РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДИСКОВЫЙ КЛАПАН С РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Заявляемый в качестве полезной модели регулирующий дисковый клапан относится к арматуростроению и может использоваться в теплоэнергетике для регулирования технологических параметров, в частности расхода и давления.
Известен регулирующий клапан дискового типа с разгрузочным устройством, затвор которого выполнен в виде постоянно контактирующего с запорным органом неподвижно закрепленного в корпусе седла с прорезями. (Описание к авторскому свидетельству №987257 по кл. F16K 30/00, опубликовано 07.01.1983 г). Разгрузочное устройство клапана представлено в виде соединенного с напорной и сливной полостями цилиндра с поршнем, которые размещены в затворе, при этом поршень установлен с возможностью взаимодействия с седлом через звено, понижающее трение, которое представлено дополнительным поршнем и упругим элементом.
Конструкция известного клапана требует трудоемкой настройки при сборке, ввиду сложности и применения большого количества деталей, и предназначена для использования в технологических системах с невысоким перепадом регулируемых параметров.
Известен также регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством, включающий установленное в корпусе неподвижное седло, постоянно контактирующее с золотником, которое выполнено с профильными периферийными окнами, центральным каналом и промежуточной камерой, а золотник выполнен с вырезами и разгрузочным устройством и соединен со шпинделем и приводным рычагом. (Описание к патенту RU №2052702 по классу МПК F16K 39/00, опубликовано 20.01.1996 г.). Разгрузочное устройство золотника представлено закрепленным в крышке корпуса цилиндром с поршнем, образующими разгрузочную камеру, сообщенную с напорной и сливной полостями клапана. Соединение разгрузочной и промежуточной камер осуществлено сквозным продольным отверстием, выполненным в неразъемно соединенных золотнике и поршне.
Промежуточная камера между седлом и золотником сформирована на поверхности седла со стороны напорной полости выступом с уплотнительной поверхностью и соединена с центральным каналом в седле. Поворот золотника осуществляется воздействием на приводной рычаг, установленный на шпинделе, приводным механизмом.
Недостатком известного клапана является повышенные требования к обработке контактирующих поверхностей золотника и седла, в частности, требуется их притирка.
Наиболее близким техническим решением по назначению и достигаемому техническому результату к заявляемому регулирующему дисковому клапану с разгрузочным устройством является регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством, содержащий установленное в корпусе неподвижное плоское седло с пропускными профилированными периферийными окнами, контактирующее с выполненным в форме бабочки золотником, по периметру которого сформирован выступ с уплотнительной поверхностью, ограничивающий промежуточную камеру между золотником и седлом, соединенную сквозным центральным продольным отверстием в золотнике с разгрузочной камерой, образованной неразъемно соединенным с золотником поршнем и поверхностью цилиндра, закрепленного на крышке корпуса (Описание к патенту RU №2099623, опубликовано 20.12.1997 г.)
Основным недостатком указанного клапана является повышенные требования к обработке контактирующих поверхностей золотника и седла.
Кроме того, при высоких перепадах давления (например, в режиме пуска) и больших диаметрах клапанов значительно увеличивается крутящий момент, необходимый для перемещения золотника. При этом, на практике было установлено, что при высоких перепадах давлениях рабочие органы клапана (седло и золотник) претерпевают деформационные изменения в пределах упругой деформации металла, что проявлялось следами неравномерного прилегания на контактирующих поверхностях и их неравномерным износом и сказывалось на работоспособности клапана. Деформация рабочих органов вызывает резкое увеличение пускового момента, что может привести к перегрузке и выходу из строя привода клапана.
Задачей усовершенствования клапана является устранение неравномерности износа контактирующих поверхностей золотника и седла.
Техническим результатом усовершенствования конструкции клапана является уменьшение силы трения контактирующих поверхностей, предотвращение влияния деформации золотника и седла на работоспособность клапана и снижение нагрузки на привод клапана при высоких перепадах давления.
