РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F16K7/07 F16K1/12 

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано в металлургической, химической, нефтехимической, автоматических системах пожаротушения и других отраслях промышленности, в пожарном оборудовании, транспортирующим пену, воду и в быту.

Заявляется четыре варианта исполнения регулирующих клапанов. Известны регулирующие клапаны, предназначенные для изменения расхода среды, проходящей через обслуживающий участок трубопровода.

Известны технические решения регулирующих клапанов по классу МПК F16K 7/07 по патентам ЕР 29396, ЕР 50926, ЕР 71432; ЕР 175028, ЕР 160030, ЕР 175028, ЕР 253064, ЕР 336645, ЕР 341340, ЕР 415311, ЕР 436241, ЕР 479036, ЕР 544708, ЕР 690254, ЕР 937926, ЕР 1035360.

Известны клапаны по патентам Великобритании по классу МПК F16K 7/07, например, GB 2083891, GB 2076504, GB 2080497, GB 2140895, GB 2335728.

Известны шланговые регулирующие клапаны из литературы, например: Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С.И. Косых. Л.: Машиностроение, 1982 г., стр.97, рис.5. 16.

Наиболее близким техническим решением по первому варианту регулирующего клапана является техническое решение по патенту ЕР 415311, МПК F04B 11/00, F04B 37/14, F04B 37/16, публ. 06.03.1991, фиг. 1, на которой изображен клапан, который содержит корпус с входным и выходным отверстиями, полый эластичный рабочий орган и катушку, совместно закрепленные соосно внутри корпуса, при этом катушка имеет стержень, выпуклый в сторону полого эластичного рабочего органа, а наружная поверхность полого эластичного рабочего органа и внутренняя поверхность корпуса образуют регулирующую полость, соединенную с управляющим устройством через отверстие в корпусе. Недостатком данного клапана является то, что для регулировки клапана требуется командная среда с повышенным давлением относительно рабочей среды и, как следствие, необходим источник ее подачи, что значительно усложняет ее конструкцию и уменьшает ее надежность.

Наиболее близким техническим решением по второму варианту регулирующего клапана является техническое решение по патенту GB 643991 А, 04.10.1950, фиг. 1, на котором изображен клапан, который имеет корпус с входным и выходным отверстиями и составную катушку, размещенные соосно, катушка имеет стержень, на котором закреплен полый эластичный рабочий орган 6, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, в которую подается командная среда и сообщающуюся через канал с управляющим устройством.

Недостатком данного клапана является то, что данная конструкция сложна в изготовлении и имеет относительно невысокую надежность.

Наиболее близким техническим решением по третьему варианту регулирующего клапана является техническое решение по патенту GB 643991 А, 04.10.1950, фиг. 4, на котором изображен клапан, который имеет корпус с входным и выходным отверстиями, составную катушку, закрепленные соосно, составная катушка имеет стержень, на котором закреплен первый полый эластичный рабочий орган, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, второй полый эластичный рабочий орган, закрепленный на корпусе, внешняя поверхность которого с внутренней поверхностью корпуса образуют регулирующую полость, при этом регулирующие полости соединены между собой, и регулирующее устройство.

Недостатком данного клапана является то, что данная конструкция сложна в изготовлении и имеет относительно невысокую надежность и долговечность.

Наиболее близким техническим решением по четвертому варианту регулирующего клапана является техническое решение по книге: Трубопроводная арматура с автоматическим управлением. Справочник. Под общей редакцией С.И. Косых. Л.: Машиностроение, 1982 г., стр.97, рис.5. 16, на котором изображен клапан, который имеет корпус с входным и выходным отверстиями и закрепленный соосно в нем полый эластичный рабочий орган, вдоль которого проходит рабочая среда, пережимное устройство, введенное через щель в корпусе.

Недостатком данного клапана является то, что данная конструкция сложна в изготовлении и имеет относительно невысокую надежность и долговечность.

Таким образом, недостатками приведенных наиболее близких аналогов (прототипов) являются:

- большая элементная база конструкции сложна в изготовлении, что приводит к дополнительным затратам как при его изготовлении, так и в процессе эксплуатации;

- малый срок службы эластичного рабочего органа, который подвергается большой деформации;

- невозможность ручного управления при больших диаметрах и давлении рабочей среды;

- невысокая долговечность и надежность;

- относительно небольшое проходное сечение полностью открытого клапана.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение арсенала технических средств регулировочных клапанов, упрощение их конструкции за счет сокращения количества элементов, уменьшение энергетических и аппаратурных затрат при использовании в производстве и эксплуатации, повышение надежности, увеличение проходного сечения клапана при тех же габаритах клапана.

