Обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном Российский патент 2020 года по МПК F16K31/124 F16K15/02 F16K5/06 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к средствам управления шаровыми кранами, а именно к обратным клапанам с сервоприводом.

Известен обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном, содержащий корпус, набранный из соединенных нижней и верхней концевых закрытых секций и размещённой между ними промежуточной секции, сообщенных посредством: первого осевого и второго радиального рабочих каналов с шаровым краном; каналами управления – с блоком управления шаровым краном и дренажным каналом – с атмосферой, при этом вдоль оси клапана выполнена сквозная центральная полость, в которой размещён распределительный механизм, включающий в себя подпружиненный плунжер с основным поршнем и с двойным возвратным золотниковым устройством в зоне первого, осевого рабочего канала на нижней концевой секции и в зоне дренажного канала на промежуточной секции, выполненными с возможностью перекрытия указанных каналов, при этом указанный основной поршень соединен подвижно с плунжером и размещён в полости камеры, выполненной в зоне канала управления на верхней концевой секции, а подпоршневая полость указанной камеры сообщена с атмосферой (патент РФ RU2673636, МПК F16K31/04, F16K15/00, Опубликовано 28.11.2018г., Бюлл.№34).

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.

К недостаткам технического решения следует отнести то, что в результате медленного сброса управляющей среды из блока управления приводом шарового крана, медленно сбрасывается управляющая среда из центральной полости корпуса клапана через канал управления Е, поэтому и плунжер медленно перемещается из своего крайнего нижнего положения в свое крайне верхнее положение, а это приводит к тому, что во время перемещения плунжера дренажный канал Ж имеет возможность соединения с первым рабочим каналом Г и в это время происходит сброс рабочей среды в атмосферу из внутренней полости N в корпусе шарового крана. Сброс рабочей среды в атмосферу во время перемещения плунжера приводит к невозвратным потерям рабочей среды и, следовательно, к неоправданным экономическим потерям.

Технический результат от использования изобретения заключается в снижении объема невозвратных потерь рабочей среды путём исключения её сброса при перемещениях плунжера.

Ниже раскрыты все общие и частные существенные признаки изобретения, характеризующие их причинно-следственную связь с указанным техническим результатом, достаточные для осуществления специалистом в данной области техники.

Обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном содержит корпус, набранный из соединенных нижней и верхней концевых закрытых секций и размещённой между ними промежуточной секции, сообщенных посредством: первого осевого и второго радиального рабочих каналов с шаровым краном; каналами управления – с блоком управления шаровым краном и дренажным каналом – с атмосферой. Вдоль оси клапана выполнена сквозная центральная полость, в которой размещён распределительный механизм, включающий в себя подпружиненный плунжер с основным поршнем и с двойным возвратным золотниковым устройством в зоне первого, осевого рабочего канала на нижней концевой секции и в зоне дренажного канала на промежуточной секции, выполненными с возможностью перекрытия указанных каналов. Основной поршень соединен подвижно с плунжером и размещён в полости камеры, выполненной в зоне канала управления на верхней концевой секции, а подпоршневая полость указанной камеры сообщена с атмосферой. Корпус снабжен дополнительной секцией с радиальным каналом управления, установленной между промежуточной и верхней секциями, имеющей поршневую камеру с дополнительным поршнем, подпоршневая полость которой сообщена с атмосферой. Дополнительный поршень неподвижно зафиксирован между нижележащим буртом на плунжере и надставкой, разъёмно соединённой с ним, с возможностью размещения в камере основного поршня. Двойное возвратное золотниковое устройство включает в себя: затвор, установленный на нижней части плунжера, выполненного ступенчатым с уступом между ступенями, с возможностью свободного перемещения вдоль его оси посредством пружины, установленной в центральной полости нижней концевой секции, между затвором и нижней концевой секцией, гильзу - золотник, установленную в центральной полости нижней концевой секции c возможностью перемещения вдоль её оси, выполненную в виде полого стакана и поджатую к затвору пружиной, установленной в полости стакана между гильзой-золотником и нижней концевой секцией. Гильза - золотник имеет сквозное отверстие в днище стакана, с возможностью сопряжения с заострённым концом плунжера при его нижнем положении и с возможностью пропуска рабочей среды между двумя рабочими каналами при верхнем положении плунжера. Затвор установлен с зазором относительно поверхности центральной полости нижней концевой секции и снабжен запрессованным по периферии его верхней боковой стороны уплотнительным кольцом из полимерного материала, с возможностью сопряжения с торцевой поверхностью промежуточной секции корпуса. При верхнем положении плунжера расстояние от уступа до торца затвора больше, чем расстояние от заострённого конца плунжера до поверхности днища стакана гильзы-золотника. Плунжер в его крайнем верхнем положении выполнен с возможностью герметичного перекрытия соединения между вторым рабочим каналом и дренажным каналом уплотнительным кольцом затвора. В крайнем нижнем положении плунжера второй рабочий канал и дренажный канал соединены между собой. Первый рабочий канал герметично перекрыт заострённым концом плунжера.

