КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ Российский патент 2017 года по МПК F16K1/12 F16K47/14 F16K31/54 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулирующей трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды.

Известен регулирующий клапан, содержащий корпус со смещенными входным и выходным патрубками, помещенную в него гильзу с профильными отверстиями, установленный внутри гильзы с возможностью перемещения полый плунжер с симметрично расположенными отверстиями с перфорированным диском на торце (патент РФ №2189512, МПК: F16K 1/54). Недостатком данной разработки является непродолжительный срок работы запорного элемента вследствие его быстрого износа.

Известен запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с входящим и выходящим патрубками, внутри которого расположен клетковый запорный узел, состоящий из гильзы с двумя рядами отверстий и с седловой поверхностью, внутри которой установлен стаканообразный запорный элемент с продольными отверстиями в верхнем торце, а нижний торец которого имеет поверхность, идентичную поверхности седла. Запорный элемент закреплен на штоке, имеющем привод (Каталог фирмы "РУСТ").

Недостатками данного клапана являются быстрый износ запирающей кромки запорного элемента, небольшой диапазон в регулировании величины расхода транспортируемой среды.

Известен регулирующий клапан, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, с установленным внутри него клетковым запорным узлом, состоящим из гильзы, на внутренней стороне которой выполнена опорная уплотнительная поверхность седла и радиальные отверстия, а внутри установлен с возможностью осевого перемещения плунжер, закрепленный на штоке и соединенный с приводом, при этом плунжер выполнен в виде полого цилиндра с идентичными торцевыми поверхностями, соответствующими ответной уплотнительной поверхности седла, и установлен на штоке при помощи гайки и втулок с торцевыми буртами, в которых выполнены продольные каналы, соединяющие полость входного патрубка с полостью над плунжером, расположенных внутри него навстречу друг другу с торцевым зазором, объем пространства, образованного торцами втулок с буртом и внутренней полостью полого цилиндра, не менее объема продольного канала нижней втулки с буртом, при этом верхняя втулка с торцевым буртом опирается своим буртом на торцевую поверхность полого цилиндра, нижняя - на кольцевой выступ, выполненный внутри полого цилиндра и расположенный в центральной его части, кроме того длина полого цилиндра равна не менее одного хода запорного элемента, а гильза имеет не менее двух рядов радиальных отверстий (Патент РФ №2308627, МПК: F16K 1/54, F16K 47/04).

Указанный клапан работает следующим образом.

Транспортируемая среда поступает во входной патрубок. Во время работы привод перемещает шток с плунжером вверх или вниз. В крайнем нижнем положении плунжера торцевая кромка полого цилиндра плотно прилегает к седловой поверхности. Клапан закрыт, так как наружная поверхность полого цилиндра герметично перекрывает радиальные отверстия. Транспортируемая среда заполняет внутреннюю полость входящего патрубка, проходя по продольным каналам в полость над плунжером, образованную внутренней поверхностью корпуса штока. При включении привода шток вместе с плунжером начинает движение вверх, приоткрывая радиальные отверстия в зависимости от заданной величины расхода транспортируемой среды. При этом последняя через радиальные отверстия в гильзе попадает в выходящий патрубок, а сжимаемая транспортируемая среда из полости над плунжером переходит по продольным каналам, объем между торцами втулок в зону под плунжером и далее через радиальные отверстия в выходящий патрубок. Величина поднятия плунжера, а следовательно, степень приоткрытая радиальных отверстий определяется величиной расхода транспортируемой среды и отслеживается по линейному позиционному датчику расхода.

Основными недостатками данного клапана является то, что его можно использовать только в месте пересечения трубопроводов между собой.

Известен регулирующий клапан фирмы «Моквелд Валвз» «Mocveld Valvs bv», содержащий наружный корпус, внутренний корпус, поршень, шток поршня, шпиндель клапана и сепаратор. (Каталог фирмы «Моквелд Валвз» «Mocveld Valvs bv», P.O. Box 227 Моквелд Маркетинг, 2800 AE Gouda Holland, Nijverheidsstraat, mokveld@mokveld.com, www.mokveld.com - прототип).

В данном клапане наружный и внутренний корпус представляют собой одну цельную отливку. Поршень вдоль продольной оси клапана перемещается посредством передачи, состоящей из двух расположенных под углом 90° зубчатых реек, являющихся соответственно частью штока поршня и шпинделя клапана. Узкие поля допусков зубьев этих реек гарантируют отсутствие люфта между штоком и шпинделем, а соответственно, и явления гистерезиса в самой передаче. Зубчатая передача защищена от воздействия рабочей среды двойными первичными уплотнениями, установленными на штоке поршня и в его направляющей

Основными недостатками указанного клапана является значительная сложность конструкции, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции, значительные габариты и масса.