Технический результат от использования изобретения заключается в создании упрощенной конструкции с повышенной надежностью.

Этот технический результат достигается за счет того, что в первом варианте регулирующий клапан содержит корпус с входным и выходным отверстиями, полый эластичный рабочий орган и катушку, совместно закрепленные соосно внутри корпуса, при этом катушка имеет стержень, выпуклый в сторону полого эластичного рабочего органа, а наружная поверхность полого эластичного рабочего органа и внутренняя поверхность корпуса образуют регулирующую полость, соединенную с управляющим устройством через отверстие в корпусе, согласно изобретению полый эластичный рабочий орган армирован гибкими жесткими нитями и выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня катушки, и касающийся его в свободном нерабочем состоянии, а управляющее устройство выполнено в виде трехходового переключающего крана, который через введенные трубки соединен с входным и выходным отверстиями корпуса и при первом положении соединяет регулирующую полость с входным отверстием корпуса, при втором положении соединяет регулирующую полость с выходным отверстием корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие в корпусе.

Во втором варианте регулирующий клапан содержит корпус с входным и выходным отверстиями и составную катушку, размещенные соосно, катушка имеет стержень, на котором закреплен полый эластичный рабочий орган, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, в которую подается командная среда и сообщающуюся через канал с управляющим устройством, согласно изобретению закрепление полого эластичного рабочего органа осуществлено на стержне, при этом полый эластичный рабочий орган армирован жесткими гибкими нитями и выполнен как тело вращения с выпуклой образующей в сторону внутренней поверхности корпуса и касающийся его поверхности в свободном нерабочем состоянии, а стержень выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону оси вращения. Регулирующее устройство может быть выполнено в виде трехходового переключающего крана, который при первом положении соединяет регулирующую полость с командной средой, при втором положении соединяет регулирующую полость с атмосферой или выходным отверстием корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие в корпусе.

Регулирующее устройство может быть выполнено в виде нормально закрытых клапанов, первый из которых соединен с регулирующей полостью и входным отверстием корпуса, а второй - соединен с регулирующей полостью и с выходным отверстием корпуса.

В третьем варианте регулирующий клапан содержит корпус с входным и выходным отверстиями, составную катушку, закрепленные соосно, составная катушка имеет стержень, на котором закреплен первый полый эластичный рабочий орган, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, второй полый эластичный рабочий орган, закрепленный на корпусе, внешняя поверхность которого с внутренней поверхностью корпуса образуют регулирующую полость, при этом регулирующие полости соединены между собой, и регулирующее устройство, согласно изобретению закрепление первого полого эластичного рабочего органа осуществлено на стержне, а внешняя поверхность стержня между этими закреплениями выполнена вогнутой, при этом полые эластичные рабочие органы армированы жесткими гибкими нитями и в свободном нерабочем состоянии касаются друг друга, причем первый полый эластичный рабочий орган выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону внутренней поверхности корпуса, а второй полый эластичный рабочий орган выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня, причем соединение регулирующих полостей осуществлено введенной трубкой, которая в свою очередь соединена с входом регулирующего устройства, представляющего собой регулирующий вентиль, который через введенную другую трубку своим выходом соединен с выходным отверстием корпуса, а в стержне выполнен канал, соединяющий входное отверстие корпуса с регулирующей полостью первого полого эластичного рабочего органа.

В четвертом варианте регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и закрепленный соосно в нем полый эластичный рабочий орган, вдоль которого проходит рабочая среда, пережимное устройство, введенное через щель в корпусе, согласно изобретению клапан снабжен стержнем, установленным соосно внутренней поверхности корпуса и закрепленным на нем, при этом стержень и полый эластичный рабочий орган выполнены как тела вращения с образующей в виде отрезка прямой или образующей выпуклой или вогнутой, а пережимное устройство выполнено в виде хомута или петли из гибкой нити, охватывающей вокруг полый эластичный рабочий орган.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено продольное сечение регулирующего клапана по первому варианту;

на фиг. 2 - продольное сечение регулирующего клапана по второму варианту;

на фиг. 3 - продольное сечение регулирующего клапана по третьему варианту;

на фиг. 4 - продольное сечение регулирующего клапана по четвертому варианту с петлей и сечение А-А фиг. 4;

на фиг. 5 - продольное сечение регулирующего клапана по четвертому варианту с хомутом и сечение А-А фиг. 5.

