Запорно-регулирующий прямоточный клапан и способ его сборки

 

Использование: в арматуростроении, для перекрытия и регулирования расхода потоков жидких и газообразных сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных. Сущность изобретения: в корпусе клапана выполнены две центрально-симметричные радиальные прорези, допускающие поворот ручки и поворотного диска в пределах 90^o. Ручка выполнена в виде охватывающего снаружи цилиндрический корпус кольцеобразного элемента и соединена с поворотным диском диаметрально расположенными упорно-регулирующими винтами. В дисках центрально-симметрично выполнены по два одинаковых секторных отверстия. Уплотнительный блок состоит из последовательно установленных от упорного бурта канала корпуса первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения, нажимных втулки и кольцевого винта, взаимодействующего посредством резьбового соединения со стенкой сквозного канала. Пакет дисков замыкается с корпусом клапана в осевом направлении посредством упругих уплотнительных элементов. Нажимная втулка и упорный бурт выполнены со стороны уплотнений с коническими поверхностями. Бурт расположен от осевой линии 00' радиальных прорезей корпуса на расстоянии, удовлетворяющем условию сборки. Способ сборки клапана в состоянии "открыто" заключается в использовании сборочного стержня, конфигурация которого повторяет форму сквозного канала полностью открытого клапана. Стержень позволяет собирать пакет дисков вне клапана, а затем устанавливать и фиксировать его при сборке в нужном положении внутри канала. Затяжка уплотнительного блока осуществляется надетым на сборочный стержень трубчатым ключом. Конструкция ручки значительно облегчает ее установку на корпусе и при необходимости регулировку винтами положения внутри канала поворотного диска. Взаимное расположение регулирующих дисков в состоянии "закрыто" получается автоматически. 2 с.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к трубопроводному арматуростроению. Клапан предназначен для перекрытия и регулирования расхода потоков жидких и газообразных сред, в том числе агрессивных и взрывоопасных, в аппаратах, оборудовании и системах их транспортирования.

Актуальными проблемами в арматуростроении являются: уменьшение массогабаритных характеристик изделий, повышение их надежности, упрощение конструкции и технологии изготовления, удобство сборки, монтажа и обслуживания, обеспечение нечувствительности конструкции к направлению подачи рабочей среды.

Известна конструкция проходного клапана [1] содержащая трубчатый корпус, внутри которого вращается золотник с отверстиями для пропуска жидкости и двумя уплотняющими поверхностями, взаимодействующими с двумя кольцевыми сальниками, смонтированными в корпусе с двух сторон золотника. При этом уплотняющие поверхности установлены по касательной к двум приклеенным диаметральными поверхностями полусферам, центры которых расположены с двух сторон от оси вращения золотника.

При имеющих место достоинствах известной конструкции, заключающихся в уменьшении трения между золотником и сальниками клапана, она обладает следующими недостатками: повышенные сложность конструкции и материалоемкость корпуса и привода, ограниченное применение только для жидкостей и на небольшие давления рабочей среды, а также сложность в обслуживании.

Известен выбранный в качестве прототипа проходной клапан [2] содержащий корпус с продольным сквозным каналом для текучей среды, между концами которого имеется кольцевой паз. Между концами указанного канала соосно с этим пазом находится кольцевая канавка. В корпусе клапана расположены несколько регулирующих дисков, один из которых укреплен поворотно, а остальные - неподвижно. В кольцевом пазу расположено соединенное с поворотным регулирующим диском приводное приспособление. В поворотном регулирующем диске выполнены отверстия для прохода текучей среды, соответствующие отверстиям в неподвижно укрепленных дисках. Неподвижно укрепленный диск выполнен так, что соприкасается своим торцом с торцом поворотного диска, образуя герметичное механическое уплотнение. Приводное приспособление содержит кольцевой элемент, расположенный в кольцевой канавке, и отходящий наружу рычаг, проходящий через кольцевой паз, поворотный диск вмонтирован в кольцевой элемент. В кольцевой канавке вокруг противоположных поверхностей кольцевого элемента расположены два упругих опорных кольца, создающих продольное давление, поглощающих поперечные усилия относительно кольцевого элемента и образующих вентиляционные отверстия для продувки клапана. Через продольное отверстие поворотного диска проходит стержень.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее: повышенная чувствительность связанных между собой посредством центрального стержня регулирующих дисков (особенно изготовленных из хрупкого материала, например керамики) к неизбежно возникающим при монтаже и эксплуатации продольным ударам по отходящему наружу рычагу приводного приспособления, в которое в свою очередь вмонтирован поворотный диск; суженный температурный диапазон работы клапана вследствие жесткого замыкания пакета регулирующих дисков непосредственно с корпусом клапана, что из-за различия коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и дисков может привести в одном случае к разгерметизации клапана по причине снижения контактных давлений между дисками, а в другом к чрезмерному увеличению управляющего усилия из-за избыточного прижатия дисков друг к другу вплоть до заклинивания; герметизирующие пакет дисков кольца не находятся в замкнутом уплотнительном объеме, что приводит, во-первых, к снижению долговечности клапана из-за релаксации напряжений в полимерных кольцах, свободного взаимодействия их материала с агрессивной рабочей средой и, во-вторых, к сужению диапазона рабочих давлений вследствие того, что при резких перепадах давления среды существует вероятность "выдувания" полимерных уплотнителей из открытого с одной стороны кольцевого паза; уменьшенное сечение отверстий для прохода рабочей среды (при фиксированном диаметре регулирующих дисков) за счет того, что центральную часть последних занимает продольный стержень); усложненная конструкция привода и клапана в целом; усложненная технология изготовления и сборки.

