КЛАПАН ПРЯМОТОЧНЫЙ, ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ С КУЛАЧКОВЫМ ПРИВОДОМ
STRAIGHT-FLOW VALVE, THREE-POSITION WITH CAM DRIVE

Изобретение относится к трубопроводной аппаратуре и предназначено для управления потоком текучей среды в трубопроводах и быстроразъемных трубопроводных соединениях (БРС).
Известны прямоточные клапаны, содержащие трубчатый корпус с седлом и затвором с механическим приводом управления затвора от входящего в корпус вала через зубчатую передачу (см. RU 2234018 и RU 2455543).
Недостатками указанных клапанов являются большие массогабаритные показатели и издержки производства, связанные со сложной конструкцией корпуса и дополнительных деталей, центрирующих затвор в корпусе, а также отсутствие фиксации затвора в закрытом и открытом положениях. Кроме того, они не могут выполнять дополнительную функцию обратного клапана, для которой необходимы пружины на затворах.
Известны прямоточные клапаны, содержащие корпус с седлом и подпружиненный затвор, широко применяемые в БРС (см. RU 2170873 и в книге О.Ф. Никитин, К.М. Холин «Объемные гидравлические и пневматические приводы» рис. 6.25 стр. 164. - М.: Машиностроение, 1981 г.)
Недостатком таких клапанов являются значительные массогабаритные показатели из-за наличия опорных элементов затворов и пружин и возможность привода затвора только из выходного отверстия корпуса, что не позволяет управлять клапанами после стыковки БРС для перекрытия потока жидкости по трубопроводу и затрудняет стыковку трубопроводов при наличии в них давления жидкости.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является клапан прямоточный с двумя седлами и подпружиненными затворами с механическим приводом управления с помощью кулачкового вала, выходящего наружу из корпуса (см. RU 2184295 и в книге Г.А. Никитин, А.А. Комаров «Распределительные и регулирующие устройства гидросистем» рис. 55 стр. 106. - М.: Машиностроение, 1965 г.).
Особенностью этого клапана является возможность управления от одного кулачкового вала двумя затворами, что расширяет его функциональные возможности.
Недостатки прототипа:
1. Высокие массогабаритные показатели, вызванные сложной конфигурацией корпуса и наличием у него крышек для удержания и управления затворов, пружин и опор кулачкового вала.
2. Недостаточная надежность из-за отсутствия фиксации клапанов в открытом положении в условиях вибраций корпуса, т.к. повороту кулачкового вала из открытого положения в закрытое мешает только сила трения на кулачке.
3. Невозможность повышения надежности и теплостойкости клапана без увеличения габаритов применением уплотнений с пружинным поджимом.
4. Недопустимость применения в БРС из-за увеличения объема жидкости, вытекающего при расстыковке БРС.
Техническая проблема, поставленная в настоящем изобретении, заключается в сохранении преимуществ прототипа при устранении указанных его недостатков путем применения в качестве опоры затвора его оребреной поверхности с каналами между ребер для протока жидкости, выполнения опоры пружины на кулачковый вал через ползун, управляющий положением одного или двух затворов, и использование съемных кулачков на кулачковом валу, а также применением уплотнений с пружинным поджимом.
Технический результат состоит в уменьшении массогабаритных показателей и издержек производства, повышении надежности и теплостойкости, а также расширении функциональных возможностей по числу рабочих позиций и применению в БРС.
Сущность изобретения состоит в том, что клапан прямоточный трехпозиционный с кулачковым приводом содержит трубчатый корпус с седлом и подпружиненным затвором с механическим приводом с помощью кулачкового вала, выходящего наружу из корпуса к управляющей ручке через кольцевые уплотнения перпендикулярно оси корпуса. Согласно изобретению, наружная поверхность затвора образована продольными ребрами, а внутри затвора выполнена снабженная крышкой камера, в которой расположен кулачковый вал и пружина затвора, опертая через ползун на кулачок этого вала.
