Клапан регулирующий

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам с дросселирующими элементами, и предназначено для использования в системах гидравлики, пневматики, в различных отраслях промышленности, энергетике, военных устройствах, медицине. Клапан регулирующий содержит составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, седла шарового поворотного затвора. В сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселирования. Элементы дросселирования выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок, которые со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора выполнены сферической формы с радиусом, равным радиусу шарового поворотного затвора. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей клапана за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования и плавности регулирования, на снижение уровня шума и эрозионного износа элементов клапана потоком среды в момент открытия и закрытия его. 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам.

Известен клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, причем в сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселеривания (см. патент РФ №1077581 A, МКИ F 16 K 5/10).

Недостатком данной конструкции является то, что при использовании для регулирования расхода рабочей среды не обеспечивается равномерность или заданная расходная характеристика, особенно в момент открытия, закрытия клапана (нелинейность).

Задачами изобретения являются: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона, заданного закона регулирования, плавности регулирования, снижение уровня шума и эрозионного износа элементов клапана потоком среды в момент открытия и закрытия его, упрощение технологии изготовления.

Поставленная задача достигается тем, в клапане регулирующем с входным и выходным патрубками, шаровым поворотным затвором со сквозным отверстием, в котором прикреплены элементы дросселеривания, штоком, уплотнением штока, седлом, элементы дросселирования выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок, которые со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора выполнены сферической формы с радиусом, равным шаровому поворотному затвору, кроме того:

- элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполнены из проволоки, например, из "металлорезины";

- перегородки выполнены проницаемыми для рабочей среды, например, с отверстиями или из сетки, или из объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины";

- различные перегородки выполняются с различными отверстиями или размерами пор, или пористостью;

- элементы дросселирования и перегородки выполнены плоскими;

- элементы дросселирования и перегородки выполнены криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами или радиусами кривизны;

- размер пор или пористость разных элементов дросселирования различна;

- толщины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора;

- длины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора.

Сущность изобретения заключается в том, что применение элементов дросселирования из объемного проницаемого пористого изделия с открытоячеистой структурой позволяет перейти к дросселированию при регулировании способом вязкостного сопротивления (потеря давления связана с вязкостным трением) вместо способа инерционного сопротивления, что позволяет значительно снизить шум и эрозионный износ деталей клапана, упростить технологию изготовления и улучшить работоспособность клапана в средах с небольшой концентрацией твердых частиц, т.к. элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполняет функцию фильтра этих частиц.

На фиг.1, 3 показана конструкция клапана регулирующего, на фиг.2, 4 - разрезы А-А фиг.1, 3.

Клапан регулирующий содержит составной корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор (ШПЗ) 4 со сквозным отверстием 5, шток 6 с уплотнением 7, седло 8 шарового поворотного затвора 4. В сквозном отверстии 5 шарового поворотного затвора 4 прикреплены (сваркой, пайкой, приклеиванием, механически винтами и т.д.) элементы дросселирования 9, 10, 11 из объемного проницаемого пористого изделия (ЭД) открытоячеистой структуры с чередованием тонкостенных перегородок (ТП) 12, 13, 14, которые со стороны входного отверстия 2 выполнены сферической формы (поверхность 15) с радиусом, равным радиусу ШПЗ 4. ЭД 9, 10, 11 выполнены с различными: размерами пор, пористостью, длиной a₁, a₂, а₃ в осевом направлении (ось 16) сквозного отверстия 5, толщиной в₁, в₂, в₃ в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой оси 16. ЭД 9, 10, 11 могут быть выполнены из проволоки, "металлорезины". Для ЭД 9, 10, 11 может быть использован: коррозионностойкий материал, например нержавеющая сталь (заготовки в виде проволоки, шариков, порошков для последующего прессования спекания); износостойкий материал, например минералокерамика (полученная методом порошковой металлургии, минеральные волокна); антифрикционный материал (с низким коэффициентом трения и износа), например медесодержащие сплавы (латунь, бронза); эрозионно-стойкий материал (в среде пара, газа, агрессивных сред), например стеллит, простые материалы, но с коррозионно-стойким, эрозионно-стойким покрытиями по всему объему материала, например, гальваническим способом.

ТП 12, 13, 14 выполнены полностью непроницаемыми или ограниченно проницаемыми с перфорированными отверстиями, или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины" (МР). В ТП 12, 13, 14 перфорированные отверстия выполнены с различными: размерами, профилями, количеством, расстояниями по длине и высоте между собой, а в сетке и МР - с различными размерами пор, пористостью. Пространство сквозного отверстия 5 может быть частично или полностью заполнено ЭД 9, 10, 11 с ТП 12, 13, 14. ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.1, 2) могут быть выполнены плоскими. 17 - ось вращения ШПЗ 4. Размер пор, пористость ЭД 9, 10, 11 может быть разной. Толщина ЭД 9, 10, 11 может быть разной, например уменьшаться в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4. Длина элементов ЭД 9, 10, 11 может быть разной, например уменьшаться в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4. На фиг.1, 2 показан клапан в закрытом положении.

ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.3, 4) могут быть выполнены криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами кривизны (с одинаковым диаметром, равным диаметру отверстия 5) или с разными радиусами R кривизны с одним или разными центрами кривизны. На фиг.3, 4 показан клапан в закрытом положении.

Работа клапана.