Задачей изобретения является разработка запорно-регулирующего прямоточного клапана и способа его сборки, обеспечивающих снижение чувствительности пакета регулирующих дисков к механическим ударам по корпусу и ручке привода; расширение температурного диапазона работы; расширение рабочего диапазона давлений среды; увеличение долговечности полимерных уплотнительных узлов; увеличение расхода рабочей среды при фиксированном диаметре регулирующих дисков и при повороте ручки привода в пределах 90^oC (последнее оговаривается действующими нормативами для газовой арматуры); обеспечение нечувствительности клапана к направлению подачи давления рабочей среды, возможности использования его в реверсивных системах; упpощение конструкции, уменьшение массогабаритных характеристик и облегчение монтажа клапана на объектах; обеспечение высоких показателей точности, производительности, качества сборки. Технический результат достигается тем, что в запорно-регулирующем прямоточном клапане, содержащем корпус с продольным сквозным каналом для пропуска рабочей среды, в котором расположены упорный кольцевой борт и уплотнительный блок в составе по меньшей мере двух уплотнительных колец, одно из которых взаимодействует с буртом, собранных в пакет регулирующих расход дисков с отверстиями для пропуска рабочей среды, один из которых укреплен поворотно, а остальные неподвижно, и соединенное с поворотным диском приводное устройство с ручкой, проходящей наружу через прорезь в корпусе, в корпусе выполнены две центрально-симметричные радиальные прорези, допускающие соединение ручки приводного устройства с поворотным диском и ее поворот на угол в пределах 90^o, ручка приводного устройства выполнена в виде охватывающего снаружи цилиндрический корпус кольцеобразного элемента, в котором диаметрально расположены два резьбовых отверстия с установленными в них упорно-регулирующими винтами, посредством которых поворотный диск соединяется с ручкой, в дисках центрально-симметрично выполнены по два одинаковых сектороподобных отверстия, обеспечивающих повышенный расход среды в открытом положении клапана и регулирование его в любом другом положении, уплотнительный блок, взаимодействующий с корпусом клапана в осевом направлении посредством упругих уплотнительных элементов и состоящий из последовательно установленных от упорного бурта первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения, нажимных втулки и винта, взаимодействующего посредством резьбового соединения со стенкой продольного сквозного канала корпуса, нажимная втулка и упорный бурт выполнены со стороны уплотнений с коническими поверхностями, причем бурт расположен от осевой линии радиальных прорезей корпуса на расстоянии L, удовлетворяющем условию сборки клапана: (H_у+H_нд-0,5·H_п)<L< (H_у+H_нд+H_пд+0,5·H_п), (1) где H_у толщина первого упругого уплотнения; H_нд, H_пд толщины неподвижного и поворотного дисков соответственно; H_п ширина радиальных прорезей в корпусе.

Кроме того, в запорно-регулирующем прямоточном клапане поворотный регулирующий диск выполнен меньшего диаметра, чем неподвижные диски, при условии обеспечения герметичности клапана по отношению к внешней среде и трубопроводу, а упорно-регулирующие винты взаимодействуют с поворотным диском через углубления, расположенные диаметрально на цилиндрической боковой поверхности поворотного диска и вне зоны секторов с отверстиями для пропуска рабочей среды; уплотнительный блок состоит из последовательно установленных от упорного бурта тарельчатой пружины, нажимной втулки и первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения и нажимной втулки, тарельчатой пружины и нажимного винта, взаимодействующего посредством резьбового соединения со стенкой сквозного канала.