Устройство иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 представлен фронтальный вид обратного наборно-секционного клапана системы управления шаровым краном в разрезе и схема трубопроводов, соединяющая его каналы с полостями L и N шарового крана и блоком управления приводом, когда на нем отсутствует командный сигнал на перестановку запорного органа шарового крана;

на фиг.2 – продольный разрез Б-Б обратного наборно-секционного клапана системы управления шаровым краном на фиг.1;

на фиг.3 – плунжер в сборе с поршнями и уплотнительными кольцами в разрезе.

на фиг.4 - продольный разрез Б-Б обратного наборно-секционного клапана системы управления шаровым краном на фиг.5.

на фиг.5 – вид А на обратный клапан управления седлами шарового крана на фиг.1;

на фиг.6 – представлен фронтальный вид обратного наборно-секционного клапана системы управления шаровым краном в разрезе, когда на него подан командный сигнал на перестановку запорного органа шарового крана;

Обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном содержит корпус 1 с центральной полостью, сообщённой с выполненным в нём двумя рабочими каналами Г и Д, дренажным каналом Ж и каналами управления Е1 и Е2, связанными с блоком управления 2 привода шарового крана 3.

Корпус 1 набран из соединенных нижней 4 и верхней 5 концевых закрытых секций и размещённой между ними промежуточной секции 6, сообщенных посредством: первого осевого Г и второго Д радиального рабочих каналов с шаровым краном 3; каналами управления Е1 и Е2 – с блоком управления 2 шаровым краном 3 и дренажным каналом Ж – с атмосферой.

Вдоль оси клапана выполнена сквозная центральная полость, в которой размещён распределительный механизм, включающий в себя подпружиненный плунжер 7 с основным поршнем 8 и с двойным возвратным золотниковым устройством в зоне первого Г осевого рабочего канала в нижней концевой секции 4 и в зоне дренажного канала Ж на промежуточной секции 6, выполненным с возможностью перекрытия указанных каналов.

Основной поршень 8 соединен подвижно с плунжером 7 и размещён в полости камеры, выполненной в зоне канала управления Е1 на верхней концевой секции 5, а подпоршневая полость S1 указанной камеры сообщена с атмосферой.

Корпус 1 снабжен дополнительной секцией 9 с радиальным каналом управления Е2, установленной между промежуточной 6 и верхней 5 секциями, имеющей поршневую камеру с дополнительным поршнем 10, подпоршневая полость S2 которой сообщена с атмосферой.

Дополнительный поршень 10 неподвижно зафиксирован между нижележащим буртом на плунжере 7 и надставкой 11, разъёмно соединённой с ним, с возможностью размещения в камере основного поршня.

Опора плунжера 7 выполнена в виде прилива в центральной полости, в котором установлено резиновое кольцо 12, сопряжённое с наружной поверхностью плунжера 7.

Разъем между нижней концевой секцией 4 и промежуточной секцией 6 уплотнен резиновым кольцом 13.

Основной 8 и дополнительный 10 поршни снабжены резиновыми кольцами 14 в зонах сопряжения с частями 7 и 11 плунжера и резиновыми кольцами 15 в зонах сопряжения с цилиндрической боковой поверхностью указанных камер.

Двойное возвратное золотниковое устройство включает в себя: затвор 16, установленный на нижней части плунжера 7, выполненного ступенчатым с уступом 17 между ступенями, с возможностью свободного перемещения вдоль его оси посредством пружины 18, установленной в центральной полости нижней концевой секции 4, между затвором 16 и нижней концевой секцией 4, гильзу - золотник 19, установленную в центральной полости нижней концевой секции 4, выполненную в виде полого стакана и поджатую к затвору 16 пружиной 20, установленной в полости стакана между гильзой-золотником 19 и нижней концевой секцией 4.

