Дисковый поворотный клапан

 

Изобретение относится к задвижкам с поворотными запорными элементами и предназначено для использования в системах регулирования расходов газа или жидкости в различных типах энергетического оборудования. Дисковый поворотный клапан включает полый корпус с входным и выходным отверстиями, седлом, взаимодействующий с седлом запорный орган в форме диска, механизм перемещения запорного органа в виде цилиндро-поршневого устройства. Последнее связано посредством шарнирно-рычажной передачи с запорным органом. Цилиндропоршневое устройство управляется системой подвода управляющего регулируемого давления от внешнего источника. Механизм перемещения запорного органа выполнен в виде двух одинаковых цилиндропоршневых устройств. Они расположены диаметрально противоположно на корпусе в плоскости, перпендикулярной оси клапана. Шарнирно-рычажная передача снабжена как минимум двумя пружинами растяжения-сжатия. Последние закреплены симметрично относительно оси клапана с одной стороны на диске, а с другой - на штоках. На одном из штоков выполнен участок с ходовой несамотормозящейся резьбой, взаимодействующей с ответной резьбой корпуса. Ход поршней в цилиндре и угол подъема резьбы на штоке связаны соотношением tgΨ = 4Δ/πd_ср, где Ψ - угол подъема резьбы; d_ср - средний диаметр резьбы; Δ - ход поршня из положения "Закрыто" в положение "Открыто" при повороте диска на угол π/2, который равен Δ = a(sinβ-sinα), где а - длина рычага шарнирно-рычажной передачи; α,β - соответственно углы между рычагом и осью клапана в положениях "Закрыто" и "Открыто". Изобретение позволяет упростить конструкцию дискового поворотного клапана. 2 ил.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к задвижкам с поворотными запорными элементами, и может быть использовано в системах регулирования расходов газа или жидкости в различных типах энергетического оборудования.

Известно устройство (см. авт. св. СССР 452708, кл. F 16 К 31/44, заявл. 04.05.73, опубл. 05.12.74), содержащее корпус с седлом, размещенный внутри корпуса поворотный диск-заслонку, шарнирно-рычажный механизм поворота диска на угол π/2, связанный с диском посредством герметичного сильфонного ввода, работающего в режиме качания, и средство управления механизмом поворота в виде цилиндра с поршнем.

Недостатком указанного устройства является наличие сильфонного ввода, являющегося элементом ненадежности и делающего конструкцию нетехнологичной. Кроме того, устройство не обеспечивает надежного разделения полостей при закрытом клапане.

Известен клапан (см. заявку Японии 48-36529, кл. 66 А 6, заявл. 02.11.70 г., опубл. 05.11.73 г.), включающий корпус с седлом, выполненным под углом к оси клапана, контактирующий с седлом поворотный диск, шарнирно-рычажный механизм поворота диска с ползуном, размещенным в стенке корпуса, перпендикулярно к его оси с возможностью радиального перемещения под действием внешнего устройства.

Недостатком устройства является наличие контакта диска с седлом в плоскости, ориентированной под углом к оси клапана, что приводит к необходимости иметь разъемный корпус с фланцевым соединением его частей под тем же углом, что усложняет конструкцию.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является разработка конструкции, позволяющей устранить указанные выше недостатки.

Технический результат от использования предлагаемого устройства заключается в упрощении конструкции, а следовательно, в повышении надежности и долговечности устройства, в возможности регулирования угла поворота запорного органа и его фиксирования в определенный промежуток времени, что дает возможность проводить различного рода испытания систем регулирования расходов газа или жидкости.

Средство достижения указанного технического результата состоит в том, что в известном устройстве, включающем полый корпус с входным и выходным отверстиями, а также седлом, взаимодействующий с седлом запорный орган в форме диска, механизм перемещения запорного органа, выполненный в виде цилиндропоршневого устройства, связанного посредством шарнирно-рычажной передачи с запорным органом, и систему подвода управляющего регулируемого давления в цилиндропоршневое устройство от внешнего источника, механизм перемещения запорного органа выполнен в виде двух одинаковых цилиндропоршневых устройств, расположенных диаметрально противоположно на корпусе в плоскости, перпендикулярной оси клапана, а шарнирно-рычажная передача снабжена как минимум двумя пружинами растяжения-сжатия, закрепленными симметрично относительно оси клапана с одной стороны на диске, а с другой - на штоках, причем на одном из штоков выполнен участок с ходовой не самотормозящейся резьбой, взаимодействующей с ответной резьбой корпуса, при этом ход поршня в цилиндре и угол подъема резьбы на штоке связаны соотношением где Ψ - угол подъема резьбы; d_ср - средний диаметр резьбы; Δ - ход поршня из положения "Закрыто" в положение "Открыто" при повороте диска на угол π/2, который равен Δ = a(sinβ-sinα), где a - длина рычага шарнирно-рычажной передачи; α,β - соответственно углы между рычагом и осью клапана в положении "Закрыто" и "Открыто".

Доказательство достижения технического результата будет рассмотрено ниже.

Существо конструкции поясняется фиг. 1 (продольный разрез, положение "Закрыто") и фиг.2 (сечение по А-А на фиг.1, положение "Открыто").

