Клапан балансировочный
BALANCING VALVE

Предлагаемое изобретение относится к области водопроводных систем, в частности к балансировочным клапанам с ручным управлением, и предназначено для управления расходом проточных жидкостей.
Данный клапан балансировочный предназначен для установки на подающем трубопроводе.
В настоящее время для водопроводных систем используются различные разновидности балансировочных клапанов.
Известен клапан для радиатора отопления по патенту РФ на ИЗ №2208191, МПК F16K 1/52, содержащий корпус и седло клапана, которое вместе с подвижным в осевом направлении запорным элементом образует дроссельную область, и имеющий выполненное на периферии выпускное отверстие, так что образуется выпускное пространство, обеспечивающее отклонение потока в радиальном направлении, причем выпускное пространство окружено втулкой, при этом между дроссельной областью и выпускным пространством расположен канал, который ограничен цилиндрической наружной стенкой, а профилированный элемент соединен с запорным элементом.
В данном клапане для радиатора значительно уменьшен сопровождающий его работу шум, однако в данном клапане невозможно осуществлять настройку расхода в диапазоне малых величин.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является клапан по патенту России на ИЗ №2655898, МПК F16K 1/52, содержащий корпус клапана, седло клапана, и запирающий элемент, причем запирающий элемент выполнен с возможностью его перемещения относительно корпуса к седлу, которое расположено в седельном элементе, выполненном с возможностью его поворота вокруг оси для изменения максимального эффективного сечения потока через клапан, причем клапан содержит вставку, в которой размещен седельный элемент с возможностью его поворота, седельный элемент клапана имеет первое отверстие, а вставка имеет второе отверстие, при этом перекрытие первого и второго отверстий определяет максимальное эффективное поперечное сечение потока через клапан.
Данный клапан выбран в качестве прототипа.
В данном клапане обеспечено расширение его функциональных возможностей, однако данный клапан имеет достаточно сложную и не надежную конструкцию, а также данный клапан не позволяет производить настройку расхода в диапазоне малых величин.
Задачей предложенного изобретения является создание клапана балансировочного, обладающего повышенной точностью настройки расхода в диапазоне малых величин, при одновременном обеспечении прочностью и надежностью его эксплуатации, при одновременном обеспечении простоты конструкции и повышении надежности работы клапана.
Данная задача реализуется за счет создания оригинальной конструкции запорного элемента в виде плунжера, запорная часть которого имеет такую геометрическую форму, которая обеспечивает равнопроцентную пропускную характеристику, при этом седло клапана и запорный элемент расположены под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение точности настройки расхода, при одновременном обеспечении простоты конструкции и повышении надежности работы клапана.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в клапане балансировочном, содержащим корпус с входным и выходным патрубками, с осевым проточным каналом, седлом клапана, а также верхним патрубком для установки в нем запорного элемента, размещенного в направляющем элементе, и выполненного с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения и полного перекрытия седла клапана, а на верхнем конце направляющего элемента установлена рукоятка, выполненная с возможностью управления возвратно-поступательным перемещением запорного элемента при вращении рукоятки, запорный элемент выполнен в виде цилиндрического плунжера, в нижней части которого выполнен кольцевой буртик с нижней кольцевой проточкой, в которой установлено кольцевое пластиковое уплотнение, а нижняя часть плунжера, после кольцевого буртика, выполнена в виде сужающегося конуса со срезанной вершиной, с образованием тарельчатой нижней части плунжера, а также возможности вхождения данной конической части плунжера в седло клапана при перекрытии запорным элементом клапана седла, при этом седло клапана выполнено в теле корпуса таким образом, что ось седла клапана расположена под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана, а верхний патрубок выполнен в теле корпуса, и расположен под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана с возможностью обеспечения регулировки малых величин потока при возвратно-поступательном перемещении запорного элемента в верхнем патрубке, и перекрытии седла клапана.
В предпочтительном варианте выполнения клапана балансировочного на верхней внутренней поверхности седла клапана выполнена фаска, а в месте соединения конической и тарельчатой частей плунжера выполнена кольцевая фаска, которая является ответной фаске, выполненной на внутренней поверхности седла клапана.
Целесообразно, чтобы клапан балансировочный содержал упорную гайку, шкалу настройки, а в качестве направляющего элемента содержал направляющую втулку, в которой установлен плунжер, а направляющая втулка закреплена в упорной гайке, между которой и рукояткой установлена шкала настройки.