Клапаны фиг. 1, 2, 3 изображены в положении в свободном нерабочем состоянии, когда они не заполнены рабочей и командной средой. Вариант устройства с применением хомута или петли по четвертому варианту показан в закрытом состоянии.

Регулирующий клапан по первому варианту фиг. 1 содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, полый эластичный рабочий орган 4 и катушку 5, совместно закрепленные соосно внутри корпуса 1, при этом катушка 5 имеет стержень 6, выпуклый в сторону полого эластичного рабочего органа 4, а наружная поверхность 7 полого эластичного рабочего органа 4 и внутренняя поверхность 8 корпуса 1 образует регулирующую полость 9, соединенную с управляющим устройством 11 через отверстие 10 в корпусе 1. Полый эластичный рабочий орган 4 армирован гибкими жесткими нитями и выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня 6 катушки 5, и касающийся его в свободном нерабочем состоянии, а управляющее устройство 11 выполнено в виде трехходового переключающего крана, который через введенные трубки 12, 13 соединен с входным 2 и выходным 3 отверстиями корпуса 1 и при первом положении соединяет регулирующую полость 9 с входным отверстием 2 корпуса 1, при втором положении соединяет регулирующую полость 9 с выходным отверстием 3 корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие 10 в корпусе 1.

Данная конструкция работает следующим образом.

Исходное состояние клапана: трехходовой кран 11 установлен в положении, когда он соединяет регулирующую полость 9 с входным отверстием 2 корпуса 1 и во входное отверстие 2 не подается рабочая среда, а регулирующая полость 9 заполнена воздухом при атмосферном давлении.

При подаче во входное отверстие 2 рабочей среды рабочая среда прижимает часть полого эластичного рабочего органа 4 к внутренней поверхности 8 корпуса 1, сжимая находящийся в нем воздух, и соединяет между собой входное 2 и выходное 3 отверстия. В регулирующей полости 9 происходит повышение давления до величины несколько меньше, чем давление в прилегающей к ней области входного отверстия 2, и несколько больше, чем давление в прилегающей к ней области выходного отверстия 3, поэтому через трубку 12 и управляющее устройство 11 и отверстие 10 начинает поступать жидкость в регулирующую полость 9. Так как в регулирующую полость 9 поступает жидкость, то полый эластичный рабочий орган 4 начинает расправляться, заполняясь жидкостью, и перекрывает часть кольцевого отверстия, через которое проходит рабочая среда между рабочим органом 4 и стержнем 6. Давление в области выходного отверстия 3 начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению давления в прилегающей к ней регулирующей полости 9 и к увеличению разности давлений между входным отверстием 2 и давлением в регулирующей полости 9, что в свою очередь приводит к увеличению скорости притока жидкости в регулирующую полость 9. Происходит процесс, в результате которого регулирующая полость 9 заполняется жидкостью, давление в ней сравняется с давлением жидкости на входном отверстии 2, а часть полого эластичного рабочего органа 4 обжимает стержень 6, закрывая клапан для прохода жидкости. Чем выше давление (напор), тем больше сила прижима. Теперь устанавливается трехходовой кран 11 в нейтральное положение, когда отверстия крана перекрыты. Клапан останется закрытым сколь угодно долго при отсутствии утечки из регулирующей полости 6.

Для открывания клапана необходимо, переключая трехходовой кран, соединить отверстия 10 и выходное отверстие 3. Так как давление в регулирующей полости 9 выше, чем давление в выходном отверстии 3, то рабочая среда из регулирующей полости 9 сливается через отверстие 10, трехходовой кран 11, трубку 13, в выходное отверстие 3. Объем жидкости в регулирующей полости 6 уменьшается, рабочий орган 2 сжимается, между стержнем 6 и рабочим органом 4 образуется зазор, через который проходит жидкость, кран приоткрыт. Трехходовой кран устанавливается в нейтральное положение, объем жидкости в регулирующей полости 9 не меняется, и теперь устанавливается постоянный расход жидкости через клапан. Для увеличения расхода трехходовым краном 11 соединяются отверстия 10 и выходное отверстие 3, и затем трехходовой кран 11 устанавливается в нейтральное положение, образуется новый расход жидкости. Для полного открывания клапана трехходовым краном 11 соединяются отверстия 10 и выходное отверстие 3 на длительное время, из регулирующей полости 6 выходит вся рабочая среда (ранее сжатый воздух), кран полностью открывается и будет открыт сколь угодно долго.

