УЗЕЛ ЗАЖИМНОЙ КРЫШКИ ДЛЯ РЕГУЛИРУЮЩЕГО КЛАПАНА С ОСЕВЫМ ПОТОКОМ И РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН С ОСЕВЫМ ПОТОКОМ, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2020 года по МПК F16K1/12 F16K3/24 F16K47/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к регулирующим клапанам текучей среды и, в частности, к регулирующим клапанам с осевым потоком, содержащим узел зажимной крышки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Регулирующие клапаны в основном используют в системах распределения жидкости или газа для регулирования давления в системе, расположенной после регулирующего клапана. Давление, при котором система распределения газа подает газ, может варьироваться в зависимости от требований, предъявляемых к системе, климата, источника подачи и/или других факторов. Однако, объекты конечных пользователей, оснащенные, например, газовыми приборами, такими как печи, духовки и т.п., требуют, чтобы газ поставлялся в соответствии с предварительно заданными параметрами давления. Следовательно, такие системы распределения используют регулирующие клапаны для обеспечения соответствия поставляемого газа требованиям объектов конечных пользователей.

[0003] В регулирующих клапанах для регулирования жидкости или газа (совместно называемых "регулирующими клапанами текучей среды") может быть важным число проектных и эксплуатационных аспектов. Например, конструкторы регулирующих клапанов текучей среды могут стараться спроектировать регулирующий клапаны, имеющие более высокую стабильность давления и пониженную чувствительность к изменениям внутреннего давления. Кроме того, конструкторы могут стремиться спроектировать клапаны, имеющие более компактную конструкцию и имеющие конструкцию, которая могла бы способствовать более легкой сборке и обслуживанию.

[0004] Известны несколько типов регулирующих клапанов текучей среды, например, регулирующие клапаны с поступательным движением штока, поворотные регулирующие клапаны и т.п. В некоторых регулирующих клапанах поток текучей среды, проходящий через клапан, поворачивает на 90 градусов или более при прохождении текучей среды через седло клапана. Поворот на 90 градусов необходим, поскольку привод клапана ориентирован в основном перпендикулярно направлению потока текучей среды, и пробка клапана ориентирована параллельно перемещению привода (т.е. перпендикулярно направлению потока текучей среды) для упрощения взаимодействия между приводом и пробкой клапана. Однако, в некоторых вариантах применения некоторые регулирующие клапаны могут страдать от вибрации и потери КПД клапана вследствие поворота пути прохождения потока текучей среды через регулятор.

[0005] Альтернативой регулирующим клапанам с поворотом потока на 90 градусов являются регулирующие клапаны с осевым или прямолинейным потоком. Регулирующие клапаны с осевым потоком имеют путь или канал прохождения потока через клапан, который является по существу прямым или параллельным относительно направления потока текучей среды для минимизации турбулентности потока, проходящего через корпус клапана. Тогда как путь или канал потока может и не быть совершенно прямым или параллельным, он может иметь поворот, который значительно меньше 90 градусов, что может снижать вибрацию и потери КПД.

[0006] Регулирующие клапаны осевым потоком обычно содержат привод, прикрепленный к наружной поверхности корпуса клапана. Привод функционально связан с элементом управления потоком клапана и перемещает элемент управления потоком между открытым положением и закрытым положением для обеспечения или предотвращения прохождения потока текучей среды через клапан. Некоторые известные регулирующие клапаны с осевым потоком приводят в движение элемент управления потоком, находящийся внутри корпуса клапана, относительно кольца седла для регулирования потока текучей среды, проходящего через корпус клапана.

[0007] Однако, регулирующие клапаны с осевым потоком испытывают потребность в точной внутренней механической обработке и длительной сборке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 изображает регулирующий клапан с осевым потоком, содержащий узел зажимной крышки, в разрезе;

[0009] Фиг. 2 изображает регулирующий клапан с осевым потоком, содержащий узел зажимной крышки и поворотный привод, в разрезе;

[0010] Фиг. 3 изображает регулирующие клапан с осевым потоком, содержащий узел зажимной крышки и возвратно-поступательный привод, в разрезе;

[0011] Фиг. 4 изображает регулирующие клапан с осевым потоком, содержащий узел зажимной крышки и альтернативный вариант возвратно-поступательного привода, в разрезе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Для целей данного применения регулирующий клапан с осевым потоком задан как регулирующие клапан, содержащий путь или канал потока текучей среды, который имеет отклонение в затворе клапана менее 30 градусов.