Поставленная задача изобретения в соответствии с заявляемым способом решена тем, что согласно способу сборки запорно-регулирующего прямоточного клапана, заключающемуся в соединении пакета регулирующих расход дисков, уплотнительных колец, нажимных втулки и винта, входящих в уплотнительный блок, и ручки приводного устройства с корпусом, имеющим продольный сквозной канал, упорный кольцевой бурт в канале и радиальные прорези, для сборки используют специальный сборочный стержень с цилиндрическим и профильным участками, которые повторяют форму продольного сквозного канала полностью открытого клапана, вначале вне клапана на профильный участок через отверстия для пропуска среды неподвижно насаживают пакет регулирующих дисков, после чего внутри сквозного канала осуществляют сборку уплотнительного блока в последовательности, включающей установку на кольцевой бурт первого уплотнения, пакета дисков со сборочным стержнем, второго уплотнения и нажимных втулки и винта путем продвижения их в канал клапана по выходящему наружу из корпуса цилиндрическому участку, затем вращением сборочного стержня относительно корпуса подводят углубления на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска к диаметрально расположенным концам радиальных прорезей в корпусе клапана и затягивают нажимной винт с помощью трубчатого ключа, надетого на сборочный стержень, создавая герметизирующие давления во всех местах уплотнений блока, при этом фиксацией сборочного стержня относительно корпуса клапана удерживают пакет дисков от проворота и центрируют его в сквозном канале путем взаимодействия сборочного стержня с цилиндрической поверхностью бурта и нажимными втулкой и винтом, после чего устанавливают снаружи корпуса кольцеобразную ручку так, чтобы резьбовые отверстия в ней расположились над углублениями на цилиндрической боковой поверхности поворотного диска, ввинчивают в эти отверстия упорно-регулирующие винты до попадания их стопорных концов в углубления, затягивают в несколько этапов винты, обеспечивая жесткое соединение поворотного диска с ручкой и его свободное вращение внутри сквозного канала, и удаляют трубчатый ключ и стержень из корпуса собранного клапана.

Общие с прототипом существенные признаки указаны в ограничительной части формулы изобретения.

Существенными отличительными признаками заявляемого устройства, обеспечивающими достижение положительного эффекта, являются: в корпусе выполнены две центрально-симметричные радиальные прорези, обеспечивающие соединение ручки клапана с поворотным диском и его поворот на угол в пределах 90^o;
приводное устройство содержит ручку, выполненную в виде охватывающего снаружи корпус кольцеобразного элемента;
в ручке диаметрально выполнены резьбовые отверстия, в которых установлены упорно-регулирующие винты;
упорно-регулирующие винты обеспечивают: неподвижное соединение ручки с поворотным диском и тем самым регулирование расхода среды при их совместном вращении; взаимодействие ручки с концами радиальных прорезей в корпусе, чем ограничивается ее поворот в пределах 90^o и фиксируются ее крайние положения "открыто" и "закрыто"; взаимодействие ручки с боковыми стенками прорезей, чем исключается ее смещение вдоль корпуса и осуществляется передача продольных нагрузок от ручки на корпус;
в регулирующих дисках выполнены центрально-симметрично по два одинаковых сектороподобных отверстия, обеспечивающих повышенный и более равномерный расход среды, его плавное регулирование и перекрытие путем изменения проходного сечения при повороте дисков относительно друг друга;
в уплотнительный блок входит следующая группа конструктивных элементов, последовательно установленных от упорного бурта: первое уплотнение, пакет регулирующих дисков, второе уплотнение, нажимные втулка и винт, взаимодействующий посредством резьбового соединения с корпусом;
уплотнительный блок взаимодействует с корпусом клапана не непосредственно, а через выполняющие роль компенсаторов упругие уплотнения;
нажимная втулка и упорный бурт выполнены с коническими поверхностями со стороны уплотнений, что увеличивает долговечность и надежность уплотнений, расширяет диапазоны рабочих давлений и температур;
расстояние от осевой линии прорезей в корпусе, на котором выполняется упорный бурт, должно удовлетворять математическому соотношению, учитывающему размеры конструктивных элементов и гарантирующему возможность сборки клапана.

Частными существенными отличительными признаками клапана являются:
поворотный диск выполнен меньшего диаметра по сравнению с неподвижными дисками, чем облегчается регулировка его положения в сквозном канале;
диаметральное расположение винтов в ручке позволяет смещать поворотный диск в сквозном канале и тем компенсировать неизбежные технологические отклонения от идеальных форм деталей и их расположения;
углубления на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска, через которые с ним взаимодействуют винты, расположены вне зоны секторов с отверстиями для пропуска среды;
уплотнительный блок состоит из последовательно установленных от упорного бурта тарельчатой пружины, нажимной втулки и первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения и нажимной втулки, тарельчатой пружины и нажимного винта, взаимодействующего посредством резьбового соединения с корпусом.