Известен клапан регулирующий прямоточный, содержащий полый корпус, оснащенный подводящим и отводящими патрубками транспортируемой среды, причем внутри корпуса указанного регулирующего клапана на пилонах установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала, при этом в выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную и подвижную, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана, части, при этом неподвижная часть запорного органа выполнена в виде стакана из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия, соединенные с полостью кольцевого канала и полостью отводящего патрубка, причем на внутренней поверхности упомянутой неподвижной части, за перечисленными отверстиями, по ходу движения транспортируемой среды, выполнена уплотнительная кромка, при этом подвижная часть запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износостойкого материала, взаимодействующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого стакана, при этом в выходной части указанного цилиндра выполнена ответная уплотнительная кромка, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой неподвижной части, при этом непосредственно за неподвижной частью запорного органа, предпочтительно в непосредственной близости от него, в выходном канале отводящего патрубка установлена втулка из износостойкого материала, при этом упомянутый цилиндр установлен на рейке, в центральной части которой выполнены зубья, а часть рейки, противоположная упомянутому цилиндру, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке, закрытой с одной стороны, и установленной в начальной части профилированного канала и образующей при этом его входную часть, при этом рейка своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды, при этом площадь проекции поперечного сечения выходной части упомянутого профилированного канала в месте, расположенном в непосредственной близости у штока, превышает площадь проекции поперечного сечения входной части профилированного канала в месте установки полой втулки, а площадь проекции в плане центральной части центрального тела, от входной втулки до оси перемещения штока, по крайней мере, в два раза больше площади аналогичной проекции центрального тела от штока до его выходной части, при этом один конец упомянутого штока размещен в отверстии, выполненном в корпусе, а другой соединен при помощи резьбы с втулкой, имеющей опорные поверхности и размещенной в подшипниках, выполненных в виде углепластиковых колец, установленных между крышкой клапана, установленной на корпусе при помощи шпилек, и корпусом подшипников, установленным на крышку при помощи резьбы, причем гарантированный зазор между поверхностями упомянутых колец и ответными элементами корпуса подшипников и торца крышки обеспечивается путем установки и фиксации в заданном положении на упомянутой крышке корпуса подшипников, при этом на упомянутой втулке установлен штурвал для сообщения штоку осевого перемещения, а в верхней части упомянутой втулки установлен цилиндр с пазом, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока, указатель его положения (патент РФ на изобретение №2529962, заявка: 2013119127/06 от 24.04.2013 МПК: F16K 1/12, F16K 1/54, F16K 39/04, F16K 47/14 - прототип). Указанный клапан работает следующим образом.

Клапан содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками и установленным внутри него запорным узлом, состоящим из двух коаксиальных полых цилиндров, в стенках которых выполнены преимущественно радиальные отверстия, а на внутренней и наружной поверхностях - опорная уплотнительная поверхность седла. За счет изменения проходного сечения отверстий происходит изменение проходного сечения всего запорного регулирующего органа. Регулирование расхода осуществляется за счет перемещения цилиндров друг относительно друга при помощи зубчатой реечной передачи, зубья которой установлены под углом к продольной оси клапана. Положение неподвижной части относительно подвижной части определяется по положению указателя положения.

Основными недостатками указанного клапана является значительная сложность конструкции, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции, значительные габариты и масса.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и расширение функциональных возможностей регулирующего клапана.

Решение указанной задачи достигается тем, в предложенном клапане регулирующем прямоточном, содержащем полый корпус, оснащенный подводящим и отводящими патрубками транспортируемой среды, при этом внутри полого корпуса на пилонах установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала, разделяемого пилонами, при этом в выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную и подвижную, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана, части, при этом неподвижная часть запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия, соединенные с полостью кольцевого канала и полостью отводящего патрубка, причем на внутренней поверхности упомянутой неподвижной части, за перечисленными отверстиями, по ходу движения транспортируемой среды, выполнена уплотнительная кромка, при этом подвижная часть запорного органа установлена на рейке, в центральной части которой выполнены зубья, при этом часть рейки, противоположная упомянутому запорному органу, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке, закрытой с одной стороны, и установленной на профилированном центральном внутреннем теле в начальной части профилированного канала и образующей при этом его входную часть, при этом рейка своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды, при этом один конец упомянутого штока размещен в отверстии, выполненном в корпусе профилированного центрального внутреннего тела, а другой соединен с приводом, установленным с наружной стороны полого корпуса, согласно изобретению, подвижная часть запорного органа выполнена в виде стакана из износостойкого материала, взаимодействующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого полого цилиндра, образующего неподвижную часть запорного органа, и установленного при помощи днища указанного стакана на другом конце упомянутой зубчатой рейки с возможностью осевого перемещения вместе с зубчатой рейкой таким образом, что полость стакана открывается в полость отводящего патрубка, при этом зубчатая рейка выполнена с каналом, соединяющим полость полой втулки с полостью отводящего патрубка, а в днище стакана выполнены каналы, соединяющие полость отводящего патрубка с полостью между днищем стакана и корпусом клапана, при этом в выходной части указанного стакана выполнена ответная уплотнительная кромка, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой неподвижной части,

