КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела в широком диапазоне давлений. Изобретение может быть использовано в машиностроении, например, в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, на самолетах или в ракетной технике, например, в двигательных установках.
Известен регулировочный клапан с перфорированным стаканом (заявка JP 2-53661, МПК F16K 3/32, F16K 47/02), содержащий корпус, перфорированный стакан с большим числом отверстий, запорный элемент и конический фланец, контактирующий с затвором. Запорный элемент в данной конструкции выполнен разгруженным.
Недостатками указанного клапана является повышенное значение гидравлического сопротивления при больших значениях расхода рабочего тела и сложность обеспечения высокой герметичности по месту уплотнения запорного элемента по конической поверхности фланца.
Известен клапан запорно-регулирующий отсекающий (патент RU 2386880 С1, МПК F16K 3/24, F16K 39/02, F16K 47/02), содержащий корпус с входным и выходным каналами, запорный затвор, выполненный в виде штока с поршнем, с уплотнительной поверхностью и отверстиями, запорно-регулирующий затвор, выполненный в виде ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, и седло, установленное в корпусе. Запорный элемент в данной конструкции выполнен разгруженным.
Недостатками указанного клапана являются сложность изготовления и повышенное гидросопротивление.
Известен электропневмоклапан (патент RU 2267685 С2, МПК F16K 31/02) содержащий корпус с входной, выходной полостью и седлом выполненным во входной полости, основной затвор с внутренней проточкой и с торцевым уплотнением, пилотный клапан с торцовым уплотнением, дно корпуса, пружины и привод.
Недостатками электропневмоклапана являются повышенная масса электромагнита при работе электропневмоклапана при высоких давлениях и сложность изготовления.
Известен регулирующий клапан (патент RU 2394178 С2, МПК F6K 1/44, F16K 47/04), содержащий корпус с входной и выходной камерами, стакан, седла, затвор с плунжерами.
Недостатками регулирующего клапана являются сложность обеспечения герметичности по местам уплотнения плунжеров и трудоемкость изготовления клапана.
Известен клапан управления периодического действия для паровых турбин (патент US 4679769 МПК F16K 1/32), содержащий корпус с седлом, крышку, закаленную втулку, шток и запорный элемент с центральным отверстием.
К недостаткам клапана следует отнести сложность изготовления агрегата и невозможность обеспечения высокой герметичности по месту уплотнения запорного элемента в корпусе в условиях многократных срабатываний.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является клапан запорно-регулирующий (патент RU 2298128 С2, МПК F16K 3/24, F16K 47/04 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным каналами, седло, крышку, запорно-регулирующий двуступечатый затвор с поршнем и штоком, а также привод.
К недостаткам запорно-регулирующего клапана, принятого в качестве прототипа, следует отнести сложность конструкции клапана, повышенное гидросопротивление и высокую массу агрегата для клапанов с большим проходным сечением.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение гидросопротивления и массы.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известном устройстве, содержащем корпус с входным, выходным патрубками и основное седло, затвор со штоком и привод, согласно изобретению в выходной полости корпуса выполнена втулка с внутренним отверстием на ребрах с дренажным каналом, в полости корпуса со стороны привода выполнена ступенчатая проточка, по торцу большого диаметра ступенчатой проточки корпуса выполнено седло, со стороны выходной полости корпуса на затворе со штоком выполнен выступ с центральным глухим отверстием, на штоке затвора выполнены проточка и резьбы, в ступенчатую проточку корпуса установлен поршень с уплотнением, проточкой по наружному диаметру, с центральной втулкой с торцом, с внутренней проточкой и резьбой, при этом наружный диаметр выступа затвора со штоком взаимодействует с диаметром внутреннего отверстия втулки на ребрах корпуса, шток затвора по проточке и резьбе взаимодействует с центральной втулкой поршня по внутренней проточке и резьбе, наружный диаметр центральной втулки поршня взаимодействует с меньшим диаметром ступенчатой проточки корпуса, больший диаметр поршня взаимодействует с большим диаметром ступенчатой проточки корпуса, уплотнение поршня контактирует с седлом корпуса.
На наружном диаметре выступа затвора со штоком установлено уплотнение.
В проточку штока затвора установлено уплотнение, взаимодействующие с внутренней проточкой центральной втулки поршня, и манжета Г-образного сечения с выступом по торцу, взаимодействующая наружным диаметром с меньшим диаметром ступенчатой проточки корпуса, а торцевым выступом по торцу центральной втулки поршня.
В проточку поршня установлена манжета Г-образного сечения с выступом по торцу, взаимодействующая наружным диаметром с внутренним диаметром большей ступенчатой проточки корпуса, а торцевым выступом по торцу проточки поршня.
