Клапан регулирующий осесимметричный Российский патент 2024 года по МПК F16K1/12 F16K31/54 

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности к регулирующим клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.

Известен регулирующий клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, при этом для обеспечения правильной сборки реечного зацепления штока и рейки первая впадина на рейке, расположенная со стороны крепления поршня, и взаимодействующий с ней ответный первый зуб на вертикальном штоке, расположенный со стороны, противоположной резьбовому концу штока, выполнены шире остальных впадин на рейке и зубьев на штоке, соответственно, не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм (Патент RU №209662, МПК: F16K 1/12, F16K 31/53).

Основным недостатком указанного клапана являются очень сложные манипуляции, требующиеся для правильной сборки реечной пары, описанные ниже.

В корпус устанавливают втулку направляющую и рейку таким образом, чтобы торец «В» рейки находился в правой части горизонтального отверстия втулки направляющей (ближе к выходному патрубку клапана). Плоскость зубьев рейки при этом должна располагаться вертикально или иметь небольшой наклон по часовой стрелке при взгляде на выходной патрубок клапана. О правильности установки рейки будет свидетельствовать отсутствие видимости торца «В» рейки при визуальном контроле через вертикальное отверстие корпуса и втулки направляющей. При взгляде в вертикальное отверстие корпуса и втулки направляющей должна быть видна только плоскость зубьев рейки, установленная вертикально или с небольшим наклоном по часовой стрелке при взгляде на выходной патрубок клапана. Далее в вертикальное отверстие корпуса и втулки направляющей плавно опускают шток плоской площадкой «А» вниз. Плоскость зубьев штока должна быть обращена в сторону плоскости зубьев рейки навстречу друг другу. Достигнув определенной глубины погружения в вертикальное отверстие корпуса и втулки направляющей, плоскость «А» площадки штока поворачивает плоскость зубьев рейки в строго вертикальное положение. При дальнейшем погружении штока в отверстие корпуса и втулки направляющей торцы первых зубьев штока упираются в верхние торцы зубьев рейки. Далее приподнимают вертикальный шток на 2-7 мм вверх, для исключения повреждения зубьев штока и рейки друг об друга, и плавно толкают рейку вглубь корпуса клапана со стороны выходного патрубка. При движении рейки вглубь корпуса клапана торец «В» рейки упрется в торец «Б» штока. В этом положении первый зуб штока и первая впадина рейки будут находиться максимально строго друг под другом. Далее плавно опускают шток вниз и первый зуб штока должен войти в первую впадину рейки. При этом, учитывая неточность при изготовлении рейки и штока, допускается совершать плавное вращение и возвратно-поступательное движение рейки после достижения упоров «Б» штока и «В» рейки для попадания первого зуба в первую впадину. После сборки рейки со штоком дополнительная проверка размеров их вылетов не требуется.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, является клапан осесимметричный регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор с отверстиями, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, в обтекателе установлена втулка направляющая реечного механизма, закрепленная при помощи фланца прижимного, зафиксированного четырьмя винтами, при этом на конце штока перед зубьями выполнена плоская площадка, длина которой больше на 12-15 мм радиуса рейки с угловым вырезом и поверхностью, перпендикулярной плоской площадке, а на рейке после зубьев выполнен перпендикулярно ее оси торец, глубиной до обнижения под зубья для точного позиционирование штока и рейки перед зацеплением зубьев без необходимости выдерживания сборочных размеров (Патент RU №216495, МПК: F16K 1/12, F16K 31/54-прототип).

Основными недостатками указанного клапана являются сложная конструкция крепления втулки направляющей в обтекателе с помощью фланца прижимного и четырех винтов, а также очень сложные манипуляции, требующиеся для правильной сборки реечной пары, описанные ниже.

Сборка реечной пары происходит следующим образом.

Для сборки реечной пары необходимо установить рейку во втулку направляющую до уровня, чтобы через верхнее отверстие в корпусе было видно, что перпендикулярный оси торец В рейки вышел из зоны видимости на 5-10 мм. После чего медленно опускают до упора в рейку шток. После этого, приподнимая шток на 5-10 мм, начинают вытягивать рейку в направлении выходного патрубка. Шток опускают, как только перпендикулярный оси торец В рейки выйдет из контакта с торцом плоской площадки Г штока. После этого поверхность Д штока опустится вдоль перпендикулярного торца В рейки до упора в угол плоской площадки.

Продолжают медленно вытягивать рейку и опускают шток пока зубья не войдут в контакт по угловой поверхности. В процессе установки штока плоская площадка Г касается обнижения рейки и вращает последнюю до необходимого положения. В результате использования плоской площадки заданной величины рейка занимает положение, когда зубья штока и рейки лежат в одной плоскости в момент сборки реечной пары.