Итак, пониженная чувствительность пакета регулирующих дисков по отношению к неизбежным монтажным и эксплуатационным перегрузкам на ручку клапана достигается следующим. Кольцеобразная ручка полностью вынесена наружу и охватывает цилиндрический корпус по посадке, допускающей ее свободное относительное перемещение, например, Н8/е8 или Н9/d9. Винтами, соединяющими ручку с поворотным диском, можно отрегулировать положение последнего в радиальном направлении внутри корпуса так, чтобы при вращении ручки в пределах 90^o диск был "подвешен" на винтах и не касался стенок корпуса. Этого можно добиться, поскольку винты расположены в ручке диаметрально. Регулировка облегчается тем, что поворотный диск может быть выполнен несколько меньшего диаметра по сравнению с неподвижными, и, кроме того, она позволяет компенсировать неизбежные при изготовлении деталей технологические отклонения от их идеальных форм и их взаимного расположения. Диски пакета не замыкаются жестко с корпусом клапана, а опираются на упругие уплотнения, служащие одновременно демпферами. Таким образом, радиальные нагрузки на ручку будут передаваться непосредственно на корпус, не нагружая диски, а осевые - восприниматься через винты боковыми стенками радиальных прорезей корпуса.

Расширенный температурный диапазон работы клапана достигается тем, что пакет с регулирующих дисков замыкается с корпусом клапана в осевом направлении не непосредственно, а через упругие полимерные уплотнения, компенсирующие различие коэффициентов линейного расширения материалов корпуса и дисков и обеспечивающие при этом герметичность соединения. Еще большему расширению температурного диапазона будет способствовать введение в состав уплотнительного блока металлических пружин типа таpельчатых, увеличивающих компенсаторную способность уплотнений.

Однако основная цель введения в конструкцию уплотнительного блока тарельчатых металлических пружин состоит в увеличении долговечности уплотнительных узлов с полимерными кольцами, поскольку компенсаторная способность этих пружин позволяет исключить или значительно уменьшить влияние явлений ползучести, релаксации напряжений, старения полимерных уплотнений, особенно при высоких температурах. Кроме того, повышению долговечности способствует работа уплотнительных колец практически в замкнутых объемах, образованных фасками нажимного бурта и нажимной втулки, стенками сквозного канала и торцевыми поверхностями регулирующих дисков. Этим ограничивается поверхность взаимодействия материала уплотнений с рабочей средой и уменьшается ее вредное влияние.

Расширение диапазона рабочих давлений также достигается тем, что полимерные уплотнения после сжатия уплотнительного блока нажимным винтом работают практически в замкнутом объеме. Это исключает возможность "выдувания" колец из гнезд при резких сбросах и нагнетаниях, значительных перепадах давления, улучшает условия герметизации соединения, обеспечивает правильное положение колец в процессе сборки клапана.

Повышенный расход среды в открытом положении клапана можно обеспечить в основном максимальным увеличением площади отверстий для пропуска среды в регулирующих дисках. При фиксированном диаметре дисков и повороте ручки в пределах 90^o это достигается тем, что совпадающие между собой в положении "открыто" отверстия в отдельных дисках выполнены центрально-симметричными и сектороподобными. Кроме того, достижению цели способствует то, что диаметрально расположенные продольные пазы на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска, через которые с ним взаимодействуют винты ручки, расположены вне секторов с отверстиями для пропуска среды, т.е. в смежных с ними сплошных секторах диска. Это обеспечивает большую прочность диска при его взаимодействии с ручкой и позволяет отвести больше площади под отверстия, сохранив в то же время по всему их периметру достаточную для герметизации клапана по отношению к внешней среде ширину уплотнительного пояска. Последний образуется контактирующими между собой торцевыми поверхностями регулирующих дисков.

Если упорный бурт будет выполнен от осевой линии 00' радиальных прорезей на расстоянии L, не удовлетворяющем условию сборки клапана (1), то такой клапан нельзя собрать даже теоретически. Ибо в этом случае поворотный диск, который должен взаимодействовать с проходящими через прорези винтами ручки, оказывается смещенным от прорезей вправо или влево, а его боковая поверхность полностью скрытой под сплошной стенкой корпуса. После сборки клапана поворотный диск должен располагаться как раз напротив радиальных прорезей. Соотношение (1) устанавливает предельные границы для L. Практические же границы более узки: они равны допустимому смещению вдоль оси клапана поворотного диска от его симметричного расположения относительно оси 00'. Это смещение определяется фактической возможностью осуществления сборки и последующей надежной работы клапана и зависит от многих конкретных факторов, а именно: от размеров прорезей и взаимодействующих деталей, от формы стопорных концов винтов и ответных углублений на боковой поверхности поворотного диска, прочности самого диска, от величин технологических допусков на размеры деталей и др. Но, разумеется, в любом практическом случае приведенное соотношение (1) остается справедливым.

Обеспечение нечувствительности клапана по отношению к направлению подачи давления рабочей среды (двусторонность действия) достигается симметричностью расположения соответствующих конструктивных элементов уплотнительного блока относительно поворотного диска. Это позволяет использовать клапан в реверсивных системах.

