Проточный клапан Российский патент 2024 года по МПК F16K1/10 F16K3/24 F16K47/02 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к клапанам, в том числе с пневматическими и электромагнитными приводами, и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях преимущественно высокого давления при больших управляемых расходах рабочей среды.

Известна запорно-регулирующая задвижка (см. патент RU 2464470 С2, F16K 3/12), содержащая корпус с подводящим и отводящим патрубками с установленными в них седлами и с размещенным между ними запорным органом - шибером. Шибер взаимодействует при закрытии с подпружиненной относительно установленной в нижней части корпуса пятой с заплечиками, ограничивающими при открытии задвижки ход последней. Пята выполнена цельной с рабочей взаимодействующей с запорным органом поверхностью, конгруэнтной поверхности последнего.

Недостатком задвижки является то, что через привод требуется приложить достаточное усилие через шпиндель на шибер, так как шибер плотно взаимодействует на седла при больших давлениях рабочей среды, и регулировка расхода рабочей среды не исключает гравитационные процессы в задвижке. Эти недостатки способствуют недолговечности работы задвижки и частому ремонту седел, требующих шлифовки рабочих поверхностей.

Известно дроссельно-регулирующее устройство (см. патент RU 2514328 C1, F16K 3/02), содержащее корпус, в котором расположено седло с пересекающимися между собой под углом от 70 до 110 градусов каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла в виде шибера.

Недостатком данного дроссельно-регулирующего устройства является то, что расположенное в корпусе седло, перекрывающее проходное сечение и имеющее пересекающиеся между собой каналы, увеличивающие гидравлическое сопротивление устройства и уменьшающие расход рабочей среды.

Известна технология для борьбы с кавитацией компании Emerson Process Management, которая разработала и внедрила в производство Трим Cavitrol™ III (адрес: www.FisherSevereService.com).Трим Cavitrol™ III используется в различных проходных и угловых клапанах для предотвращения кавитации. Трим Cavitrol™ III эффективно исключает кавитационное разрушение. Согласно рисунку клапана технология Трим Cavitrol™ III представляет собой цилиндр с многочисленными сквозными отверстиями, так называемая клетка. Клетка имеет большое количество отверстий специальной формы. Такая форма снижает турбулентность жидкости. Кроме того, отверстия радиально ориентированы по отношению к потоку, протекающему от одного сопротивления к другому, внутри расположен запорный орган. Это и обеспечивает ступени давления, разбивающие общий перепад давления на несколько меньших ступеней. Обе эти особенности конструкции обеспечивают рассеивание давления среды и предотвращают кавитацию.

Недостаток такой конструкции и технологии состоит в том, что увеличивается гидросопротивление клапана и уменьшается расчетный расход рабочей жидкости.

Наиболее близким к заявленному изобретению является проточный клапан (см. патент RU №2229648 кл. 7 F16К 3/24 опубл. 27.05.2004 г.), содержащий герметичный корпус с герметично соединенными с ним входным и выходным патрубками. Запорный элемент выполнен в виде втулки с широкой и узкой концевыми частями. Имеется вкладыш. Один торец вкладыша выполнен глухим. Со стороны второго торца к вкладышу жестко прикреплено жестко прикрепленное к корпусу седло. Со стороны глухого торца на вкладыше выполнено уплотнение. Уплотнение охватывает поверхность широкой части втулки. Узкая часть втулки охватывается вторым уплотнением. Оно расположено между ней и корпусом. Вкладыш и запорный элемент расположены под острым углом к оси симметрии, общей для отверстий входного и выходного патрубков. Вкладыш выполнен со сквозным отверстием. Входная кромка этого отверстия расположена на боковой поверхности вкладыша. Выходная кромка расположена на втором торце вкладыша. Второй патрубок герметично соединен со вторым торцом вкладыша. Продольная ось симметрии отверстия, выполненного во вкладыше, совпадает с продольными осями симметрии отверстий патрубков. Профиль отверстия, выполненного во вкладыше, по крайней мере, приближенно совпадает с профилями отверстий патрубков. Заборный элемент соединен с приводом. Площадь участка плоскости поперечного сечения запорного элемента, ограниченного внутренней кромкой поверхности широкой части запорного элемента, равна 0,9-1,1 площади участка плоскости поперечного сечения запорного элемента, ограниченного внешней кромкой поверхности узкой части запорного элемента. Узкая и широкая части запорного элемента выполнены с постоянным поперечным сечением. Седло выполнено взаимно соответствующим расположенной на торце широкой части запорного элемента контактной части запорного элемента, выполненной с обеспечением возможности герметичного контакта с поверхностью седла. Запорный элемент выполнен с возможностью перемещения в направлении его продольной оси.