В варианте исполнения зубчатая рейка установлена в полой профилированной втулке, размещенной в корпусе.

Такое исполнение позволяет выполнять корпус и полую профилированную втулку, воспринимающую нагрузки, из материалов с разными механическими свойствами, позволяет упростить изготовление и снизить, в конечном итоге, себестоимость изготовления корпуса.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез предложенного регулирующего клапана, на фиг. 2 - вид сбоку, со стороны входа, предложенного регулирующего клапана, на фиг. 3 - выносной элемент А - центральная часть клапана в увеличенном масштабе, на фиг. 4 - выносной элемент Б - место уплотнения кромок подвижной и неподвижной частей.

Клапан регулирующий прямоточный (далее - клапан) содержит полый корпус 1, оснащенный подводящим 2 и отводящим 3 патрубками транспортируемой среды. Внутри полого корпуса на пилонах 4 установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела 5 с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела 5 профилированного кольцевого канала 6, разделенного пилонами 4. В выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка 3, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган 7, имеющий неподвижную 8 часть и подвижную часть 9, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана. Неподвижная часть 8 запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия 10, соединенные с полостью кольцевого канала 6 и полостью отводящего патрубка 3. На внутренней поверхности упомянутой неподвижной части 8, за перечисленными отверстиями 10, по ходу движения транспортируемой среды, выполнена уплотнительная кромка 11. Подвижная часть 9 запорного органа 7 выполнена в виде стакана из износостойкого материала и установлена на зубчатой рейке 12, в центральной части которой выполнены зубья. Часть зубчатой рейки, противоположная упомянутому запорному органу 7, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке 13, закрытой с одной стороны, и установленной на профилированном центральном внутреннем теле 5 в начальной части профилированного кольцевого канала 6 и образующей при этом его входную часть. Зубчатая рейка 12 своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока 14, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды. Один конец упомянутого штока 14 размещен в отверстии 15, выполненном в корпусе профилированного центрального внутреннего тела 5, а другой соединен с приводом 16, установленным с наружной стороны полого корпуса. Подвижная часть 9 запорного органа 7, выполненная в виде стакана из износостойкого материала, взаимодействует своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого полого цилиндра, образующего неподвижную часть 8 запорного органа 7. Стакан из износостойкого материала установлен при помощи своего днища 17 на зубчатой рейке 12 с возможностью осевого перемещения вместе с зубчатой рейкой 12 таким образом, что полость стакана открывается в полость отводящего патрубка 3. Зубчатая рейка 12 выполнена с каналом 18, соединяющим полость полой втулки 13 с полостью отводящего патрубка 3. В днище 17 стакана выполнены каналы 19, соединяющие полость отводящего патрубка 3 с полостью 20 между днищем 17 стакана и корпусом клапана. В выходной части указанного стакана выполнена ответная уплотнительная кромка 21, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой 11 неподвижной части 8.

В варианте исполнения зубчатая рейка 12 установлена в полой профилированной втулке 22, размещенной в корпусе 1. Такое исполнение позволяет выполнять корпус и полую профилированную втулку, воспринимающую нагрузки, из материалов с разными механическими свойствами, позволяет упростить изготовление и снизить, в конечном итоге, себестоимость изготовления корпуса.

Предложенный клапан работает следующим образом.

Регулирующий клапан устанавливается в трубопровод транспортируемой среды при помощи подводящего 2 и отводящего патрубков 3. Открытие/закрытие клапана, и регулирование расхода, производится путем вертикального перемещения вверх/вниз штока 14 при помощи привода 16, взаимодействующего с зубчатой рейкой 12.

При работе клапана транспортируемая среда поступает в подводящий патрубок 2 и движется далее в корпусе клапана 1 по профилированному кольцевому каналу 6, разделенному пилонами 4. Пройдя упомянутый канал 6, транспортируемая среда попадает на запорный регулирующий орган 7 клапана, имеющий неподвижную 8, и подвижную 9 части. В исходном состоянии, уплотнительная кромка 21 подвижной части 9 взаимодействует с уплотнительной кромкой 17 неподвижной части 8. Клапан находится в закрытом положении.

