Результат интеллектуальной деятельности: Прямоточный регулирующий клапан

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности, к регулирующим клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.

Известен прямоточный регулирующий клапан DN 100 - 1800 PN 10 - 160 [http://gpvalve.ru/files/images/doc/pdf/31.pdf стр. 15], содержащий корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде набора соосно установленных перфорированных полых цилиндров, поршень с приводом и преобразователем вращательного движения в поступательное, представляющим собой кривошипно-шатунный механизм.

Недостатками данного клапана является возникновение кавитации по причине высокого перепада давлений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является прямоточный регулирующий клапан [Патент РФ №2657371, МПК F16K 1/12, F16K 3/24, F16K 47/14, опубл. БИ №17 от 13.06.2018], содержащий внешний и внутренний корпусы, входной и выходной фланцы, делитель потока, представляющий собой перфорированный цилиндр, соосно которому установлен запирающий орган, соединенный с реечным приводом при помощи штока, размещенную в выходном фланце расширительную втулку. Запирающий орган установлен возможностью поворота вокруг своей оси, причем концевой участок штока установлен в полости внутреннего корпуса при помощи подшипника, а в зоне выходного фланца запирающий орган опирается на цилиндрический выступ, выполненный в расширительной втулке, кроме того, на поверхности штока и реечном приводе выполнены находящиеся в зацеплении зубчатые венцы, а отверстия в перфорированном цилиндре и запирающем органе имеют одинаковую форму, размещены кольцевыми рядами, причем расстояния между рядами, расстояние до края выходного фланца от ближайшего к нему ряда отверстий и угловой шаг между центрами отверстий в перфорированном цилиндре и запирающем органе одинаковые.

Недостатками данного клапана является сложность конструкции и возникновение кавитации.

Задачей данного изобретения является создание прямоточного регулирующего клапана менее сложной конструкции, обладающего высокой надежностью и позволяющего снизить кавитацию.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается прямоточный регулирующий клапан, содержащий внешний и внутренний корпусы, входной и выходной фланцы, делитель потока, представляющий собой перфорированный цилиндр, соосно которому установлен запирающий орган, соединенный с реечным приводом при помощи штока, размещенную в выходном фланце расширительную втулку, запирающий орган установлен возможностью поворота вокруг своей оси, причем концевой участок штока установлен в полости внутреннего корпуса при помощи подшипника, а в зоне выходного фланца запирающий орган опирается на цилиндрический выступ, выполненный в расширительной втулке, кроме того, на поверхности штока и реечном приводе выполнены находящиеся в зацеплении зубчатые венцы, а отверстия в перфорированном цилиндре и запирающем органе имеют одинаковую форму, размещены кольцевыми рядами, причем расстояния между рядами, расстояние до края выходного фланца от ближайшего к нему ряда отверстий и угловой шаг между центрами отверстий в перфорированном цилиндре и запирающем органе одинаковые.

Отличительными признаками предлагаемого прямоточного регулирующего клапана является то, что на внутренней поверхности запирающего органа, между рядами отверстий, кольцевыми рядами размещены радиально расположенные штыри цилиндрического сечения, причем длина и диаметр штырей в рядах увеличивается от внутреннего корпуса к выходному фланцу, а количество штырей в рядах уменьшается от выходного фланца к внутреннему корпусу.

На фиг.1 изображена схема прямоточного регулирующего клапана.

Прямоточный регулирующий клапан содержит внешний 1 и внутренний 2 корпусы, входной 3 и выходной 4 фланцы, делитель потока, представляющий собой перфорированный цилиндр 5, соосно которому установлен запирающий орган 6. На поверхности перфорированного цилиндра 5 выполнены отверстия 7, а на поверхности запирающего органа 6 - отверстия 8. Запирающий орган 6 соединен с реечным приводом 9 при помощи штока 10. В выходном фланце 4 установлена расширительная втулка 11. С целью обеспечения запирающему органу возможности поворота вокруг своей оси, концевой участок штока 10 установлен в полости внутреннего корпуса 2 при помощи подшипника 12, а в зоне выходного фланца за счет цилиндрического выступа, выполненного в расширительной втулке 11. Для осуществления поворота запирающего органа на поверхности штока 10 и реечного привода 9 выполнены находящиеся в зацеплении зубчатые венцы 13 и 14.

