Трехходовой регулирующий распределительный клапан
Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления и регулирования потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях различного назначения, преимущественно при высоком давлении и при любых расходах рабочей среды. Регулирующий распределительный клапан содержит составной корпус с входным и выходными патрубками, расположенными по обе его стороны, седла и запорный элемент с механизмом управления, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение запорного элемента. Составной корпус выполнен из двух корпусов и вставки. Первый корпус содержит один выходной патрубок, седло с внутренней кольцевой поверхностью и прикрепленный фланцем входной патрубок с одной стороны. С другой стороны первый корпус через вставку жестко соединен со вторым корпусом. Последний содержит другой выходной патрубок, глухое седло с внутренней кольцевой поверхностью и кронштейн для механизма управления. Вставка выполнена в виде кольца с боковыми продольными пазами. Внутри кольца расположен цилиндрический запорный элемент с наружными торцевыми участками и с двух сторон герметизированный уплотнениями. На наружной поверхности цилиндрического запорного элемента выполнены пазы для размещения полуосей. Полуоси связаны через рычаги с механизмом управления. Последний осуществляет перемещение цилиндрического запорного элемента из одного крайнего положения в другое с возможностью обеспечения герметичного контакта соприкасающейся поверхности соответствующего седла с одним из торцевых участков цилиндрического запорного элемента при нахождении последнего в одном из крайних положений. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности, снижение энергозатрат при управлении запорным элементом и снижение трудоемкости изготовления клапана. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Устройство относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления и регулирования потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях различного назначения, преимущественно при высоком давлении и при больших расходах рабочей среды.
В магистральных трубопроводах существующие распределители разделяются по конструкции запорного элемента золотниковые, крановые и клапанные.
Золотниковые распределители работают при больших давлениях и расходах, но для таких распределителей характерно наличие утечек через диаметральный зазор между кольцевой расточкой корпуса и поясками золотника.
Крановые распределители применяются в основном при небольших давлениях и расходах, запорным элементом у них служит конический или шаровой кран, который поворачивается в корпусе с уплотнениями вокруг оси. Недостаток - при больших давлениях возникают большие силы трения при открытии и закрытии крана.
Клапанные распределители применяют в быстроразъемных соединениях трубопроводов и рукавов, а также в гидрозамках. Конструктивно запорным элементом у них является шар или конус. В сравнении с другими распределителями клапанные имеют более высокую герметичность, но имеют тот же недостаток что и другие - при увеличении давления и расхода требуются большие усилия при переключении и регулировании рабочего потока (К.М.Холин, О.Ф.Никитин. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1989 г., стр.99-104).
Известен клапан (Патент РФ №2159857 от 27.11.2000 г.) золотникового типа, содержащий цилиндрический запорный элемент, перекрывающий выходные отверстия. В указанной конструкции клапана не требуется приложения значительных механических усилий при отпирании и запирании клапана.
Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения полной герметичности клапана в закрытом положении, кроме того, герметичность клапана значительно снижается при ухудшении качества обработки сопрягающихся элементов клапана.
Известен распределительный клапан (Патент Германии №4309409, F 16 К 11/00, 1997 г.), содержащий корпус с входным и выходными отверстиями, седло клапана, запорный элемент и привод, обеспечивающий возможность осевого перемещения запорного элемента.
Недостатком указанного распределительного клапана является необходимость приложения к запорному элементу значительной силы при отпирании и запирании клапаном выходных отверстий, так как силы, приложенные к запорному элементу, сформированные давлением рабочей среды, в известной конструкции не уравновешены.
Известен распределительный клапан (Патент Великобритании №2076116 А, F 16 К 11/04, 1981 г.), содержащий корпус с входным и выходными отверстиями, два кольцевых седла, зафиксированных фланцами по торцам корпуса, два клапана с кольцевыми уплотнениями на подвижном штоке и составную втулку с уплотнениями.
Недостатком указанного распределителя является низкая надежность уплотнения клапана с седлом, так как уплотнительные кольца расположены фактически в потоке рабочей среды, составная втулка, находящаяся между клапанами, нагружает шток дополнительной нагрузкой и способствует возникновению пульсации потока, при открытии проходного сечения клапаны находятся под давлением рабочей среды, и требуются значительные усилия на их перемещение. Дренажное отверстие в штоке способствует низкому уровню герметичности всего устройства.
