Клапан регулирующий осесимметричный

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для регулирования расхода или давления на нагнетательных трубопроводах, и может быть использована в газовых и нефтяных магистралях при регулировании процессов перекачки жидких и газовых сред под давлением.
Известен осевой регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, полости реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня, уплотнитель, включающий кольцо из материала с низким коэффициентом трения (патент RU №165850 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/08, F16K 39/04, приоритет от 16.09.2015, опубл. 10.11.2016).
Недостатком известного клапана является то, что ведущий шток и ведомая рейка применяются без какого-либо упрочнения взаимодействующих поверхностей. При перемещении затвора в реечном механизме в процессе эксплуатации, под действием высокой нагрузки, будут образовываться задиры. При этом количество задиров в процессе работы будет увеличиваться. Наличие задиров на рабочих поверхностях зубьев реечного механизма приведут к увеличению нагрузки на привод. Кроме того, на цилиндрической поверхности со стороны свободного торца ведомой рейки из-за наличия механических примесей в рабочей среде могут образоваться царапины, которые негативно повлияют на герметичность сальникового узла. Все это значительно снижает надежность клапана.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели, является клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием проходного кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри сепаратора с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, полости косозубого зацепления зубчато-реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомой рейки сообщена с полостью поршня, покрытие поверхностей ведущего штока и ведомой рейки зубчато-реечного механизма в зоне их взаимного зацепления. Поверхности взаимодействующих поверхностей зубчато-реечного механизма покрыты молибденом, (патент RU №174792 U1, F16K 3/30, F16K 3/36, от 24.01.2017, опубл. 02.11.2017)
Недостатком известного клапана является то, что после покрытия молибденом на поверхности ведущего и ведомого штоков зубчато-реечного механизма в зоне их взаимного зацепления необходимо проводить дополнительную финишную их обработку. При этом для обработки покрытых поверхностей необходимо использование специального инструмента с повышенной твердостью. Все это приводит к снижению надежности конструкции клапана и увеличению трудоемкости при его изготовлении.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности конструкции клапана регулирующего осесимметричного.
Технический результат достигается за счет того, что в клапане регулирующем осесимметричном, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием проходного кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомой рейки сообщена с полостью поршня, на взаимодействующих поверхностях ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма выполнено покрытие, согласно полезной модели, дополнительно цилиндрические поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, поверхность втулки направляющей, ограничивающей перемещение ведомой рейки, а также внутренняя поверхность сепаратора и взаимодействующая с ней поверхность поршня, покрыты наноструктурированным покрытием на основе карбонитридов титана, образующихся в ионно-плазменной вакуумной камере.
Наноструктурированное покрытие на основе карбонитридов титана, образующихся в ионно-плазменной вакуумной камере, полностью всей поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, как в зоне их взаимного зацепления, так и их цилиндрических поверхностей, а также покрытие поверхности направляющей втулки, ограничивающей перемещение рейки реечного механизма, и внутренней поверхности сепаратора и взаимодействующей с ней поверхности поршня, обеспечивает высокую твердость сопрягаемых поверхностей, противозадирные свойства деталей, повышает износостойкость этих поверхностей и снижает износ уплотнительных поверхностей, что в свою очередь позволяет обеспечить герметичность основного затвора клапана, долговечность и надежность работы клапана. При этом детали после покрытия не требуют механической обработки, что существенно снижает трудоемкость при изготовлении клапана.
Клапан регулирующий осесимметричный поясняется чертежами где:
на фиг. 1 приведен общий вид регулирующего клапана осевого потока, продольный разрез.
на фиг. 2 вид А на фиг. 1, показан уплотнительный узел, расположенный в корпусе перед сепаратором.