Технический результат изобретения направлен на упрощение конструкции и сокращение процесса сборки клапана за счет уменьшения количества манипуляций, требующихся при сборке реечной пары.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане регулирующем осесимметричном, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор, установленный в расточке обтекателя корпуса, закрепленный в ней седлом и гайкой прижимной, размещенными в выходном патрубке, и размещенный внутри обтекателя с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, также в обтекателе установлена втулка направляющая реечного механизма, согласно предлагаемого изобретения, втулка направляющая реечного механизма установлена в обтекателе со стороны входного патрубка, точно позиционируется в вертикальном положении отверстия под шток, зафиксирована от проворота вдоль продольной оси буртом с двумя лысками, входящим в паз, также втулка направляющая закреплена в обтекателе посредством резьбовой заглушки, установленной со стороны свободного торца рейки, со стороны торца контактирующего с резьбовой заглушкой втулка направляющая содержит минимум четыре радиальных отверстия, в рейке выполнен продольный паз, во втулке направляющей напротив паза размещен установочный винт, цилиндрический конец которого входит в продольный паз рейки и фиксирует рейку от проворота относительно продольной оси, при этом на конце штока перед первой впадиной выполнена плоская площадка с угловым вырезом под 90° на уровне верха зубьев и поверхностью, перпендикулярной плоской площадке, а на рейке после зубьев со стороны выходного патрубка выполнен перпендикулярно ее оси торец, глубиной до впадин и площадка на уровне впадин, причем ширина плоской площадки на конце штока равна расстоянию от торца рейки до первого зуба. Благодаря установке втулки направляющей в обтекатель со стороны входного патрубка и крепления ее с помощью резьбовой заглушки исключается необходимость во фланце и четырех винтах, за счет чего упрощается конструкция клапана.

Наличием на втулке направляющей бурта с двумя лысками, а на выступе обтекателя паза, обеспечивается точное позиционирование отверстия под шток в вертикальном положении.

Наличием во втулке направляющей со стороны свободного торца рейки радиальных отверстий обеспечивается разгрузка штока, выравнивается давление, действующее на свободный торец рейки, с давлением в полости выходного патрубка.

Наличием продольного паза на рейке и установочного винта во втулке направляющей обеспечивается фиксация рейки от проворота относительно продольной оси, а также ограничивается продольное перемещение и обеспечивается точное позиционирование рейки в положении ввода реечного соединения штока и рейки в зацепление при сборке клапана.

Выполнение на штоке плоской площадки Г с угловым вырезом под 90° на уровне верха зубьев и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке, а на рейке после зубьев со стороны выходного патрубка перпендикулярно ее оси торца В, глубиной до впадин и площадки Е на уровне впадин с шириной плоской площадки на конце штока равной расстоянию от торца рейки до первого зуба исключает возможность неправильной сборки реечного зацепления.

Благодаря предлагаемому техническому решению упрощается конструкция и сокращается процесс сборки клапана.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез предложенного регулирующего клапана, на фиг.2 показана схема ввода зубьев рейки и штока в зацепление, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, показаны кольцевые каналы, отверстия для прохода среды и выравнивания давления, действующего на свободный торец рейки, с давлением в полости выходного патрубка и установочный винт, обеспечивающий точное позиционирование рейки при вводе зубьев рейки и штока в зацепление, на фиг. 4 - вид Б на схеме ввода зубьев рейки и штока в зацепление , показано место установки втулки направляющей в обтекатель и ее фиксации от проворота, на фиг. 5а, 5б - показан шток и плоская площадка Г с угловым вырезом под 90° на уровне зубьев и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке, на фиг. 6а, 6б - показана рейка и торец В глубиной до впадин и площадка Е на уровне впадин.

Клапан осесимметричный регулирующий (фиг. 1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Корпус 1 клапана снабжен ответными фланцами. Центральная часть корпуса 1 выполнена в виде обтекателя 4, закрепленного на двух ребрах, составляющих одно целое с корпусом, формирует проходной кольцевой канал 5 (фиг. 3). В обтекателе 4 со стороны входного патрубка 2 установлена втулка направляющая 6 реечного механизма, закрепленная при помощи заглушки резьбовой 7.

Втулка направляющая 6 имеет два взаимно перпендикулярных отверстия, обработанных с высокой точностью, в которые установлен реечный механизм, состоящий из втулки направляющей 6, рейки 8, штока 9. В горизонтальном отверстии расположена рейка 8, а в вертикальном - шток 9. Рейка 8 и шток 9 снабжены зубьями, нарезанными под углом 45 градусов относительно оси и, взаимодействуя друг с другом посредством указанных зубьев, имеют возможность возвратно-поступательного перемещения. При движении штока 9 вниз, рейка 8 перемещается вправо (на закрытие клапана). При движении штока 9 вверх, рейка 8 перемещается влево (на открытие клапана).

