КЛАПАН ОСЕВОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области запорно-регулирующей трубопроводной арматуры и может найти применение для регулирования или перекрывания потока в различных областях техники, в широком диапазоне рабочих сред, а также жидкостей и газов с высоким рабочим давлением и температурой. Особенно перспективно применение клапана в газовой и нефтяной промышленности для регулирования сред с большим количеством посторонних твердых включений.
Клапаны осевого потока имеют спрямленную осесимметричную проточную часть, благодаря чему существенно снижены пневмогидросопротивление и усилия приводов (см. RU 2241883, RU 2455543, RU 84938 и др.). В самом общем виде клапан осевого типа содержит жестко соединенные друг с другом наружный и внутренний корпус, формирующие проходной кольцевой канал с входным и выходным патрубками. На выходе канала установлена цилиндрическая гильза с радиальными отверстиями, закрепленная седлом и втулкой в выходном патрубке. Внутри гильзы, с возможностью осевого перемещения, установлен цилиндрический поршень. В кольцевой канавке на внутренней поверхности гильзы установлено манжетное уплотнение. Во внутреннем корпусе расположен механизм перемещения поршня. Такие клапаны получили известность как клапаны типа Моквельд, по наименованию фирмы, начавшей их широко выпускать (см. http://www.mokveldm.ru/attachments/article/11/2-1.pdf Рекламный проспект фирмы Моквельд, а также журнал «Химическое машиностроение» №9, 2002, стр. 29 рис. 1, 2). Клапан типа Моквельд состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса, расположенного осесимметрично с наружным и образующего с ним кольцевой канал с входным и выходным патрубками. Между наружным и внутренним корпусами расположена цилиндрическая гильза. Гильза герметично установлена одним торцом во внутреннем корпусе, а другим торцом - в наружном. Герметичная установка обеспечивается с помощью уплотнений неподвижных соединений, в частности манжет, установленных в кольцевых канавках корпусов. Часть гильзы, перекрывающая кольцевой канал выполнена с отверстиями для улавливания твердых включений, т.е. выполняет функцию сепаратора рабочей среды. Внутри цилиндрической гильзы с минимальным зазором установлен с возможностью осевого перемещения цилиндрический поршень, который в двух своих крайних положениях открывает и перекрывает кольцевой канал. Во внутреннем корпусе расположен механизм, приводящий поршень в движение, например, две косозубые рейки, расположенные под углом 90 градусов. Поршень уплотняется в гильзе с помощью двух уплотнений подвижных соединений. Эти уплотнения представляют собой манжеты, установленные в кольцевых канавках у противоположных торцов гильзы. При этом уплотнение со стороны внутреннего торца поршня все время расположено между двумя сопрягаемыми поверхностями и в любом положении поршня при его осевом перемещении не имеет прямого контакта с текучей средой. В то же время, уплотнение в области выходного патрубка при открытом положении поршня имеет непосредственный контакт с текучим потоком среды, которая из-за наличия абразивных включений очень быстро разрушает манжету. В результате нарушается герметичность клапана в закрытом состоянии, т.е. клапан выходит из строя. Именно поэтому в различных конструкциях клапана осевого потока этому уплотнению уделяется особое внимание. Так в патенте US 8,336,890 манжетное уплотнение в области выходного патрубка выполнено в виде двух симметрично расположенных в канавке цилиндрической гильзы С-образных манжет. Между манжетами помещена витая пружина, которая раздвигает манжеты так, что их концы образуют выступы, которыми манжеты упираются в поверхность поршня. Такое кольцевое уплотнение гарантирует герметичность в обоих направлениях, что минимизирует утечки даже при высоких температурах среды. Указанный клапан выбираем за прототип. Несмотря на большое усложнение конструкции манжетного уплотнения, оно все-таки не устраняет основного недостатка, который состоит в быстрой изнашиваемости манжетного уплотнения, обусловленной тем, что в открытом состоянии клапана выступы манжеты имеют непосредственный контакт с текучей средой. Эта изнашиваемость приводит к неспособности клапана герметично перекрывать поток среды, т.е. к неработоспособности клапана, как запорного органа.
Таким образом, задачей полезной модели является создание простого и надежного клапана осевого потока.
Техническим результатом полезной модели является предохранение манжеты уплотнения в области выходного патрубка от непосредственного контакта с текучей средой.
Для достижения указанного технического результата клапан, как и прототип, содержит осесимметричные наружный и внутренний корпуса жестко соединенные между собой. Корпуса образуют проходной кольцевой канал с входным и выходным патрубками, перекрываемый цилиндрическим сепаратором. Между наружным и внутренним корпусами расположена цилиндрическая гильза. Гильза герметично установлена одним торцом во внутреннем корпусе, а другим торцом - в наружном. Внутри цилиндрической гильзы с минимальным зазором установлен с возможностью осевого перемещения цилиндрический поршень, который в двух своих крайних положениях открывает и перекрывает кольцевой канал. Поршень уплотняется в гильзе с помощью двух уплотнений подвижных соединений. Эти уплотнения представляют собой манжеты, установленные в кольцевых канавках у противоположных торцов гильзы. В отличие от прототипа, часть гильзы, перекрывающая кольцевой канал выполнена с проходными окнами, а сепаратор - цилиндр с отверстиями выполнен подвижным за одно целое с поршнем.
