Регулирующий клапан осевого потока

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к регулирующим клапанам, предназначенным для регулирования расхода потока рабочей среды на нагнетательных трубопроводах, и может быть использована на газовых и нефтяных магистралях высокого давления.
Известен регулирующий осесимметричный клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды (Патент RU №191873 U1, МПК F16K 1/12, F16K 1/226, F16K 47/08, приоритет от 10.01.2019, опубл. 26.08.2019).
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели является клапан осесимметричный регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды (Патент RU №196436 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/14, приоритет от 09.09.2019, опубл. 28.02.2020).
Недостатком известных конструкций является то, что при сборке реечной пары клапанов существует возможность выполнения сборки с отклонением от проекта. Это связано с тем, что все зубья и ответные впадины рейки и штока клапана выполнены одинаковой ширины и при сборке могут входить в зацепление в произвольном положении друг относительно друга.
Неправильная сборка влечет за собой:
- снижение пропускной способности клапана - работа на неполный ход;
- невозможность соединения муфты исполнительного механизма с вертикальным штоком клапана из-за нарушения величины вылета штока;
- нарушение алгоритма работы исполнительного механизма (привода), а именно снижение точности регулирования клапана.
Технической проблемой (задачей), на решение которой направлена полезная модель, является сохранение пропускной способности работы клапана за счет правильной сборки реечной пары путем увеличения ширины первой впадины рейки и первого зуба штока.
Для решения поставленной технической проблемы регулирующий клапан осевого потока содержит корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, согласно полезной модели первая впадина на рейке, расположенная со стороны крепления поршня, и взаимодействующий с ней ответный первый зуб на штоке, расположенный со стороны, противоположной резьбовому концу штока, выполнены шире остальных впадин на рейке и зубьев на штоке не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм соответственно.
Изменение конструкции штока и рейки, а именно выполнение первой впадины на рейке, расположенной со стороны крепления поршня, шире остальных впадин не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм, и взаимодействующий с ней ответный первый зуб на штоке, расположенный со стороны, противоположной резьбовому концу штока, шире остальных зубьев не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм, обеспечивает исключение работы клапана на неполный ход и, как следствие, исключение работы клапана на неполную проектную пропускную способность в связи с неправильной сборкой реечной пары. В результате исключения негативных последствий неправильной сборки клапана сохраняется пропускная способность клапана - работа на полный ход, восстанавливается алгоритм работы привода, повышается точность регулирования клапана.
При увеличении ширины зуба на штоке или впадины на рейке менее 0,2 мм существует вероятность неправильной сборки реечной пары. При увеличении ширины зуба на штоке и впадины на рейке более 5 мм уменьшится рабочий ход клапана или увеличатся габариты корпуса из-за увеличения «мертвого» хода.
Регулирующий клапан осевого потока поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 приведен общий вид регулирующего клапана осевого потока;
на фиг. 2 - вид I на фиг. 1, показан первый зуб, расположенный на штоке со стороны, противоположной резьбовому концу штока, выполненный шире остальных зубьев не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм;
на фиг. 3 - вид II на фиг. 1, показана первая впадина, расположенная на рейке со стороны крепления поршня, выполненная шире остальных впадин не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм;
на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1, показан один из каналов, выполненный в виде проходных окон в обтекателе;
на фиг. 5 - зуб большей ширины штока входит в первую впадину большей ширины рейки и торец «Б» штока упирается в торец «В» рейки.
На чертежах позициями обозначены:
1 - корпус
2 - входной патрубок
3 - выходной патрубок
4 - обтекатель
5 - проходной кольцевой канал
6 - сепаратор
7 - радиальные отверстия в сепараторе
8 - седло
9 - втулка прижимная
10 - поршень
11 - полость поршня
12 - отверстия в торце поршня
13 - шток
14 - косозубое зацепление
15 - рейка
16 - втулка направляющая
17 - вертикальное отверстие во втулке направляющей
18 - горизонтальное отверстие во втулке направляющей
19 - отверстие в корпусе
20 - подвижное уплотнение
21 - неподвижное уплотнение
22 - полость косозубого зацепления
23 - уплотнительный элемент
24 - уплотнительный элемент
25 - заглушка обтекателя
26 - уплотнение
27 - канал в виде кольцевой проточки
28 - проходные окна
29 - сальниковый узел
Регулирующий клапан осевого потока содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и обтекатель 4, формирующие проходной кольцевой канал 5 (фиг. 1). На выходе из канала 5 установлен сепаратор 6 с радиальными отверстиями 7. Сепаратор 6 закреплен седлом 8 и втулкой прижимной 9 в выходном патрубке 3. Внутри сепаратора 6 с возможностью осевого перемещения установлен поршень 10. Полость 11 поршня 10 сообщается с полостью выходного патрубка 3 посредством отверстий 12, выполненных в торце поршня 10. Механизм перемещения поршня 10 выполнен в виде реечного механизма и содержит шток 13, взаимодействующий посредством косозубого зацепления 14, с рейкой 15. На рейке 15 первая впадина, расположенная со стороны крепления поршня 10, а на штоке 13 взаимодействующий с ней ответный первый зуб, расположенный со стороны, противоположной резьбовому концу штока 13, выполнены шире остальных впадин на рейке и зубьев на штоке, соответственно, не менее чем на 0,2 мм, но не более чем на 5 мм (фиг. 2, 3). Перемещение рейки 15 ограничено втулкой направляющей 16, зафиксированной в полости обтекателя 4. Во втулке направляющей 16 выполнены два взаимно перпендикулярных отверстия 17 и 18. Вертикальное отверстие 17 выполнено соосно отверстию 19, выполненному в корпусе 1, в них расположен шток 13. В горизонтальном отверстии 18 расположена рейка 15. Отверстие 18 между подвижным уплотнением 20 и неподвижным уплотнением 21 и отверстия 17 и 19 образуют полость 22 косозубого зацепления 14. Полость 22 изолирована уплотнительными элементами 23 и 24 от давления рабочей среды. Отверстие 18 во втулке направляющей 16 со стороны свободного торца рейки 15 изолировано от полости входного патрубка 2 заглушкой 25, установленной в обтекателе 4 с уплотнением 26, и соединено с полостью 11 поршня 10 двумя каналами 27 и 28 (фиг. 4). Один канал 27 выполнен в виде кольцевой проточки на внешней поверхности втулки направляющей 16 в месте соединения ее с заглушкой 25 обтекателя 4. Другой канал выполнен в виде проходных окон 28 в обтекателе 4. Канал 27 и проходные окна 28 служат для увеличения проходного сечения и перетока среды в большом объеме из внутреннего пространства втулки направляющей 16 и полости заглушки 25 в полость 11 поршня 10, а также для снижения массы корпуса 1 клапана. Для герметичности полости 22 косозубого зацепления 14 относительно внешней среды в корпусе 1 сверху отверстия 19 расположен сальниковый узел 29.
