КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в качестве запорных устройств в трубопроводах, работающих с потенциально опасной средой высоких параметров, например, в атомных энергетических установках.
Известна конструкция клапана, описанная в книге «Арматура ядерных энергетических установок» авторов Гуревич Д.Ф., Ширяев В.В. и др., с. 74, рис. 3.26, Атомиздат, 1978), содержащая корпус с входным и выходным патрубками, сильфонную сборку, узел уплотнения, крышку и шток, соединенный с приводом.
Недостатками данного клапана является то, что золотник имеет центрирование относительно уплотнительного седла корпуса в виде направляющих ребер, размещенных в проходном сечении клапана, что уменьшает проходное сечение клапана, а, тем самым, ухудшает его гидравлические характеристики. Кроме того, направляющие ребра снижают жесткость золотника, ухудшая вибрационные (динамические) параметры, а последовательное расположение конца штока и направляющих элементов золотника увеличивает габаритные размеры клапана.
Также известны конструкции клапана (см., например, книгу «Арматура ядерных энергетических установок» авторы Гуревич Д.Ф., Ширяев В.В. и др., с. 75, рис. 3.27, Ленинград, Атомиздат, 1978 г. и патент на изобретение RU №2447346 от 25.11.2010, F16K 3/24, F16K 39/04), содержащие корпус с входным и выходным патрубками, сильфонную сборку, узел уплотнения, включающий в себя золотник и уплотнительное седло корпуса, крышку и шток, соединенный с приводом.
К их недостаткам можно отнести то, что золотник центрируется относительно уплотнительного седла корпуса без центрирования штока относительно корпуса, кроме того, центрирование золотника выполняется через дополнительные корпусные элементы, что снижает герметичность узла уплотнения.
Кроме того, известен клапан (см. книгу «Арматура ядерных энергетических установок» авторов Гуревич Д.Ф., Ширяев В.В. и др., с. 156, рис. 7.4, Атомиздат, 1978), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, сильфонную сборку, узел уплотнения, включающий в себя золотник и уплотнительное седло корпуса, крышку и шток, соединенный с приводом, в котором относительно корпуса центрируется шток, а на нем жестко закреплен запорный орган (золотник) без его самостоятельного центрирования относительно корпуса и без возможности самоустановки относительно уплотнительного седла корпуса. Данное устройство, по большинству общих признаков и решаемой задаче, принято за прототип.
Недостатком конструкции данного клапана, является то, что не обеспечивается самостоятельное центрирование золотника относительно корпуса, поэтому смещение штока от оси при его перемещении и угловой перекос его ведет к снижению герметичности узла уплотнения.
Технической задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции клапана с раздельным центрированием штока и золотника относительно корпуса с возможностью самоустановки золотника в осевом направлении и размещениям элементов центрирования штока внутри полого цилиндра золотника.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в повышении надежности клапана путем увеличения степени герметичности узла уплотнения.
Задача решается тем, что в клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, сильфом, узел уплотнения, включающий в себя золотник и уплотнительное седло корпуса, крышку и шток, соединенный с приводом, золотник выполнен в виде полого цилиндра с направляющей обечайкой, во внутренней полости которой размещен выходной конец штока, на котором жестко закреплена упорная втулка, герметично соединенная с концевой втулкой, снабженной направляющим элементом, выполненным в виде цилиндрической обечайки с фланцевым буртом, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса, причем внутренняя поверхность цилиндрической обечайки герметично соединена с нижним концом сильфона.
Фланцевый бурт цилиндрической обечайки выполнен со сферической направляющей.
Наружный диаметр цилиндрической обечайки меньше внутреннего диаметра направляющей обечайки золотника, а наружный диаметр фланцевого бурта соответствует внутреннему диаметру корпуса и наружному диаметру направляющей обечайки золотника.
Соединение упорной втулки с концевой втулкой выполнено резьбовым и герметизировано сварным швом-усом. Торец упорной втулки выполнен сферическим, а внутренний торец полого цилиндра - плоским, причем торцы наплавлены твердым сплавом. Направляющая поверхность фланцевого бурта также наплавлена твердым сплавом.
Сущность технического решения поясняется чертежом.
На фигуре показан клапан, общий вид.
Клапан содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками (не обозначены), сильфон 2, узел уплотнения, включающий в себя золотник 3 с уплотнительным пояском 4 и уплотнительное седло 5 корпуса 1, крышку 6 и шток 7, соединенный с приводом (не обозначен). Уплотнительные поверхности пояска 4 и седла 5 могут быть выполнены как плоскими, так и конусными.
