ОСЕВОЙ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДИСКОВЫЙ КЛАПАН
AXIAL MULTIPURPOSE DISK VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к регулирующей трубопроводной арматуре средних и больших диаметров, и может быть использовано в дисковых клапанах для улучшения их работы, надежности и долговечности в различных технологических линиях ТЭЦ, АЭС и нефтехимического производства.
В настоящее время на энергетических установках широко применяются в качестве регулирующих органов в трубопроводах различного типа клапаны и задвижки, которые обладают различными регулирующими характеристиками, но имеют неудовлетворительную герметичность, надежность и долговечность.
Известно устройство клапана по патенту DE 1103097А, кл. 47g 27, МПК F06K, опубл. 23 марта 1961 г., содержащее корпус с установленными на входе и выходе кольцами, в которых через одно выполнены проходные окна. Между кольцами расположен поворотный диск, состоящий из двух соединенных между собой болтами цилиндров, в которых размещено эквивалентное число затворов, обеспечивающих при его вращении перекрытие окон колец. Поворот диска осуществлен червячной передачей. Поворотный диск установлен на полуосях, расположенных в нем, и соответствующих кольцах. Между полуосями в центральной расточке поворотного диска размещен стержень для предотвращения возможного смещения полуосей.
Недостатками данной конструкции являются недостаточная надежность и недолговечность работы клапана, а также недостаточная герметизация конструкции. Это объясняется следующим. Известный клапан не имеет разгрузки усилия от перепада давления. Седло и золотник в результате этого прижаты друг к другу и имеют большую силу трения при повороте. Поэтому происходит быстрый износ трущихся поверхностей уплотнения.
Прототипом, наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков, является запорный клапан по патенту RU 2239113 С2, 7МПК F16K 3/08, опубл. 2004.10.27, включающий корпус, исполнительный орган, выполненный в виде двух взаимодействующих дисков, в которых выполнены проходные окна, причем один из дисков неподвижно установлен в корпусе, а второй соединен с приводом для сообщения ему вращательного движения. Торцевые поверхности дисков разделены на равное количество секторов, в которых через один выполнены проходные окна, ограниченные по высоте дугами окружностей. В секторах подвижного диска, расположенных между секторами с проходными окнами неподвижного диска, в окнах установлены затворы. Затворы по конфигурации соответствуют проходным окнам неподвижного диска, и их геометрические размеры обеспечивают при повороте подвижного диска перекрытие окон в неподвижном диске. В корпусе со стороны входа перед подвижным диском установлен дополнительный неподвижный диск, который выполнен из наружного и внутреннего колец, соединенных между собой ребрами так, что они располагаются в пространстве между проходными окнами неподвижного диска. На подвижном диске установлен сектор, в котором выполнен червячный венец, взаимодействующий с червячным валом привода клапана. Неподвижный и дополнительный диски вблизи оси снабжены ступицами. Расточки в ступицах служат опорами для вала, на котором установлен подвижный диск. В секторах поворотного диска выполнены глухие гнезда, в которых расположены затворы. Эти затворы выполнены в виде ползунов, наружная и внутренняя поверхности - радиальные контактные поверхности по большому и малому диаметрам - каждого из которых выполнены сферическими.
Недостатком известного клапана является недостаточная надежность и недолговечность работы клапана из-за отсутствия разгрузки усилия прижатия затворов к седлу, а также недостаточная герметизация его в закрытом положении. Это объясняется тем, что затвор выполнен в виде цельного металлического элемента и за счет больших размеров не способен обеспечить высокую герметичность из-за неплоскостности и затвора, и неподвижного диска, которые прогибаются под действием перепада давления.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и долговечности работы осевого запорно-регулирующего дискового клапана за счет наличия разгрузки усилия прижатия лепестков к седлу.
