Клапан Советский патент 1993 года по МПК F16K5/20 

Изобретение относится к арматурост- роению, в частности к клапанам, используемым при регулировании потока рабочей среды.

Известен клапан, содержащий корпус с проходным каналом и входным и выходным патрубками, запорный орган, имеющий форму тела вращения или части тела вращения с отверстием и установленный с возможностью поворота в проходном канале корпуса, и уплотнительный элемент, расположенный между запорным органом и стенкой корпуса, между уплотнительным элементом и указанной стенкой корпуса расположена по меньшей мере одна промежуточная полость, а в уплотнительном элементе выполнен по меньшей мере, один канал, одна сторона которого сообщена с промежуточной полостью, а другая - с проходным каналом корпуса,

Недостатком известного клапана является непрерывное трение поверхности запорного органа - шара относительно поверхности уплотнительного элемента в регулирующем положении клапана, а именно тогда, когда шар перемещается в частично открытое положение, при этом расположенный со стороны входа потока уплотнительный элемент находится в контакте с шаром под влиянием, например, дифференциального перепада давления, образующегося в процессе регулирования. Однако контакт проVJ

о

N hO Ю СО

СО

исходит не по всей поверхности уплотнения, потому что шар открыт лишь частично. Результатом является неравномерный износ их взаимодействующих поверхностей, который приводит к трению и образованию дополнительного момента, а также к течке при длительной работе. Повышенное, неравномерное трение приводит к ограничению регулирования, в результате чего исполнитель- ное средство будет разрегулировано и система может остаться в автоосциллировании при использовании пневматического исполнительного механизма.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана за счетуве- личения долговечности уплотнительного элемента.

Цель достигается тем, что обращенная к проходному каналу корпуса сторона канала или каналов, выполненного в уплотни- тельном элементе, расположена в зоне первоначального отделения кромки отверстия запорного органа от уплотнительного элемента, при этом промежуточная полость соединена с проходным каналом только че- рез упомянутый канал или каналы в уплот- нительном элементе, расположенном со стороны входного патрубка.

Кроме того, при направлении потока рабочей среды либо слева, либо справо уплот- нительный элемент с упомянутым каналом или каналами может быть расположен со стороны выходного патрубка, а в промежуточной полости установлена с возможностью аксиального перемещения охватывающая уп- лотнительный элемент втулка.

Помимо этого в промежуточной полости может быть расположена пружина или силь- фон, прижимающие уплотнительный элемент в направлении к запорному органу.

На фиг.1 изображен клапан с одинарным уплотнением в сечении, перпендикулярном оси вращения запорного органа - шара; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - вариант выполнения узла I на фиг.1 при использовании двойного уплотнения, когда направление потока рабочей среды либр такое же, как на фиг.1 и 2, либо противоположно; на фиг.4 - вариант выполнения узла I на фиг.1 с одинарным сильфонным уплотнени- ем клапана.

Клапан, изображенный на фиг.1, содержит корпус 1 с проходным каналом 2 и вход- ным патрубком 3, запорный орган 4, имеющий .форму тела вращения или части тела вращения, выполненный с отверстием 5 и установленный с возможностью поворота в проходном канале 2 корпуса 1, и уплот- нительный элемент 6, расположенный со стороны входного патрубка 3 между эапорным органом 4 и стенкой корпуса 1, образованной цилиндрической выточкой диаметром DI (см. фиг.2). Между уплотнительным элементом 6 и упомянутой стенкой корпуса 1 расположена по меньшей мере одна промежуточная полость 7, уплотненная от воздействия проходного канала 2 и входного патрубка 3, с расположенными по обе стороны от нее уплотнительными кольцами 8 и 9, овального сечения.