Технической проблемой является устранение отмеченных недостатков.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в устранении вероятности возникновения кавитационного процесса и вибрации при регулировке клапана при малых и средних расходах рабочего тела.

Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что в проточном клапане, содержащем цилиндрический корпус 1, расположенные под острым углом к его оси с противоположных сторон соосные входной 2 и выходной 3 патрубки, установленный в корпусе 1 запорный элемент, выполненный в виде цилиндрический ступенчатой втулки 13, участок 14 меньшего диаметра которой соединен с приводом 19, установленным на кожухе 20, закрепленным на корпусе 1, а в корпусе 1 установлен уплотнительный узел 17 для герметизации пространства между корпусом 1 и цилиндрическим участком 14 меньшего диаметра запорного элемента, причем нижняя торцевая поверхность цилиндрического участка 15 большего диаметра запорного элемента выполнена профилированной, ответной поверхности седла 11, согласно изобретению, в нижней части корпуса 1 закреплена опорная втулка 4 с проходным отверстием 5 соосным проходным отверстиям входного 2 и выходного 3 патрубков, а последние герметично соединены с нижней частью корпуса 1 и выступающей из него частью опорной втулки 4 с образованием сквозного проходного канала, причем в опорной втулке 4 выполнены перепускные сквозные каналы 6, посредством которых проходное отверстие 5 опорной втулки 4 сообщено с расположенными на ее наружной боковой поверхности выходными отверстиями перепускных сквозных каналов 6, при этом на расположенный в корпусе 1 участок опорной втулки 4 надета закрепленная на нем и выполненная в виде стакана цилиндрическая втулка 7, на боковой стенке которой с наружной ее стороны выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо 18 для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью цилиндрической втулки 7 и охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрического участка 15 большего диаметра запорного элемента, при этом седло 11 для запорного элемента образовано на кольцевой выступе 8 со стороны торцевой поверхности боковой стенки цилиндрической втулки 7 с наружной ее стороны, а в боковой стенке цилиндрической втулки 7 выполнено отверстие 9, через которое проходное отверстие 5 опорной втулки 4 сообщено с входным патрубком 2 и сквозные пазы 10, сообщенные в выходными отверстиями перепускных каналов 6 опорной втулки 4, причем на внешней поверхности последней выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо 12 для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью опорной втулки 4 и внутренней поверхностью охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрической втулки 7, а на внешней поверхности цилиндрического участка 15 большего диаметра выполнены ребра жесткости 16 с образованием на вышеуказанной наружной поверхности кольцевых пазов с продольными пазами или винтообразных пазов. Нижняя торцевая поверхность цилиндрического участка 15 большего диаметра запорного элемента, выполненная профилированной для взаимодействия с седлом 11 клапана, может быть образована из твердосплавного металла Цилиндрический корпус 1 может быть установлен под углом от 40° до 50° к оси расположенных с противоположных сторон относительно корпуса 1 соосных входного 2 и выходного 3 патрубков. Площадь поперечного сечения цилиндрического участка 15 большего диаметра запорного элемента, ограниченная внутренней поверхностью этого участка запорного элемента, может составлять от 0,95 до 1,2 от площади поперечного сечения цилиндрического участка 14 меньшего диаметра, ограниченной наружной поверхностью этого участка запорного элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид клапана в разрезе в закрытом положении; на фиг. 2 - общий вид клапана в разрезе в момент открытия с минимальным зазором между запорным элементом и седлом; на фиг. 3 - общий вид клапана в разрезе при крайнем верхнем положении запорного элемента; на фиг. 4 - разрез по А-А на фиг. 1, показано сечение запорного элемента, втулки корпуса с проходным сечением и технологическими отверстиями; на фиг. 5 - разрез по Б-Б на фиг. 2, показано сечение втулки корпуса при зазоре между запорным элементом и седлом; на фиг. 6 - разрез по В-В на фиг. 3, показано положения проходного сечения втулки и технологических отверстий при верхнем положении запорного элемента; на фиг. 7 - показано сечение запорного элемента с твердосплавной вставкой; на фиг. 8 - показано сечение втулки с седлом и продольными пазами.

