ПРЯМОТОЧНЫЙ 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 клапан прямоточный регулирующий клапан фирмы Mokveld [http://www.mokveldm.com/attachments/article/10/1-1.pdf], содержащий внешний и внутренний корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающее устройство, представляющее собой поршень с приводом поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма.

Недостатками данного клапана являются увеличенные размеры и сложность внутренней полости из-за размещения преобразователя вращательного движения в поступательное кривошипно-шатунного типа, а также сложность конструкции, возникновение турбулентных течений и кавитации, а также кавитационное разрушение деталей клапана.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является прямоточный клапан [Патент РФ №2645103 МПК F16K 1/12], содержащий внешний и внутренний корпусы, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, отверстия в котором размещены кольцевыми рядами, запирающее устройство с приводом поступательного движения, запирающее устройство представляет собой обечайку, при этом внутренняя поверхность обечайки взаимодействует с внешней поверхностью перфорированного полого цилиндра, который выполнен закрытым с одного торца, а в боковых частях - с поверхностью внутреннего корпуса, внешняя поверхность обечайки выполнена в виде двух частей цилиндрической и криволинейной, при этом цилиндрическая часть контактирует с поверхностью внутреннего корпуса, а на криволинейной части выполнены продольные ручьи криволинейного поперечного сечения, продольные оси которых параллельны продольной оси клапана, а ширина и глубина увеличивается к краю обечайки, причем количество ручьев равно числу отверстий в рядах перфорированного полого цилиндра.

К недостаткам данного клапана следует отнести возникновение кавитации, приводящее к разрушению внутренних деталей клапана.

Задачей данного изобретения является создание прямоточного клапана, имеющего относительно невысокую турбулизацию потока и кавитацию.

Поставленная задача достигается тем, что в прямоточном клапане, содержащем внешний и внутренний корпусы, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, отверстия в котором размещены кольцевыми рядами, запирающее устройство с приводом поступательного движения, запирающее устройство представляет собой обечайку, при этом внутренняя поверхность обечайки взаимодействует с внешней поверхностью перфорированного полого цилиндра, который выполнен закрытым с одного торца, а в боковых частях - с поверхностью внутреннего корпуса, внешняя поверхность обечайки выполнена в виде двух частей цилиндрической и криволинейной, при этом цилиндрическая часть контактирует с поверхностью внутреннего корпуса, а на криволинейной части выполнены продольные ручьи криволинейного поперечного сечения, продольные оси которых параллельны продольной оси клапана, а ширина и глубина увеличивается к краю обечайки, причем количество ручьев равно числу отверстий в рядах перфорированного полого цилиндра, на внутренней поверхности перфорированного полого цилиндра, между кольцевыми рядами отверстий, установлены кольцевые ряды плоских пластин трапецеидальной формы, наклоненные к оси клапана, причем высота и угол наклона плоских пластин увеличивается в рядах от внутреннего корпуса к выходному патрубку, а количество плоских пластин в рядах равно числу отверстий в рядах перфорированного полого цилиндра.

На фиг. 1 изображена схема прямоточного клапана.

На фиг. 2 показан разрез А-А.

На фиг 3 изображен вид Б.

На фиг. 4 показан вид В.

На фиг. 5 приведен разрез Д.

На фиг. 6 изображен вид Е.

Прямоточный клапан содержит внешний корпус 1, входной и выходной патрубки 2 и 3 соответственно, фланцы 4 и 5, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра 6, с отверстиями 7. Запирающее устройство представляет собой цилиндро-коническую обечайку 8. С целью снижения гидродинамического сопротивления перемещению внешняя поверхность обечайки 8 выполнена в виде двух частей цилиндрической и криволинейной. Цилиндрическая часть обечайки контактирует с поверхностью внутреннего корпуса 10. Для снижения турбулизации потока на криволинейной части обечайки выполнены продольные ручьи 11 криволинейного поперечного сечения, ширина и глубина которых увеличивается к краю обечайки.

Это также позволяет направить поток непосредственно к отверстиям в перфорированном полом цилиндре.