В уплотнительном элементе б со стороны, обращенной к запорному органу - шару 4, выполнена кольцевая расточка с Da, сообщенная с проходным каналом 2 корпуса 1. В уплотнительном элементе 6 также выполнен по меньшей мере один канал 10, одна сторона которого сообщена с промежуточной полостью 7, а другая - через кольцевую расточку (Da) с проходным каналом 2. При этом обращенная к проходному каналу 2 сторона канала 10 расположена в зоне первоначального отделения кромки 11 отверстия 5 запорного органа - шара 4 от уплотнительного элемента б, а промежуточная полость 7 соединена с проходным каналом 2 только через канал 10 или каналы, выполненные в уплотнительном элементе 6. В промежуточной полости размещена пружина 12. Направление потока рабочей среды показано стрелкой А, Направление вращения запорного органа - шара 4 показано стрелкой Б.

Клапан работает следующим образом.

Когда клапан находится в закрытом положении, давление из входного патрубка 3 передается через канал 10 в промежуточную полость 7. Это усилие давления действует на кольцевую площадь, образованную наружным диаметром DI и внутренним диаметром Da. и прижимает поверхность 13 уплотнительного элемента 6 к запорному органу - шару 4. В дополнение к давлению жидкости на уплотнительный элемент 6 передается упругое усилие пружины 12. Когда начинают вращать шар в направлении стрелки Б с целью открывания клапана, сначала открывается проход между шаром и уплотнительным элементом на уровне оси отверстия для потока, т.е. в непосредственной близости от канала 10 в зоне первоначального отделения кромки 11 отверстия 5 запорного органа - шара 4 от уплотнительного элемента 6. При этом скорость жидкости, проходящей через образовавшийся зазор, возрастет и вызывает подсос на входе отверстия. В результате давление в промежуточной полости 7 стравлено через канал 10, упадет до значения, меньшего по сравнению с давлением, действующим на уплотнительную поверхность 13, которое

отожмет уплотнительный элемент б от шара. Шар можно после этого повернуть с приложением минимального вращающего момента, потому что уплотнительный элемент 6 больше не прижимается к шару.

На фиг.З изображен вариант выполнения клапана. Изображенный на этой фигуре уплотнительный элемент является двойным, другими словами, направление потока в клапане может быть либо таким же, как нз фиг,1 и 2, либо им противоположным. В дополнение к элементам, изображенным на фиг,2, конструкция, изображенная на фиг.З, включает в себя установленную с возможностью аксиального перемещения втулку 14, охватывающую уплотнительный элемент 6. Торцовая поверхность этой втулки, обращенная к шару, опирается на буртик, выполненный на уплотнительном элементе 6, и при этом в корпусе 1 со стороны другой торцовой поверхности втулки 14, удаленной от шара, выполнен буртик 15. Торец втулки со стороны, обращенной к шару, скошен, благодаря чему с этого торца ограничено пространство 16. Между втулкой 14 и уплот- нительными элементами б на диаметре Оз предусмотрена уплотнительная прокладка 17, например, овального сечения. Диаметр Оз предпочтительно равен или меньше диаметра Da. При этом овальное уплотненное кольцо 8 расположено между втулкой 14 и корпусом 1.

На внутренней поверхности втулки 14 выполнен буртик 18, перемещение которого ограничено буртиком 19 на уплотнительном элементе б, причем между ними образована полость 20. Канал 10 проходит через эти буртики и продолжается до промежуточной полости 7.

При направлении потоком справа налево применительно к фиг.З уплотнение действует аналогично уплотнениям, изображенным на фиг.1 и 2. При направлении потока слева направо герметизируемое давление, действующее от направления промежуточной полости 7, в закрытом положении находится в кольцевом пространстве между наклонной торцовой поверхностью втулки 14 и уплотнительным элементом 6. Площадь этого пространство определяется внутренним диаметром Оз; и наружным диаметром, равным наружному диаметру уплотнительной поверхности 13, и давление, действующее на эту площадь, прижимает втулку 14 к буртику 15. Уплотнительный элемент б затем в результате ответной реакции приво- 5 дится в соприкосновение с шаром, и клапан будет герметично уплотнен в своем закрытом положении, В начале открывания клапана сильный поток слева направо входит в отверстие. В результате этого давление в

0 полости 7 также падает в устройстве, изображенном на фиг.З, как и в устройстве, изображенном на фиг.2. Давление также падает в полости 20 между буртиками 18 и 19. Помимо этого в зазоре, окружающем уп5 лотнительный элемент, между уплотнительным элементом и корпусом возникает всасывающий эффект, и давление в полости 16 падает. Этим повышается надежность уплотнения.