Трехходовой кран 11 устанавливается в нейтральное положение, клапан также останется открытым. Для закрывания клапана трехходовым краном 11 соединяется отверстие 10 с входным отверстием 2, жидкость из области входного отверстия 2 поступает в регулирующую полость 9, полый эластичный рабочий орган 6 наполняется рабочей средой, перекрывая проход между областями входного отверстия 2 и выходного отверстия 3. Давление в области выходного отверстия 3 начинает уменьшаться, что приводит к увеличению разности давлений между отверстием 10 и входным отверстием 2 и, как следствие, к увеличению скорости притока жидкости в регулирующую полость 9. Происходит процесс, в результате которого регулирующая полость 6 полностью заполняется рабочей средой, давление в ней сравнивается с давлением рабочей среды на входном отверстии 2 клапана, а часть полого эластичного рабочего органа 4 обжимает стержень 6, закрыв клапан для прохода жидкости.

Трехходовой кран можно заменить нормально закрытыми (НЗ) кранами, для чего соединяется один из них с отверстием 10 и входным отверстием 2, а другой НЗ краном соединяется отверстие 10 с выходным отверстием 3. Тогда, нажимая тот или иной НЗ кран, соединяется отверстие 10 с входным отверстием 2 - закрывается клапан, а соединяется отверстие 10 с выходным отверстием 3 - открывается клапан.

Для надежной работы клапана необходимо, чтобы поверхность полого эластичного рабочего органа в свободном нерабочем состоянии прижималась к стержню с некоторым натягом за счет жесткости рабочего органа.

Регулирующий клапан по второму варианту содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и составную катушку 4, размещенные соосно, катушка 4 имеет стержень 5, на котором закреплен полый эластичный рабочий орган 6, при этом внутренняя поверхность 7 полого эластичного рабочего органа 6 и внешняя поверхность 8 стержня 5 образуют регулирующую полость 9, в которую подается командная среда и сообщающуюся через канал 10 с управляющим устройством 11. Закрепление полого эластичного рабочего органа 6 осуществлено на стержне 5, при этом полый эластичный рабочий орган 6 армирован жесткими гибкими нитями и выполнен как тело вращения с выпуклой образующей в сторону внутренней поверхности 12 корпуса 1 и касающийся его поверхности в свободном нерабочем состоянии, а стержень 5 выполнен как тело вращения с образующей выпуклой в сторону оси вращения.

Управляющее устройство может быть выполнено в виде трехходового переключающего крана, который при первом положении соединяет регулирующую полость 9 с командной средой, при втором положении соединяет регулирующую полость 9 с атмосферой или выходным отверстием 3 корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие 10 в корпусе. Управляющее устройство может быть выполнено в виде нормально закрытых клапанов, первый из которых соединен с регулирующей полостью 9 и входным отверстием 2 корпуса, а второй соединен с регулирующей полостью 9 и с выходным отверстием 3 корпуса.

Данная конструкция работает следующим образом

Регулирующая полость 9 через отверстия в стержне 5, катушке 4 и корпусе 1 выводится наружу клапана с помощью трубок металлических или пластиковых. Правая трубка технологическая при нормальной работе клапана закрыта. Через трубку 10 клапан подсоединяется через трехходовой кран 11 к источникам низкого или высокого давления для открывания или закрывания клапана.