Работает клапан следующим образом.
В корпус 1 устанавливают втулку направляющую 16 и рейку 15 таким образом, чтобы торец «В» рейки находился в правой части горизонтального отверстия втулки направляющей 16 (ближе к выходному патрубку 3 клапана). Плоскость зубьев рейки 15 при этом должна располагаться вертикально или иметь небольшой наклон по часовой стрелке при взгляде на выходной патрубок 3 клапана. О правильности установки рейки 15 будет свидетельствовать отсутствие видимости торца «В» рейки 15 при визуальном контроле через вертикальное отверстие корпуса 1 и втулки направляющей 16. При взгляде в вертикальное отверстие корпуса 1 и втулки направляющей 16 должна быть видна только плоскость зубьев рейки 15, установленная вертикально или с небольшим наклоном по часовой стрелке при взгляде на выходной патрубок 3 клапана. Далее в вертикальное отверстие корпуса 1 и втулки направляющей 16 плавно опускают шток 13 плоской площадкой «А» вниз. Плоскость зубьев штока 13 должна быть обращена в сторону плоскости зубьев рейки 15 навстречу друг другу. Достигнув определенной глубины погружения в вертикальное отверстие корпуса 1 и втулки направляющей 16, плоскость «А» площадки штока 13 поворачивает плоскость зубьев рейки 15 в строго вертикальное положение. При дальнейшем погружении штока 13 в отверстие корпуса 1 и втулки направляющей 16 торцы первых зубьев штока 13 упираются в верхние торцы зубьев рейки 15. Далее приподнимают вертикальный шток 13 на 2-7 мм вверх (фиг. 5), для исключения повреждения зубьев штока 13 и рейки 15 друг об друга, и плавно толкают рейку 15 вглубь корпуса 1 клапана со стороны выходного патрубка 3. При движении рейки 15 вглубь корпуса 1 клапана торец «В» рейки 15 упрется в торец «Б» штока 13 (фиг. 5). В этом положении первый зуб штока 13 и первая впадина рейки 15 будут находиться максимально строго друг под другом. Далее плавно опускают шток 13 вниз и первый зуб штока 13 должен войти в первую впадину рейки 15. При этом, учитывая неточность при изготовлении рейки 15 и штока 13, допускается совершать плавное вращение и возвратно-поступательное движение рейки 15 после достижения упоров «Б» штока 13 и «В» рейки 15 для попадания первого зуба в первую впадину. После сборки рейки 15 со штоком 13 дополнительная проверка размеров их вылетов не требуется.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через радиальные отверстия 7 сепаратора 6, поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана) поршень 10 посредством рейки 15 и штока 13 косозубого зацепления 14 смещается приводом в правое положение, перекрывая отверстия 7 сепаратора 6. Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 7 в сепараторе 6. При полностью перекрытых отверстиях сепаратора клапан закрыт.
Открытие клапана производится приводом, задающим движение штоку 13, соединенному посредством косозубого зацепления 14 с рейкой 15, который перемещает в левое положение поршень 10. При этом давление рабочей среды в полости 11 поршня 10 равно давлению в выходном патрубке 3 за счет наличия отверстий 12 в торце поршня 10, сообщающих указанные полости. Поршень 10 полностью разгружен.
Давление рабочей среды в горизонтальном отверстии 18 втулки направляющей 16, сформированного для торца рейки 15, равно давлению в полости 11 поршня 10 за счет наличия каналов 27 и канала 5 обтекателя 4, сообщающих указанные полости, а, значит, и давлению в полости выходного патрубка 3. Шток 13 полностью разгружен.
Полость 22 косозубого зацепления 14 изолирована от давления рабочей среды посредством уплотнительных элементов 20, 21, 23, 24, благодаря чему на торец ведущего штока 13 не действует усилие от давления рабочей среды при перемещении поршня 10, а относительно внешней среды герметичность полости 22 косозубого зацепления 14 обеспечивается уплотняющим сальниковым узлом 29.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения исключает возможность работы клапана на неполный ход в связи с неправильной сборкой реечной пары и, как следствие, сохраняет проектную (полную) пропускную способность клапана.