Количество ручьев равно числу отверстий в рядах перфорированного полого цилиндра. С целью снижения нагруженности привода на внутренней поверхности обечайки, в зоне ее цилиндрической части размещены радиальные перегородки 12, соединенные в центральной части при помощи штока 13 с реечным механизмом 9. Это позволяет соединить полости внутреннего корпуса, изменяющиеся в объеме при перемещении обечайки.

С целью снижения кавитации и разрушения деталей клапана на внутренней поверхности перфорированного полого цилиндра 6, между кольцевыми рядами отверстий 7, установлены кольцевые ряды плоских пластин 14 трапецеидальной формы, наклоненные к оси клапана под углом α.

Прямоточный клапан работает следующим образом.

В полностью открытом положении (крайнее левое положение обечайки 8, при котором открыты все отверстия 7 в перфорированном полом цилиндре 6) жидкость поступает во внутренний объем внешнего корпуса 1 через входной патрубок 2. Далее поток проходит вдоль клапана, обтекая внутренний корпус 10, и направляется к отверстиям 7 перфорированного полого цилиндра 6. Проходя через них жидкость обтекает плоские пластины 14, закручивается и попадает в выходной патрубок 3.

Процесс регулирования в данном клапане осуществляется путем перекрытия отверстий 7 перфорированного цилиндра 6 поступательно движущейся обечайкой 8, внутренняя поверхность которой взаимодействует с внешней поверхностью перфорированного полого цилиндра 6 и при перемещении открывает (движение влево) или закрывает (движение вправо) отверстия 7.

Закрытие всех отверстий 7 обечайкой 8 соответствует полностью закрытому клапану (крайнему правому положению обечайки 8).

Промежуточные положения обечайки 8 соответствуют частичному перекрытию отверстий 7 (часть отверстий открыта, часть закрыта обечайкой).

При взаимодействии потока с плоскими пластинами 14 происходит его закручивание, при котором менее плотные, чем жидкая среда, кавитационные пузыри смещаются к центру потока, где их схлопывание не приводит к разрушению деталей клапана. Трапецеидальная форма плоских пластин 14 обеспечивает минимальное сопротивление потоку при открытом положении клапана. Размещение плоских пластин 14 кольцевыми рядами между кольцевыми рядами отверстий 7 позволяет постепенно, от ряда к ряду закручивать вытекающие из отверстий 7 струи жидкости и под действием центробежных сил смещать образующиеся кавитационные пузыри в центральную зону потока, удаленную от внутренних деталей клапана. Для снижения интенсивности кавитации высота и угол наклона плоских пластин 14 увеличивается от ряда к ряду от внутреннего корпуса 10 к выходному патрубку 3, а количество плоских пластин 14 в рядах равно числу отверстий 7 в рядах перфорированного полого цилиндра 6. Это способствует снижению интенсивности кавитации и более эффективному закручиванию потока, в том числе, за счет равномерного распределения жидкости между плоскими пластинами 14.

С целью снижения турбулентности и кавитационных эффектов, внешняя поверхность обечайки выполнена в виде двух частей цилиндрической и криволинейной, при этом цилиндрическая часть контактирует с поверхностью внутреннего корпуса, а на криволинейной части выполнены продольные ручьи, продольные оси которых параллельны продольной оси клапана, а ширина и глубина увеличивается к краю обечайки.

Наличие криволинейной части способствует плавному направлению потока к отверстиям 7 в перфорированном полом цилиндре 6, причем количество ручьев равно числу отверстий в рядах перфорированного полого цилиндра. Это способствует снижению турбулизации потока.

Увеличение ширины и глубины продольных ручьев к краю обечайки позволяет также снизить турбулизацию потока за счет формирования устойчивых течений в зоне перехода с криволинейной части обечайки 8 в отверстия 7 перфорированного полого цилиндра 6. при этом кавитационные пузыри образующиеся во внутренней полости перфорированного полого цилиндра направляются в центральную зону потока и при схлапывании не разрушают поверхности деталей клапана.

Выполнение продольных осей ручьев параллельными продольной оси клапана, а поперечного сечения криволинейной формы формирует устойчивое осевое течение жидкости и практически исключает возникновение боковых течений.

Предлагаемый прямоточный клапан позволяет уменьшить турбулентность потока и снизить кавитационные эффекты.