Рассмотрение работы клапана начнем с исходного свободного нерабочего состояния, когда область 9 не заполнена командной средой (жидкостью), во входное отверстие 2 не подается рабочая среда, трехходовой кран 11 находится в нейтральном положении - не соединяет регулирующую полость ни с входным отверстием 2, ни с выходным отверстием 3. При подаче во входное отверстие 2 рабочей среды с давлением более атмосферного она сжимает воздух, находящийся в регулирующей полости 9, и клапан приоткрывается. При установке трехходового крана 11 в положение слив рабочая среда выдавливает из регулирующей полости 9 воздух и прижимает полый эластичный рабочий орган к стержню 5 и полностью открывает проход между входным отверстием 2 и выходным отверстием 3. Переводя трехходовой кран 11 в положение «наполнение», осуществляется наполнение регулирующей полости 9 командной средой. Полый эластичный рабочий орган 6 расправляется, перекрывая часть проходного сечения клапана. Далее трехходовой кран 11 устанавливается в нейтральное положение, при этом проходное сечение клапана не меняется. Трехходовой кран 11 устанавливается в положение «наполнение», происходит дальнейшее заполнение регулирующей полости 9. Происходит уменьшение расстояния между рабочим органом 6 и внутренней поверхностью 12 корпуса 1, что влечет за собой дальнейшее уменьшение проходного сечения клапана, и при соприкосновении полого эластичного рабочего органа 6 с внутренней поверхностью 12 корпуса 1 клапан закрывается. Для открывания клапана трехходовым краном 11 соединяется регулирующая полость 9 через трубку 10 с патрубком слив, рабочая среда своим давлением выдавливает командную среду из регулирующей полости 9, деформируя полый эластичный рабочий орган 6 и открывая проход для рабочей жидкости между входным отверстием 2 и выходным отверстием 3. Переведя трехходовой кран 11 в нейтральное положение, прекращается изменение объема командной среды в регулирующей полости 9, и получается стабильный расход. Для изменения объема командной среды в регулирующей полости или, другими словами, для регулирования проходного сечения клапана устанавливается трехходовой кран 11 в положение «наполнение» или «слив» соответственно для закрывания клапана или для открывания клапана.

При регулировании проходного сечения клапана с помощью устройства, выполненного в виде нормально закрытых клапанов, первый из которых соединен с регулирующей полостью 9 через трубку 10 и входным отверстием 2 клапана, а второй соединен с регулирующей полостью 9 через ответвление от трубки 10 и с выходным отверстием 2 клапана. В этом случае, нажимая на первый НЗ клапан, производится закрывание клапана и, отпуская клапан, сохраняется установившийся расход. Нажимая на второй НЗ клапан, производится открывание клапана, и, отпуская клапан, сохраняется установившийся новый расход.

Регулирующий клапан по третьему варианту (фиг. 3) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, составную катушку 4, закрепленные соосно, составная катушка 4 имеет стержень 5, на котором закреплен первый полый эластичный рабочий орган 6, при этом внутренняя поверхность 7 полого эластичного рабочего органа 6 и внешняя поверхность 8 стержня 5 образуют регулирующую полость 9, второй полый эластичный рабочий орган 10, закрепленный на корпусе 1, внешняя поверхность 11 которого с внутренней поверхностью 12 корпуса 1 образуют регулирующую полость 13, при этом регулирующие полости 9, 13 соединены между собой, и регулирующее устройство 14. Новым является то, что закрепление первого полого эластичного рабочего органа 6 осуществлено на стержне 5, а внешняя поверхность 8 стержня 5 между этими закреплениями выполнена вогнутой, при этом полые эластичные рабочие органы 6, 10 армированы жесткими гибкими нитями и в свободном нерабочем состоянии касаются друг друга, причем первый полый эластичный рабочий орган 6 выполнен как тело вращения с образующей выпуклой в сторону внутренней поверхности корпуса 1, а второй полый эластичный рабочий орган 10 выполнен как тело вращения с образующей выпуклой в сторону стержня 5, причем соединение регулирующих полостей 9, 13 осуществлено введенной трубкой 15, которая в свою очередь соединена с входом регулирующего устройства 14, представляющего собой регулирующий вентиль, который через введенную другую трубку 16 своим выходом соединен с выходным отверстием 3 корпуса 1, а в стержне 5 выполнен канал 17, соединяющий входное отверстие 2 корпуса с регулирующей полостью 9 первого полого эластичного рабочего органа 6.

Клапан работает следующим образом.