[0013] На фиг. 1 изображен регулирующий клапан с осевым потоком, собранный в соответствии с принципами первого раскрытого примера настоящего изобретения и имеющий ссылочную позицию 10. Регулирующий клапан 10 с осевым потоком содержит корпус 12 клапана, имеющий впускное отверстие 14 клапана, выпускное отверстие 16 клапана и проходное отверстие 18 клапана. В корпусе 12 клапана расположен с возможностью перемещения цилиндрический элемент 20 управления, такой как элемент 20 управления, который может быть смещен относительно проходного отверстия 18 клапана с целью регулирования потока текучей среды между впускным отверстием 14 и выпускным отверстием 16. Проходное отверстие 18 клапана может содержать седло или кольцо 19 седла клапана. Специалистам в данной области техники понятно, что регулирование потока текучей среды, проходящего через устройство регулирования текучей среды, может быть осуществлено посредством перемещения элемента 20 управления между открытым положением, как показано на фиг. 1, в котором элемент 20 управления расположен на некотором расстоянии от седла 19 клапана, и закрытым положением (не показано), в котором элемент 20 управления плотно прижат к седлу 19 клапана.

[0014] В описанном регулирующем клапане 10 с осевым потоком текучая среда, проходящая от впускного отверстия 14 к выпускного отверстия 16, немного изменяет направление, образуя угол А. Угол А меньше 30 градусов, предпочтительно меньше 20 градусов и более предпочтительно меньше 10 градусов.

[0015] Устройство 10 регулирования текучей среды содержит привод (не показан на фиг. 1), который перемещает элемент 20 управления относительно седла 19 клапана. Элемент 20 управления может содержать шток 22, выступающий из одного конца для функционального соединения элемента 20 управления с приводом.

[0016] Корпус 12 клапана может содержать отверстие 24, через которое выступает шток 22 для функционального соединения с установленным снаружи приводом (на фиг. 1 не показан). Зажимная крышка 30 может быть расположена по меньшей мере частично в отверстии 24, герметизируя отверстие 24 вокруг штока 22. Внутри одного конца полого канала зажимной крышки 30 может быть установлено герметичное уплотнение 32 для предотвращения вытекания текучей среды между зажимной крышкой 30 и штоком 22. В одном варианте осуществления изобретения уплотнение может быть выполнено из графита, ПТФЭ или какого-либо другого подходящего материала. Нажимная втулка 34 уплотнения может запирать уплотнение 32 между зажимной крышкой 30 и штоком 22.

[0017] Непосредственно между седлом 19 клапана и зажимной крышкой 30 установлена клетка 36. Клетка 36 может определять характеристики текучей среды, проходящей через проходное отверстие 18, например, посредством снижения градиента давления или снижения кавитации. Кроме того, клетка 36 может направлять элемент 20 управления при совершении им возвратно-поступательного движения.

[0018] Зажимная крышка 30, клетка 36 и седло 19 клапана вместе образуют узел 40 зажимной крышки.

[0019] Зажимная крышка 30 в отличие от традиционных крышек может быть расположена большей частью внутри корпуса 12 клапана. В одном варианте осуществления изобретения большая часть (т.е. более 50%) зажимной крышки 30 находится внутри корпуса 12 клапана. Кроме того, зажимная крышка 30 не является деталью, представляющей одно целое с корпусом клапана. Вместо этого зажимная крышка 30 может быть вставлена в отверстие 24 и удерживаться в нем за счет силы, передаваемой через клетку 36 от седла клапана 19. В одном варианте осуществления изобретения седло 19 клапана может содержать наружную резьбу 42, взаимодействующую с внутренней резьбой 44, выполненной в корпусе 12 клапана, внутри проходного отверстия 18 клапана. Поскольку седло 19 клапана закреплено внутри проходного отверстия 18 клапана, поворот резьбового соединения 46 смещает седло 19 клапана в направлении отверстия 24, что создает силу для зажимания зажимной крышки в отверстии 24 через клетку 36.

[0020] Так как зажимная крышка 30 не является деталью, представляющей одно целое с корпусом 12 клапана, она может быть подвергнута механической обработке вне корпуса клапана, что повышает ее обрабатываемость за счет больших зон доступа. Кроме того, уплотнение 32, нажимная втулка 34 уплотнения, шток 22 и пробка 20 могут быть собраны вне корпуса 12 клапана и вставлены в корпус 12 клапана как подузел. Затем клетка 36 может быть вставлена в корпус 12 клапана, и весь узел 30 зажимной крышки может быть нагружен давлением посредством седла 19 клапана. Таким образом, весь монтаж может быть легко выполнен через выпускное отверстие 16 клапана, которое обеспечивает легкий доступ к проходному отверстию 18 клапана и отверстию 24.