В зоне сопряжения затвора 16 с нижней частью плунжера 7 установлено резиновое кольцо 21.

Гильза - золотник 19 имеет сквозное отверстие в днище стакана, с возможностью сопряжения с заострённым концом плунжера 7 при его нижнем положении и с возможностью пропуска рабочей среды между двумя рабочими каналами Д и Г при верхнем положении плунжера 7. Затвор 16 установлен с зазором относительно поверхности центральной полости нижней концевой секции 4 и снабжен запрессованным по периферии его верхней боковой стороны уплотнительным кольцом 22 из полимерного материала, с возможностью сопряжения с торцевой поверхностью промежуточной секции 6 корпуса 1.

При верхнем положении плунжера 7 расстояние от уступа 17 плунжера 7 до торца затвора 16 больше, чем расстояние от заострённого конца плунжера 7 до поверхности днища стакана гильзы-золотника 19.

На наружной поверхности гильзы - золотника 19 установлено резиновое кольцо 23 сопряженное с поверхностью центральной полости нижней концевой секции 4.

В крайнем нижнем положении плунжера 7 второй рабочий канал Д и дренажный канал Ж соединены между собой. Первый рабочий канал Г герметично перекрыт заострённым концом плунжера 7.

При верхнем положении плунжера 7 расстояние от уступа 17 плунжера 7 до торца затвора 16 больше, чем расстояние от заостренного конца плунжера 7 до поверхности днища стакана гильзы-золотника 19.

В верхней концевой закрытой секции 5 выполнен канал управления Е1 для соединения с блоком управления 2 приводом шарового крана 3.

В дополнительной секции 9 корпуса 1 выполнен радиальный канал управления Е2 для соединения с блоком управления 2 приводом шарового крана 3.

Первый рабочий канал Г выполнен в нижней концевой секции 4 для соединения с внутренней полостью N в корпусе шарового крана 3.

Второй рабочий канал Д выполнен в промежуточной секции 6 корпуса 1 и соединен с полостями L шарового крана 3, образованными наружными уплотнениями сёдел 24.

Дренажный канал Ж выполнен в промежуточной секции 6 корпуса 1 с возможностью сброса рабочей среды в атмосферу из центральной полости корпуса 1.

Каналы Г, Д, Ж, Е1, Е2 обратного наборно-секционного клапана системы управления шаровым краном снабжены штуцерами 25 с возможностью присоединения трубопроводов.

Из полости между основным поршнем 8 и верхним торцом дополнительной секции 9 корпуса 1 выполнен дренажный канал И1 с возможностью сброса воздуха в атмосферу.

Из полости между дополнительным поршнем 10 и верхним торцом промежуточной секции 6 корпуса 1 выполнен дренажный канал И2 с возможностью сброса воздуха в атмосферу.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Изобретение осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения относятся к существенным, поскольку они влияют на возможность решения указанной в заявке технической проблемы и получение обеспечиваемого изобретением технического результата - снижения объема невозвратных потерь рабочей среды, то есть находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом.

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения позволяют получить новый технический результат.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в патенте РФ RU2673636, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.

Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - снижение объема невозвратных потерь рабочей среды.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Обратный клапан управления седлами работает в двух режимах.

При первом режиме работы (смотри фиг. 1 и фиг. 2) на блоке управления 2 приводом (не показан) отсутствует командный сигнал на перестановку запорного органа шарового крана 3, а запорный орган шарового крана 3 находится или в положении "закрыто" (показано) или в положении "открыто" (не показано). В этом режиме через блок управления 2 приводом (не показан) каналы Е1 в верхней концевой закрытой секции 5 и Е2 в дополнительной секции 9 корпуса 1 соединены с атмосферой. Под действием давления рабочей среды плунжер 7, дополнительный поршень 10 и основной поршень 8 находятся в крайнем верхнем положении. Под действием давления рабочей среды и пружины 18 затвор 16, установленный на нижней части плунжера 7 с возможностью свободного перемещения вдоль его оси, также находится в крайнем верхнем положении, при этом уплотнительное кольцо 22 сопрягается с торцевой поверхностью промежуточной секции 6 корпуса 1 и герметично перекрывает канал Ж сброса рабочей среды в атмосферу из корпуса 1, при этом канал Д к полостям седел L шарового крана 3 соединен с каналом Г к полости N в корпусе шарового крана 3. Рабочая среда может свободно перемещаться из полостей седел L в полость N корпуса шарового крана 3 и обратно. Шаровой кран в газовой магистрали работает в режиме обычного шарового крана в результате чего, давление, действующее на седла 24 шарового крана 3, приводит к формированию усилия, которое всегда прижимает седла 24 к запорному органу крана 3.