Указанный технический результат достигается тем, что в регулирующем дисковом клапане с разгрузочным устройством, содержащем установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами, контактирующее с выполненным в форме бабочки золотником по уплотнительной поверхности выступа, ограничивающего промежуточную камеру между золотником и седлом, согласно полезной модели уплотнительной поверхности на выступе золотника придана ступенчатая форма, при этом ступени уплотнительной поверхности сформированы шлифованием по секторам на различную глубину, с увеличением последней от оси золотника к периферии.
Придание уплотнительной поверхности выступа золотника ступенчатой формы по секторам предупреждает деформационные изменения, возникающие в момент открытия клапана. Деформационные изменения в пределах упругой деформации металла, происходящие в седле и золотнике в зоне их контакта, компенсируются изменением формы контактирующей поверхности золотника, чем обеспечивается равномерный контакт по всей площади уплотнительной поверхности седла и золотника и уменьшается усилие, необходимое для поворота золотника в момент пуска.
Пример реализации заявляемого регулирующего дискового клапана поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид клапана в разрезе и с приводом.
На фиг. 2 показан золотник.
На фиг. 3 показан золотник с выполненной обработкой по секторам в контакте с седлом.
Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 клапана установлено седло 4 с пропускными профилированными периферийными окнами 5 для прохождения регулируемой среды и поворотный дисковый золотник 6 в форме бабочки с активными секторами 7, по периферии которых, в зоне контакта с седлом, выполнены выступы 8 с уплотнительной поверхностью 9, формирующие промежуточную камеру 10. Шпиндель 11 и муфта 12 служат для передачи крутящего момента от привода 13 к золотнику. Поршень 14, неразъемно соединенный с золотником, расположен в цилиндре 15 и образует с ним разгрузочную камеру 16. В золотнике выполнены сквозные центральные продольные отверстия 17 и 17′. Разгрузочная камера 16 соединена отверстиями 17 и 17′ со сливной полостью 18 через промежуточную камеру 10. Уплотнительной поверхности 9 на выступах 8 придана ступенчатая форма посредством шлифования по секторам 19 и 20 на различную глубину, при этом глубина шлифования на секторе 20 превышает глубину шлифования на секторе 19 примерно в два раза. Цилиндр 15 установлен в крышке 21 закрепленной на корпусе 1. Рабочая среда поступает в напорную полость 22 клапана и выходит через пропускные окна седла 5 в сливную полость 18.
Диаметр поршня 11 выбран из расчета, чтобы разгрузочное усилие золотника не превышало усилия прижатия.
Клапан работает следующим образом.
Регулирование расхода рабочей среды осуществляется поворотом золотника 6, при этом изменяется площадь проходного сечения перекрываемых им окон 5 в седле 4. Золотник 6 поворачивается шпинделем 11, соединенным с приводом 13 втулкой 12.
Усилие прижатия золотника 6 к седлу 4, равное произведению площади промежуточной камеры 10 на разность давлений в напорной 22 и сливной 18 полостях клапана, остается в оптимальном соотношении с усилием разгрузки, равному произведению площади поверхности поршня 14 и разности давлений в напорной 22 и сливной 18 полостях клапана. В результате этого обеспечивается оптимальное усилие прижатия золотника 6 к седлу 4 даже при полном открытии клапана и при любой площади пропускных окон 5. Однако при высоком перепаде давления разгрузка золотника вызывает в нем деформационные изменения уплотнительной поверхности 9 за счет тянущего вверх усилия. Также при высоком перепаде давления происходит прогиб седла 4. За счет ступенчатой формы уплотнительной поверхности 9 на выступах 8, созданной при шлифовании выступов по секторам 19 и 20, обеспечивается равномерная площадь контакта золотника 6 и седла 4, при этом периферийные зоны золотника и седла, наиболее подверженные деформационным воздействиям, «выводятся» из контакта, что обеспечивает снижение усилие привода, необходимого для поворота золотника.
Таким образом, придание ступенчатой формы уплотнительной поверхности ограничивающих промежуточную камеру выступов золотника обеспечивает сохранение работоспособности клапана в результате уменьшения силы трения «выводимых» из контакта поверхностей. При этом уменьшение зоны контакта поверхности седла и выступов золотника уменьшает износ контактирующих поверхностей и обеспечивает снижение нагрузки на привод клапана при высоких перепадах давлениях.