[0021] Зажимная крышка 30 содержит цилиндрическую наружную стенку 50, имеющую наружный диаметр, немного меньший, чем внутренний диаметр отверстия 24, так что часть наружной стенки 50 может быть установлена с малым допуском в отверстие. В одном варианте осуществления изобретения наружный диаметр наружной стенки 50 на 0,5-2 мм меньше, чем внутренний диаметр отверстия 24. Цилиндрическая наружная стенка 50 имеет внутренний диаметр, который существенно больше, чем наружный диаметр штока 22. В результате, между внутренним диаметром наружной стенки 50 и штоком 22 образовано пространство 52. В одном варианте осуществления изобретения внутренний диаметр наружной стенки 50 на 1-3 см больше, чем наружный диаметр штока 22.

[0022] На первом конце 56 зажимной крышки 30 может быть расположен внутренний резьбовой участок 54. Нажимная втулка 34 уплотнения может содержать наружный резьбовой участок 58, который взаимодействует с внутренним резьбовым участком 54 для прикрепления с возможностью последующего снятия нажимной втулки 34 уплотнения к зажимной крышке 30, таким образом, запирая уплотнение 32 внутри пространства 52. Нажимная втулка 34 уплотнения может быть отрегулирована снаружи корпуса 12 клапана для обеспечения приложения надлежащей нагружающей силы к уплотнению 32 или для регулирования нагружающей силы во время эксплуатации клапана 10 с целью создания герметичного уплотнения между зажимной крышкой 30 и штоком 22. Для облегчения регулирования нажимной втулки 34 уплотнения она может содержать одно или большее количество гнезд 60 под инструмент.

[0023] Из второго конца 64 зажимной крышки 30 может выступать радиально внутрь внутренний фланец 62. Из второго конца 64 зажимной крышки 30 может выступать радиально наружу наружный фланец 65. Наружный фланец 65 может содержать кромку 66, выступающую в продольном направлении наружу из наружного фланца 64, причем наружный фланец 64 и кромка 66 образуют седло 68 клетки.

[0024] Наружный фланец 65 может иметь наружный диаметр, превышающий внутренний диаметр отверстия 24. В одном варианте осуществления изобретения наружный диаметр наружного фланца на 2-4 см больше, чем внутренний диаметр отверстия 24. В результате, напротив седла 68 клетки образована уплотнительная поверхность 70. Уплотнительная поверхность 70 упирается в корпус 12 клапана вблизи отверстия 24. Сила, создаваемая седлом 19 клапана, через клетку 36 придавливает наружный фланец 65 к корпусу 12 клапана. Иными словами, наружный фланец 65 зажат непосредственно между клеткой 36 и корпусом 12 клапана. Между наружным фланцем 65 и корпусом 12 клапана может быть расположена дополнительная уплотнительная прокладка 72 для создания герметичного уплотнения между зажимной крышкой 30 и корпусом 12 клапана.

[0025] Элемент 20 управления может быть приведен в действие разнообразными приводами. Например, элемент 20 управления может быть приведен в действие поворотным приводом или возвратно-поступательным приводом. На фиг. 2-4 изображены различные приводы, которые могут быть использованы с описанным узлом 40 зажимной крышки.

[0026] На фиг. 2 изображен один пример поворотного привода 80. Поворотный привод может быть прикреплен к корпусу 12 клапана посредством монтажного кронштейна 82. Поворотный вал 84 функционально связывает поворотный привод 80 со штоком 22 при помощи реечной передачи 86. Реечная передача 86 может содержать поворотную шестерню 88, имеющую множество зубьев 90, взаимодействующих с множеством зубьев 92 штока 22 для преобразования вращательного движения поворотного вала 84 в возвратно-поступательное движение штока 22. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 2, шток 22 может выступать в паз 94, выполненный в корпусе 12 клапана, и подшипник 95 может облегчать возвратно-поступательное движение штока 22. Аналогичным образом, поворотный вал 84 может выступать в паз 96, выполненный в корпусе 12 клапана, и подшипник 97 может облегчать вращательное движение поворотного вала 84.

