ПОВОРОТНЫЙ КЛАПАН
ROTARY VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в конструкциях запорных, регулирующих клапанов в нефтяной, газовой, химической, энергетической и других отраслях.
Из уровня техники известны различные решения поворотных клапанов, наиболее распространенным из которых является шаровой клапан, см. авторское свидетельство на изобретение SU 1596162, МПК F16K 5/10, 30.09.199. Известный запорно-регулирующий кран содержит корпус, в котором на опорных цапфах, одной из которых служит «приводная ось» (шпиндель), установлена шаровая запорная пробка, внутри которой размещен регулирующий орган с приводным шпинделем. Пробка выполнена со сферической внутренней поверхностью, а регулирующий орган выполнен в виде шара с проходным отверстием, равным проходному отверстию в пробке, и установлен с зазором относительно сферической внутренней поверхности пробки. Шаровые краны как вид запорной трубопроводной арматуры получили широкое распространение благодаря таким преимуществам как минимальные габариты и полнопроходность.
Однако известное решение не лишено недостатков, в частности:
- расходная характеристика шарового клапана не является линейной и его сложно настроить на заданный расход рабочей среды;
- при повороте пробки в промежуточное положение рабочая среда протекает как через центральное отверстие в пробке, так и вокруг нее, т.е. между пробкой и корпусом клапана, что негативно сказывается на ресурсе клапана;
- обработать твердую уплотнительную сферическую поверхность, как на пробке, так и на седле гораздо сложнее, чем плоскую поверхность;
- при повреждении уплотнительной сферической поверхности, как на пробке, так и на седле эти детали не ремонтируются.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является использование одного поворотного клапана с малым коэффициентом гидравлического сопротивления вместо двух: запорного клапана и регулирующего клапана при обеспечении высокого срока эксплуатации и ремонтопригодности.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата поворотный клапан содержит корпус с соосными патрубками, затвор, состоящий из двух золотников с профильными каналами, каждый из которых выполнен в виде плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию в зоне контактирования золотников, при этом площадь поперечного сечения упомянутых каналов по их длине выполнена одинаковой, шпиндель с маховиком и конической шестерней на конце, взаимодействующей с двумя зубчатыми венцами, передающими крутящий момент двум золотникам, причем при вращении шпинделя за счет конической зубчатой передачи вращаются два зубчатых венца и два золотника в разных направлениях, меняя площадь проходного сечения клапана, при этом для обеспечения малого коэффициента гидравлического сопротивления равным не более 0,3 необходимо выполнить длину L затвора, равной двум диаметрам круглого отверстия канала.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
- корпус был бы выполнен разборным, у которого один из патрубков закреплен на корпусе посредством резьбы, причем установочный диаметр этого патрубка превышает соответствующие размеры золотников в сборе с венцами с возможностью обеспечения сборочно-разборочных работ;
- упомянутые венцы были бы установлены на золотниках по внешней поверхности и связаны с ним, посредством шпонок;
- клапан был бы выполнен с узлами уплотнения по шпинделю и корпусу;
- упомянутые золотники были бы выполнены одинаковыми.
Указанные признаки изобретения являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, касающегося расширения технических возможностей и улучшения технико-эксплуатационных характеристик, а именно использование вместо двух: запорного клапана и регулирующего клапана, одного поворотного клапана с малым коэффициентом гидравлического сопротивления и высоким сроком эксплуатации и ремонтопригодности. При этом патентуемый клапан обладает малым коэффициентом гидравлического сопротивления равным 0,3, что характерно для запорной арматуры при условии равенства площадей S=F и строительной длине затвора L=2D, причем расходная характеристика клапана близка к линейной, что широко распространено для регулирующих клапанов.
Применение конфигурации данной проточной части затвора позволяет достигнуть применение запорной арматуры в качестве регулирующей и оптимизировать массогабаритные характеристики клапана, а также применение плоского торцевого уплотнения в виде основного делает клапан более технологичным и ремонтопригодным по сравнению с шаровыми клапанами.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - общий вид с продольным разрезом;
на фиг. 2 - общий вид затвора, состоящего из двух золотников, одни из которых выполнен с продольным разрезом;
на фиг. 3-продольный разрез затвора в положении «открыто»;
на фиг. 4 - продольный разрез затвора в положении «закрыто».