В частных случаях реализации:
- ползун размещен в камере затвора с возможностью упора в ее торец в закрытом положении клапана;
- кулачок кулачкового вала выполнен съемным с возможностью неподвижной фиксации на валу через охватывающую вал втулку, например с помощью штифта;
- кулачковый вал выполнен с двумя оппозитно расположенными кулачками, а ползун снабжен штоком, выходящим на торец затвора клапана через отверстие с кольцевым уплотнением;
- кольцевые уплотнения кулачкового вала и штока ползуна снабжены пружинами осевого поджима;
- пружина затвора клапана оперта на кольцевое уплотнение штока ползуна;
- вершина кулачка выполнена плоской;
- ручка управления кулачковым валом закреплена в радиальном отверстии на его конце с возможностью поворота вокруг оси этого отверстия и выполнена из пружинной проволоки.
На фиг. 1 представлена конструкция клапана в первой позиции кулачкового вала с функцией обратного клапана.
На фиг. 2 - разрез по А-А по фиг. 1.
На фиг. 3 - разрез по Б-Б по фиг. 1.
На фиг. 4 - состояние деталей в процессе сборки клапана.
На фиг. 5 - клапан во второй позиции кулачкового вала с функцией открытого состояния.
На фиг. 6 - клапан в третьей позиции кулачкового вала с функцией закрытого состояния.
На фиг. 7 - конструкция клапана для БРС в позиции закрытого состояния.
На фиг. 8 - клапан на фиг. 7 в позиции открытого состояния.
Клапан содержит трубчатый корпус 1 с седлом 2 и затвором 3 с пружиной 4 и ползуном 5, размещенных в камере 6 с крышкой 7 внутри затвора 3. Наружная поверхность затвора 3 образована продольными ребрами 8, между которыми имеются каналы 9 для протока жидкости. Механический привод затвора содержит кулачковый вал 10 с кулачками 11, закрепленными на охватывающей вал втулке 12, фиксируемой на нем с помощью штифта 13, и ручки управления 14, закрепленной в радиальном отверстии 15 кулачкового вала 10 на его конце, выходящем наружу из корпуса 1. Камера 6 в затворе 3 может снабжаться упором 16 для ползуна 5. Кулачки 11 могут иметь плоские вершины 17 (фиг. 3). Ползун 5 может выполняться со штоком 18 (фиг. 7), выходящим на торец затвора 3 через отверстия с кольцевым уплотнением 19, поджатым к затвору 3 пружиной 4. Такие же кольцевые уплотнения 19 с пружинами 20, опертыми на втулку 12, могут устанавливаться на концы кулачкового вала 10 для герметизации его стыка с корпусом 1 (фиг. 2).
В случае использования клапана в БРС (фиг. 7, 8) шток 18 может упираться в затвор 21, пристыкованного к корпусу 1 клапана 22.
Сборка деталей клапана в корпусе 1 (фиг. 4) производится с помощью оправки 23, заменяющей кулачковый вал 10 до момента установки затвора 3 в корпус 1 до упора в седло так, что оправка 23 располагается против кольцевых уплотнений 19.
После этого оправка 23 выдавливается из втулки 12 кулачковым валом 10, а втулка 12 фиксируется на валу 10 с помощью штифта 13. Затем на затвор 3 устанавливается крышка 7.