[0027] На фиг. 3 изображен один пример возвратно-поступательного привода 100. Возвратно-поступательный привод 100 может быть прикреплен к корпусу 12 клапана посредством монтажного кронштейна 102. Возвратно-поступательный стержень 104 функционально соединяет возвратно-поступательный привод 100 со штоком 22. Возвратно-поступательный стержень 104 может содержать две возвратно-поступательные детали 104а и 104b, соединенные первым шарниром 105. Первый шарнир изменяет угловое движение возвратно-поступательного стержня 104. Второй шарнир 106 изменяет направление движения второй детали 104а. Вторая деталь 104а может быть соединена со штоком 22 посредством третьего шарнира 108 для передачи продольной силы от возвратно-поступательного привода 100 к штоку 22. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг. 3, шток 22 может выступать в паз 114, выполненный в корпусе 12 клапана, и подшипник 115 может облегчать возвратно-поступательное движение штока 22.

[0028] На фиг. 4 изображен еще один пример возвратно-поступательного привода 200. Возвратно-поступательный привод 200 может быть прикреплен к корпусу 12 клапана посредством монтажного кронштейна 202. Возвратно-поступательный стержень 204 функционально соединяет возвратно-поступательный привод 200 со штоком 22. Возвратно-поступательный стержень 204 может содержать возвратно-поступательную деталь 204а и клинообразный конец 204b. Клинообразный конец 204b изменяет возвратно-поступательное движение примерно на 90º в данном примере, хотя возможны и другие угловые изменения. Шток 22 может содержать первый ролик или шарик 222 на одном конце, взаимодействующий с клинообразным концом 204b для преобразования линейного возвратно-поступательного движения возвратно-поступательного стержня 204 в линейное возвратно-поступательное движение штока 22. Опорный рычаг 224 может поддерживать второй ролик или шарик 226 напротив первого шарика 222. Между зажимной крышкой 30 и клинообразным концом 204b может быть установлен смещающий элемент, такой как пружина 228, для поддержания первого ролика 222 в контакте с клинообразным концом 204b.

[0029] В соответствии с одним аспектом описанного примера регулирующий клапан с осевым потоком с узлом зажимной крышки обеспечивает более легкую сборку клапана и снижение стоимости изготовления. Кроме того, регулирующий клапан с осевым потоком с узлом зажимной крышки легче обрабатывать вследствие того, что большую часть операций механической обработки выносят за пределы клапана и, следовательно, снижают или устраняют необходимость маневрирования в ограниченном пространстве внутри клапана и использования специального обрабатывающего инструмента и методов. Процесс сборки облегчен вследствие того, что уплотнение, шток пробки и загрузка уплотнения могут быть выполнены снаружи клапана, а не изнутри, где ограниченное пространство и минимум места для работы. Затем крышку посредством кольца седла устанавливают в корпус клапана, куда обеспечен легкий доступ с наружной стороны клапана. Описанный клапан отличается простотой механической обработки и простотой сборки. Это приводит к снижению стоимости, что повышает рыночную рентабельность клапана.

[0030] Несмотря на то, что в настоящей заявке представлены многочисленные примеры, специалистам в данной области техники понятно, что детали различных вариантов осуществления изобретения не обязательно должны быть взаимоисключающими. На самом деле, специалисты в данной области техники после ознакомления с принципами описанного в данной заявке изобретения могут объединять одну или большее количество характеристик одного варианта осуществления изобретения с одной или большим количеством характеристик остальных вариантов осуществления изобретения. Кроме того, следует понимать, что представленные варианты осуществления изобретения являются лишь иллюстративными и не должны рассматриваться, как ограничивающие объем настоящего изобретения. Все способы, описанные в настоящей заявке, могут быть осуществлены в любом подходящем порядке, если не указано иное или иное явно не противоречит контексту. Использование каких-либо или всех примеров или примерных формулировок (например, "такой как"), представленных в настоящей заявке, предназначено лишь для лучшего разъяснения аспектов иллюстративного варианта или вариантов осуществления настоящего изобретения, а не для наложения ограничений на объем изобретения. Никакие формулировки в описании не следует толковать как обозначающие какой-либо незаявленный элемент, имеющий существенное значение для реализации изобретения.

