Результат интеллектуальной деятельности: Регулирующий клапан осевого типа

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 страница 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 являются сложность внутренней полости из-за размещения преобразователя вращательного движения в поступательное кривошипно-шатунного типа, а также возникновение кавитации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является прямоточный регулирующий клапан фирмы Mokveld [http://www.mokveldm.com/attachments/article/17/Brochure%202.pdf], содержащий внешний и внутренний корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень с приводом поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток соединен с поршнем, а вертикальная рейка с приводом. Оси вертикальной рейки и горизонтального штока не пересекаются, а их зубья имеют криволинейную форму.

К недостаткам данного клапана следует отнести сравнительно невысокую пропускную способность в открытом положении, вызванную недостаточным ходом запирающего органа по причине размещения вертикальной рейки в центре клапана без смещения относительно середины расстояния между фланцами. Это ограничивает ход запирающего органа и размер делителя потока.

В данном клапане также существует возможность заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки при тяжелых условиях работы и перепадах температур по причине температурного расширения и деформаций. Это объясняется размещением горизонтального штока и вертикальной рейки с контактирующими поверхностями без зазоров. Такое исполнение существенно усложняет конструкцию и требует повышенной точности к изготовлению, что увеличивает стоимость клапана.

К усложнению конструкции и увеличению нагрузок на привод также приводит скрещивающееся расположение вертикальной рейки и горизонтального штока и выполнение зубьев криволинейной формы. Кроме того, в данном клапане сложно осуществлять сборку-разборку при проведении профилактических мероприятий.

Задачей данного изобретения является создание регулирующего клапана осевого типа относительно простой конструкции, обладающего высокой пропускной способностью в открытом положении, способного работать в различных условиях и температурных режимах без заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки, а также обеспечивающего удобство и простоту при сборке-разборке.

Поставленная задача достигается тем, что в регулирующем клапане осевого типа, содержащем внешний и внутренний корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень с приводом поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток соединен с поршнем, а вертикальная рейка соединена с приводом, вертикальная рейка размещена с зазором в вертикальной опорной втулке, которая установлена во внутреннем корпусе, расположена в вертикальной плоскости симметрии клапана и смещена в сторону входного патрубка относительно середины расстояния между фланцами, горизонтальный шток установлен в цилиндрической направляющей, которая на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец для присоединения к торцу внутреннего корпуса, расположенного со стороны выходного патрубка, а конец горизонтального штока, расположенный со стороны входного патрубка, установлен с зазором в направляющей втулке, которая крепится к торцу внутреннего корпуса со стороны входного патрубка, причем внешняя поверхность направляющей втулки выполнена переменной от конической до криволинейной, переходящей в центральной части в цилиндрическую, а оси вертикальной рейки и горизонтального штока пересекаются в центральной части цилиндрической направляющей, причем профили зубьев вертикальной рейки и горизонтального штока имеют прямоугольную форму, а глубина впадин между зубьями равна половине диаметра горизонтального штока.

На фиг. 1 изображена схема регулирующего клапана осевого типа.

Регулирующий клапан осевого типа содержит внешний 1 и внутренний корпус 2, входной 3 и выходной 4 патрубки с фланцами 5 и 6 соответственно, делитель потока 7, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень 8 с приводом поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма у которого горизонтальный шток 9 соединен с поршнем 8, а вертикальная рейка 10 с приводом 11. Вертикальная рейка 10 размещена с зазором в вертикальной опорной втулке 12, которая установлена во внутреннем корпусе 2, расположена в вертикальной плоскости симметрии клапана и смещена в сторону входного патрубка 3 относительно середины расстояния между фланцами 5 и 6. Горизонтальный шток 9 установлен в цилиндрической направляющей 13, которая на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец 14 для присоединения к торцу внутреннего корпуса 2, расположенного со стороны выходного патрубка 4. Конец горизонтального штока 9, расположенный со стороны входного патрубка 3, установлен с зазором в направляющей втулке 15, которая крепится к торцу внутреннего корпуса 2 со стороны входного патрубка 3. Оси вертикальной рейки 10 и горизонтального штока 9 пересекаются.

Регулирующий клапан осевого типа работает следующим образом.

