Трехходовой распределительный кран

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях преимущественно высокого давления и при больших расходах рабочей среды. Трехходовой распределительный кран состоит из корпуса в виде стакана с цилиндрической направляющей, отверстиями для входа и выхода рабочей среды, уплотнительными узлами, запорным элементом-клапаном, соединенным с приводом. Запорный элемент-клапан выполнен в виде двух полых цилиндрических втулок. Втулки имеют узкую и широкую части. Эти части телескопически связаны друг с другом за счет вхождения узкой части одной из втулок в широкую часть другой. Втулки снабжены механизмом управления их движения в виде двух расположенных в пазу цилиндрического корпуса крана подпружиненных рычагов. Эти рычаги связаны с приводом через подвижную с возвратно-поступательным перемещением планку. Планка снабжена кулачками. Изобретение направлено на повышение надежности работы крана за счет обеспечения плавного перемещения запорного элемента-клапана, устраняющего явление кавитации и снижающего трение. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к арматуростроению и, в частности, к распределительным устройствам для регулирования рабочей среды в трубопроводах различного назначения, преимущественно при высоком давлении и при больших расходах рабочей среды.

В магистральных трубопроводах при высоком давлении и при больших расходах рабочей среды обычно используют краны распределители, подразделяемые по конструкции запорного элемента на золотниковые и клапанные.

Однако в золотниковых конструкциях имеют место утечки рабочей среды через диаметральный зазор между кольцевой расточкой корпуса и поясками золотника.

Клапанные распределители более надежны в эксплуатации, чем золотниковые, и наиболее эффективно используются в гидрозамках, а также в быстроразъемных соединениях трубопроводов и рукавов. Они имеют высокую герметичность, которая в основном обеспечивается за счет конструкции запорного элемента, который конструктивно может быть выполнен в виде шара, конуса или цилиндрической втулки.

Основным недостатком данных распределителей при работе в условиях повышенного давления и расхода рабочей среды является приложение больших усилий к запорному элементу при переключении (К.М.Холин, О.Ф.Никитин. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1989 г., стр.99-104).

Известен кран с трехходовым регулирующим клапаном, состоящим из корпуса с направляющей в виде стакана, полого запорного органа, расположенного между ограничительными упорами, соединенного со штоком и пружиной возврата и выполненного в виде двух цилиндров и упругого кольца, расположенного между ними. Цилиндры установлены на штоке с возможностью перемещения (Патент RU 2011090, кл. F 16 K 11/044, 1994 г.).

Данный клапан имеет высокую герметичность, однако не может быть применен при больших давлениях и большом расходе рабочей среды.

Известно устройство с двухседельным клапаном высокого давления, содержащим корпус с выполненными в нем седлами, напорным и сбросовым каналами и размещенным в корпусе подпружиненным штоком с двумя уплотнительными кромками, выполненными с возможностью взаимодействия с соответствующими седлами, клапан имеет два дросселя, каждый их которых выполнен в виде стержня, связанного одним концом с приводом его возвратно-поступательного перемещения, а другой конец стержня размещен соответственно в напорном и сбросном каналах (Патент RU 2056562, кл. F 16 K 11/044, 1996 г.).

Наличие в данной конструкции двух дросселей, каждый из которых соединен с приводами, усложняет конструкцию и при эксплуатации требует повышенного расхода энергии на два привода и больших усилий при переключении.

Известен кран, клапан-распределитель которого содержит корпус с напорным и сбросовым каналами, седла. Запорный элемент в виде полой цилиндрической втулки, уплотнительные узлы, управляющий механизм в виде привода, связанного с запорным элементом, имеющим выступы на цилиндрической поверхности втулки в плоскости поперечного сечения, контактирующие с внутренней поверхностью корпуса, при этом торцевые поверхности запорного элемента и седел клапана имеют форму обратных усеченных конусов (Патент RU 2217637, кл. F 16 K 11/044, 2003 г.).