Для достижения указанного технического результата в осевом запорно-регулирующем дисковом клапане, включающем корпус, исполнительный орган в виде неподвижного седла с проходными окнами, установленного в корпусе, и подвижного золотника, связанного с приводом, сообщающим ему вращательное движение, с затворами, по форме соответствующими проходным окнам неподвижного седла и обеспечивающими при повороте золотника перекрытие проходных окон неподвижного седла, пружины, согласно изобретению золотник выполнен в виде отдельных лепестков-затворов, закрепленных на коромысле, установленном на центральном упоре, причем лепестки снабжены плавающими периферийными уплотнениями, выполненными из нескольких элементов, при этом пружины установлены по периметру этих уплотнений, а связь между золотником и приводом осуществлена рычажным механизмом.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является выполнение золотника в виде отдельных лепестков-затворов, закрепленных на коромысле, установленном на центральном упоре. Лепестки снабжены плавающими периферийными уплотнениями, выполненными из нескольких элементов. По периметру уплотнений установлены пружины. Связь между золотником и приводом осуществлена рычажным механизмом.
Благодаря тому что золотник выполнен в виде отдельных лепестков-затворов, закрепленных на коромысле, установленном на центральном упоре, усилие от перепада давления, действующего на всю площадь лепестков, воспринимается центральным упором, который обеспечивает полную разгрузку клапана, при этом трение золотника о седло минимально, что обеспечивает надежность и долговечность работы трущихся частей и, следовательно, всего клапана.
Наличие плавающих периферийных уплотнений, выполненных из нескольких элементов, и наличие пружин по всему периметру уплотнений позволяет каждому отдельному элементу максимально плотно прижиматься к седлу, создавая мягкое, гибкое уплотнение, что обеспечивает герметичность запорного устройства золотник-седло, исключая протечки. При этом плавающее периферийное уплотнение не подвержено воздействию усилий от перепада давления. Таким образом, повышая герметичность клапана, повышаем его надежность и долговечность по сравнению с прототипом.
Наличие рычажного механизма между золотником и приводом обеспечивает надежность и долговечность клапана за счет упрощения конструкции, т.к. она значительно проще в технологии изготовления и не требует точной настройки по сравнению с прототипом.
Предлагаемая конструкция осевого запорно-регулирующего дискового клапана иллюстрируется чертежом, где схематично показан общий вид клапана в разрезе.
Осевой запорно-регулирующий дисковый клапан содержит корпус 1, напорную 2 и сливную 3 полости, исполнительный орган, выполненный в виде неподвижного седла 4 с проходными окнами и подвижного золотника 5. Золотник 5 установлен на центральном упоре 6, который выполнен в виде упорного шарикоподшипника 7, расположенного наружным кольцом во втулке 8 и внутренним кольцом на втулке 9 центральной оси 10, жестко закрепленной в седле 4. В корпусе 1 установлено ребро жесткости 11. Золотник 5 выполнен в виде коромысла 12, на котором подвешены, например, два отдельных лепестка 13, и закреплены болтами 14. По периферии и всему периметру лепестков 13 в направляющих 15 установлены по скользящей посадке металлические плавающие уплотнения 16. Уплотнения 16 выполнены из нескольких элементов, которые закреплены болтами 17 на лепестке 13 и снабжены пружинами 18, прижимающими уплотнения 16 к седлу 4. Такая конструкция обеспечивает герметичность клапана. Золотник 5 посредством рычажного механизма, выполненного в виде тяги 19, установленной на коромысле 12, и рычага 20, установленного на шпинделе 21, расположенном в корпусе 1, через муфту 22 связан с приводом 23. На корпусе 1 установлена крышка 24. Между направляющей 15 и уплотнением 16 установлено мягкое уплотнение 25. Разгрузка выполнена упорным шарикоподшипником 7 центрального упора 6, который опирается на ребро 11 корпуса 1. Усилие прижатия лепестков 13 к седлу 4, воспринимаемое упорным шарикоподшипником 7 и ребром 11, составляет от 20 до 50 тонн. Трущиеся поверхности золотника 5 и седла 4 выполнены из износостойкого материала.
Работа клапана.
Привод 23 через муфту 22 передает движение шпинделю 21, который поворачивает рычаг 20, передавая движение на тягу 19, коромысло 12 с лепестками 13 золотника 5, который, вращаясь, открывает окна седла 4 для прохождения рабочей среды. Вращением шпинделя 21 меняют угол поворота золотника 5. Полное открытие клапана достигается при полном открытии окон седла 4. Для закрытия клапана перекрытие окон седла 4 происходит в обратной последовательности.
Таким образом, благодаря особенностям исполнения золотника, установке оригинального плавающего периферийного уплотнения, наличию разгрузки клапана и рычажного механизма изобретение позволяет обеспечить герметичность клапана, надежность и долговечность его работы.