Золотник 3 выполнен в виде полого цилиндра с направляющей обечайкой 8, обеспечивающей центрирование золотника 3 относительно корпуса 1. Во внутренней полости золотника 3 размещен выходной конец штока 7, на который навернута упорная втулка 9, имеющая головку 10 со сферическим торцом 11, контактирующим с плоским торцом 12 во внутренней полости золотника 3. Сферический торец 11 головки 10 и плоский торец 12 золотника 3 наплавлены твердым сплавом. Золотник 3 свободно подвешен на штоке 7.
Сильфон 2 соединен своим нижним концом с внутренней поверхностью цилиндрической обечайки 13 концевой втулки 14, что способствует исключению влияния штока 7 на самоустановку золотника 3. Концевая втулка 14 соединена с упорной втулкой 9 штока 7 резьбовым соединением, герметизированным сварным швом-усом 15.
Фланцевый бурт 16 выполнен со сферической направляющей для исключения задирания или защемления при перемещении штока 7.
Наружный диаметр цилиндрической обечайки 13 меньше внутреннего диаметра направляющей обечайки 8, а наружный диаметр фланцевого бурта 16 соответствует внутреннему диаметру корпуса 1 и наружному диаметру направляющей обечайки 8.
Направляющая обечайка 8 золотника 3 и уплотнительное седло 5 корпуса 1 центрируются каждый непосредственно относительно внутренней поверхности корпуса 1, что обеспечивает точность посадки уплотнительного пояска 4 золотника 3 на уплотнительное седло 5 корпуса 1. Шток 7 посредством фланцевого бурта 16 также центрируется относительно внутренней поверхности корпуса 1 независимо от центрирования золотника 3 и не влияет на его центрирование.
Диаметр наружной поверхности цилиндрической обечайки 13 концевой втулки 14 меньше внутреннего диаметра направляющей обечайки 8 золотника 3 на гарантированную величину зазора, исключающего влияние возможных смещения и углового перекоса штока 7 при его перемещении на установку уплотнительного пояска 4 золотника 3 на уплотнительное седло 5 корпуса 1.
Наличие зазора между рабочими поверхностями направляющих элементов штока 7 и золотника 3 и передача усилия привода на золотник 3 через сферический торец 11 упорной втулки 9 штока 7 обеспечивает возможность самоустановки уплотнительного пояска 4 золотника 3 по уплотнительному седлу 5.
Таким образом, такая самоустановка уплотнительных поверхностей пояска 4 золотника 3 и седла 5 корпуса 1 и раздельное центрирование центрирование штока 7 и золотника 3 относительно седла 5 корпуса 1 обеспечиваемая золотником 3 - гарантированное сведение уплотнительных поверхностей пояска 4 золотника 3 седла 5 корпуса 1 до полного соприкосновения их по окружности проходного сечения клапана.
Клапан работает следующим образом.
Шток 7 при управлении от привода перемещается вниз или вверх и при этом воздействует на золотник 3, который закрывает или открывает проходное сечение клапана.
При перемещении шток 7 центрируется относительно внутренней поверхности корпуса 1 с помощью сферической поверхности фланцевого бурта 16 цилиндрической обечайки 13 и не оказывает влияния на центрирование золотника 3 относительно уплотнительного седла 5 корпуса 1.
Передача усилия уплотнения от штока 7 на плоский торец 12 во внутренней полости золотника 3 происходит через сферический торец 11 головки 10 упорной втулки 9, что также способствует самоустановке золотника 3.
Клапан после передачи усилия уплотнения от привода через шток 7 на золотник 3 герметичен по узлу уплотнения: уплотнительный поясок 4 золотника 3 - уплотнительное седло 5 корпуса 1.
При открывании проходного сечения клапана шток 7 перемещается вверх, сжимая сильфон и поднимая золотник 3. Клапан открыт.
Таким образом, создание конструкции клапана, имеющего раздельное центрирование штока и золотника относительно корпуса с расположением упорной втулки и концевой втулки, снабженной направляющим фланцевым буртом, во внутренней полости золотника с возможностью самоустановки золотника в осевом направлении и передачей усилия от привода через сферический торец упорной втулки штока, позволяет повысить надежность клапана путем увеличения степени герметичности узла уплотнения клапана.