Клапан состоит из полого корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, а также седлом 4. Запорный орган выполнен в форме диска 5, взаимодействующего с седлом 4 по сферической поверхности. На диске 5 может быть дополнительно установлен уплотнительный элемент 6, например резиновое кольцо. Механизм перемещения диска 5 включает два одинаковых и расположенных диаметрально противоположно на корпусе 1 в плоскости, перпендикулярной оси клапана, цилиндропоршневых устройства, состоящих каждое из цилиндра 7, поршня 8 и штока 9. Ход поршня 8 регулируется плоскими шайбами 10, которые, кроме того, будучи выполненными из эластичного материала, могут играть роль амортизаторов, а также позволяют обеспечивать необходимое для герметизации диска 5 по седлу 4 контактное усилие. Подпоршневая и надпоршневая полости цилиндров 7 сообщены посредством штуцеров 11 с внешней системой управляющего регулируемого давления (на фиг.1 и 2 не показана). Штоки 9 посредством рычагов 12 шарнирно связаны с центром 13 диска 5. Положение диска 5 параллельно оси штоков обеспечивается как минимум двумя пружинами 14 растяжения-сжатия, расположенными симметрично относительно оси клапана с одной стороны на диске 5, а с другой - на штоках 9.

На одном из штоков выполнен участок 15 с ходовой несамотормозящейся резьбой, взаимодействующей с ответной резьбой 16 на корпусе 1. При этом геометрические параметры рычагов 12, их расположение относительно оси в фазах "Закрыто" и "Открыто", а также характеристики резьбы участка 15 удовлетворяют соотношениям: Δ = a(sinβ-sinα),
где Ψ - угол подъема резьбы;
4Δ - шаг резьбы;
d_ср - средний диаметр резьбы;
Δ - ход поршня 8 из положения "Закрыто" в положение "Открыто" в цилиндрах 7 при повороте диска 5 на угол π/2;
a - длина рычага 12;
α,β - соответственно углы между рычагом 12 и осью клапана в положениях "Закрыто" и "Открыто".

Из фиг.1 и 2 следует, что b = a•sinα; b₁= a•sinβ; Δ = b₁•b.
Устройство работает следующим образом.

При подводе через штуцер 11 давления под поршни 8 последние перемещаются в цилиндрах 7 до упора на величину Δ, что соответствует повороту резьбового участка 15, штоков 9 и поршней 8 на угол π/2. Это обеспечивается указанными выше геометрическими соотношениями деталей. Углы между рычагами 12 и осью клапана увеличиваются от α до β (фиг.1 и 2). При этом пружины удерживают диск 5 от поворота относительно оси центра 13, диск 5 в любой момент его перекладки остается параллельным оси перемещения штоков 9 и поршней 8. Диск 5 поворачивается точно на угол π/2, открывая клапан. Закрытие клапана производится путем подачи давления в цилиндр 7 через другой штуцер 11. При этом детали 8, 9, 10, а также участок 15 поворачиваются, благодаря наличию в корпусе 1 резьбы 16. Штоки 9 сближаются, рычаги 12 приближаются к оси клапана, углы β уменьшаются до значения α. Диск 5 упирается в седло 4 - клапан "Закрыт".

Возможность создания конструкции клапана с указанным выше соотношением размеров может быть подтверждена примером расчета.

Так, для резьбы с d_ср=2 см при длине рычага а=6 см и положениях рычагов 12 при α = 30° и β = 60°,
получим в=аsin30^o=6•0,5=3 см;
b₁= αsinβ = 6•0,866 = 5,2 см;
Δ = b₁- b₂= 2,2 см.
Тогда

Условие не самоторможения резьбы, как известно, может быть выражено неравенством Ψ>ρ,
где ρ = arc•tgf - угол трения;
f - коэффициент трения в резьбе f ≃ 0,1...0,3 (см. кн.: И.А.Биргер, Г.Б. Иосилевич. Резьбовые соединения, М.: Машиностроение, 1973, табл. 79).

В этом случае ρ ≃ 6...16°, т.е. меньше Ψ.к

Формула изобретения

Дисковый поворотный клапан, включающий полый корпус с входным и выходным отверстиями, а также седлом, взаимодействующий с седлом запорный орган в форме диска, механизм перемещения запорного органа, выполненный в виде цилиндропоршневого устройства, связанного посредством шарнирно-рычажной передачи с запорным органом, и систему подвода управляющего регулируемого давления в цилиндропоршневое устройство от внешнего источника, отличающийся тем, что механизм перемещения запорного органа выполнен в виде двух одинаковых цилиндропоршневых устройств, расположенных диаметрально противоположно на корпусе в плоскости, перпендикулярной оси клапана, а шарнирно-рычажная передача снабжена как минимум двумя пружинами растяжения-сжатия, закрепленными симметрично относительно оси клапана с одной стороны на диске, а с другой - на штоках, причем на одном из штоков выполнен участок с ходовой несамотормозящейся резьбой, взаимодействующей с ответной резьбой корпуса, при этом ход поршней в цилиндре и угол подъема резьбы на штоке связаны соотношением

где Ψ - угол подъема резьбы;
d_ср - средний диаметр резьбы;
Δ - ход поршня из положения "Закрыто" в положение "Открыто" при повороте диска на угол π/2, который равен
Δ = a(sinβ-sinα),
где а - длина рычага шарнирно-рычажной передачи;
α, β - соответственно углы между рычагом и осью клапана в положении "Закрыто" и "Открыто".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2