Недостатком данной конструкции клапана является отсутствие плавного перемещения запорного элемента, устраняющего явление кавитации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототип) является кран с клапаном, содержащим корпус направляющей в виде стакана, входные и выходные отверстиями, седло, запорный элемент, соединенный с приводом, и уплотнительные узлы. Запорный элемент выполнен в виде полой втулки. Втулка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности цилиндрической направляющей корпуса. При этом втулка выполнена из двух сопряженных цилиндрических частей. Внешний диаметр ее части, контактирующей с корпусом, равен 0,9-1,1 внутреннего диаметра ее части, контактирующей с вкладышем. Изобретение позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения запорного элемента, и повысить устойчивость клапана (Патент RU 2200265, кл. F 16 K 3/24, 2003 г.).

Недостатком данной конструкции клапана является недостаточное плавное перемещение запорного элемента, устраняющего явление кавитации и снижающего трение при контакте запорного элемента с цилиндрической поверхностью корпуса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы крана распределителя за счет обеспечения плавного перемещения запорного элемента-клапана, устранения явления кавитации и обеспечения герметичности соединения его конструктивных элементов с одновременным увеличением срока эксплуатации.

Указанный технический результат достигается за счет выполнения запорного элемента-клапана в виде двух полых цилиндрических втулок, каждая из которых имеет узкую и широкую части, телескопически связанных друг с другом за счет вхождения узкой части одной из них в широкую часть другой, и снабженного механизмом управления движением этих втулок, выполненного в виде двух расположенных в пазу цилиндрического корпуса крана подпружиненных рычагов, связанных с приводом через подвижную с возвратно-поступательным перемещением планку, снабженную кулачками.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - продольный разрез общего вида трехходового крана при неподвижном положении запорного элемента;

на фиг.2 - вид трехходового крана по А;

на фиг.3 - продольный разрез общего вида трехходового крана при перемещении запорного элемента вниз;

на фиг.4 - продольный разрез общего вида трехходового крана при перемещении запорного элемента вверх.

Предлагаемое устройство трехходового крана состоит из корпуса 1 с торцевой частью 2, с расходными отверстиями входным 3 и выходными 4, 9; запорного элемента-клапана в виде двух полых втулок 6 и 7, с седлами 5 и 11 с вставкой 10; шпиндельного корпуса 8; фиксатора 12; штифтов 13 (фиг.2); жестко соединяющих шпиндельный корпус 8 с корпусом 1; рычагов механизма управления движением втулок 14 и 15 с пружиной 16,размещенных в пазу корпуса 1; планки механизма управления 17 с кулачками 18 и 19 и двухстороннего кулачка 20, подвижно соединенной со шпинделем 21 при помощи штифтов 22; маховика 23; уплотнительных элементов 24, 25, 26, 27 и 28; болтов 29 (фиг.2), при помощи которых корпус 1 жестко соединен с торцевой частью 2.

Кран работает следующим образом.

При нормальном положении втулок 6 и 7 запорного элемента-клапана их торцевые кромки находятся в контакте с седлами 5 и 11 соответственно. Пружина 16, распирая рычаги 14 и 15 до контакта с кулачками 18 и 19 планки управления 17, держит втулки клапана неподвижно, выходные отверстия 4 и 9 перекрыты. Рабочая среда (тело), подведенная к отверстию 3, перекрыта клапаном 6 (фиг.1).

Для подачи рабочей среды (тела) к выходному отверстию 4 шпиндель 21 вращается по часовой стрелке при помощи маховика 23 и передвигает планку управления 17 вниз. Кулачок 18 планки управления 17 давит на рычаг 14, который отводит втулку 6 запорного элемента-клапана. Двухсторонний кулачок 20, одновременно двигаясь с кулачком 18, доходит до контакта с рычагом 15, который передвигает втулку 7 запорного элемента-клапана вверх в крайнее положение до контакта с седлом 11 и останавливается одновременно с рычагом 14 и втулкой 6. При этом происходит гарантированное закрытие выходного верхнего отверстия 9 втулкой 7 клапана и открытие втулкой 6 проходного сечения отверстия 4 для подачи рабочей среды (фиг.3).