Исходное состояние регулирующего крана 11 - приоткрыт. Входное отверстие 2 не заполнено рабочей средой. Регулирующие полости 9 и 13 заполнены воздухом при атмосферном давлении, а полые эластичные рабочие органы 6 и 10 соприкасаются с незначительным натягом друг с другом. Подаем во входное отверстие 2 корпуса 1 клапана рабочую среду с давлением больше атмосферного, рабочая среда разжимает эластичные рабочие органы 6 и 10, проходя между ними, сжимая и выжимая находящийся в регулирующих полостях 9, 13 воздух через приоткрытый регулирующий клапан 14 и соединяя между собой входное 2 и выходное 3 отверстия. В регулирующих полостях 9 и 13 происходит повышение давления до величины несколько меньше, чем давление в прилегающей к ним области отверстия 2, и несколько большее, чем давление в прилегающей к ним области отверстия 3, поэтому через отверстие 17 поступает рабочая среда в регулирующие полости 9 и 13, соединенные параллельно. Так как в регулирующие полости 9 и 13 поступает рабочая среда, то полые эластичные рабочие органы 6 и 10 начинают расправляться, заполняясь жидкостью и перекрывая часть проходного отверстия, через которое проходит рабочая среда, между полыми эластичными рабочими органами 9 и 10. Давление в области отверстия 3 начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению давления в прилегающих к ним регулирующих полостях 9 и 13 и к увеличению разности давлений между отверстием 17 и регулирующими полостями 9 и 13, что приводит к увеличению скорости притока жидкости в регулирующие полости 9 и 13. Так как регулирующее устройство приоткрыто, то происходит процесс, в результате которого регулирующие полости 9 и 13 частично заполняются рабочей средой, так как часть рабочей среды вытекает через регулирующее устройство 14. Через некоторое время рабочая среда по объему, входящая в отверстие 17 и выходящая через регулирующее устройство 14, сравняются и установится равновесие, при котором объем рабочей среды в регулирующих полостях 9, 13 перестанет меняться и установится постоянный расход через регулирующий клапан. Закрывая регулирующее устройство 14, через отверстие 17 поступает жидкость, поэтому полые эластичные рабочие органы 6, 10 расправляются до первоначальных размеров, соприкасаются друг с другом и перекрывают проходное сечение клапана и клапан закрывается. Так как полые эластичные рабочие органы армированы жесткими гибкими нитями, то деформация полых рабочих органов прекращается и они удерживают клапан в закрытом состоянии сколь угодно долго.

Для открывания клапана необходимо приоткрыть управляющее устройство 14. Так как давление в регулирующих полостях 9, 13 выше, чем на выходе отверстия 3, то жидкость из регулирующих полостей 9, 13 выливается через управляющее устройство 14 в область отверстия 3, объем жидкости в регулирующих полостях 9, 13 уменьшается, полые эластичные рабочие органы 6, 10 деформируются, между полыми эластичными рабочими органами появится кольцевой зазор, через который начинает проходить рабочая среда, клапан приоткрывается и область отверстия 3 постепенно заполняется рабочей средой, давление в ней повышается, количество рабочей среды, проходящей через управляющее устройство 14, уменьшается, количество рабочей среды, поступающей через отверстие 17, уменьшается. Когда количество жидкости по объему поступающей через отверстие 17 сравняется с количеством жидкости, проходящей через управляющее устройство 14, объем жидкости в регулирующих полостях 9, 13 перестает меняться, открытое сечение клапана перестанет меняться, наступит равновесие. Если теперь управляющим устройством 14 производят незначительные открывания или закрывания, то регулирующий клапан будет производить аналогичные действия по описанной выше схеме, будет увеличиваться или уменьшаться открытое сечение клапана, то есть маломощным управляющим устройством, у которого проходное сечение в десятки раз меньше, можно управлять более мощным клапаном, изготовленным согласно данному техническому решению. Очевидно, что при полностью открытом управляющем устройстве 14 открытое сечение клапана увеличится до максимальных размеров. Применение полых эластичных рабочих органов 6 и 10 позволяют получать большее проходное сечение открытого клапана, при меньших размерах клапана и меньших деформациях полых эластичных рабочих органов, что снижает стоимость, габариты и увеличивает надежность изделия, расширяет функциональные возможности, так как можно применить рабочую среду вместо дополнительного источника командной среды. Из предыдущих описаний работы клапана ясно, что если закрывать отверстие 17, а выходы из регулирующих полостей подсоединять к источникам высокого и низкого давления через трехходовые или нормально закрытые или регулирующие краны, то обеспечивается работоспособность клапана во всех случаях. В данном варианте можно регулирующие полости заполнять командной средой одновременно или по очереди. Клапан в данном варианте работает аналогично, как и в предыдущем варианте. Для уменьшения объема управляющей среды можно одну регулирующую полость заполнить и оставить заполненной, а управление производить другой регулирующей полостью.

По четвертому варианту исполнения клапана регулирующий клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и закрепленный соосно в нем полый эластичный рабочий орган 4, вдоль которого проходит рабочая среда, пережимное устройство 5, введенное через щель 6 в корпусе 1. Клапан снабжен стержнем 7, установленным соосно внутренней поверхности 8 корпуса 1 и закрепленным на нем, при этом стержень 7 и полый эластичный рабочий орган 4 выполнены как тела вращения с образующей в виде отрезка прямой или образующей выпуклой или вогнутой, а пережимное устройство 5 выполнено в виде хомута или петли из гибкой нити, охватывающей вокруг полый эластичный рабочий орган 4.