При втором режиме работы (фиг.4 и фиг.6), например при открытии крана, на блок управления 2 приводом (не показан) подается командный сигнал на перестановку запорного органа шарового крана 3. В результате чего, в блоке управления 2 приводом (не показан) канал Е2 в дополнительной секции 9 корпуса 1 соединяется с патрубком шарового крана 3 с более высоким давлением Р1. Рабочая среда поступает через блок управления 2 в канал Е2, воздействует на дополнительный поршень 10 в результате чего плунжер 7 и дополнительный поршень 10 перемещаются вниз. При их перемещении на ход обозначенный h (фиг.2), заострённый конец плунжера 7 герметично перекрывает сквозное отверстие в днище стакана гильзы - золотника 19 и, соответственно, первый рабочий канал Г, после чего плунжер 7 и дополнительный поршень 10 продолжают перемещаться вниз совместно с гильзой - золотником 19, преодолевая усилие пружины 20. При перемещении плунжера 7 вниз на ход, обозначенный Н уступ 17 на плунжере 7 сопрягается с торцом затвора 16. После этого плунжер 7, дополнительный поршень 10 и гильза - золотник 19 перемещаются вниз, преодолевая усилие пружин 18 и 20 до сопряжения дополнительного поршня 10 с торцевой поверхностью промежуточной секции 6 корпуса 1. При перемещении плунжера 7 вниз необходимая очередность закрытия сквозного отверстия в днище стакана гильзы - золотника 19 и разгерметизации уплотнительного кольца 22 достигается за счет выполнения условия: H = h + Δ; L= H + Δ, где Δ - гарантированный зазор. В нижнем положении плунжера 7 рабочая среда из полостей седел L шарового крана 3 через каналы Д и канал Ж сбрасывается в атмосферу. На седлах 24 шарового крана 3 возникает обратный перепад давления, под воздействием которого седла 24 отводятся от запорного органа, в результате этого открытие или закрытие шарового крана 3 происходит без трения седел 24 о запорный орган шарового крана 3.

К основным достоинствам нового устройства следует отнести высокую надёжность работы крана вследствие упрощения конструкции элементов распределительного механизма, устранения сброса рабочей среды в атмосферу из корпуса крана, улучшения герметичности запорных узлов и сокращения времени срабатывания обратного наборно-секционного клапана.

Данный обратный наборно-секционный клапан может быть применён в системе автоматического управления шаровым краном и его использование позволяет улучшить эксплуатационные качества шарового крана за счёт комплексного автоматического управления перемещением сёдел и поворотом запорного органа.