Желательно, чтобы в клапане балансировочном в качестве кольцевого пластикового уплотнения использовали фторопластовое кольцо.
Целесообразно, чтобы клапан балансировочный содержал первое кольцевое уплотнение, расположенное между упорной гайкой и запорным элементом, и второе кольцевое уплотнение, расположенное между упорной гайкой и верхним патрубком.
Предпочтительно, чтобы в клапане корпус содержал два отверстия, на каждом из которых установлен штуцер для подключения к расходомеру для измерения давления, при этом каждое из данных отверстий было соединено соответственно с каналом для измерения давления, который соединен с проточным каналом.
Для более полного раскрытия изобретения далее приводится описание конкретных возможных вариантов его исполнения, которые поясняются соответствующими чертежами.
Фиг. 1 - внешний вид клапана балансировочного.
Фиг. 2 - продольный разрез клапана балансировочного.
Фиг. 3 - вид А на Фиг. 2 клапана в открытом его положении.
Фиг. 4 - вид А на Фиг. 2 клапана в закрытом его положении.
Фиг. 5 - вид равнопроцентной пропускной характеристики клапана.
Фиг. 6 - распределение поля скоростей в конструкции клапана по данному изобретению с плунжером, расположенным под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана.
Фиг. 7 - распределение поля скоростей в типовых конструкциях клапанов с плунжером, расположенным перпендикулярно оси потока.
В предпочтительном варианте выполнения клапан балансировочный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, с осевым проточным каналом, седлом 4 клапана, а также верхним патрубком 5 для установки в нем запорного элемента, который выполнен в виде плунжера 6, размещенного в направляющем элементе 7. Запорный элемент в виде плунжера 6 выполнен с возможностью совершения возвратно-поступательного перемещения, а также частичного, или полного перекрытия седла 4 клапана.
На верхнем конце направляющего элемента 7 установлена рукоятка 8, выполненная с возможностью управления возвратно-поступательным перемещением плунжера 6 при вращении рукоятки 8 (Фиг. 1, 2). В нижней части плунжера 6 выполнен кольцевой буртик 9 с нижней кольцевой проточкой, в которой установлено кольцевое пластиковое уплотнение 10, а нижняя часть плунжера 6, после кольцевого буртика 9, выполнена в виде сужающегося конуса со срезанной вершиной, с образованием тарельчатой нижней части плунжера 6, а также возможности вхождения данной конической части плунжера 6 в седло 4 клапана при перекрытии седла 4 плунжером 6.
Такое выполнение плунжера 6 обеспечивает ему равнопроцентную пропускную характеристику, при которой обеспечивается приращение пропускной способности клапана пропорционально текущему значению пропускной способности по ходу клапана.
На осях Фиг. 5 приведен график зависимости действительной пропускной способности клапана от его относительного хода (Hi/Hmax), на котором видно равнопроцентное приращение пропускной способности в зависимости от увеличения относительного хода.
Зависимость пропускной способности от хода плунжера при постоянном перепаде давлений на клапане определяет собой пропускную характеристику регулирующего клапана, которая зависит от профиля плунжера.
Также на всем ходе плунжера 6, кроме последних 10% хода, регулирование происходит в кольцевом зазоре между седлом 4 и плунжером 6.
Седло 4 клапана выполнено в теле корпуса 1 таким образом, что ось седла 4 клапана расположена под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана, а верхний патрубок 5 с плунжером 6 выполнен в теле корпуса 1, и расположен под углом от 25° до 35° к оси проточного канала клапана с возможностью обеспечения регулировки малых величин потока при возвратно-поступательном перемещении плунжера 6 в верхнем патрубке 5, и перекрытии седла 4.
Такое выполнение плунжера 6 и седла 4 позволяет снизить коэффициент сопротивления потока на 38% по сравнению с конструкциями, где плунжер 6 и седло 4 расположены под углом 90 градусов к потоку.
Соответственно и уменьшается возможность кавитации на регулирующем органе, что значительно повышает надежность клапана и увеличивает срок службы клапана.
На верхней внутренней поверхности седла 4 клапана выполнена фаска 11, а в месте соединения конической и тарельчатой частей плунжера 6 выполнена кольцевая фаска 12, которая является ответной фаске 11, выполненной на внутренней поверхности седла 4 клапана (Фиг. 3-4).
Такое выполнение седла 4 и плунжера 6 позволяет сместить зону высоких скоростей из зоны кольцевого пластикового уплотнения 10, что способствует повышению надежности клапана и увеличивает срок службы клапана.