С целью предотвращения кавитации на внутренней поверхности запирающего органа 6, между рядами отверстий 8, кольцевыми рядами размещены радиально расположенные штыри 15 цилиндрического сечения, причем длина и диаметр штырей 15 в рядах увеличивается от внутреннего корпуса 2 к выходному фланцу 4, а количество штырей 15 в рядах уменьшается от выходного фланца 4 к внутреннему корпусу 2.

Прямоточный регулирующий клапан работает следующим образом.

Жидкость поступает через входной фланец 3 в полость между внутренней поверхностью внешнего корпуса 1 и наружной поверхностью внутреннего корпуса 2, обтекает внутренний корпус и направляется через отверстия 7 и 8 в перфорированном цилиндре 5 и запирающем органе 6 к выходному фланцу 4.

При истечении жидкости через отверстия 7 и 8 происходит ее взаимодействие с расположенными на внутренней поверхности запирающего органа 6, между рядами отверстий 8, кольцевыми рядами радиально расположенными штырями 15 цилиндрического сечения. При этом взаимодействии, сопровождающимся обтеканием, дополнительным дроблением на струи, сменой направлений движения происходит интенсивное рассеивание энергии потока, снижение перепада (градиента) давлений, предотвращающего возникновение кавитации.

Благодаря тому, что длина и диаметр штырей 15 в рядах увеличивается от внутреннего корпуса 2 к выходному фланцу 4, а количество штырей 15 в рядах уменьшается от выходного фланца 4 к внутреннему корпусу 2 удается организовать наиболее сложное изменение характера течения и структуры потока (многократные обтекания штырей разного диаметра и длины на разных участках) приводящее за счет турбулизации потоков и повышения гидросопротивления к снижению кавитации.

При полностью открытом клапане запирающий орган 6 повернут относительно перфорированного цилиндра таким образом, что оси отверстий 7 и 8 совпадают, то есть имеет место полное открытие (совпадение) отверстий. Для уменьшения расхода запирающий орган поворачивается относительно своей оси, при этом происходит смещение осей отверстий 8 и проходное сечение, через которое проходит жидкость, уменьшается. При полностью закрытом клапане отверстия полностью закрыты.

Для осуществления поворота запирающего органа 6 относительно своей оси на поверхности штока 10 и реечного привода 9 выполнены находящиеся в зацеплении зубчатые венцы 13 и 14. Это обеспечивает поворот запирающего органа 6 при вертикальном перемещении реечного привода 9. При этом концевой участок штока 10 установлен в полости внутреннего корпуса 2 при помощи подшипника 12, а в зоне выходного фланца крепится за счет цилиндрического выступа (упирается в его поверхность), выполненного в расширительной втулке 11.

Благодаря тому, что запирающий орган установлен возможностью поворота вокруг своей оси, в предлагаемом клапане удается исключить поступательное движение запирающего органа, что позволяет снизить нагрузки в приводе и снизить кавитационные эффекты за счет уменьшения турбулизации потока.

Одинаковая форма отверстий в перфорированном цилиндре и запирающем органе и размещение кольцевыми рядами, позволяет обеспечить одинаковое перекрытие всех отверстий одновременно. Это позволит обеспечить постоянный характер течения жидкости через все отверстия одновременно (перекрываются все отверстия сразу на одну и ту же величину), что невозможно достичь при поступательном перемещении запирающего органа, когда в процессе регулирования часть отверстий полностью перекрывается, а часть остается полностью открытыми при этом усиливаются кавитационные эффекты.

С целью полного совпадения осей отверстий и их одинакового перекрытия расстояния между рядами, расстояние до края выходного фланца от ближайшего к нему ряда отверстий и угловой шаг между центрами отверстий в перфорированном цилиндре и запирающем органе выполнены одинаковыми.

Предлагаемая конструкция прямоточного регулирующего клапана является относительно простой и позволяет эффективно бороться с кавитацией при эффективном регулировании расходов жидких сред.