Втулка направляющая 6 установлена в обтекатель 4 со стороны входного патрубка 2. Втулка направляющая 6 точно позиционируется в вертикальном положении отверстия под шток 9, фиксируется от проворота вдоль продольной оси буртом Ж с двумя лысками З (фиг.1, фиг. 4), входящим в паз И, выполненный в выступе К обтекателя 4, крепится в обтекателе 4 за счет резьбовой заглушки 7, установленной со стороны свободного торца рейки 8, имеет со стороны торца контактирующего с резьбовой заглушкой 7 минимум четыре радиальных отверстия для разгрузки штока 9 и рейки 8 и выравнивания давления, действующего на свободный торец рейки, с давлением в полости выходного патрубка 3. Суммарная площадь радиальный отверстий должна быть не менее площади отверстия под рейку во втулке направляющей, чтобы обеспечивался свободный проход рабочей среды без дросселирования в отверстиях и без перепада давления на них.

Рейка 8 имеет продольный паз Л (фиг. 2, фиг. 6б). Во втулке направляющей 6 напротив паза Л, (Фиг.2, фиг. 6б) размещен установочный винт 10, цилиндрический конец которого входит в продольный паз рейки и фиксирует рейку 8 от проворота относительно продольной оси, ограничивает продольное перемещение и обеспечивает точное позиционирование рейки 8 в положении ввода реечного соединения штока и рейки в зацепление при сборке клапана.

На резьбовом конце рейки 8 (фиг. 1) посредством гайки 11, внутреннего 12 и наружного диска 13 закреплен поршень 14. Поршень 14 перемещается возвратно-поступательно совместно с рейкой 8. Наружная поверхность поршня 14 взаимодействует с внутренней поверхностью сепаратора 15.

Сепаратор 15 (фиг. 1) установлен в расточке обтекателя 4 корпуса 1, закреплен в ней седлом 16 и гайкой прижимной 17. Сепаратор 15 уплотнен в обтекателе 4 корпуса 1 и в седле 16 кольцами уплотнительными 18.

Для выравнивания усилия на поршень 14 и рейку 8 от действия дифференциального давления рабочей среды во внутреннем 12 и наружном 13 дисках имеются отверстия, сообщающие полости с одной и другой стороны поршня 14. В обтекателе 4 (фиг. 3) выполнены отверстия для прохода среды и выравнивания давления, действующего на свободный торец рейки 8, с давлением в полости выходного патрубка 3.

На рейке 8 после зубьев выполнен перпендикулярно ее оси торец В глубиной до впадин и площадка Е на уровне впадин (фиг. 6а, 6б). Внутренние полости реечного механизма изолированы относительно рабочей среды с целью исключения выталкивающего усилия от давления рабочей среды на шток 9. Герметичность внутренних полостей реечного механизма обеспечивают: по втулке направляющей 6 уплотнительные кольца 19; по рейке 8 - кольца 20, 21 (фиг. 2).

Верхний конец штока 9 центрируется во втулке сальника 22, размещенной в стойке привода 23 и уплотнен кольцами 24. Втулка сальника 22 уплотнена в стойке кольцами 25. Стойка привода крепится к корпусу 1 и уплотнена в нем кольцом 26. Кольца 24, 25 и 26 обеспечивают герметичность клапана по отношению к внешней среде в случае выхода из строя колец уплотнительных 19, 20, 21 втулки направляющей 6 и рейки 8 (фиг. 1, 2).

Резьбовая заглушка 7 уплотнена в корпусе 1 кольцом 27.

Седло 16 уплотнено в корпусе 1 кольцом 28.

На конце штока 9 перед зубьями выполнена плоская площадка Г с угловым вырезом под 90° на уровне зубьев и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке (фиг. 5).

Сборка реечной пары происходит следующим образом.

Для сборки реечной пары необходимо до установки втулки направляющей 6 в корпус 1 установить рейку 8 во втулку направляющую 6 до уровня, чтобы через верхнее отверстие в корпусе 1 было видно, что перпендикулярный оси торец В рейки 8 вышел из зоны видимости на 5-10 мм. Вращая рейку 8, совместить паз на рейке с отверстием под винт установочный 10, после чего ввернуть винт установочный 10 заподлицо с цилиндрической поверхностью и закернить его. Проверить перемещение рейки 8 во втулке направляющей 6. Рейка 8 должна перемещаться свободно, без заеданий. Установить втулку направляющую 6 с рейкой 8 в обтекатель 4 корпуса 1, чтобы лыски З на бурте Ж вошли в паз И, выполненный в выступе К обтекателя 4. Придерживая втулку направляющую 6 в обтекателе 4 корпуса 1, переместить рейку 8 в сторону входного патрубка 2. Вставить шток 9 в отверстие втулки направляющей 6 и ввести зубья штока 9 и рейки 8 в зацепление.