Уменьшение массогабаритных характеристик клапана в сравнении с аналогичными конструкциями (при одинаковой площади сечения пропускного отверстия) достигается уменьшением диаметра регулирующих дисков за счет более рационального использования общей площади их торцов, а именно: исключения центрального стержня, выполнения пропускных отверстий центрально-симметричными и сектороподобными, размещения углублений на боковой поверхности поворотного диска в его сплошных секторах. Кроме того, этому же способствует упрощение конструкции корпуса за счет выполнения его неразъемным, размещение ручки не в его внутренней полости, а полностью снаружи в виде охватывающего корпус кольцевого элемента. Такая ручка легче монтируется, закрывает от загрязнений и повреждений регулирующие диски и служит упрочняющим корпус элементом.

Уменьшение габаритных характеристик клапана позволяет при необходимости более близко располагать трубопроводы к стенкам или друг к другу и исключить специально принимаемые для монтажа иных конструкций клапанов с большими габаритами меры: заглубления в стенках или П-образные изгибы труб для размещения арматуры. Двусторонность действия клапана также облегчает проведение монтажных работ на объектах, поскольку отпадает необходимость в регламентации его положения по отношению к направлению подачи давления рабочей среды.

Таким образом, технический результат от использования изобретения в части конструкции клапана выражается в упрощении конструкции, в повышении ее стойкости к монтажным и эксплуатационным перегрузкам, расширении диапазонов рабочих давлений и температур, уменьшении коэффициента гидравлического сопротивления в полностью открытом состоянии, двусторонности действия, уменьшении массогабаритных характеристик и облегчении монтажа, упрощении обслуживания при ремонтах. Конструкция клапана и его элементов обеспечивает возможность серийного и массового изготовления на стандартном оборудовании с применением известных материалов и технологий.

Существенными отличительными признаками предложенного способа сборки, обеспечивающими достижение положительного эффекта, являются:
использование специального сборочного стержня с цилиндрическим и профильным участками, которые повторяют форму продольного сквозного канала полностью открытого клапана;
сборка пакета регулирующих дисков на стержне отдельно вне клапана;
сборка уплотнительного блока внутри сквозного канала клапана в последовательности, включающей установку на кольцевой бурт первого уплотнения, пакета дисков со сборочным стержнем, второго уплотнения и нажимных втулки и винта путем продвижения их в канал клапана по выходящему наружу из корпуса цилиндрическому участку;
подведение углублений на боковой поверхности поворотного диска путем вращения сборочного стержня относительно корпуса к диаметрально расположенным концам радиальных прорезей в корпусе клапана;
фиксация сборочного стержня относительно корпуса клапана, позволяющая удерживать пакет дисков от проворота;
центровка сборочного стержня в сквозном канале путем его взаимодействия с цилиндрической поверхностью бурта и нажимными втулкой и винтом;
затяжка нажимного винта с помощью трубчатого ключа, надетого на сборочный стержень, чем создаются герметизирующие давления во всех местах уплотнений блока;
установка снаружи корпуса кольцеобразной ручки так, чтобы резьбовые отверстия в ней расположились над углублениями на боковой поверхности поворотного диска и ввинчивание в эти отверстия упорно-регулирующих винтов до попадания их стопорных концов в углубления;
поэтапная регулировка и затяжка винтов, обеспечивающая жесткое соединение поворотного диска с ручкой, его свободное вращение внутри сквозного канала и удаление трубчатого ключа и стержня из корпуса собранного клапана;
сборка клапана производится в открытом положении затвора.

Итак, использование специального профильного сборочного стержня облегчает сборку регулирующих дисков вне корпуса клапана. Стержень фиксирует диски относительно друг друга и исключает их взаимный проворот на протяжении всего процесса сборки. Это позволяет путем вращения стержня внутри корпуса точно установить и в дальнейшем (до окончания затяжки) удерживать весь пакет дисков в сквозном канале в положении, соответствующем открытому состоянию клапана. Необходимое взаимное расположение дисков в закрытом состоянии клапана при этом получается автоматически. Самоцентровка стержня внутри канала (и одновременно пакета дисков на нем) обеспечивает положение поворотного диска, в котором он при вращении ручки не задевает стенки сквозного канала и одновременно сохраняет герметичность клапана по отношению к внешней среде. При таком способе сборки и достаточно точном изготовлении деталей клапана может оказаться излишней регулировка положения поворотного диска в радиальном направлении с помощью упорно-регулировочных винтов.

Использование специального трубчатого ключа, надеваемого на цилиндрический участок сборочного стержня, позволяет затягивать нажимной винт в нужном зафиксированном относительно корпуса положении уплотнительного блока.

Расположение ручки целиком с внешней стороны корпуса значительно облегчает ее монтаж, затяжку и регулировку (при необходимости) стопорных винтов.

Технический результат от использования заявляемого способа выражается в упрощении технологии сборочных операций, обеспечении их высокой точности, что позволяет повысить качество, производительность сборочных работ и в конечном итоге надежность клапана.

