РАЗГРУЖЕННЫЙ ДИСКОВЫЙ КЛАПАН
UNLOADED DISC VALVE

Известен разгруженный дисковый клапан (см.патент РФ 2079028, F16K 39/04, оп.10.05.92), содержащий корпус с седлом, шпиндель, связанный с регулирующим элементом в виде золотника дискового типа, связанного посредством оси, узел уплотнения шпинделя, разгрузочное устройство в виде упорного подшипника, связанного со шпинделем, при этом площадь в поперечном сечении конца шпинделя, воспринимающего входное давление, больше или равна площади регулирующего элемента в поперечном сечении.
Недостатком данной конструкции является то, что не обеспечивается разгрузка золотника, т.к. усилие, которое действует на золотник никак не связано ни с площадью регулирующего элемента, ни с площадью окон в регулирующем элементе, а связано только с площадью окон для прохода среды в седле и равно произведению значения входного давления на площадь этих окон. Кроме того, золотник имеет подвижность относительно оси, скрепляющей его со шпинделем, этого недостаточно для точного позиционирования его уплотнительной поверхности относительно уплотнительной поверхности седла, необходимо или высокоточное изготовление деталей, что очень сложно, или выполнять сопряжение золотника с осью с большими зазорами, что чревато разбиванием и повреждением поверхностей сопряжения деталей (золотник, ось, шпиндель) от вибрационной нагрузки при пульсации потока.
Задачами изобретения являются: улучшение разгрузки и повышение герметичности при высоких давлениях рабочей среды, за счет самоустановки и точного позиционирования поверхностей трения золотника и седла.
c
Поставленная задача достигается тем, что в разгруженном дисковом клапане, содержащем корпус с седлом, шпиндель, связанный с регулирующим элементом в виде золотника дискового типа посредством оси, установленной в отверстии шпинделя перпендикулярно его геометрической оси, узел уплотнения шпинделя, разгрузочное устройство в виде упорного подшипника, связанного со шпинделем, площадь S в нормальном сечении конца шпинделя, воспринимающего давление среды, выполнена большей, чем площадь S нормального сечения окон для прохода рабочей среды в седле, а ось связана с золотником через устройство самоустановки золотника в плоскости ее геометрической оси, а разгрузочное устройство выполнено с возможностью точной регулировки осевого положения шпинделя, причем между боковыми поверхностями выступа золотника и поверхностями шпинделя, обращенными к ним, установлены упругие элементы.
Сущность изобретения заключается в том, что правильно рассчитывается площадь конца шпинделя в поперечном сечении для обеспечения разгрузки золотника и обеспечивается самоустановка золотника для точного позиционирования поверхностей трения золотника и седла, а также снижение вредного воздействия вибрации золотника от пульсаций потока при работе.
На фиг.1 показан фронтальный разрез клапана, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3, 4, 5 - увеличенное изображение места сопряжения золотника со шпинделем с различным исполнением.
c
Разгруженный дисковый клапан содержит корпус К1 с седлом С2, которое имеет отверстия (окна) О3 для прохода рабочей среды. Шпиндель Ш4 связан с регулирующим элементом в виде золотника ЗО5 дискового типа посредством оси ОС6 с геометрической осью ГО7, установленной соответственно в отверстиях О8, О9 ЗО5 и Ш4 перпендикулярно геометрической оси ГО10 Ш4. Узел уплотнения УУ11 Ш4 выполнен в плавающей крышке ПК12, установленной в К1 с уплотнением. Разгрузочное устройство РУ13 выполнено в виде упорного подшипника, установленного в бугеле Б14, прикрепленном к К1, и связанного с выступом В15 Ш4. Площадь S в нормальном сечении конца Ш4, воспринимающего давление рабочей среды Р, выполнена больше площади S нормального сечения О3 для прохода рабочей среды С2. ОС6 связана с ЗО5 через устройство самоустановки УС16 ЗО5 в плоскости ГО7 ОС6, выполненное, например, в виде сферического подшипника скольжения (фиг.3), в котором внутреннее или наружное сферическое кольцо выполняют разрезным для обеспечения условия сборки, сферического подшипника качения (фиг.4), с телами качения в виде шариков.
