Клапан запорно-регулирующий Российский патент 2024 года по МПК F16K1/04 F16K39/02 F16K21/02 

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, где требуется либо герметичное перекрытие, либо тонкое и плавное регулирование расхода рабочей среды, либо первое и второе вместе взятые, и может быть использовано в арматуростроении при производстве запорно-регулирующих вентилей и клапанов, используемых в системах автоматического, дистанционного и ручного управления технологическими процессами.

Из уровня техники известен клапан регулировки потока жидкости (Патент WO 2018172705 A1). Такой клапан состоит из корпуса с закрепленным в нем вкладышем и соединенного с приводом штока с затворным элементом. Перемещением штока с затворным элементом осуществляется регулирование расхода потока, протекающего в зазоре между поверхностями затворного элемента и поверхности вкладыша криволинейного сечения. Недостатками такого технического решения являются: технологическая сложность формообразования поверхностей затворного элемента и вкладыша корпуса, а также технологическое постоянство обеспечения их качества при серийном производстве, что вызвано сложным в сечении криволинейным профилем поверхности.

Известен запорно-регулирующий односедельный клапан (Патент RU 2116538 С1). Клапан состоит из корпуса с присоединительными патрубками с фланцами (входным и выходным), седлом с закругленным зубом, служащим для надежности герметизации места контакта уплотнителя, крышки с сальниковым узлом и пружинным компенсатором, для обеспечения герметичности, запорного органа в виде выпуклого тела вращения, который через тягу соединен с приводом, по периферии запорного органа размещен уплотнитель. Образующая запорного органа выбрана такой, что обеспечивается либо линейная, либо равнопроцентная расходные характеристики. При перемещении запорного органа приводом изменяется площадь кольцевой щели между седлом и запорным органом за счет формы усеченного эллиптического параболоида запорного органа, и клапан может работать в режиме регулирования величины потока рабочей среды. Недостатком такого технического решения, как и в предыдущем варианте, является технологическая сложность формообразования поверхности запорного органа, а также технологическое постоянство обеспечения их качества при серийном производстве.

Известен регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством (Патент RU 2099623 С1). Клапан устроен из корпуса с установленным в нем седлом с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом для прохождения регулируемой среды, поворотного дискового золотника с центральным продольным отверстием, постоянно контактирующего с седлом, шпинделя и крышки с расположенным в нем цилиндром. В цилиндре установлен поршень, неразъемно соединенный с золотником и образующий с цилиндром разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью. На уплотняющей поверхности золотника выполнены секторные пазы, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла. Регулирование расхода рабочей среды осуществляется поворотом золотника, при этом изменятся площадь проходного сечения перекрываемых им окон в седле, изменение площади окон компенсируется площадью промежуточной камеры, давление в которой всегда равно давлению в сливной полости, что обеспечивает оптимальное соотношение сил разгрузки и сил напряжения при любой площади пропускных окон.

Из уровня техники также известен клапан запорно-регулирующий (Патент RU 2117841 С1), который состоит из корпуса с входным и выходными каналами, седлом, конусообразного запорного органа с кольцевым элементом, закрепленного на штоке. При закрытии клапана шток перемещается к седлу и контактирует своим упругим кольцевым элементом с седлом, при контакте с седлом кольцевой элемент упруго деформируется, что способствует повышению герметичности при снижении требований к точности выполнения контактирующих поверхностей. Регулирование расхода потока среды осуществляется за счет изменения проходного сечения между внутренней поверхностью седла и наружной конической поверхностью запорного органа. При опускании штока упругий кольцевой элемент входит в механический контакт с конической поверхностью седла. В связи с тем, что кольцевой элемент выполнен с возможностью упругих перемещений и деформации своей уплотнительной поверхности, она повторит форму контактирующей уплотнительной поверхности седла, в результате чего и будет обеспечено полное герметичное разделение входного патрубка от выходного. Несмотря на возможность регулирования расхода потока рабочей среды, данный клапан по конструктивным особенностям больше соотносится к запорным устройствам нежели к клапанам регулирующим.

Все перечисленные аналоги характеризуются следующими недостатками: консольное положение штока при регулировании (отсутствие опоры нижней части штока), что приводит к пульсациям потока, увеличению шума; отсутствие плавного регулирования, резкое открытие пространства для движения потока по кольцевому сечению, что не позволяет использовать подобные клапаны при точном регулировании.