Корпус 1 с выполненными в нем входным 2 и выходным 3 патрубками и жестко закрепленной внутренней втулкой 4 с проходным сечением 5 и отверстиями малого диаметра (технологическими) 6, соединяющие наружную поверхность втулки 2 с проходным сечением 5. На втулке 4 закреплена цилиндрическая втулка 7, выполненная с выступом 8, перепускным отверстием 9, сквозными пазами 10 и седлом 11 выполненным в виде конуса, расположенном на выступе 8 и уплотнительным узлом 12. Седло клапана 11 выполнено таким образом, что не пересекает границы перепускного отверстия 9.

Запорный элемент - затвор клапана выполнен в виде полой втулки 13, состоящей из узкой части 14, жестко соединенной с широкой частью 15 таким образом, что площадь поперечного сечения широкой части втулки, ограниченная внутренней кромкой, должна быть приближенно равна площади поперечного сечения узкой части, ограниченной наружной кромкой поверхности втулки, а на внешней цилиндрической части расположены ребра жесткости 16, которые могут быть кольцевыми с пазами, продольными или винтообразными. Узкая часть 14 запорного элемента расположена в охватывающем уплотнительном узле 17, а внутри широкой части 15 расположен охватываемый уплотнительный узел 18. Узкая часть втулки 14 выполнена соединенной с приводом 19 осевого перемещения запорного элемента, причем привод 19 установлен на закрепленном на корпусе 1 кожуха 20.

Торцевая кромка широкой части 15 запорного элемента может оснащаться твердосплавным сплавом 21 или другим прочным материалом.

Работоспособность запорного элемента выполняется при заданных требованиях в том случае, если площадь поперечного сечения внутреннего пространства широкой части запорного элемента без учета толщины стенки приближенно равна общей площади с учетом толщины стенки поперечного сечения его узкой части. Цилиндрический корпус 1 может быть установлен под углом от 40° до 50° к оси расположенных с противоположных сторон относительно корпуса 1 соосных входного 2 и выходного 3 патрубков. Площадь поперечного сечения цилиндрического участка 15 большего диаметра запорного элемента, ограниченная внутренней поверхностью этого участка запорного элемента, может составлять от 0,95 до 1,2 от площади поперечного сечения цилиндрического участка 14 меньшего диаметра, ограниченной наружной поверхностью этого участка запорного элемента. Клапан работает следующим образом.

В закрытом положении клапана (Фиг. 1) запорный элемент 13 находится в крайнем нижнем положении, торец широкой части 15 запорного элемента контактирует по окружной линии с коническим седлом 11 втулки 7. Рабочая среда, подаваемая через патрубок 2 попадает в корпус 1 и обтекает наружную поверхность узкой части 14 и широкой части 15 запорного элемента 13. Рабочее давление действует только на цилиндрические поверхности и торцевые поверхности запорного элемента 13, запорный элемент находится в уравновешенном состоянии.

В процессе открытия клапана (Фиг. 2) от привода 19 или иного привода винтовая передача смещает запорный элемент 13 вверх и открывает зазор между торцом широкой части 15 и коническим седлом 11 втулки 7. Рабочая среда поступает через образовавшийся зазор в полость 5 клапана л через отверстия 6 и паз 10 втулки также попадает в полость 5. Так как давление рабочего тела в момент открытия запорного элемента значительное и попадает в полость 5 с большой скоростью с минимальным расходом, то в полости 5 на небольшой промежуток времени образуются как бы две зоны давления: одна зона под запорным элементом, а вторая зона с определенной скоростью будет с рабочим телом перемещаться к выходному патрубку 3, образуется разность давлений. В тот же момент открытия запорного элемента 13 рабочее тело через некоторое количество отверстий 6 и пазы 10 попадает в первую зону полости 5 под запорным элементом и уменьшает разницу давлений, предотвращается возможность возникновения процесса кавитации и вибрации.