Конструкция втулки 6 имеет форму полого цилиндра, расширяющегося в нижней части, перекрывающей входное отверстие 3. Втулка 7 имеет аналогичную втулке 6 полую цилиндрическую форму, при этом узкая часть втулки 6 входит в широкую часть втулки 7, объединяя их объемы, за счет чего давление рабочей среды выравнивается, обеспечивая разгруженность от давления обеим втулкам запорного элемента-клапана. Отношение наружного диаметра узкой части втулок 6 и 7 к внутреннему диаметру их широкой части близко к 1 и находится в пределах 0,9-1,1.

Так как втулки 6 и 7 клапана являются разгруженными от действия рабочего давления, их перемещение относительно друг друга осуществляется без препятствий со стороны рабочей среды, обеспечивая минимальное приложение усилия при вращении маховика 23 шпинделя 21.

При вращении шпинделя 21 в обратную сторону против часовой стрелки пружина 16 за счет своей внутренней энергии возвращает в исходное положение рычаг 14, который передвигает втулку 6 клапана в крайнее положение до контакта с седлом 3, чтобы перекрыть отверстие 3. При дальнейшем продолжении вращения шпинделя 21 планка управления 17 передвигается вверх и кулачок 19 передвигает при помощи рычага 15 втулку 7 клапана, а двухсторонний кулачок 20 доходит до контакта с рычагом 14, который удерживает при помощи пружины 16 в крайнем положении втулку 6 при ее контакте с седлом 3. Теперь происходит гарантированное жесткое перекрытие проходного отверстия 3 и подача рабочей среды к отверстию 9 (фиг.4).

Кромки наружной узкой части втулок 6 и 7 запорного элемента-клапана, занимая при вращении маховика 23 крайнее положение, контактируют соответственно с седлами 5 и 11, имеющими форму усеченного внутреннего конуса.

Втулки запорного элемента-клапана и седла изготовлены из металла, поэтому контакт запорного элемента с седлом, находящимся в корпусе, происходит по схеме «металл-металл», что обеспечивает высокую герметичность и надежность работы крана при высоких давлениях по сравнению с пробковыми и шаровыми кранами, в которых герметичность между входными и выходными отверстиями достигается за счет работы пары уплотнительный элемент - металл.

1. Трехходовой распределительный кран, состоящий из корпуса в виде стакана с цилиндрической направляющей, отверстиями для входа и выхода рабочей среды, уплотнительными узлами, запорным элементом-клапаном, соединенным с приводом, в котором запорный элемент-клапан выполнен в виде двух полых цилиндрических втулок, имеющих узкую и широкую части, телескопически связанных друг с другом за счет вхождения узкой части одной из втулок в широкую часть другой и снабженных механизмом управления их движения в виде двух расположенных в пазу цилиндрического корпуса крана подпружиненных рычагов, связанных с приводом через подвижную с возвратно-поступательным перемещением планку, снабженную кулачками.

2. Трехходовой распределительный кран по п.1, отличающийся тем, что отношение наружного диаметра узкой части втулок к внутреннему диаметру их широкой части близко к 1 и находится в пределах 0,9-1,1.

3. Трехходовой распределительный кран по п.1, отличающийся тем, что втулки запорного элемента-клапана и седла изготовлены из металла, а контакт запорного элемента с седлом, находящимся в корпусе, происходит по схеме «металл-металл».

4. Трехходовой распределительный кран по п.3, отличающийся тем, что поверхность седел, контактирующих с запорным элементом-клапаном, имеет форму усеченного внутреннего конуса.