Наиболее близким к настоящему изобретению является переключатель потока (Патент РФ №2184294, F 16 К 11/02, 27.06.2002 г.), содержащий корпус с входным и выходными цилиндрическими патрубками, расположенными по обе его стороны, съемные седла, запорный элемент с приводным валом. Запорный элемент снабжен цилиндрическим и конусными участками, соосно расположенными с его осью, а съемные седла выполнены с конусными посадочными участками.
Недостатком указанного переключателя является необходимость обеспечения плотного прилегания конической поверхности запорного элемента с поверхностью седла, т.е. герметичность перекрытия проходного сечения обеспечивается за счет качества прилегания поверхностей.
Следующим недостатком является то, что при закрытии проходного сечения одного из выходных патрубков на запорный элемент действует сила от давления рабочей среды на проходное сечение патрубка и при перемещении запорного элемента в другое крайнее положение требуется приложить значительное усилие.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в снижении сил, необходимых для перемещения запорного элемента, с одновременным повышением устойчивости работы и ликвидация условий возникновения гидроударов. В распределителе заявленной конструкции совмещаются преимущества тарельчатого и золотникового клапанов, т.е. обеспечивается надежная герметичность клапана в закрытом положении одновременно с ликвидацией сил, действующих на привод запорного элемента в результате влияния давления рабочей среды.
Технический результат достигается за счет того, что в регулирующем распределительном клапане, содержащем составной корпус с входным и выходными патрубками, расположенными по обе его стороны, седла и запорный элемент с механизмом управления, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение запорного элемента, составной корпус выполнен из двух корпусов и вставки, первый корпус содержит один выходной патрубок, седло с внутренней кольцевой поверхностью и прикрепленный фланцем входной патрубок с одной стороны, с другой стороны через вставку жестко соединен со вторым корпусом, содержащим другой выходной патрубок, глухое седло с внутренней кольцевой поверхностью и кронштейн для механизма управления, а вставка выполнена в виде кольца с боковыми продольными пазами, внутри которого расположен цилиндрический запорный элемент с наружными торцевыми участками и с двух сторон герметизированный уплотнениями, кроме этого на наружной поверхности цилиндрического запорного элемента выполнены пазы для размещения полуосей, связанных через рычаги с механизмом управления, осуществляющим перемещение цилиндрического запорного элемента из одного крайнего положения в другое с возможностью обеспечения герметичного контакта соприкасающейся поверхности соответствующего седла с одним из торцевых участков цилиндрического запорного элемента при нахождении последнего в одном из крайних положениях.
Кроме этого, для облегчения демонтажа седла выполнены съемными, глухое седло зафиксировано заглушкой.
Для повышения герметичности соприкасающиеся с цилиндрическим запорным элементом поверхности седел выполнены коническими за счет уплотнения «металл-металл».
При этом механизм управления, включающий в себя ось с муфтой и шпиндель с маховиком, относительно корпусов жестко закреплен на кронштейне, что позволяет перемещение запорного элемента при регулировании и управлении рабочей среды производить как в ручном режиме при помощи винтовой передачи, так и с использованием других приводов.
Конструкция предлагаемого устройства показана на чертежах, где на фиг.1 изображен трехходовой регулирующий распределительный клапан (в разрезе) при нахождении запорного элемента в одном крайнем положении; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3. разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4. - вид по стрелке В на фиг.1 (вид сверху на механизм управления); на фиг.3. - то же, что и на фиг 1, при нахождении запорного элемента в другом крайнем положении.