На фиг. 1 представлены общий вид клапана в закрытом состоянии; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1 по оси радиальных прорезей ОО'; на фиг. 3 общий вид сборочного стержня; на фиг. 4 вид по стрелке Б на фиг. 3; на фиг 5 - положение сборочного стержня и трубчатого ключа в клапане при затяжке уплотнительного блока.

Запорно-регулирующий прямоточный клапан содержит корпус 1 с продольным сквозным каналом в нем 2 для пропуска рабочей среды, упорным кольцевым буртом 3, центрально-симметричными радиальными прорезями 4 и 5 в корпусе и присоединительными концами 6 и 7 корпуса 1 к трубопроводу. В корпусе 1 установлен уплотнительный блок, состоящий из последовательно установленных от упорного бурта 3 первого кольцевого уплотнения 8, регулирующих расход среды дисков 9, 10, 11, второго кольцевого уплотнения 12, нажимной втулки 13 с конической фаской 14 со стороны второго уплотнения 12 и нажимного винта 15. На бурте 3 со стороны уплотнительного блока выполнена коническая фаска 16. Нажимной винт 15, снабженный шлицем 17 под трубчатый ключ, посредством резьбового соединения взаимодействует с корпусом 1.

Поворотный диск 10 выполнен меньшего диаметра, чем неподвижно установленные одинаковые диски 9 и 11. Отверстия для пропуска рабочей среды 18 и 19, 20 и 21, 22 и 23 одинаковы во всех дисках пакета. Они полностью совмещаются между собой в открытом состоянии клапана (см. фиг. 5): отверстие 22 в поворотном диске совмещается с отверстиями 18 и 20 в неподвижных дисках, а отверстие 23 с отверстиями 19 и 21. В закрытом состоянии клапана отверстия 22 и 23 поворотного диска 10 попадают на сплошные сектора неподвижных дисков 9 и 11, а отверстия 18, 19 и 20, 21 в неподвижных дисках на сплошные сектора 24 и 25 поворотного диска 10. Сплошные сектора у всех дисков по размерам больше соответствующих отверстий.

Упорно-регулирующие винты 26 и 27 установлены в резьбовых отверстиях 28 и 29 ручки 30, проходят через радиальные прорези корпуса 4, 5 и плотно соединяются с поворотным диском 10 путем вхождения их стопорных концов в ответные углубления 31 и 32 на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска. Эти углубления расположены диаметрально и вне секторов с отверстиями 22 и 23 для пропуска рабочей среды, т.е. в сплошных секторах 24 и 25 поворотного диска 10. Ручка 30 выполнена в виде охватывающего снаружи цилиндрический корпус 1 кольцеобразного элемента. Посадка ручки 30 на корпус 1, например, Н8/е8 или Н9/d9, обеспечивает ее свободное вращение и продольное перемещение.

Упорный бурт 3 выполнен на расстоянии L от осевой линии ОО' радиальных прорезей 4 и 5, удовлетворяющем условию сборки клапана (1). Невыполнение этого условия принципиально исключает возможность сборки, т.к. поворотный диск 10 оказывается полностью смещенным от радиальных прорезей 4, 5 и упрятанным в сквозном канале 2 корпуса 1. При любом практически реализуемом варианте сборки, заведомо удовлетворяющем условию (1), стопорные концы винтов 26, 27 должны попасть в углубления 31, 32 на боковой поверхности диска 10 и надежно соединить его с ручкой 30.

Сборку запорно-регулирующего прямоточного клапана осуществляют следующим образом.

Для этого используют специальный сборочный стержень (фиг. 3), состоящий из двух участков: первый цилиндрический 33 имеет диаметр, равный внутреннему диаметру нажимных втулки 13 и винта 15 (фиг. 1); второй профильный 34 по форме поперечного сечения соответствует отверстиям 18-23 для пропуска рабочей среды, одинаковым во всех дисках 9, 10, 11. Таким образом, участки стержня по конфигурации совпадают с частью продольного сквозного канала полностью открытого клапана. На сборочный стержень на участок 34 отдельно вне клапана до упора насаживают сквозь отверстия 18-23 для пропуска среды пакет регулирующих дисков 9, 10, 11 в такой последовательности: неподвижный диск 11, поворотный диск 10 и неподвижный 9. Диски 9, 10, 11 при этом фиксируются от поворота относительно друг друга в положении, соответствующем открытому состоянию клапана.

