СЕГМЕНТНЫЙ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и предназначена для регулирования потока жидкости или газа в трубопроводах.
Известен односедельный сегментный поворотный клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, коническое седло и запорный элемент, выполненный в виде сегмента сферы (Б.Ф. Братин. Трубопроводная арматура для абразивных жидкостей. - Машиностроение, Москва, 1981 г., рис. 22 и 25).
Недостатками такого клапана является постоянный контакт между уплотнительными поверхностями в процессе их взаимного перемещения, что влечет за собой их сильный износ абразивными частицами, содержащимися в потоке, а также повышенные усилия на приводе при регулировании расхода. Указанные недостатки затрудняют использование этих клапанов на магистральных трубопроводах при наличии в потоке абразивных включений.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели относится односедельный поворотный сегментный клапан, содержащий корпус с входным и выходными отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с конической уплотнительной поверхностью, расположенное у входного отверстия, запорный элемент - плунжер, выполненный в форме сегмента с уплотнительной конической поверхностью и с прикрепленными к нему двумя рычагами, на концах которых жестко закреплены шипы, и установленный в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающий в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу седла, и поворотный привод (Электронный ресурс: http://www.dscontrols.ru/data/catalogue/t/series35002o.pdf, Технический каталог №BF 5000 R 01/2004, фирма Masoneilan).
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной цели, являются: сложность и дороговизна изготовления, хотя этот запорно-регулирующий клапан эффективен при использовании в средах, содержащих абразивные включения. Для уменьшения абразивного износа детали, обеспечивающие регулирование расхода и герметичность, седло и запорный элемент - плунжер (сегмент) изготовлены из твердого сплава, что тоже является недостатком данного клапана. Кроме того, даже при высокой точности изготовления деталей, при посадке плунжера на седло необходимо обеспечивать усилия прижатия плунжера к седлу сопоставимое с силой гидростатического давления. Это усилие создается за счет передачи момента, прикладываемого к одному из шипов (оси вращения) жестко соединенных с рычагами плунжера, т.е. детали клапана нагружены не одинаково и находятся в сложном напряженно-деформированном состоянии, следствием чего является утяжеление запорно-регулирующего клапана. Следующим недостатком прототипа является увеличенный сверх необходимого внутренний объем клапана, отсюда его повышенные габариты, вес и гидравлические потери, вызванные большими объемами зон вихреобразования.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение стоимости, за счет снижения точности изготовления деталей, снижения габаритов, веса и уменьшение гидравлических потерь.
Для достижения указанного технического результата в сегментном запорно-регулирующем клапане, содержащем корпус с входным и выходными отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с уплотнительной конической поверхностью, расположенное у входного отверстия, запорный элемент - сегментный плунжер, выполненный с уплотнительной поверхностью конической формы с прикрепленными к нему двумя рычагами, на концах которых жестко закреплены шипы, помещенные с возможностью вращения в отверстия эксцентриковых втулок, геометрические оси которых смещены относительно геометрических осей эксцентриковых втулок, а эти втулки помещены с возможностью вращения в гнезда, расположенные на боковых стенках корпуса, к торцам эксцентриковых втулок с внешней стороны корпуса жестко присоединены концы П-образного запирающего рычага.
Кроме того, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- корпус клапана выполнен в форме цилиндра, ось которого и ось соединяющая центры входного и выходного отверстий расположены в одной плоскости, при этом радиус образующей внутренней цилиндрической поверхности корпуса больше радиуса образующей внешней цилиндрической поверхности седла.
- на конической поверхности седла выполнена проточка с помещенным в ней уплотнительным кольцом из упругого материала, стойкого к истиранию абразивными частицами, например из полиуретана или политетрафторэтилена.
- для снижения гидравлических потерь кромки выходного отверстия корпуса скруглены.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели является размещение шипов с возможностью вращения в отверстия эксцентриковых втулок, смещение геометрических осей шипов относительно геометрических осей эксцентриковых втулок, размещение эксцентриковых втулок с возможностью вращения в гнездах, расположенных на боковых стенках корпуса, жесткое присоединение к торцам эксцентриковых втулок с внешней стороны корпуса концов П-образного запирающего рычага.
Благодаря наличию этих признаков снижается точность изготовления деталей клапана и чистота обработки уплотняющих поверхностей сегментного плунжера и седла, снижается вес сегментного плунжера, рычаги которого загружены одинаково и работают в основном на сжатие, снижается вес корпуса за счет уменьшения внутреннего объема, снижаются гидравлические потери за счет уменьшения зон вихревого движения потока.
Предлагаемый сегментный запорно-регулирующий клапан иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 показан продольный разрез сегментного запорно-регулирующего клапана.
На фиг. 2 - горизонтальный разрез сегментного запорно-регулирующего клапана.