0 На фиг.4 изображено одинарное уплотнение, в котором вместо пружины 12 использовано сильфонное уплотнение. За уплотнительным элементом 6 в корпусе проточена кольцевая выточка 21, в которой по5 мещен сильфон 22. В торце сильфонного уплотнения со стороны шара выполнено сквозное отверстие 10, расположенное аналогично изображенным на фиг,1-3. С внутренней стороны сильфона имеется

0 внутренняя гильза 23, посаженная по плотно посадке со стороны уплотнительного элемента 6, для соединения сильфона 22 и его установки по скользящей посадке в корпусе 1. Между внутренней гильзой и корпусом рас5 положено овальное уплотнительное кольцо 9. Камера 24, аналогичная промежуточной полости 7, ограничена сильфоном и внутренней гильзой. Сильфон также заменяет уплотнительное кольцо 8 (см. фиг.2 и 3). Уп0 лотнение обеспечивается аналогично изображенным на фиг.1 и 2.

Изобретение не ограничено лишь представленными устройствами. Оно может быть видоизменено различными путями в

5 пределах формулы изобретения. Вместо сферической поверхности форма запорного органа в равной степени может иметь форму и другой поверхности вращения, например быть цилиндрической или конической. Про0 дольное сечение выпуклой поверхности вращения может также быть, например, эллиптическим.

Использование: для регулирования потока рабочей среды, Сущность изобретения: запорный орган имеет форму тела вращения или части тела вращения, выполнен с отверстием и установлен с возможностью поворота в проходном канале корпуса. Уп- лотнительный элемент (УЭ) расположен между запорным органом и стенкой корпуса. Между УЭ и стенкой корпуса расположена по меньшей мере одна промежуточная полость. В УЭ выполнен по меньшей мере один канал, одна сторона которого сообщена с промежуточной полостью, другая - с проходным каналом корпуса. Обращенная к проходному каналу корпуса сторона канала или каналов в УЭ расположена в зоне первоначального отделения кромки отверстия запорного органа от УЭ. Промежуточная полость соединена с проходным каналом только через канал или каналы в УЭ. УЭ может быть расположен со стороны входного патрубка или выходного патрубка. В промежуточной полости установлена с возможностью аксиального перемещения охватывающая УЭ втулка. В промежуточной полости расположена пружина или сильфон, прижимающие УЭ в направлении к запорному органу. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. ел С

Формула изобретения 1. Клапан, содержащий корпус с проходным каналом и входным и выходным

патрубками, запорный орган, имеющий форму тела вращения или части тела вращения, выполненный с отверстием и установленный с возможностью поворота в проходном канале корпуса, и уплотнительный элемент, расположенный между запорным органом и стенкой корпуса, причем между уплотнительным элементом и указанной стенкой корпуса расположена по меньшей мере одна промежуточная полость, а в уп- лотнительном элементе - по меньшей мере, один канал, одна сторона которого сообщена с промежуточной полостью, а другая - с проходным каналом корпуса, отличающийся тем, что обращенная к проходному каналу корпуса сторона канала или каналов в у плотните ль ном элементе расположена в зоне первоначального отделения кромки отверстия запорного органа от уплотнитель- ного элемента, при этом промежуточная полость-соединена с проходным каналом

только через упомянутый канал или каналы в уплотнительном элементе.

стороны выходного патрубка, а в промежуточной полости установлена с возможностью аксиального перемещения охватывающая уплотнительный элемент втулка.

А. Клапан по пп. 1 и 2, отличающийс я тем, что в промежуточной полости расположена пружина или сильфон, прижимающие уплотнительный элемент в направлении к запорному органу.

Фи2. 1

в 8 ±

Ь М 7 Фи г. 2.

f3 fcY.V

фиг.З

я f

А