При вертикальном перемещении штока 14, по направлению к приводу 16, происходит горизонтальное перемещение зубчатой рейки 12 по направлению к полости полой втулки 13. Уплотнительная кромка 21 подвижной части 9, выполненной в виде стакана, отходит от уплотнительной кромки 17 неподвижной части 8. Клапан начинает открываться. Газ, находящийся в полости полой втулки 13, начинает сжиматься торцом зубчатой рейки 12 и поступает в канал 18, выполненный в зубчатой рейке 12 и соединенный с полостью отводящего патрубка 3. По мере перемещения стакана, отверстия 10 начинают открываться, и транспортируемая среда попадает в отводящий патрубок 3. Расход среды определяется степенью открытия отверстий 10 и задается положением штока 14, связанного с приводом 16.

При перемещении подвижной части 9 влево-вправо происходит уменьшение/увеличение объема полости 20 с транспортируемой средой между днищем 17 стакана и корпусом клапана. Для выравнивания давления в полости 20 и сброса/поступления транспортируемой среды из/в полости/ь 20 в днище 17 стакана выполнены каналы 19, соединяющие полость отводящего патрубка 3 с полостью 20.

Для регулирования расхода потока транспортируемой среды подвижную часть 9 перемещают влево/вправо в неподвижной части 8 с обеспечением требуемой площади проходного сечения отверстий 10.

Для перекрытия потока транспортируемой среды подвижную часть 9 перемещают в неподвижной части 8 до полного соприкосновения уплотнительных кромок 17 и 21. В этом случае, образуется уплотнение типа «металл по металлу» и поток транспортируемой среды перекрывается.

В варианте исполнения зубчатая рейка 12 установлена в полой профилированной втулке 22, размещенной в корпусе 1. Такое исполнение позволяет выполнять корпус и полую профилированную втулку, воспринимающую нагрузки, из материалов с разными механическими свойствами, позволяет упростить изготовление и снизить, в конечном итоге, себестоимость изготовления корпуса.

Использование предложенного технического решения позволит создать прямоточный регулирующий клапан для прямолинейных участков трубопроводов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулирующей трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды. Регулирующий клапан содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками и установленным внутри него запорным узлом, состоящим из двух коаксиальных полых цилиндров, в стенках которых выполнены преимущественно радиальные отверстия, а на внутренней и наружной поверхностях - опорная уплотнительная поверхность седла. Регулирование расхода осуществляется за счет перемещения цилиндров относительно друг друга при помощи зубчатой реечной передачи, зубья которой установлены под углом к продольной оси клапана. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан регулирующий прямоточный, содержащий полый корпус, оснащенный подводящим и отводящим патрубками транспортируемой среды, при этом внутри полого корпуса на пилонах установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала, разделяемого пилонами, при этом в выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную и подвижную, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана, части, при этом неподвижная часть запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия, соединенные с полостью кольцевого канала и полостью отводящего патрубка, причем на внутренней поверхности упомянутой неподвижной части, за перечисленными отверстиями, по ходу движения транспортируемой среды, выполнена уплотнительная кромка, при этом подвижная часть запорного органа установлена на рейке, в центральной части которой выполнены зубья, при этом часть рейки, противоположная упомянутому запорному органу, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке, закрытой с одной стороны, и установленной на профилированном центральном внутреннем теле в начальной части профилированного канала, и образующей при этом его входную часть, при этом рейка своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды, при этом один конец упомянутого штока размещен в отверстии, выполненном в корпусе профилированного центрального внутреннего тела, а другой соединен с приводом, установленным с наружной стороны полого корпуса, отличающийся тем, что подвижная часть запорного органа выполнена в виде стакана из износостойкого материала, взаимодействующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого полого цилиндра, образующего неподвижную часть запорного органа и установленного при помощи днища указанного стакана на другом конце упомянутой зубчатой рейки с возможностью осевого перемещения вместе с зубчатой рейкой таким образом, что полость стакана открывается в полость отводящего патрубка, при этом зубчатая рейка выполнена с каналом, соединяющим полость полой втулки с полостью отводящего патрубка, а в днище стакана выполнены каналы, соединяющие полость отводящего патрубка с полостью между днищем стакана и корпусом клапана, при этом в выходной части указанного стакана выполнена ответная уплотнительная кромка, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой неподвижной части,

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что зубчатая рейка установлена в полой профилированной втулке, размещенной в корпусе.