быть меньше допустимой. Клапан регулирующий не должен обладать запорной функцией, и для него обычно регламентируется допустимый уровень протечки, который существенно не влияет на его работоспособность.

Данная конструкция клапана упрощает конструкцию корпуса, клапана, технологию изготовления клапана в целом и позволяет снизить мощность привода.

Клапан может быть использован в энергетическом, химическом, нефтяном, газовом машиностроении.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата. Клапан регулирующий содержит корпус с входным и выходным патрубками, установленные на общей оси основные подвижный и неподвижный диски с профильными окнами для прохода среды. Подвижный диск установлен с возможностью поворота приводным элементом относительно неподвижного диска. Корпус выполнен в виде основной втулки. К последней прикреплена под углом, например 90°, вспомогательная втулка. В этой втулке размещен с возможностью вращения приводной элемент в виде вала с конической шестерней. На боковой поверхности подвижного диска частично или полностью выполнены зубья конического зубчатого колеса, кинематически связанные с конической шестерней. С подвижным диском связан установленный в корпусе дополнительный неподвижный диск с окнами для прохода среды и с кольцевым выступом. Последний ограждает зубья конической передачи от среды. Изобретение направлено на упрощение конструкции клапана и технологии его изготовления, на уменьшение сил трения в затворе и мощности привода клапана. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленные на общей оси основные подвижный и неподвижный диски с профильными окнами для прохода среды, причем подвижный диск установлен с возможностью поворота приводным элементом относительно неподвижного диска, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде основной втулки, к которой прикреплена под углом, например 90°, вспомогательная втулка, в которой размещен с возможностью вращения приводной элемент в виде вала - конической шестерни, а на боковой поверхности подвижного диска частично или полностью выполнены зубья конического зубчатого колеса, кинематически связанные с конической шестерней, причем с подвижным диском связан установленный в корпусе дополнительный неподвижный диск с окнами для прохода среды и с кольцевым выступом, ограждающим зубья конической передачи от среды.2. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что основные подвижный и неподвижные диски установлены с зазором друг относительно друга в осевом направлении через подшипник качения или скольжения.3. Клапан регулирующий по п.2, отличающийся тем, что подшипник скольжения выполнен в виде пары антифрикционных колец, одно из которых связано с основным подвижным диском, а другое связано с основным неподвижным диском.4. Клапан регулирующий по п.2, отличающийся тем, что подшипник качения выполнен в виде пары колец, одно из которых связано с основным подвижным диском, а другое связано с основным неподвижным диском, между которыми расположен сепаратор с шариками, контактирующими с плоскими поверхностями колец.5. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - протечка среды меньше допустимой.6. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре меньше допустимой для данной среды.7. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что зазор между основными подвижным и неподвижным дисками выбирают из условия - скорость потока среды в зазоре меньше допустимой для материалов поверхностей основных подвижного и неподвижного дисков, образующих щель для данной среды по стойкости к эрозионному износу.