На фиг. 7 показано распределение поля скоростей в конструкции плунжера 6 и седла 4 без фасок, и с размещением их под углом 90 градусов к потоку, а на фиг. 6 показано распределение поля скоростей в конструкции плунжера 6 и седла 4 с фасками, и с размещением их под углом от 25 до 35 градусов к потоку, как в данном клапане.
На данных фигурах видно, что в клапане по изобретению удалось значительно сместить зону высоких скоростей потока из зоны перекрытия седла 4 плунжером 6, что значительно повысило надежность клапана.
Клапан балансировочный содержит также упорную гайку 13, шкалу настройки 14, а в качестве направляющего элемента 7 содержит направляющую втулку, в которой установлен плунжер, и которая закреплена в упорной гайке 13. Между упорной гайкой 13 и рукояткой 8 установлена шкала настройки 14.
В качестве кольцевого пластикового уплотнения 10 предпочтительно используют фторопластовое кольцо.
Клапан балансировочный также содержит первое кольцевое уплотнение 15, расположенное между упорной гайкой 13 и запорным элементом 6, и второе кольцевое уплотнение 16, расположенное между упорной гайкой 13 и верхним патрубком 5.
Корпус 1, в предпочтительном варианте выполнения клапана, содержит также два отверстия 17 и 18, на каждом из которых установлен штуцер для подключения к расходомеру для измерения давления, при этом каждое из данных отверстий 17 и 18 соединено соответственно с каналом для измерения давления, который соединен с проточным каналом.
Работает клапан балансировочный следующим образом.
Сначала выставляют клапан в исходное положение. Для этого поворачивают рукоятку клапана 8 против часовой стрелки так, чтобы метка на ней оказалась напротив значения «0» настроечной шкалы 14. После чего, удерживая рукоятку 8 и используя шестигранный ключ, довертывают плунжер 6 на торце рукоятки 8 до упора по часовой стрелке.
Настройка клапана выполняется при помощи поворота рукоятки 8 по часовой стрелке в определенную позицию, соответствующую нужному значению на шкале настройки 14.
Для фиксации настройки необходимо удерживать рукоятку 8, и используя шестигранный ключ, довернуть плунжер 6 на торце рукоятки 8 до упора против часовой стрелки так, чтобы метка на ней оказалась против «0» настроечной шкалы 14. При этом клапан будет открыт настолько, как это требуется для гидравлической балансировки системы.
Для перенастройки клапана сначала требуется вернуть его в исходное положение. Для этого необходимо повернуть рукоятку клапана 8 против часовой стрелки так, чтобы метка на ней оказалась напротив «0» настроечной шкалы 14, и удерживать рукоятку 8, и используя шестигранный ключ, довернуть плунжер 6 на торце рукоятки 8 до упора по часовой стрелке.
Индекс текущей настройки можно прочитать на шкале 14 клапана после его полного закрытия путем вращения рукоятки 8 по часовой стрелке.
При этом, измерение расхода теплоносителя производят с использованием обычных измерительных приборов, например, расходомера.
Шланги измерительного прибора подключают к отверстиям 17 и 18 с измерительными штуцерами, после чего открывают данные штуцера с помощью гаечного ключа поворотом против часовой стрелки. После чего определяют действительный расход теплоносителя через клапан по измеренной величине потери давления, а затем, после завершения данных измерений закрывают измерительные штуцера на отверстиях 17 и 18.
Таким образом, в представленном клапане балансировочном удалось обеспечить повышение точности настройки расхода, регулировать малые расходы теплоносителя за счет оригинальной формы плунжера 6, его нижней запирающей части, которая обеспечивает профилированную равнопроцентную пропускную характеристику, при этом не усложняя конструкции клапана, и его стоимости.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение точности настройки расхода, при одновременном обеспечении простоты конструкции и повышении надежности работы клапана.
Также удалось в клапане обеспечить повышение его надежности работы и увеличение срока службы за счет выполнения тарельчатой части плунжера 6 с кольцевой фаской 12, которая является ответной фаске 11, выполненной на внутренней поверхности седла 4 клапана, а также за счет размещения плунжера 6 и седла 4 под углом от 25 до 35 градусов к потоку.
А за счет использования кольцевого фторопластового уплотнения 10 в оригинальной конструкции плунжера 6 удалось перекрывать поток с герметичностью по классу VI ГОСТ 9544-2015.
Как очевидно специалистам в данной области техники, данное изобретение легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данного изобретения.
При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем изобретения представлен его формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данного изобретения.