Съемность кулачка 11 вместе со втулкой 12 с кулачкового вала 10 обеспечивает установку его в корпус 1 через минимальные отверстия с кольцевыми уплотнениями 19 без обычно используемых крышек с дополнительными уплотнениями, что существенно снижает габариты корпуса 1. Применение в стыках кулачкового вала 10 с корпусом 1 кольцевых уплотнений 19 с пружинами 20 осевого поджима обеспечивает клапану повышенные надежность и теплостойкость, т.к. упругие свойства таких пружин мало зависят от времени хранения и температуры. Выполнение опоры пружины 4 на кольцевое уплотнение 19 на штоке 18 позволяет ее использовать одновременно для поджима этого кольца и затвора 3, что сокращает число деталей клапана и издержки его производства. Выполнение ручки управления 14 из пружинной проволоки, проходящей через радиальное отверстие 15 на конце кулачкового вала 10, обеспечивает возможность ее поворота вокруг оси этого отверстия на 90° или 180° от вертикального положения, что снижает радиальный габарит клапана. Фиксация ручки 14 в отверстии 15 кулачкового вала 10 осуществляется благодаря тому, что ручка 14 из пружинной проволоки перед монтажом в цилиндрическое отверстие имеет начальный изгиб, который выпрямляется после монтажа и создает силы прижима в зоне контакта, фиксирующие положение ручки. При повороте ручки управления 14 на 180° она дополнительно фиксирует положение позиции «закрыто» кулачкового вала 10 за счет касания своими концами корпуса 1.
Клапан работает следующим образом. В первой позиции (фиг. 1, 3) кулачкового вала 10 его кулачек 11 и ручка управления 14 ориентированы поперек оси корпуса 1. При этом пружина 4 герметично прижимает затвор 3 к своему седлу 2, а ползун 5 - к втулке 12. В случае превышения давления жидкости со стороны седла 2 над давлением со стороны кулачкового вала 10, затвор 3 отжимается от седла 2 и перемещается к кулачку 11 до контакта его упора 16 в ползун 5, обеспечивая пропуск жидкости вокруг затвора 3. В случае обратного перепада давления клапан герметичен, т.к. затвор дополнительно прижимается к седлу, т.е. работает в режиме обратного клапана.
Во второй позиции кулачкового вала 10 (фиг. 5), которую он занимает после поворота ручки управления 14 на 90° так, что кулачек 11 обращен к крышке 7, клапан постоянно открыт, т.к. затвор 3 удерживается кулачком на максимально удаленном от седла 2 расстоянии. При этом плоская вершина 17 кулачка 11 надежно фиксирует кулачковый вал 10, т.к. поворот этого вала в начале его хода сопровождается дополнительным поджимом пружины 4.
В третьей позиции кулачкового вала 10 (фиг. 6), которую он занимает после поворота ручки управления 14 из позиции два на 180°, кулачек 11 через ползун 5, упирающийся в упор 16, поджимает затвор 3 к седлу 2, препятствуя его отжиму даже при перепаде давления на затворе 3 со стороны седла 2. В случае комплектации клапана вторым, оппозитно установленным кулачком и штоком 18 для использования клапана в БРС (фиг. 7) при ориентировании ручки управления 14 и кулачков 11 поперек оси корпуса 1 клапан закрыт за счет поджима затвора 3 к седлу 2 пружиной 4, а его шток 18 не выступает за торец затвора 3 и не открывает затвор 21 пристыкованного клапана 22. При повороте ручки управления 14 на 90° (фиг. 8) один из кулачков 11, упираясь в крышку 7, отводит затвор 3 от седла 2, преодолевая усилие пружины 4. При этом второй кулачек 11 перемещает ползун 5 со штоком 18 за пределы торца корпуса 1 и, упираясь в затвор 21 пристыкованного клапана 22, открывает и этот клапан. При последующем повороте ручки управления на 90° пружина 4 восстанавливает исходное положение затвора 3 и штока 18. Применения клапана в БРС обеспечивает получение минимального объема потери жидкости при расстыковке и возможность перекрывать поток жидкости в состыкованном положении клапанов БРС, т.е. выполнять дополнительную функцию. Из вышеизложенного следует, что предложенная конструкция клапана отличается от прототипа существенно уменьшенными массо-габаритными показателями и издержками производства, повышенными показателями по надежности и термостойкости, а также дополнительными функциями.