Конструкция, изображенная на фиг. 4, работает следующим образом.

Исходное свободное нерабочее состояние клапана - это тогда, когда во входное отверстие 2 не подается рабочая жидкость, а концам петли 5 приложено усилие величиной Р кг и петля плотно прижимает рабочий орган 4 к стержню 7.

При подаче во входное отверстие 2 клапана рабочей среды с давлением, которое преодолевает усилие, приложенное к концам петли, петля разжимается с увеличением диаметра, охватывающего вокруг рабочий орган 4, и проходит в выходное отверстие 2 клапана, клапан приоткрывается и пропускает рабочую среду, то есть в данном случае он работает как предохранительный клапан. Усилие Р кг в данном случае может быть создано грузом или пружиной. Если концы петли жестко закрепить на заторможенном барабане с рычагом (рукояткой), то петля не разжимается и клапан будет закрыт. Если растормозить барабан и несколько отпустить концы петли 5, то давление рабочей среды, подаваемое в входное отверстие 2 клапана, разжимает петлю и кран приоткроется с установлением определенного проходного сечения. Отпуская далее петлю 5, получается новое проходное сечение, и так до полного открывания клапана, когда рабочий орган прижат давлением рабочей среды к внутренней поверхности 8 корпуса 1. Накручивая концы петли 5 на барабан, уменьшается диаметр петли 5, охватывающей вокруг рабочий орган 4, уменьшая проходное сечение клапана, то есть с помощью петли в предлагаемой конструкции клапана производится регулирование проходного сечения клапана.

Конструкция, изображенная на фиг. 5, работает следующим образом.

Исходное свободное нерабочее состояние клапана - это тогда, когда во входное отверстие 2 не подается рабочая жидкость, а рабочий орган прижимается хомутом 5 жестко к стержню 7. Хомут заторможен винтовыми выступами червяка, не давая хомуту, охватывающему вокруг полый эластичный орган, увеличивать свой диаметр, поэтому при подаче во входное отверстие 2 рабочей среды клапан остается закрытым. Поворачивая червяк против часовой стрелки, увеличивается диаметр хомута, приоткрывается клапан, а рабочая среда проходит к выходному отверстию 3. Вращая далее червяк хомута 5, устанавливается требуемое открытое сечение клапана, и, вращая далее червяк до упора, полностью открывается клапан. Вращая червяк в противоположную сторону, уменьшается диаметр хомута 5, устанавливается требуемое проходное отверстие клапана. Вращая далее червяк хомута 5 до упора, закрывается клапан.

Таким образом, регулируя открытое сечение клапана, или открывается, или закрывается клапан полностью. Данный клапан удобно применять в производстве, где отработан технологический процесс и регулировка процесса производится редко. Для дистанционного управления червяк необходимо соединить с осью электродвигателя через редуктор или непосредственно. В данном случае мощность двигателя требуется небольшая. Клапан нормально работает и с рабочим органом с образующей в виде отрезка прямой, в этом случае усилие закрывания клапана будет несколько больше, так как в этом случае необходимо преодолеть еще и сопротивление упругости рабочего органа.

Промышленная применимость предложенных вариантов регулировочных клапанов очевидна. Так на экспериментальном образце по фиг. 1 подтверждена работоспособность клапана с проходным сечением Ду=50 мм при диаметре на управляющем кране 1,5 мм с управлением клапана от рабочей среды.

Как видно, конструкция клапанов согласно изобретению проще аналогов и прототипов. Надежность регулирующих клапанов согласно изобретению повышается за счет уменьшения количества деталей и отсутствия движущихся частей и минимальной деформации полых эластичных рабочих органов. При условии применения соответствующих материалов для элементов устройства можно применять клапан для управления потоком агрессивных рабочих сред.

Конструкция клапанов может быть изготовлена на предприятиях общетехнического назначения без использования специализированного оборудования, агрегатов и станков.