На меньшую резьбу штока затвора установлена стопорная гайка с тонкостенным буртиком, взаимодействующая с поршнем.
Предлагаемый клапан представлен на Фиг 1,
где: 1 - корпус;
2 - втулка на ребрах в корпусе;
3 - ступенчатая проточка корпуса со стороны привода;
4 - затвор со штоком;
5 - выступ на затворе со штоком;
6, 7 - уплотнение (резиновое кольцо);
8, 9- защитная шайба;
10 - поршень;
11 - центральная втулка поршня;
12, 13 - манжета;
14, 15, 16 - опора;
17, 18 - прорезная пружина;
19 - крышка;
20 - шпилька;
21 - гайка;
22 - стопорная гайка;
23 - пружина;
24 - винт;
25 - шайба;
26 - П-образное уплотнение.
Клапан содержит корпус 1 с входным, выходным патрубками, втулку на ребрах 2 и ступенчатую проточку со стороны привода 3, в корпус 1 установлен затвор со штоком 4, контактирующий с основным седлом, выполненным в корпусе, затвор со штоком 4 выполнен с проточкой и резьбами на штоке и выступом 5 на затворе с кольцевыми проточками на наружном диаметре, в которые установлены уплотнения 6 и защитные шайбы 8, наружный диаметр выступа 5 затвора со штоком 4, уплотнения 6 и защитные шайбы 8 взаимодействуют с диаметром внутреннего отверстия втулки на ребрах 2 корпуса 1, в проточку со стороны привода 3 корпуса 1 установлен поршень 10 с центральной втулкой 11, проточкой на наружном диаметре, внутренней проточкой и резьбой в центральной втулке поршня 10, шток затвора 4 по проточке и резьбе взаимодействует с центральной втулкой поршня 11, в проточки штока затвора 4 установлено уплотнение 7, защитная шайба 9 и манжета 12 Г-образного сечения, предназначенные для герметичного разделения входной и управляющей полостей клапана, при этом наружный диаметр центральной втулки 11 поршня 10, взаимодействует с меньшим диаметром ступенчатой проточки 3 корпуса 1, больший диаметр поршня 10 взаимодействует с большим диаметром ступенчатой проточки 3 корпуса 1, в проточку большого диаметра поршня установлена манжета 13, а уплотнение поршня контактирует с седлом, выполненным в корпусе 1.
Для надежной работы манжет 12 и 13 они установлены с опорами 14, 15, подпружиненными прорезными пружинами 17, 18.
Клапан выполнен с возможностью проведения многократных переборок с разъемным корпусом 1 и крышкой 19 на шпильках 20 и гайках 21, стопорение поршня 10 с затвором со штоком 4 осуществлено с помощью стопорной гайки 22, тонкостенный усик которой загибается в паз затвора со штоком 4.
Клапан работает следующим образом. По команде на открытие клапана подается управляющее давление через штуцер "Рупр.", давление попадет в управляющую полость корпуса 1 и воздействуя на эффективную площадь поршня 10, преодолевая усилие пружины 23 перемещает затвор со штоком 4 до посадки поршня 10 на седло проточки корпуса 3, при этом открывается проходное сечение клапана.
Для обеспечения открытия клапана при высоких давлениях затвор со штоком 4 выполнен уравновешенным, максимальный диаметр манжеты Г-образного сечения 12, установленной в шток затвора, равен среднему диаметру уплотнения затвора 4 по основному седлу.
Такое положение клапана сохраняется в течение всего времени подачи компонента. При закрытии клапана управляющее давление сбрасывается из штуцера "Рупр." и затвор со штоком 4 перемещается под действием усилия пружины 18, прекращая подачу компонента со входа на выход, при этом закрытию клапана способствует уплотнение манжетой 12, установленной в проточку штока затвора со штоком 4, разгружающее затвор от действия высокого рабочего давления компонента со стороны входа.
При открытии клапана при наличии высокого давления со стороны выхода открытию клапана способствуют уплотнения 6, установленные в выступе 5 затвора со штоком 4, разгружающие затвор от действия высокого рабочего давления компонента.
Так как использование клапана планируется в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, например самолетах или в ракетной технике, его детали выполнены из материалов: сталь 07Х16Н6 для корпуса 1; затвора со штоком 4; поршня 10; крышки 19; прорезных пружин 17, 18; опор 14-16; винта 24; шпилек 20; гаек 21; П-образного уплотнения 26; фторопласт - 4 для защитных шайб 8, 9 и манжет 12, 13; сталь 12Х18Н10Т для стопорной гайки 22; пружины 23 и шайбы 25.
Таким образом, применение указанного клапана позволяет упростить конструкцию, снизить гидросопротивление и массу.