Затем непосредственно в корпусе 1 клапана собирают уплотнительный блок. Для этого на кольцевой бурт 3 через сквозной канал 2 со стороны конца клапана 7 устанавливают первое кольцевое уплотнение 8. С той же стороны в канал участком 34 вводят сборочный стержень с находящимся на нем пакетом дисков до установки диска 9 на первое уплотнение 8. Через выступающий из клапана наружу цилиндрический участок 33 стержня в канал последовательно продвигают второе кольцевое уплотнение 12, нажимную втулку 13 и наживляют винт 15. После этого путем вращения сборочного стержня (вместе со связанным с ним пакетом дисков, см. фиг. 5) за выступающий наружу цилиндрический участок 33 углубление, например, 31 на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска 10 подводят к одному из концов радиальной прорези 4 в корпусе 1 клапана, что контролируется визуально через эту же прорезь. В это время диаметрально расположенное углубление 32 располагается у противоположного конца прорези 5. В таком положении сборочный стержень стопорят от смещения относительно корпуса клапана и производят затяжку нажимного винта 15 надетым на сборочный стержень трубчатым ключом 35 (фиг. 5), чем фиксируются все элементы уплотнительного блока и создаются требуемые герметизирующие давления во всех местах уплотнений блока. При этом сборочный стержень (вместе с пакетом дисков на нем) самоцентрируется в сквозном канале путем взаимодействия его участка 34 с цилиндрической поверхностью бурта 3 и участка 33 через нажимные втулки 13 и винт 15 со стенками канала.

После затяжки уплотнительного блока производят установку снаружи корпуса 1 ручки 30. Резьбовые отверстия 28 и 29 в ней располагают над углублениями 31 и 32 на поворотном диске.

Затем в отверстия 28, 29 вкручивают и в несколько этапов последовательно затягивают винты 26, 27. Этим обеспечивается такое положение поворотного диска 8, в котором он имеет возможность свободно вращаться, не задевая своей боковой поверхностью стенки сквозного канала и обеспечивая одновременно герметичность клапана по отношению к внешней среде. Кроме того, например, после удаления стержня из канала или при ремонте винты 26, 27 сами позволяют отрегулировать положение диска 10 внутри корпуса 1 путем смещения его в радиальном направлении и фиксации в нужном положении.

В конце процесса сборки удаляют сборочный стержень и трубчатый ключ из сквозного канала в направлении цилиндрического конца 33. Клапан оказывается собранным в открытом состоянии, когда ручка 30 находится в соответствующем крайнем положении. Винтовые соединения в клапане могут стопориться против раскручивания одним из известных способов, например краской.

Сборка клапана, в уплотнительный блок которого дополнительно входят тарельчатые пружины, практически не отличается от описанной.

Работа клапана.

Клапан может находиться в одном из таких состояний: полностью открытом, полностью закрытом и в каком-либо промежуточном, когда осуществляется регулирование потока среды.

Обращенные друг к другу стыкующиеся торцевые поверхности регулирующих дисков 9, 10, 11 выполнены с весьма малой шероховатостью и жесткими требованиями на неплоскостность, что обеспечивает при сжатии с определенным усилием пакета дисков герметичность зон стыков, не пропускающих рабочую среду даже при вращении поворотного диска 10. В любом из состояний клапана достигается его герметичность по отношению к внешней среде: с наружных торцов пакета за счет упругих уплотнительных колец 8 и 12, а внутри самого пакета - за счет образования из герметичных зон стыков непрерывного уплотнительного пояска 36 по периметру торцевых поверхностей дисков. Поясок выполняет роль сальникового узла, который в клапане отсутствует. Сплошные сектора во всех дисках по размерам несколько больше отверстий для пропуска среды. Поэтому в закрытом состоянии клапана, когда отверстия 18-23 совмещаются со сплошными секторами, по периметру каждого из отверстий также образуется непрерывный уплотнительный поясок 36, чем обеспечивается герметичность клапана и по отношению к трубопроводу. Наименьшая ширина пояска выбирается достаточной для надежной герметизации с учетом материала дисков 9, 10, 11, качества обработки поверхностей, усилия их прижатия друг к другу, точности изготовления и сборки клапана.

В полностью открытом состоянии отверстия для пропуска рабочей среды во всех дисках полностью совмещаются между собой: пропуск среды максимален. В этом состоянии ручка 30 находится в одном из крайних положений, когда регулировочные винты 26 и 27 упираются в диаметрально расположенные концы радиальных прорезей 4 и 5 в корпусе 1, что обеспечивается заявляемым способом сборки. Клапан герметичен по отношению к внешней среде.

При повороте ручки 30 на 90^o в другое крайнее положение, когда винты 26, 27 упираются в противоположные концы радиальных прорезей 4, 5, клапан переходит в полностью закрытое состояние. При этом отверстия в поворотном диске попадают на несколько большие по размерам сплошные сектора неподвижных дисков (аналогично при этом отверстия в неподвижных дисках попадают на сплошные сектора поворотного диска). Таким образом, клапан становится герметичным как по отношению к внешней среде, так и к трубопроводу.

В промежуточных положениях ручки 30, когда отверстия для пропуска среды в дисках 9, 10, 11 не полностью совмещены, площадь проходного сечения клапана меньше, чем в полностью открытом состоянии, и уменьшается по мере поворота ручки к положению "закрыто". Тем самым осуществляется регулирование перпендикулярно направленного к дискам потока рабочей среды. В любом промежуточном состоянии сохраняется герметичность клапана по отношению к внешней среде.