Изобретение относится к области машиностроения, к средствам управления шаровыми кранами, а именно к обратным клапанам с сервоприводом. Обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном содержит корпус, набранный из соединенных нижней и верхней концевых закрытых секций и размещённой между ними промежуточной секции, сообщенных посредством первого осевого и второго радиального рабочих каналов с шаровым краном, каналами управления с блоком управления шаровым краном и дренажным каналом с атмосферой. Вдоль оси клапана выполнена сквозная центральная полость, в которой размещён распределительный механизм, включающий в себя подпружиненный плунжер с основным поршнем и с двойным возвратным золотниковым устройством в зоне первого осевого рабочего канала на нижней концевой секции и в зоне дренажного канала на промежуточной секции, выполненными с возможностью перекрытия указанных каналов. Основной поршень соединен подвижно с плунжером и размещён в полости камеры, выполненной в зоне канала управления на верхней концевой секции, а подпоршневая полость указанной камеры сообщена с атмосферой. Корпус снабжен дополнительной секцией с радиальным каналом управления, установленной между промежуточной и верхней секциями, имеющей поршневую камеру с дополнительным поршнем, подпоршневая полость которой сообщена с атмосферой. Дополнительный поршень неподвижно зафиксирован между нижележащим буртом на плунжере и надставкой, разъёмно соединённой с ним, с возможностью размещения в камере основного поршня. Двойное возвратное золотниковое устройство включает в себя затвор, установленный на нижней части плунжера, выполненного ступенчатым с уступом между ступенями, с возможностью свободного перемещения вдоль его оси посредством пружины, установленной в центральной полости нижней концевой секции, между затвором и нижней концевой секцией, гильзу-золотник, установленную в центральной полости нижней концевой секции, выполненную в виде полого стакана и поджатую к затвору пружиной, установленной в полости стакана между гильзой-золотником и нижней концевой секцией. Гильза-золотник имеет сквозное отверстие в днище стакана, с возможностью сопряжения с заострённым концом плунжера при его нижнем положении и с возможностью пропуска рабочей среды между двумя рабочими каналами при верхнем положении плунжера. Затвор установлен с зазором относительно поверхности центральной полости нижней концевой секции и снабжен запрессованным по периферии его верхней боковой стороны уплотнительным кольцом из полимерного материала, с возможностью сопряжения с торцевой поверхностью промежуточной секции корпуса. Изобретение направлено на снижение объема невозвратных потерь рабочей среды путём исключения её выброса при перемещениях плунжера. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Обратный наборно-секционный клапан системы управления шаровым краном, содержащий корпус, набранный из соединенных нижней и верхней концевых закрытых секций и размещённой между ними промежуточной секции, сообщенных посредством первого осевого и второго радиального рабочих каналов с шаровым краном, каналами управления с блоком управления шаровым краном и дренажным каналом с атмосферой, при этом вдоль оси клапана выполнена сквозная центральная полость, в которой размещён распределительный механизм, включающий в себя подпружиненный плунжер с основным поршнем и с двойным возвратным золотниковым устройством в зоне первого осевого рабочего канала на нижней концевой секции и в зоне дренажного канала на промежуточной секции, выполненными с возможностью перекрытия указанных каналов, при этом указанный основной поршень соединен подвижно с плунжером и размещён в полости камеры, выполненной в зоне канала управления на верхней концевой секции, а подпоршневая полость указанной камеры сообщена с атмосферой, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительной секцией с радиальным каналом управления, установленной между промежуточной и верхней секциями, имеющей поршневую камеру с дополнительным поршнем, подпоршневая полость которой сообщена с атмосферой, при этом дополнительный поршень неподвижно зафиксирован между нижележащим буртом на плунжере и надставкой, разъёмно соединённой с ним, с возможностью размещения в камере основного поршня, при этом упомянутое двойное возвратное золотниковое устройство включает в себя затвор, установленный на нижней части плунжера, выполненного ступенчатым с уступом между ступенями, с возможностью свободного перемещения вдоль его оси посредством пружины, установленной в центральной полости нижней концевой секции, между затвором и нижней концевой секцией, гильзу-золотник, установленную в центральной полости нижней концевой секции c возможностью перемещения вдоль её оси, выполненную в виде полого стакана и поджатую к затвору пружиной, установленной в полости стакана между гильзой-золотником и нижней концевой секцией, причем гильза-золотник имеет сквозное отверстие в днище стакана, с возможностью сопряжения с заострённым концом плунжера при его нижнем положении и с возможностью пропуска рабочей среды между двумя рабочими каналами при верхнем положении плунжера, причём затвор установлен с зазором относительно поверхности центральной полости нижней концевой секции и снабжен запрессованным по периферии его верхней боковой стороны уплотнительным кольцом из полимерного материала, с возможностью сопряжения с торцевой поверхностью промежуточной секции корпуса.

2. Обратный наборно-секционный клапан по п.1, отличающийся тем, что при верхнем положении плунжера расстояние от уступа до торца затвора больше, чем расстояние от заострённого конца плунжера до поверхности днища стакана гильзы-золотника.

3. Обратный наборно-секционный клапан по п.1, отличающийся тем, что плунжер в его крайнем верхнем положении выполнен с возможностью герметичного перекрытия соединения между вторым рабочим каналом Д и дренажным каналом Ж уплотнительным кольцом затвора.

4. Обратный наборно-секционный клапан по п.1, отличающийся тем, что в крайнем нижнем положении плунжера второй рабочий канал Д и дренажный канал Ж соединены между собой, а первый рабочий канал Г герметично перекрыт заострённым концом плунжера.