Наиболее близким по назначению и по функциональным свойствам к заявленному клапану является запорно-регулирующий клапан (Патент DE 2535902 А1), содержащий корпус с входным и выходным каналами и сквозным цилиндрическим отверстием, выполненным во внутренней стенке корпуса, разделяющей упомянутые каналы, а также регулирующий элемент, выполненный в виде элемента цилиндрической формы с головкой на его конце, установленного соосно в сквозном цилиндрическом отверстии с возможностью его смещения вдоль их общей продольной оси до контакта головки с внутренней стенкой корпуса. Недостатками вышеуказанного прототипа являются: пульсации потока и увеличение шума при регулировании, отсутствие плавного и точного регулирования рабочей среды, технологическое непостоянство пропускной способности потока рабочей среды при регулировании по причине многосоставной сложной конструкции запорно-регулирующего элемента.

Техническим результатом изобретения является устойчивость к пульсациям потока и увеличению шума, возможность точно и плавно регулировать рабочую среду, повышение надежности конструкции, заключающееся в ее упрощении, улучшении эксплуатационных свойств и ремонтоспособности.

Технический результат достигается тем, что в клапане запорно-регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным каналами и сквозным цилиндрическим отверстием, выполненным во внутренней стенке корпуса, разделяющей упомянутые каналы, а также регулирующий элемент, выполненный в виде элемента цилиндрической формы с головкой на его конце, установленного соосно в сквозном цилиндрическом отверстии с возможностью его смещения вдоль их общей продольной оси до контакта головки с внутренней стенкой корпуса, согласно настоящему изобретению участок наружной поверхности элемента цилиндрической формы, расположенный непосредственно в сквозном цилиндрическом отверстии, контактирует со стенкой последнего, при этом на наружной поверхности элемента цилиндрической формы выполнен по меньшей мере один паз переменной глубины, образующий со стенкой сквозного цилиндрического отверстия канал, сообщающий входной и выходной каналы.

Перекрытие сквозного цилиндрического отверстия элементом цилиндрической формы с выполненным в нем по меньшей мере одним пазом переменной глубины, сообщающим входной и выходной каналы клапана, позволяет осуществлять регулирование заявленного клапана с высокой точностью посредством смещения регулирующего элемента вдоль его продольной оси.

Опора в нижней части регулирующего элемента по цилиндрической поверхности центрирует его, что исключает вибрации и как следствие пульсации потока рабочей среды и дополнительный шум.

Пространство для прохода среды сконцентрировано только в пазе или пазах, что снижает налипание загрязнений и снижает возможность зарастаний при длительной эксплуатации по сравнению с тонким кольцевым проходным сечением, что в свою очередь положительно сказывается на эксплуатационных свойствах заявленного клапана.

В частном случае реализации заявленного клапана образующая по меньшей мере одного паза имеет вогнутую форму.

В частном случае реализации заявленного клапана образующая по меньшей мере одного паза имеет выпуклую форму.

В частном случае реализации заявленного клапана образующая по меньшей мере одного паза имеет наклонную форму с постоянным углом наклона α. Формообразование поверхностей такого паза просты в выполнении, последующем контроле, что обеспечивает технологическое постоянство при серийном производстве, а это в свою очередь, обеспечивает постоянство пропускной способности рабочей среды.

В частном случае реализации заявленного клапана рабочий участок головки регулирующего элемента выполнен коническим. Такая форма выполнения головки позволяет герметично перекрывать канал(ы), без уплотнительных элементов, что упрощает конструкцию заявленного клапана.

Преимущественно, по меньшей мере один паз выполнен по всей длине элемента цилиндрической формы. Такое выполнение является оптимальным, т.к. задействуется вся длина упомянутого элемента.

Преимущественно, заявленный клапан снабжен соединенным с приводом штоком, выполненным за одно целое с регулирующим элементом и соосным с последним. Такое выполнение также упрощает конструкцию, обеспечивая надежность и технологическое постоянство пропускной способности потока рабочей среды.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.

На фигуре 1 изображен продольный разрез заявленного клапана в положении «открыто».

На фигуре 2 изображен продольный разрез заявленного клапана в положении «закрыто».

На фигуре 3 изображен продольный разрез регулирующего элемента с пазом наклонной формы с постоянным углом наклона а.

На фигуре 4 представлен вид А (вид снизу на фиг.3).

Клапан запорно-регулирующий содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и сквозным цилиндрическим отверстием 4, выполненным во внутренней стенке 5 корпуса 1, разделяющей упомянутые каналы 2 и 3. Клапан содержит также регулирующий элемент, выполненный в виде элемента 6 цилиндрической формы с головкой 7 на его конце. Элемент 6 цилиндрической формы установлен соосно в сквозном цилиндрическом отверстии 4 с возможностью его смещения вдоль их общей продольной оси до контакта головки 7 с внутренней стенкой 5 корпуса 1. Участок наружной поверхности элемента 6 цилиндрической формы, расположенный непосредственно в сквозном цилиндрическом отверстии 4, контактирует со стенкой последнего. На наружной поверхности элемента 6 цилиндрической формы выполнен продольный паз 8 переменной глубины, по всей длине элемента 6 цилиндрической формы, образующий со стенкой сквозного цилиндрического отверстия 4 канал 9, сообщающий входной и выходной каналы 2 и 3.