Узел (40) зажимной крышки для регулирующего клапана (10) с осевым потоком, содержащий: зажимную крышку (30), имеющую цилиндрический корпус и полый канал, седло (19) клапана и клетку (36), расположенную непосредственно между зажимной крышкой и седлом клапана и упирающуюся одним концом в зажимную крышку и другим концом в седло клапана, причем зажимная крышка дополнительно содержит первый конец, приспособленный для размещения вне корпуса регулирующего клапана с осевым потоком, и второй конец, приспособленный для размещения в корпусе клапана. Узел зажимной крышки повышает технологичность изготовления и механическую обрабатываемость за счет возможности удаления узла зажимной крышки из корпуса (12) регулирующего клапана. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулирующий клапан с осевым потоком, имеющий узел зажимной крышки и содержащий:

корпус клапана, образующий канал осевого потока между впускным отверстием и выпускным отверстием;

элемент управления, расположенный в корпусе клапана и выполненный с возможностью управления потоком текучей среды, проходящим через корпус клапана;

привод, прикрепленный к корпусу клапана, для перемещения элемента управления; и

узел зажимной крышки, содержащий:

зажимную крышку, имеющую цилиндрический корпус, полый канал, первый конец, расположенный вне корпуса клапана, и второй конец, расположенный в корпусе клапана;

седло клапана, при этом элемент управления выполнен с возможностью взаимодействия с седлом клапана для регулирования потока текучей среды, проходящего через регулирующий клапан; и

клетку, расположенную непосредственно между зажимной крышкой и седлом клапана и упирающуюся одним концом в зажимную крышку и другим концом в седло клапана.

2. Регулирующий клапан по п. 1, в котором седло клапана имеет наружную резьбу.

3. Регулирующий клапан по п. 1 или 2, в котором внутри одного конца полого канала расположено уплотнение.

4. Регулирующий клапан по п. 3, дополнительно содержащий нажимную втулку уплотнения внутри одного конца полого канала, которая удерживает уплотнение в полом канале.

5. Регулирующий клапан по п. 4, в котором нажимная втулка уплотнения содержит наружную резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней резьбой, выполненной в полом канале.

6. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором зажимная крышка содержит на одном конце выступающий в радиальном направлении наружный фланец.

7. Регулирующий клапан по п. 6, дополнительно содержащий кромку, выступающую в продольном направлении из наружного фланца.

8. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором зажимная крышка содержит на одном конце выступающий в радиальном направлении внутренний фланец.

9. Регулирующий клапан по п. 8, в котором выступающий в радиальном направлении внутренний фланец образует седло клетки.

10. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором привод является поворотным приводом.

11. Регулирующий клапан по п. 10, в котором поворотный привод содержит поворотный вал, соединенный со штоком элемента управления посредством реечной передачи.

12. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, в котором привод является возвратно-поступательным приводом.

13. Регулирующий клапан по п. 4, в котором первый конец зажимной крышки выполнен с возможностью резьбового соединения с нажимной втулкой, так что нажимная втулка регулируется снаружи корпуса клапана.

14. Узел зажимной крышки для регулирующего клапана с осевым потоком, содержащий:

зажимную крышку, имеющую цилиндрический корпус и полый канал; седло клапана и

клетку, расположенную непосредственно между зажимной крышкой и седлом клапана и упирающуюся одним концом в зажимную крышку и другим концом в седло клапана,

причем зажимная крышка дополнительно содержит первый конец, приспособленный для размещения вне корпуса регулирующего клапана с осевым потоком, и второй конец, приспособленный для размещения в корпусе клапана.

15. Узел зажимной крышки по п. 14, в котором седло клапана имеет наружную резьбу.

16. Узел зажимной крышки по п. 14 или 15, в котором внутри одного конца полого канала расположено уплотнение.

17. Узел зажимной крышки по п. 16, дополнительно содержащий нажимную втулку уплотнения внутри одного конца полого канала, которая удерживает уплотнение в полом канале.

18. Узел зажимной крышки по п. 17, в котором нажимная втулка уплотнения содержит наружную резьбу, выполненную с возможностью взаимодействия с внутренней резьбой, выполненной в полом канале.

19. Узел зажимной крышки по любому из пп. 14-18, в котором зажимная крышка содержит на одном конце выступающий в радиальном направлении наружный фланец.

20. Узел зажимной крышки по п. 19, дополнительно содержащий кромку, выступающую в продольном направлении из наружного фланца.

21. Узел зажимной крышки по любому из пп. 14-20, в котором зажимная крышка содержит на одном конце выступающий в радиальном направлении внутренний фланец.

22. Узел зажимной крышки по п. 21, в котором выступающий в радиальном направлении внутренний фланец образует седло клетки.