На фиг. 3 - поперечный разрез сегментного запорно-регулирующего клапана при открытом плунжере.
На фиг. 4 - вид сегментного запорно-регулирующего клапана сбоку при закрытом плунжере.
Сегментный запорно-регулирующий клапан содержит корпус 1 в форме цилиндра, гнезда 2, сегментный плунжер 3 с рычагами 4 и шипами 5, регулирующие рычаги 6, эксцентриковые втулки 7, П-образный запирающий рычаг 8, седло 9 с уплотнительной конической поверхностью и с уплотнительным кольцом 10, трубопроводы 11, присоединенные к корпусу 1 клапана.
Предлагаемый сегментный запорно-регулирующий клапан работает следующим образом.
Регулирование расхода потока жидкости или газа производится при крайнем правом положении П-образного запирающего рычага 8 (фиг. 4), чему соответствует положение геометрической оси отверстий под шипы 5 в эксцентриковых втулках 7 выше оси соединяющей центры входного и выходного отверстий и правее геометрической оси вращения эксцентриковых втулок 7. Для герметичного запирания входного отверстия регулирующий рычаг 6 поворачивают в крайнее левое положение (фиг. 2 и фиг. 4). При этом между коническими поверхностями седла 9 и сегментного плунжера 3 образуется зазор, величина которого зависит от эксцентриситета геометрических осей вращения эксцентриковых втулок 7 и геометрической оси шипов 5 и определяется минимальным расходом потока жидкости или газа, который необходимо обеспечить на данном трубопроводе 11.
Полное закрытие сегментного запорно-регулирующего клапана происходит при повороте П-образного запирающего рычага 8 в крайнее левое положение (фиг. 2 и 4). При этом геометрическая ось вращения шипов 5 сегментного плунжера 3 оказывается в плоскости, лежащей на геометрической оси соединяющей центры входного и выходного отверстий. Расстояние между коническими поверхностями седла 9 и сегментным плунжером 3 достигает минимального значения. Герметичность обеспечивается обмятием уплотнительного кольца 10. Открытие данного клапана происходит в обратном порядке. Эксцентриковая конструкция запирания клапана позволяет развивать даже при ручном приводе усилия в несколько тонн достаточные для преодоления гидростатического давления в десятки атмосфер при диаметре трубопровода 11 до 200-300 мм.
При полном открытии сегментного запорно-регулирующего клапана сохраняются достоинства прототипа, т.е. отсутствует стеснение площади поперечного сечения. Величина усилия на регулирующем рычаге 6 незначительна и определяется в основном трением в узлах вращения.
Для улучшения массо-габаритных характеристик сегментного запорно-регулирующего клапана и снижения гидравлических потерь его корпус выполнен из обрезка толстостенной трубы с приваренными по торцам крышками. Смещение геометрической оси корпуса, имеющего форму цилиндра (обрезка трубы) относительно геометрической оси, соединяющей центры входного и выходного отверстий и его радиус выбирают из условия размещения сегментного плунжера 3 при полном открытии сегментного запорно-регулирующего клапана в верхней части корпуса 1 (фиг. 1). Кромки выходного отверстия могут быть скруглены для снижения гидравлических потерь. Диаметр внешней цилиндрической поверхности отверстия в торце корпуса, где расположено седло 9 с конической поверхностью превышает диаметр сегментного плунжера 3 для обеспечения его монтажа внутри корпуса 1.
Так как угол при вершине конуса, образующего поверхность седла 9, больше 8° (В.Н. Евреинов. Гидравлика. Издательство «Водный транспорт». - Л. - М., 1939 г., С. 240-242), при котором происходит безотрывное течение потока жидкости или газа в диффузоре, уплотнительное кольцо 10 находится в вихревых карманах, где скорость потока меньше, чем в основном потоке и испытывает меньший износ при наличии абразивных частиц.
Благодаря разделению функций регулирования расхода и полного запирания сегментного запорно-регулирующего клапана для регулирования расхода потока жидкости или газа может применяться высокоточный механизм малой мощности, а для его запирания возможно использование мощного механизма, не требующего повышенной точности исполнения. Так как при запирании сегментного запорно-регулирующего клапана нагрузка поровну разделяется на оба рычага 4 сегментного плунжера 3, которые работают в основном на сжатие, вес сегментного плунжера 3 с рычагами 4 заведомо меньше, чем у прототипа - односедельного поворотного сегментного клапана. Синхронизацию вращения эксцентриковых втулок 7 в гнездах 2 обеспечивают приданием запирающему рычагу 8 П-образной формы.
Наиболее рациональным является горизонтальное положение предлагаемого клапана, при котором происходит постоянная промывка нижней части его внутреннего объема при любом открытии сегментного плунжера 3. Конструкция седла 9 обеспечивает быструю замену уплотнительного кольца 10.