В полностью открытом положении жидкость поступает из трубопровода через входной патрубок 3 во внутренний объем клапана, где сначала происходит обтекание внешней поверхности направляющей втулки 15 и внутреннего корпуса 2. Далее жидкость проходит через отверстия в делителе потока 7 и через выходной патрубок 4 движется в трубопровод. При открытом положении запирающий орган, представляющий собой поршень 8, находится в крайнем положении (максимально заходит во внутренний корпус и приближен к входному патрубку) при котором все отверстия в делителе потока 7 открыты.

В полностью закрытом положении отверстия в делителе потока 7 полностью закрыты с внутренней стороны поршнем 8, который находится в другом крайнем положении (максимально удален от входного патрубка) при котором все отверстия в делителе потока 7 закрыты. Жидкость не проходит через клапан.

В промежуточном положении жидкость поступает из трубопровода через входной патрубок 3 во внутренний объем клапана, где сначала происходит обтекание внешней поверхности направляющей втулки 15 и внутреннего корпуса 2. Далее жидкость проходит через открытые отверстия в делителе потока 7 и через выходной патрубок 4 движется в трубопровод. При промежуточных положениях запирающий орган, представляющий собой поршень 8, находится в положениях, при которых часть отверстий (которые находятся ближе к выходному патрубку) в делителе потока 7 открыты, а часть закрыты. Через открытые отверстия проходит жидкость.

Процесс регулирования происходит путем перемещения поршня 8, которое осуществляется от привода поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма у которого горизонтальный шток 9 соединен с поршнем 8, а вертикальная рейка 10 с приводом 11.

С целью предотвращения заклинивания при тяжелых условиях работы и перепадах температур по причине температурного расширения и деформаций вертикальная рейка 10 размещена с зазором в вертикальной опорной втулке 12, которая установлена во внутреннем корпусе 2, расположена в вертикальной плоскости симметрии клапана, а конец горизонтального штока 9, расположенный со стороны входного патрубка 3, установлен с зазором в направляющей втулке 15. Наличие вышеописанных зазоров компенсирует температурные расширения и деформации практически не искажая точность регулирования. Кроме того, такое конструктивное исполнение снижает требования к обработке, упрощает конструкцию и облегчает сборку-разборку и ремонт.

За счет того, что вертикальная рейка 10 смещена в сторону входного патрубка 3 относительно середины расстояния между фланцами 5 и 6 удается увеличить ход поршня 8 и размер делителя потока 7, что позволяет увеличить пропускную способность клапана.

Благодаря тому, что горизонтальный шток 9 установлен в цилиндрической направляющей 13, а вертикальная рейка 10 размещена с зазором в вертикальной опорной втулке 12 удается придать достаточную жесткость приводу без ухудшения параметров регулирования предотвратить заклинивание, вызванное температурным расширением и деформациями.

За счет того, что цилиндрическая направляющая 13 на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец 14 для присоединения к торцу внутреннего корпуса 2, расположенного со стороны выходного патрубка 4, удается, не усложняя конструкцию, обеспечить надежную работу горизонтального штока 9 без заклинивания. Наличие фланца 14 позволяет дополнительно закрепить цилиндрическую направляющую 13 к торцу внутреннего корпуса 2.

Для обеспечения минимального гидравлического сопротивления при открытых положениях клапана и максимальной пропускной способности внешняя поверхность направляющей втулки 15 выполнена переменной от конической до криволинейной, переходящей в центральной части в цилиндрическую. Это позволяет обеспечить постоянную величину проходного сечения между внешним 1 и внутренним 2 корпусами на входе в клапан. Коническая часть повторяет (продолжает) форму внешней поверхности внутреннего корпуса 2, криволинейная часть способствует плавному повороту потока. Наличие на концевой части направляющей втулки цилиндрического участка позволяет удерживать ее при сборке-разборке, что упрощает проведение профилактических воздействий. Для снижения напряжений изгиба и кручения и предотвращения заклинивания оси вертикальной рейки 10 и горизонтального штока 9 выполнены пересекающимися. Пересечение происходит в центральной части цилиндрической направляющей 13, что позволяет обеспечить минимальные деформации при работе и предотвратить заклинивание.

Для обеспечения возможности пересечения осей вертикальной рейки 10 и горизонтального штока 9 профили их зубьев имеют прямоугольную форму, а глубина впадин между зубьями равна половине диаметра горизонтального штока 9. Такая форма зубьев является одной из наиболее надежных и простых.

Предлагаемый регулирующий клапан осевого типа при относительно простой конструкции, обладает высокой пропускной способностью в открытом положении, способен работать в различных условиях и температурных режимах без заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки, а также обеспечивает удобство и простоту при сборке-разборке.