РУ13 выполнено с УРОП17 Ш4 с помощью, например, регулировочных винтов, регулировочной гайки, клинового механизма и др., для обеспечения точного сопряжения поверхностей трения ЗО5 и С2. Между боковыми поверхностями БП18 выступа ЗО5 и поверхностями П19 Ш4, обращенными к ним, установлены упругие элементы УЭ20 в виде тарельчатых пружин, шайб Гровера, колец из металлорезины MP (спрессованные спирали проволоки). УС16 может быть выполнено и так, как показано на фиг.5: ОС6 имеет тороидальную проточку ТП21 (радиус R образующей окружности тора), а О8 ЗО5 выполнено с тороидальным выступом ТВ22 (радиус R образующей окружности тора), наименьший диаметр D которого выполнен равным или большим наибольшего диаметра D1 гладкой части ОС6 из условия сборки ОС6. Этот самый простой вариант исполнения УС 16 и имеет наименьшую площадь контакта сопряжения ОС6 - ЗО5, его применение оправдано при относительно невысоких рабочих давлениях, чтобы не создавать значительные контактные давления в сопряжении, которые могут привести к деформации и износу поверхностей трения сопряжения. Применение сферического подшипника трения обеспечивает значительно большую площадь контакта сопряжения ОС6 - ЗО5 и снижение удельных контактных давлений. Поэтому контактные напряжения и напряжения смятия в данном случае значительно ниже, но коэффициент трения, при этом, 0,1…0,05, что затрудняется самоустановка ЗО5 при больших усилиях трения в подшипнике при больших нагрузках на него. Применение сферического подшипника качения обеспечивает значительное снижение коэффициента трения в сопряжении до 0,001 и быструю самоустановку ЗО5 даже при высоких удельных контактных давлениях и больших нагрузках на него.
Работа устройства
T
C
c
T
C
На Ш4 действует усилие PS со стороны рабочей среды, которое воспринимается РУ13, где Р - давление рабочей среды, S - площадь нормального сечения Ш4 в зоне УУ11, плюс усилие трения F в УУ11. На ЗО5 действует усилие со стороны рабочего давления: при открытом положении - близкое к 0, при закрытом положении - максимальное и равное PS, где S - площадь ОЗ С2 в нормальном сечении. При любом положении ЗО5 относительно С2 не возникает усилия, прижимающего его к С2. Площадь S выбирают из условия зависимости (PS≥F+PS). Прижим ЗО5 к С2 с заданным усилием для обеспечения заданного уровня герметичности (протечки) затвора в закрытом положении осуществляется УРОП17 Ш4, например, за счет перемещения регулировочными винтами РУ13 относительно Б14, при этом перемещается Ш4 через В15 Ш4.
Выполнение ОС6, связанной с ЗО5 через УС 16 305 в плоскости ГО7 ОС6, обеспечивает точное сопряжение поверхностей трения ЗО5 и Ш4 с минимальным зазором 0,05…0,005 мм (операцию регулировки делают при рабочем давлении среды), при этом протечка через вышеуказанный зазор в закрытом положении минимальна. ЗО5 может слегка отклоняться вправо-влево, вперед-назад, компенсируя погрешности изготовления деталей клапана, обеспечивая параллельность поверхностей трения ЗО5, С2 и равномерность зазора между ними. При этом силы трения, износ сопряжения ЗО5, С2, мощность привода - минимальны.
Установка между БП18 выступа ЗО5 и П19 Ш4 обращенными к ним УЭ20 предотвращает отрицательное воздействие вибрации от пульсации потока среды и повреждение (разбивание) поверхностей сопряжения УС 16 (ОС6, ЗО5, Ш4), т.к. ЗО5 установлен с двумя степенями свободы относительно Ш4.
Таким образом, при повышенных давлениях рабочей среды обеспечивается высокая герметичность затвора в закрытом положении и низкий момент трения при открытии и закрытии клапана за счет эффективной разгрузки ЗО5 и его точной самоустановки по поверхности трения С2. ЗО5 полностью разгружен и прижимается к С2 с заданным усилием устройством УРОП17 Ш4, например, регулировочными винтами.
Данный клапан может быть использован как устройство для регулирования потока рабочей среды при больших перепадах давления среды для ТЭС, АЭС.