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры и может быть использовано в металлургической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Регулирующий клапан содержит корпус с входным и выходным отверстиями, полый эластичный рабочий орган и катушку, совместно закрепленные соосно внутри корпуса, при этом катушка имеет стержень, выпуклый в сторону полого эластичного рабочего органа, а наружная поверхность полого эластичного рабочего органа и внутренняя поверхность корпуса образуют регулирующую полость, соединенную с управляющим устройством через отверстие в корпусе. Полый эластичный рабочий орган армирован гибкими жесткими нитями и выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня катушки, и касающийся его в свободном нерабочем состоянии. Управляющее устройство выполнено в виде трехходового переключающего крана, который через введенные трубки соединен с входным и выходным отверстиями корпуса и при первом положении соединяет регулирующую полость с входным отверстием корпуса, при втором положении соединяет регулирующую полость с выходным отверстием корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие в корпусе. Имеются четыре варианта исполнения регулирующих клапанов. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, полый эластичный рабочий орган и катушку, совместно закрепленные соосно внутри корпуса, при этом катушка имеет стержень, выпуклый в сторону полого эластичного рабочего органа, а наружная поверхность полого эластичного рабочего органа и внутренняя поверхность корпуса образуют регулирующую полость, соединенную с управляющим устройством через отверстие в корпусе, отличающийся тем, что полый эластичный рабочий орган армирован гибкими жесткими нитями и выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня катушки, и касающийся его в свободном нерабочем состоянии, а управляющее устройство выполнено в виде трехходового переключающего крана, который через введенные трубки соединен с входным и выходным отверстиями корпуса и при первом положении соединяет регулирующую полость с входным отверстием корпуса, при втором положении соединяет регулирующую полость с выходным отверстием корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие в корпусе.

2. Регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и составную катушку, размещенные соосно, катушка имеет стержень, на котором закреплен полый эластичный рабочий орган, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, в которую подается командная среда и сообщающуюся через канал с управляющим устройством, отличающийся тем, что закрепление полого эластичного рабочего органа осуществлено на стержне, при этом полый эластичный рабочий орган армирован жесткими гибкими нитями и выполнен как тело вращения с выпуклой образующей в сторону внутренней поверхности корпуса и касающийся его поверхности в свободном нерабочем состоянии, а стержень выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону оси вращения.

3. Регулирующий клапан по п. 2, отличающийся тем, что управляющее устройство выполнено в виде трехходового переключающего крана, который при первом положении соединяет регулирующую полость с командной средой, при втором положении соединяет регулирующую полость с атмосферой или выходным отверстием корпуса, при третьем положении перекрывает отверстие в корпусе.

4. Регулирующий клапан по п. 2, отличающийся тем, что управляющее устройство выполнено в виде нормально закрытых клапанов, первый из которых соединен с регулирующей полостью и входным отверстием корпуса, а второй - соединен с регулирующей полостью и с выходным отверстием корпуса.

5. Регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, составную катушку, закрепленные соосно, составная катушка имеет стержень, на котором закреплен первый полый эластичный рабочий орган, при этом внутренняя поверхность полого эластичного рабочего органа и внешняя поверхность стержня образуют регулирующую полость, второй полый эластичный рабочий орган, закрепленный на корпусе, внешняя поверхность которого с внутренней поверхностью корпуса образуют регулирующую полость, при этом регулирующие полости соединены между собой, и регулирующее устройство, отличающийся тем, что закрепление первого полого эластичного рабочего органа осуществлено на стержне, а внешняя поверхность стержня между этими закреплениями выполнена вогнутой, при этом полые эластичные рабочие органы армированы жесткими гибкими нитями и в свободном нерабочем состоянии касаются друг друга, причем первый полый эластичный рабочий орган выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону внутренней поверхности корпуса, а второй полый эластичный рабочий орган выполнен как тело вращения с образующей, выпуклой в сторону стержня, причем соединение двух регулирующих полостей осуществлено введенной трубкой, которая в свою очередь соединена с входом регулирующего устройства, представляющего собой регулирующий вентиль, который через введенную другую трубку своим выходом соединен с выходным отверстием корпуса, а в стержне выполнен канал, соединяющий входное отверстие корпуса с регулирующей полостью первого полого эластичного рабочего органа.

6. Регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и закрепленный соосно в нем полый эластичный рабочий орган, вдоль которого проходит рабочая среда, пережимное устройство, введенное через щель в корпусе, отличающийся тем, что клапан снабжен стержнем, установленным соосно внутренней поверхности корпуса и закрепленным на нем, при этом стержень и полый эластичный рабочий орган выполнены как тела вращения с образующей в виде отрезка прямой или образующей выпуклой или вогнутой, а пережимное устройство выполнено в виде хомута или петли из гибкой нити, охватывающей вокруг полый эластичный рабочий орган.