Выполнение регулирующего элемента с несколькими пазами на фигурах чертежей не показано.

Образующая (дно) паза/пазов 8 может иметь различную форму, например вогнутую (см. фиг.1,2), выпуклую (на фигурах чертежей не показана), наклонную форму с постоянным углом наклона ((дно выполнено коническим относительно продольной оси регулирующего элемента, см. фиг.3).

Рабочий участок (участок, контактирующий со стенкой паза 8 в положении клапана «закрыто», см. фиг.2) головки 7 регулирующего элемента выполнен коническим относительно продольной оси последнего.

Клапан запорно-регулирующий снабжен соединенным с приводом (на фигурах чертежей не показан) штоком 10, выполненным за одно целое с регулирующим элементом и соосным с последним.

Клапан работает следующим образом.

При нахождении клапана в положении «открыто» (фиг.1), поток поступающей среды, дросселируется между входным и выходным каналами 2 и 3, за счет образовавшегося между внутренними поверхностями сквозного цилиндрического отверстия 4 и продольного паза 8 переменной глубины канала 9. При перемещении регулирующего элемента приводом изменяется площадь проходного сечения канала 9, что приводит к точному изменению расхода регулируемой среды и плавному изменению сообщения полостей каналов входа 2 и выхода 3 клапана. По достижению контакта головки 7 регулирующего элемента с внутренней стенкой 5 корпуса 1 клапан переходит в положение «закрыто» (фиг.2), обеспечивается полная герметичность между сообщающимися входным и выходным каналами 2 и 3, при этом элемент цилиндрической формы 6 обеспечивает соосное расположение всего регулирующего элемента в сквозном цилиндрическом отверстии 4 на протяжении всего времени работы клапана от момента, когда он находится в положении «открыто» (фиг.1) до момента положения «закрыто» (фиг.2).

Таким образом, приведенная конструкция запорно-регулирующего клапана является новой, характеризуется повышенной надежностью работы и возможностью с повышенной точностью осуществлять регулирование расходных характеристик рабочих сред.

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для перекрытия и регулирования расхода рабочей среды. Клапан запорно-регулирующий содержит корпус с входным и выходным каналами и сквозным цилиндрическим отверстием, выполненным во внутренней стенке корпуса, разделяющей упомянутые каналы, а также регулирующий элемент, выполненный в виде элемента цилиндрической формы с головкой на его конце, установленный соосно в сквозном цилиндрическом отверстии с возможностью его смещения вдоль их общей продольной оси до контакта головки с внутренней стенкой корпуса. Участок наружной поверхности элемента цилиндрической формы, расположенный непосредственно в сквозном цилиндрическом отверстии, контактирует со стенкой последнего, при этом на наружной поверхности элемента цилиндрической формы выполнен по меньшей мере один паз переменной глубины, образующий со стенкой сквозного цилиндрического отверстия канал, сообщающий входной и выходной каналы. Техническим результатом изобретения является устойчивость к пульсациям потока и увеличению шума, возможность точно и плавно регулировать рабочую среду, повышение надежности конструкции, заключающееся в ее упрощении, улучшении эксплуатационных свойств и ремонтоспособности. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами и сквозным цилиндрическим отверстием, выполненным во внутренней стенке корпуса, разделяющей упомянутые каналы, а также регулирующий элемент, выполненный в виде элемента цилиндрической формы с головкой на его конце, установленного соосно в сквозном цилиндрическом отверстии с возможностью его смещения вдоль их общей продольной оси до контакта головки с внутренней стенкой корпуса, отличающийся тем, что участок наружной поверхности элемента цилиндрической формы, расположенный непосредственно в сквозном цилиндрическом отверстии, контактирует со стенкой последнего, при этом на наружной поверхности элемента цилиндрической формы выполнен по меньшей мере один паз переменной глубины, образующий со стенкой сквозного цилиндрического отверстия канал, сообщающий входной и выходной каналы.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что образующая по меньшей мере одного паза имеет вогнутую форму.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что образующая по меньшей мере одного паза имеет выпуклую форму.

4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что образующая по меньшей мере одного паза имеет наклонную форму с постоянным углом наклона а.

5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что рабочий участок головки регулирующего элемента выполнен коническим.

6. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один паз выполнен по всей длине элемента цилиндрической формы.

7. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что снабжен соединенным с приводом штоком, выполненным за одно целое с регулирующим элементом и соосным с последним.