Клапан осесимметричный регулирующий работает следующим образом.

При полностью открытом клапане транспортируемая среда поступает из трубопровода через входной патрубок 2 в корпус 1 и через кольцевой канал 5 проходит через отверстия в сепараторе 15 и выходной патрубок 3 движется в трубопровод. При открытом положении поршень 14 максимально заходит в обтекатель 4 корпуса 1 и приближен к входному патрубку 2, при этом отверстия в сепараторе 15 полностью открыты.

В закрытом положении отверстия в сепараторе 15 полностью закрыты с внутренней стороны поршнем 14. Транспортируемая среда через клапан не проходит.

В промежуточном положении транспортируемая среда поступает из трубопровода через входной патрубок 2 в корпус 1 и через кольцевой канал 5 открытые отверстия в сепараторе 15 и выходной патрубок 3 движется в трубопровод. При промежуточных положениях поршня 14 отверстия в сепараторе 15 открыты частично.

Процесс регулирования происходит путем перемещения поршня 14, которое осуществляется от привода поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма у которого рейка 8 соединена с поршнем 14, а шток 9 с приводом.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет упростить конструкцию клапана и сократить процесс сборки клапана за счет уменьшения количества манипуляций, требующихся при сборке реечной пары.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к регулирующим клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов. Предложен клапан регулирующий осесимметричный, в котором втулка направляющая реечного механизма устанавливается в обтекатель со стороны входного патрубка, точно позиционируется в вертикальном положении отверстия под шток, фиксируется от проворота вдоль продольной оси буртом с двумя лысками, входящим в паз, выполненный в выступе обтекателя, закреплена в обтекателе посредством резьбовой заглушки, установленной со стороны свободного торца рейки, имеет со стороны торца, контактирующего с резьбовой заглушкой, минимум четыре радиальных отверстия для разгрузки штока и рейки и выравнивания давления, действующего на свободный торец рейки, с давлением в полости выходного патрубка. В рейке выполнен продольный паз, во втулке направляющей напротив паза размещен установочный винт, цилиндрический конец которого входит в продольный паз рейки и фиксирует рейку от проворота относительно продольной оси, ограничивает продольное перемещение и обеспечивает точное позиционирование рейки в положении ввода реечного соединения штока и рейки в зацепление при сборке клапана. На конце штока перед первой впадиной выполнена плоская площадка с угловым вырезом под 90° на уровне верха зубьев и поверхностью, перпендикулярной плоской площадке. На рейке после зубьев со стороны выходного патрубка выполнен перпендикулярно ее оси торец глубиной до впадин и площадка на уровне впадин, причем ширина плоской площадки на конце штока равна расстоянию от торца рейки до первого зуба. За счет уменьшения количества манипуляций, требующихся при сборке реечной пары, упрощается конструкция клапана, сокращается процесс сборки клапана. 6 ил.

Клапан регулирующий осесимметричный, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор, установленный в расточке обтекателя корпуса, закрепленный в ней седлом и гайкой прижимной, размещенными в выходном патрубке, и размещенный внутри обтекателя, с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, также в обтекателе установлена втулка направляющая реечного механизма, отличающийся тем, что втулка направляющая реечного механизма устанавливается в обтекатель со стороны входного патрубка, точно позиционируется в вертикальном положении отверстия под шток, фиксируется от проворота вдоль продольной оси буртом с двумя лысками, входящим в паз, выполненный в выступе обтекателя, закреплена в обтекателе посредством резьбовой заглушки, установленной со стороны свободного торца рейки, имеет со стороны торца, контактирующего с резьбовой заглушкой, минимум четыре радиальных отверстия для разгрузки штока и рейки и выравнивания давления, действующего на свободный торец рейки, с давлением в полости выходного патрубка, в рейке выполнен продольный паз, во втулке направляющей напротив паза размещен установочный винт, цилиндрический конец которого входит в продольный паз рейки и фиксирует рейку от проворота относительно продольной оси, ограничивает продольное перемещение и обеспечивает точное позиционирование рейки в положении ввода реечного соединения штока и рейки в зацепление при сборке клапана, при этом на конце штока перед первой впадиной выполнена плоская площадка с угловым вырезом под 90° на уровне верха зубьев и поверхностью, перпендикулярной плоской площадке, а на рейке после зубьев со стороны выходного патрубка выполнен перпендикулярно ее оси торец глубиной до впадин и площадка на уровне впадин, причем ширина плоской площадки на конце штока равна расстоянию от торца рейки до первого зуба.