В результате такого выполнения сепаратор перекрывает проходной кольцевой канал при его открывании поршнем, а уплотнение в любом положении поршня все время расположено между двумя сопрягаемыми поверхностями (в данном случае гильзы и поршня - сепаратора).
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, на которых изображено: на фиг. 1 продольный разрез клапана в открытом положении, а на фиг. 2 тот же разрез клапана в закрытом положении.
На фиг. 3 показан общий вид цилиндрической гильзы, а на фиг. 4 - поршня, объединенного с сепаратором.
Клапан осевого потока представляет собой наружный корпус 1, выполненный за одно целое с внутренним корпусом 2. Корпус 2 расположен по оси корпуса 1 с образование между ними проходного кольцевого канала 3. С одной стороны корпуса 1 расположен входной патрубок 4, а с противоположной стороны выходной патрубок 5. Во фланцах входного и выходного патрубков выполнены отверстия 6. для крепления клапана в трубопроводе. Между наружным корпусом 1 и внутренним корпусом 2 расположена цилиндрическая гильза 7. Эта гильза одним концом герметично посажена во внутреннем корпусе 2, а другим в наружном корпусе 1. Герметичность посадки обеспечивают уплотнения неподвижных соединений 8. Гильза поджимается в корпусе гайкой 9. Часть гильзы 7, перекрывающая проходной кольцевой канал 3 выполнена с окнами 10, через которые среда свободно перетекает из входного патрубка 4 в выходной 5 при открытом клапане. Внутри гильзы 7 с возможностью осевого перемещения установлен цилиндрический поршень 11. Цилиндрическая поверхность поршня 11 состоит из двух участков, один из которых выполнен в виде сплошного цилиндра 12 и выполняет собственно роль перекрывающего поток элемента. Второй участок поршня 11 выполнен с отверстиями 13, и выполняет функцию сепаратора потока. Отверстия 13 могут иметь различную форму. Так, на фиг. 1 и 2 эти отверстия представляют собой прорези вдоль образующей цилиндра. На фиг. 4 показан поршень-сепаратор с отверстиями 13 в форме круга. Поршень 11 уплотняется в гильзе 7 с двух сторон с помощью двух уплотнений подвижных соединений 14 и 15. Эти уплотнения в простейшем случае могут представлять собой манжеты, посаженные в кольцевых канавках 16 и 17 на внутренней поверхности гильзы 7 у ее торцов. Поршень закреплен на штоке 18, который перемещается в осевом направлении с помощью реечного механизма, размещенного внутри корпуса. Две рейки 19 и 20, расположенные под углом в 90 градусов друг к другу, имеют наклонные зубья, благодаря взаимодействию которых перемещение рейки 19 вызывает продольное перемещение рейки 20, и связанного с нею штока 18. Здесь следует отметить, что механизм продольного перемещения поршня может быть любым известным.
Работает предлагаемый клапан следующим образом. В закрытом положении поршень 11 расположен в правом крайнем положении, как это показано на фиг. 2. В этом положении его сплошной цилиндрический участок 12 перекрывает кольцевой проходной канал 3. Уплотнения подвижных соединений 14 и 15, которые делают это перекрытие герметичным, находятся между наружной цилиндрической поверхностью поршня 11 и внутренней цилиндрической поверхностью гильзы 7 и защищены от непосредственного контакта с потоком рабочей среды. Участок поршня 11 с отверстиями 13 в это время находится в выходном патрубке 5, и не участвует в работе клапана.
При движении поршня 11 влево его сплошная цилиндрическая поверхность 12 приоткрывает кольцевой канал 3, а его поверхность с отверстиями (сепаратор) в это время перемещается в область проходного канала 3 и сепарирует поток среды от твердых включений. При достижении поршнем 11 крайнего левого положения (см. фиг. 1) клапан открыт полностью, а участок поршня с отверстиями 13 полностью перекрывает кольцевой проходной канал 3, т.е. выполняет функцию сепаратора. Твердые включения, содержащиеся в регулируемом потоке, задерживаются на сепараторе. В этом положении оба уплотнения подвижных соединений 14 и 15 также находятся между цилиндрическими поверхностями гильзы 7 и поршня 11, т.е. закрыты от непосредственного контакта с потоком рабочей среды. При движении поршня вправо он своей сплошной цилиндрической поверхностью 12 начинает перекрывать поток среды, регулируя ее подачу. В крайнем правом положении поршня этот участок 12 полностью перекрывает проходной канал 3. Клапан закрывается.
Таким образом, манжета уплотнения 15 как в открытом, так и в закрытом состоянии клапана не контактирует с потоком рабочей среды. Это позволяет использовать простую стандартную манжету при увеличении ее срока службы. Клапан может эффективно и надежно применяться для регулировки агрессивных сред и сред с высоким содержанием абразивных частиц.