Трехходовой регулирующий распределительный клапан содержит составной корпус, состоящий из первого корпуса 1, второго корпуса 8 и вставки 14. Первый корпус 1 содержит один выходной патрубок 2 и расходное отверстие 3, седло 4 с внутренней кольцевой рабочей конической поверхностью 5 и прикрепленный фланцем 6 с болтами 34 входной патрубок 7 с одной стороны. С другой стороны первый корпус 1 через вставку 14 жестко соединен со вторым корпусом 8. Корпус 8 содержит другой выходной патрубок 9 и расходное отверстие 10, глухое седло 11 с внутренней кольцевой рабочей конической поверхностью 12, зафиксированное заглушкой 13, и кронштейн 27 для механизма управления. Вставка 14 выполнена в виде высокого кольца со сквозными боковыми продольными пазами 15 и ввинченными по бокам осями 16. Внутри высокого кольца расположен цилиндрический запорный элемент 17 с наружными торцевыми участками - кромками 18 и 19, с двух сторон герметизирован уплотнениями 31 и 32 с внутренней полостью 20 и с пазами 21 по наружной цилиндрической поверхности (Фиг.3), в которых установлены полуоси 22, подвижно связанные с рычагами 23, через которые полуоси 22 связаны с механизмом управления. Последний включает в себя ось 24 с муфтой 25 и шпиндель 26 с маховиком 28. Корпуса 1 и 8 и вставка 14 жестко соединены между собой при помощи крепежных болтов 29, уплотнены с помощью уплотнительных элементов 30 и 33.
Трехходовой регулирующий распределительный клапан работает следующим образом.
Рабочая среда подается во входной патрубок 7 фланца 6 и попадает во внутреннюю полость 20 запорного элемента 17, который находится в крайнем левом положении и его наружная торцевая кромка 18 контактирует с конической поверхностью 5 седла 4, а правая наружная торцевая кромка 19 находится на расстоянии от глухого седла 11. Рабочая среда, пройдя через внутреннюю полость 20 клапана-золотника 17, попадает во внутреннюю полость правого корпуса 8 и через расходное отверстие 10 проходит в патрубок 9 (фиг.1-4).
Для изменения потока рабочей среды регулирующий распределитель работает следующим образом. При помощи механизма управления, вращая маховик 28 со шпинделем 26, перемещается муфта 25 с осью 24, которая вращает рычаг 23 вокруг оси 16. Запорный элемент 17, связанный через полуоси 22 с рычагом 23 передвигается из крайнего левого положения в крайне правое до контакта с конической поверхностью 12 седла 11 и тем самым перекрывает расходное отверстие 10, расходное отверстие 3 открывается (фиг.5).
Преимущества предлагаемой конструкции в том, что:
1. Регулировочный элемент в виде трубчатого золотника полностью разгружен от действия рабочего давления при перемещении.
2. Перекрытие проходных отверстий происходит по принципу работы клапана - по контактной линии и герметичность обеспечивается за счет уплотнения "металл-металл".
3. Перемещение запорного элемента при регулировании и управлении рабочей средой может производиться как в ручном режиме при помощи винтовой передачи, так и с использованием других приводов.
4. Компактность и надежность конструкции.
1. Регулирующий распределительный клапан, содержащий составной корпус с входным и выходными патрубками, расположенными по обе его стороны, седла и запорный элемент с механизмом управления, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение запорного элемента, отличающийся тем, что составной корпус выполнен из двух корпусов и вставки, первый корпус содержит один выходной патрубок, седло с внутренней кольцевой поверхностью и прикрепленный фланцем входной патрубок с одной стороны, с другой стороны через вставку жестко соединен со вторым корпусом, содержащим другой выходной патрубок, глухое седло с внутренней кольцевой поверхностью и кронштейн для механизма управления, а вставка выполнена в виде кольца с боковыми продольными пазами, внутри которого расположен цилиндрический запорный элемент с наружными торцевыми участками и с двух сторон герметизированный уплотнениями, кроме этого на наружной поверхности цилиндрического запорного элемента выполнены пазы для размещения полуосей, связанных через рычаги с механизмом управления, осуществляющим перемещение цилиндрического запорного элемента из одного крайнего положения в другое с возможностью обеспечения герметичного контакта соприкасающейся поверхности соответствующего седла с одним из торцевых участков цилиндрического запорного элемента при нахождении последнего в одном из крайних положениях.
2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что седла выполнены съемными.
3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что глухое седло зафиксировано заглушкой.
4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что механизм управления жестко закреплен относительно корпусов.
5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что соприкасающиеся с цилиндрическим запорным элементом поверхности седел выполнены коническими.