Формула изобретения

1. Запорно-регулирующий прямоточный клапан, содержащий цилиндрический корпус с продольным сквозным каналом для пропуска рабочей среды, в котором выполнен упорный кольцевой бурт и расположен уплотнительный блок, состоящий по меньшей мере из двух уплотнительных колец, одно из которых взаимодействует с буртом, собранных в пакет регулирующих расход дисков с отверстиями для пропуска рабочей среды, один из которых установлен с возможностью поворота, а остальные неподвижно закреплены, и соединенное с поворотным диском приводное устройство с ручкой, проходящей наружу через радиальную прорезь в корпусе, отличающийся тем, что в корпусе выполнены вторая радиальная прорезь, центрально-симметричная первой, для соединения ручки приводного устройства с поворотным диском и ее поворота на угол в пределах 90^o, ручка приводного устройства выполнена в виде охватывающего снаружи цилиндрический корпус кольцеобразного элемента, в котором выполнены диаметрально расположенные два резьбовых отверстия с установленными в них упорно-регулирующими винтами, посредством которых поворотный диск соединяется с ручкой, в дисках центрально-симметрично выполнены по два одинаковых секторных отверстия, уплотнительный блок, нагруженный упругими уплотнительными элементами с возможностью взаимодействия с корпусом клапана в осевом направлении и состоящий из последовательно установленных от упорного бурта корпуса первого упругого уплотнения, пакета регулирующих дисков, второго упругого уплотнения, нажимных втулки и винта, взаимодействующего с резьбой, выполненной на стенке продольного сквозного канала корпуса, конические поверхности уплотнений обращены соответственно к нажимной втулке и упорному бурту, причем расстояние от торца бурта до осевой линии радиальных прорезей корпуса определяется соотношением
(H_у+H_нд-0,5H_п)<α<(H+H_нд+H_пд+0,5H_п),
где Н_у толщина первого упругого уплотнения;
Н_нд, Н_пд толщина неподвижного и поворотного дисков соответственно;
Н_п ширина радиальных прорезей в корпусе.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что поворотный регулирующий диск выполнен меньшего, чем неподвижные диски, диаметра с возможностью сохранения герметичности клапана, при этом на цилиндрической боковой поверхности поворотного диска вне зоны расположения секторных отверстий выполнены диаметрально расположенные углубления для закрепления упорно-регулирующих винтов.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительный блок снабжен двумя тарельчатыми пружинами и дополнительно нажимной втулкой, причем одна тарельчатая пружина и дополнительная нажимная втулка расположены между кольцевым буртом корпуса и первым упругим уплотнением, а другая тарельчатая пружина расположена между другой нажимной втулкой и нажимным винтом.

4. Способ сборки запорно-регулирующего прямоточного клапана, заключающийся в установке в корпус уплотнительного блока, состоящего из пакета регулирующих расход дисков, и уплотнительных колец уплотнительного блока и соединений ручки приводного устройства с корпусом, имеющим продольный сквозной канал, упорный кольцевой бурт в канале и радиальные прорези, отличающийся тем, что сборку осуществляют с помощью сборочного стержня с цилиндрическим и профильным участками, которые повторяют форму продольного сквозного канала полностью открытого клапана, вначале вне клапана на профильный участок через отверстия для пропуска среды неподвижно насаживают пакет регулирующих дисков, после чего внутри сквозного канала устанавливают уплотнительный блок, в последовательности включающий в себя установку на кольцевой бурт первого уплотнения, пакета дисков со сборочным стержнем, второго уплотнения и нажимных втулки и винта путем продвижения их в канал корпуса по выходящему наружу из корпуса цилиндрическому участку, затем вращением сборочного стержня относительно корпуса подводят углубления на боковой цилиндрической поверхности поворотного диска к диаметрально расположенным концам радиальных прорезей в корпусе клапана и затягивают нажимной винт с помощью трубчатого ключа, надетого на сборочный стержень, создавая герметизирующие давления во всех местах уплотнений блока, при этом фиксацией сборочного стержня относительно корпуса удерживают пакет дисков от проворота и центрируют его в сквозном канале путем взаимодействия сборочного стержня с цилиндрической поверхностью бурта и нажимными втулкой и винтом, после чего устанавливают снаружи корпуса кольцеобразную ручку до тех пор, пока резьбовые отверстия в ней расположились над углублениями на цилиндрической боковой поверхности поворотного диска, ввинчивают в эти отверстия упорно-регулирующие винты до попадания их стопорных концов в углубления, затягивают в несколько этапов винты, обеспечивая жесткое соединение поворотного диска с ручкой и его свободное вращение внутри сквозного канала, и удаляют трубчатый ключ и стержень из корпуса собранного клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5