Важными особенностями клапана, конструкция которого позволяет уравновесить запорный элемент, являются независимость мощности, необходимой для закрытия клапана с заданной скоростью от давления рабочей среды, надежная и плавная регулировка рабочего потока при любом положении запорного элемента, надежное закрытие проходного отверстия за счет контакта кромки запорного элемента с коническим седлом и уменьшение вероятности появления кавитации и вибрации клапана без уменьшения расхода рабочего тела.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях преимущественно высокого давления при больших управляемых расходах рабочей среды. Проточный клапан содержит цилиндрический корпус, расположенные под острым углом к его оси с противоположных сторон соосные входной и выходной патрубки, установленный в корпусе запорный элемент, выполненный в виде цилиндрический ступенчатой втулки, участок меньшего диаметра которой соединен с приводом, установленным на кожухе, закрепленным на корпусе, а в корпусе установлен уплотнительный узел для герметизации пространства между корпусом и цилиндрическим участком меньшего диаметра запорного элемента, причем нижняя торцевая поверхность цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента выполнена профилированной, ответной поверхности седла. В нижней части корпуса закреплена опорная втулка с проходным отверстием соосным проходным отверстиям входного и выходного патрубков. Последние герметично соединены с нижней частью корпуса и выступающей из него частью опорной втулки с образованием сквозного проходного канала. В опорной втулке выполнены перепускные сквозные каналы, посредством которых проходное отверстие опорной втулки сообщено с расположенными на ее наружной боковой поверхности выходными отверстиями перепускных сквозных каналов. На расположенный в корпусе участок опорной втулки надета закрепленная на нем и выполненная в виде стакана цилиндрическая втулка, на боковой стенке которой с наружной ее стороны выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью цилиндрической втулки и охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента. Седло для запорного элемента образовано на кольцевой выступе со стороны торцевой поверхности боковой стенки цилиндрической втулки с наружной ее стороны, а в боковой стенке цилиндрической втулки выполнено отверстие, через которое проходное отверстие опорной втулки сообщено с входным патрубком, и сквозные пазы, сообщенные в выходными отверстиями перепускных каналов опорной втулки. На внешней поверхности последней выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью опорной втулки и внутренней поверхностью, охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрической втулки, а на внешней поверхности цилиндрического участка большего диаметра выполнены ребра жесткости с образованием на вышеуказанной наружной поверхности кольцевых пазов с продольными пазами или винтообразных пазов. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Проточный клапан, содержащий цилиндрический корпус, расположенные под острым углом к его оси с противоположных сторон соосные входной и выходной патрубки, установленный в корпусе запорный элемент, выполненный в виде цилиндрический ступенчатой втулки, участок меньшего диаметра которой соединен с приводом, установленным на кожухе, закрепленным на корпусе, а в корпусе установлен уплотнительный узел для герметизации пространства между корпусом и цилиндрическим участком меньшего диаметра запорного элемента, причем нижняя торцевая поверхность цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента выполнена профилированной, ответной поверхности седла, отличающийся тем, что в нижней части корпуса закреплена опорная втулка с проходным отверстием, соосным проходным отверстиям входного и выходного патрубков, а последние герметично соединены с нижней частью корпуса и выступающей из него частью опорной втулки с образованием сквозного проходного канала, причем в опорной втулке выполнены перепускные сквозные каналы, посредством которых проходное отверстие опорной втулки сообщено с расположенными на ее наружной боковой поверхности выходными отверстиями перепускных сквозных каналов, при этом на расположенный в корпусе участок опорной втулки надета закрепленная на нем и выполненная в виде стакана цилиндрическая втулка, на боковой стенке которой с наружной ее стороны выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью цилиндрической втулки и охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента, при этом седло для запорного элемента образовано на кольцевом выступе со стороны торцевой поверхности боковой стенки цилиндрической втулки с наружной ее стороны, а в боковой стенке цилиндрической втулки выполнено отверстие, через которое проходное отверстие опорной втулки сообщено с входным патрубком, и сквозные пазы, сообщенные в выходными отверстиями перепускных каналов опорной втулки, причем на внешней поверхности последней выполнен кольцевой паз под уплотнительное кольцо для герметизации пространства между наружной боковой поверхностью опорной втулки и внутренней поверхностью, охватывающей ее внутренней поверхностью цилиндрической втулки, а на внешней поверхности цилиндрического участка большего диаметра выполнены ребра жесткости с образованием на вышеуказанной наружной поверхности кольцевых пазов с продольными пазами или винтообразных пазов.

2. Проточный клапан по п. 1, отличающийся тем, что нижняя торцевая поверхность цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента, выполненная профилированной для взаимодействия с седлом клапана, образована из твердосплавного металла.

3. Проточный клапан по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрический корпус установлен под углом от 40° до 50° к оси расположенных с противоположных сторон относительно корпуса соосных входного и выходного патрубков.

4. Проточный клапан по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения цилиндрического участка большего диаметра запорного элемента, ограниченная внутренней поверхностью этого участка запорного элемента, составляет от 0,95 до 1,2 от площади поперечного сечения цилиндрического участка меньшего диаметра, ограниченной наружной поверхностью этого участка запорного элемента.