На чертежах позициями обозначены:
1 - корпус
2 - входной патрубок
3 - выходной патрубок
4 - обтекатель
5 - проходной кольцевой канал
6 - сепаратор
7 - радиальные отверстия в сепараторе
8 - седло
9 - втулка прижимная
10 - поршень
11 - полость поршня
12 - отверстия в торце поршня
13 - ведущий шток реечного механизма
14 - косозубое зацепление
15 - ведомая рейка реечного механизма
16 - втулка направляющая
17 - вертикальное отверстие во втулке направляющей
18 - горизонтальное отверстие во втулке направляющей
19 - отверстие в корпусе
20 - подвижное уплотнение
21 - неподвижное уплотнение
22 - полость косозубого зацепления
23 - уплотнительный элемент
24 - уплотнительный элемент
25 - обтекатель
26 - уплотнение
27 - канал
28 - сальниковый узел
29 - кольцевая проточка
30 - кольцо - подшипник скольжения
31 - манжета
32 - манжета
Клапан регулирующий осесимметричный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и обтекатель 4, формирующие проходной кольцевой канал 5 (фиг. 1). На выходе из канала 5 установлен сепаратор 6 с радиальными отверстиями 7. Сепаратор 6 закреплен седлом 8 и втулкой прижимной 9 в выходном патрубке 3. Внутри сепаратора 6 с возможностью осевого перемещения установлен поршень 10. Полость 11 поршня 10 сообщается с полостью выходного патрубка 3 посредством отверстий 12, выполненных в торце поршня 10. Механизм перемещения поршня 10 включает реечный механизм, содержащий ведущий шток 13, взаимодействующий посредством косозубого зацепления 14 с ведомой рейкой 15. Перемещение рейки 15 ограничено втулкой направляющей 16, зафиксированной в полости обтекателя 4. Во втулке 16 выполнены два взаимно перпендикулярных отверстия 17 и 18. Отверстие 17 расположено в корпусе вертикально, выполнено соосно отверстию 19, выполненному в корпусе 1, в которых расположен ведущий шток 13. Отверстие 18 расположено горизонтально, в нем установлена ведомая рейка 15. Отверстие 18 между подвижным уплотнением 20 и неподвижным уплотнением 21 и полость отверстий 17 и 19 образуют полость 22 косозубого зацепления 14. Полость 22 изолирована уплотнительными элементами 23 и 24 от давления рабочей среды. Отверстие 18 со стороны свободного торца ведомой рейки 15 изолировано обтекателем 25 и уплотнением 26 от полости входного патрубка 2 и соединено каналами 27 и каналом обтекателя 4 с полостью поршня 11. Вверху отверстия 19 в корпусе 1 расположен уплотняющий сальниковый узел 28. Для обеспечения двухсторонней герметичности клапана в закрытом положении на внутренней поверхности выходной части обтекателя 4, соединенного с сепаратором 6 перед радиальными отверстиями 7, выполнена кольцевая проточка 29 (фиг. 2). В проточке 29 установлено кольцо - подшипник скольжения 30, обладающего низким коэффициентом трения. Кольцо - подшипник скольжения 30 снабжено двумя манжетами 31 и 32, центрирует поршень 10 относительно оси движения, снижает воспринимаемую манжетами 31 и 32 нагрузку и за счет низкого коэффициента трения уменьшает усилия, необходимые для перемещения поршня 10. Манжеты 31 и 32 установлены противоположно друг другу по обе стороны от кольца - подшипника скольжения 30. Ведущий шток 13 и ведомая рейка 15 реечного механизма, включая взаимодействующие и цилиндрические поверхности, втулка направляющая 16, ограничивающая перемещение ведомой рейки 15, а также внутренняя поверхность сепаратора 6 и взаимодействующая с ней поверхность поршня 10 покрыты наноструктурированным покрытием на основе карбонитридов титата, образующихся в ионно-плазменной вакуумной камере.
Работает клапан следующим образом.
Поверхности ведущего штока 13 и ведомой рейки 15 реечного механизма, включая взаимодействующие и цилиндрические поверхности, поверхность втулки направляющей 16, ограничивающей перемещение ведомой рейки 15, а также на внутреннюю поверхность сепаратора 6 и взаимодействующую с ней поверхность поршня 10, упрочняют наноструктурированным покрытием на основе карбонитридов, образующихся в ионно-плазменной вакуумной камере. Затем производят сборку клапана.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через отверстия 7 сепаратора 6 поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 10 посредством ведущего штока 13 и ведомой рейки 15 косозубого зацепления 14, смещается приводом в правое положение, перекрывая отверстия 7 сепаратора 6. Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 7 в сепараторе 6. При полностью перекрытых отверстиях 7 сепаратора 6 клапан закрыт.
Открывание клапана производят приводом, задающим движение ведущему штоку 13, соединенному посредством косозубого зацепления 14 с ведомой рейкой 15, который перемещает в левое положение поршень 10. При этом давление рабочей среды в полости 11 поршня 10 равно давлению в выходном патрубке 3 за счет наличия отверстий 12 в торце поршня 10, сообщающих указанные полости. Поршень полностью разгружен.
Давление рабочей среды в отверстии 18 втулки направляющей 16, сформированное для торца ведомой рейки 15, равно давлению в полости 11 поршня 10, за счет наличия каналов 27 и каналов обтекателя 4, сообщающих указанные полости, а, значит, и давлению в полости выходного патрубка 3. Ведущий шток 13 полностью разгружен.
Полость 22 косозубого зацепления 14 изолирована от давления рабочей среды посредством уплотнительных элементов 20, 21, 23, 24, благодаря чему на торец ведущего штока 13 не действует усилие от давления рабочей среды при перемещении поршня 10. Герметичность полости 22 косозубого зацепления 14 относительно внешней среды обеспечивается уплотняющим сальниковым узлом 28. Кольцо 30, установленное между двумя манжетами 31 и 32, служит в качестве центрирующего органа поршня 10 относительно корпуса 1, а также подшипника скольжения с низким коэффициентом трения, обеспечивает разгрузку усилий с манжет 31 и 32, тем самым уменьшает их износ. Обеспечивается постоянный контакт уплотняющих манжет 31 и 32 с поршнем 10.
Таким образом, результатом усовершенствования конструкции клапана регулирующего осесимметричного является повышение надежности и долговечности конструкции клапана.