Изобретение поясняется конкретным примером выполнения поворотного клапана, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно изобретению, поворотный клапан, выполняющий запорно-регулирующую функцию, содержит корпус 1 с соосными патрубками 2 и 3. Корпус 1 выполнен разборным, у которого патрубок 3 закреплен на корпусе 1 посредством резьбы 4, причем установочный диаметр этого патрубка превышает соответствующие размеры золотников 5, 6 в сборе с венцами 7, 8 с возможностью обеспечения сборочно-разборочных работ.
В корпусе 1 размещен затвор, состоящий из двух золотников 5 и 6, выполненных с профильными каналами 9 и 10 соответственно, каждый из которых выполнен в виде плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию в зоне контактирования золотников 5 и 6 по торцевой поверхности с секторными отверстиями. При этом упомянутые золотники 5,6, а также и площадь поперечного сечения проходного канала по их длине, выполнены одинаковыми, т.е. площадь S круглого отверстия равна площади F секторного отверстия (S=F). Золотники 5 и 6 выполнены из высокопрочного материала, в частности металлическими или керамическими.
В корпусе 1 также размещен шпиндель 11 с установленными на концах маховиком 12 и конической шестерней 13, при этом шпиндель 11 расположен в корпусе с возможностью взаимодействия упомянутой конической шестерни 13 с двумя зубчатыми венцами 7 и 8, закрепленными на упомянутых золотниках, и обеспечения поворота последних в противоположных направлениях относительно продольной оси с возможностью изменения площади проходного сечения клапана. Причем упомянутые венцы 7, 8 установлены на золотниках 5 и 6 по внешней поверхности посредством шпонок.
С целью повышения эксплуатационных характеристик (увеличения срока эксплуатации, надежности, качества выполнения своих функций) корпус 1 выполнен с узлами уплотнения 14 по шпинделю 11, золотникам 5, 6 и патрубкам 2, 3.
Устройство поворотного клапана функционирует следующим образом.
В процессе сборки поворотного клапана производят установку в корпусе 1 золотника 5 с зубчатым венцом 7 на внешней поверхности, далее размещают шпиндель 11 с конической шестерней 13. Затем устанавливают в корпусе золотник 6 с зубчатым венцом 8, при этом между корпусом 1 и золотниками 5 и 6 размещены узлы уплотнений 14. После этого фиксируют в корпусе 1 указанные выше конструктивные элементы патрубком 3, связанным с корпусом 1 посредством резьбы 4 с последующей фиксацией этого патрубка 3 в корпусе 1 любым известным способом, например стопорным винтом. На шпиндель 11 устанавливают маховик 12, поворотом которого осуществляется поворот конической шестерни 13, далее поворот зубчатых венцов 7 и 8 в противоположные стороны и как, следствие, золотников 5 и 6 из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот. При этом золотники 5 и 6 контактируют своими торцевыми поверхностями плавно изменяя проходное отверстие на участке секторных отверстий золотников 5 и 6 в зоне их контакта из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот. Золотники 5, 6 с профильными каналами 9 и 10 обладают пониженным гидравлическим сопротивлением за счет выполнения плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию, при выполнении условия, что площадь S круглого отверстия профильного канала равна площади F его секторного отверстия (S=F), а площадь поперечного сечения проходного канала по всей его длине величина постоянная.
Патентуемая конструкция клапана обладает малым коэффициентом гидравлического сопротивления равным 0,3 что характерно для запорной арматуры при условии равенства площадей S=F и строительной длине затвора L=2D, где D - диаметр круглого отверстия. При этом расходная характеристика поворотного клапана близка к линейной, что широко распространено для регулирующих клапанов.
Применение конфигурации данной проточной части затвора позволяет достигнуть применение запорной арматуры в качестве регулирующей и оптимизировать массогабаритные характеристики клапана, а также применение плоского торцевого уплотнения в виде основного делает клапан более технологичным и ремонтопригодным по сравнению с шаровыми клапанами.
Использование изобретения позволяет применять в технологических линиях один клапан вместо двух с высокими эксплуатационными характеристиками. Применение в конструкции поворотного клапана принципа основного плоского уплотнения за счет обеспечение контактирования золотников 5 и 6 по торцевой поверхности из положения «открыто» в положение «закрыто» способствовало улучшению ремонтопригодности и повышению технологичности деталей клапана и клапана в целом.