Поворотом ШПЗ 4 вокруг оси 17 приоткрывают клапан, отверстие 5 ШПЗ 4 пересекается с отверстием входного патрубка 2. Поток среды проходит через входное отверстие патрубка 2 к ЭД 9, дросселируется, проходя через сеть многочисленных каналов порового пространства ЭД 9 или 18, при этом срабатывается определенная часть входного рабочего давления. При дальнейшем повороте ШПЗ 4 рабочая среда поступает к ЭД 9, 10. Чем больше повернут ШПЗ 4, тем большая высота ЭД 9, 10, 11 участвует в процессе дросселирования потока, сопротивление прохождению рабочей среды уменьшается, перепад на клапане при одинаковом расходе уменьшается или при постоянном перепаде давления увеличивается расход среды, проходящей через клапан. При обратном движении ШПЗ 4 процесс регулирования идет в обратном направлении. Изменением размера пор, пористости, длины ЭД 9, 10, 11 возможно изменять гидравлическое сопротивление в различные фазы открытия, закрытия ШПЗ 4 в соответствии с требуемой гидравлической характеристикой. Выполнение ЭД 9, 10, 11 из проволоки, "металлорезины" упрощает их технологию изготовления и в процессе работы не приводит к нарушению целостности, т.к. каждый ЭД выполнен из цельного куска проволоки. Выполнение ТП 12, 13, 14 непроницаемыми обеспечивает протекание потока среды только через ЭД 9 в момент открытия, а выполнение ТП 12, 13, 14 ограниченно проницаемыми с перфорированными отверстиями или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины" обеспечивает перетек потока среды между ними. При этом создаются сложные криволинейные потоки, приводящие к взаимному гашению скоростей потока среды, что снижает шум и выравнивает гидравлическую характеристику при повороте ШПЗ 4. При выполнении ТП 12, 13, 14 с перфорированными отверстиями, с различными: размерами, профилями, количеством, расстояниями по длине и высоте между собой, с различными размерами пор, пористостью можно регулировать характер, количество, скорость микропотоков, перетекающих через ТП 12, 13, 14 от ЭОППИ 9, 10, 11. Выполнение пространства сквозного отверстия 5 с частичным или полным заполнением ЭД 9, 10, 11 с ТП 12, 13, 14 определяется гидравлической характеристикой. Подбор пористости, размера пор, толщины, длины, количества ЭД 9, 10, 11, отверстий, их расположения, формы отверстий в ТП 12, 13, 14 в соответствие с требуемой гидравлической характеристикой, коэффициентом пульсации давления, расхода, уровня шума на каждом участке регулирования осуществляют путем компьютерного моделирования (программа "Star-CD"), а затем уточняют при изготовлении опытных образцов. Выполнение ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.1, 2) плоскими технологично, но не всегда позволяет обеспечить заданную гидравлическую характеристику и коэффициенты пульсации (расхода, давления). При открытии и пересечении отверстия 5 ШПЗ 4 с отверстием входного патрубка 2 форма проходного сечения имеет форму "лодки", поэтому выполнение ЭД 9, 10, 11 ТП 12, 13, 14 криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами кривизны и, или с разными радиусами R обеспечивает изменение пористости, размера пор, гидравлического сопротивления в соответствии с изменением формы проходного отверстия, при этом легче рассчитать гидравлическую характеристику и обеспечить низкое значение коэффициента пульсации.

Выполнение длины элементов ЭД 9, 10, 11 с уменьшением в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4 позволяет выровнять расход потока через ЭД 9, 10, 11 при максимальном открытии клапана.

Основная особенность клапана - применение принципа вязкостного трения и гидродинамического гашения скорости потока, при которых сводятся к минимуму износ элементов клапана, в первом случае из-за низких скоростей потока (ламиниризация) и во втором случае из-за удаления от поверхности отверстия ШПЗ 4 процесса столкновения и турбулизации. Клапан обладает чрезвычайно низким уровнем шума и может быть использован на кораблях, подводных лодках, устройствах с регламентированным низким уровнем шума. Клапан стабилизирует поток среды на выходе за счет интенсивного дробления потока.

Клапан обладает расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения широкого диапазона, разнообразия возможных характеристик регулирования в областях малых и сверхмалых расходов среды.

Конструкция клапана обладает простотой в том смысле, что использованы готовые, пористые материалы открытоячеистой структуры, которые обычно применяют в области фильтрации, поэтому нет необходимости в технологических операциях сверления, прошивки отверстий (упрощена технология изготовления).

Обычно в области малых расходов размеры деталей клапана небольшие, попадание нескольких абразивных частиц в зону регулирования или запирания клапана приводит к выходу его из строя. В данном случае клапан имеет преимущество, т.к. проницаемые элементы дросселирования одновременно являются и фильтрующими элементами (особенно крупных частиц) при небольших уровнях загрязнения рабочей среды.

Данный регулирующий клапан может быть использован в системах гидравлики, пневматики, в различных отраслях промышленности, энергетике, военных устройствах, медицине.

1. Клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, седла шарового поворотного затвора, причем в сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселирования, отличающийся тем, что элементы дросселирования выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок, которые со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора выполнены сферической формы с радиусом, равным радиусу шарового поворотного затвора.

2. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что элементы дросселирования выполнены из проволоки, например из металлорезины.

3. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены проницаемыми для рабочей среды, например с отверстиями или из сетки, или из объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины".

4. Клапан регулирующий по п.3, отличающийся тем, что различные перегородки выполнены с различными отверстиями, или размерами пор, или пористостью.

5. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что элементы дросселирования и перегородки выполнены плоскими.

6. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что элементы дросселирования и перегородки выполнены криволинейными, например С-образного профиля в нормальном сечении с разными центрами или радиусами кривизны.

7. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что размер пор или пористость разных элементов дросселирования различна.

8. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что толщины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора.

9. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что длины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора.