КЛАПАН ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области автоматики и может быть использована для управления потоками текучих сред (в том числе и агрессивные жидкости).
Известен клапан сильфонный (патент РФ №2250404, МПК F16К 1/50, опубликован 20.04.2005 Бюл. №11), содержащий корпус, запорный орган и шток, герметизированный сильфоном, который соединен с корпусом сильфонной втулкой, имеющей одинаковые по длине продолговатые отверстия, вытянутые вдоль оси штока. В штоке перпендикулярно его оси установлен штифт, концы которого входят в эти отверстия. Продолговатые отверстия выполнены в виде пазов и расположены со стороны нижнего торца сильфонной втулки, которая охватывает сильфон и место соединения штока с запорным органом, смещенное ниже уровня сильфона на длину этих продолговатых пазов. Верхние стенки продолговатых пазов ограничивают рабочий ход клапана в положении «открыто», а штифт установлен под углом 90° к оси патрубков клапана сильфонного в отверстия в запорном органе и совмещенное с ними отверстия в штоке. Отверстие в штоке выполнено вытянутым в направлении сильфона вдоль оси штока так, что образует при нахождении в нем штифта гарантированный зазор.
Известен запорно-регулирующий клапан осевого типа (патент РФ №149554, МПК F16K 21/100, опубликован 10.01.2015, Бюл. №1), включающий корпус с входным и выходным патрубками, запорный механизм, установленный в корпусе между входным и выходным патрубками с возможностью перекрытия проходного сечения трубопровода и выполненный в виде неподвижного седла и золотника. Золотник закреплен на штоке, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно седла, а также средства для крепления корпуса и привода клапана. Запорный механизм дополнительно снабжен средством для компенсации линейных изменений размеров штока при изменении температуры рабочей среды.
Недостатком вышеописанных решений является то, что при эксплуатации изделий неизбежно возникают застойные зоны, в которых скапливается определенный объем протекающей через клапан жидкости. Следовательно, становится невозможным эксплуатация подобных клапанов с агрессивными жидкостями, а так же в режимах, предусматривающих дозирование и прокачку через них жидкостей с различными физико-химическими характеристиками (при эксплуатации в подобных режимах прокачиваемая жидкость неизбежно контактирует и смешивается с жидкостью, оставшейся в застойной зоне). Возникновение подобных зон отрицательно сказывается на долговечности и надежности конструкции, особенно при эксплуатации клапанов с агрессивными жидкостями, а так же снижает чистоту прокачиваемых жидкостей при попеременной прокачке жидкостей с различными свойствами.
Наиболее близким к заявляемому решению является клапан прямого действия (патент РФ на полезную модель №144436, МПК F16К 1/12, опубликован 28.03.2014 Бюл. №23), содержащий корпус клапана с входным и выходным патрубками, сообщающимися между собой через проходное отверстие, рабочий орган, перекрывающий проход через проходное отверстие, и привод рабочего органа, перемещающий рабочий орган вдоль оси проходного отверстия. Рабочий орган клапана выполнен в виде прямолинейного короба, продольная ось которого совмещена с осью проходного отверстия. Площадь его поперечного сечения больше площади этого отверстия. Один конец короба направлен в сторону проходного отверстия, а другой конец короба размещен с герметизирующим уплотнением и возможностью продольного перемещения в неподвижном глухом колодце корпуса клапана, заглушающим торец этого конца короба. Привод рабочего органа клапана выполнен в виде прикрепленного к коробу с помощью упругих спиц постоянного магнита, имеющего возможность свободного перемещения вдоль оси проходного отверстия клапана в воздушном зазоре между полюсами магнитопровода с катушкой электромагнитной системы, управляемой для переключения клапана разнополярными импульсами.
Недостатком данного решения является несовершенная конструкция клапана, вследствие чего в нем в процессе его работы образуются застойные зоны, так же можно отметить полностью электромагнитное управление процессом, что снижает надежность использования клапана в агрессивной атмосфере (ионизирующее излучение).
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности клапана и возможность работы в агрессивных средах без образования застойных зон.
При использовании полезной модели достигается следующий технический результат:
- за счет исключения застойных зон повышается надежность работы клапана, в том числе и в агрессивных средах.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется клапан прямого действия, содержащий корпус клапана с входным и выходным патрубкам, запорный орган, перемещающийся вдоль оси и привод запорного органа. Запорный орган выполнен в виде штока, на котором установлены сильфоны перед входным и выходным патрубками. Часть штока, расположенная между сильфонами, выполнена полой и сообщена с внутренними полостями сильфонов. При этом торец сильфона, установленного у входного патрубка, жестко закреплен на внутренней поверхности корпуса с возможностью сообщения внутренней полости сильфона с входным патрубком, а другой торец - на подвижном штоке. Привод запорного органа выполнен в виде кольцевого упора и пружины с опорным элементом, расположенных на внешней поверхности корпуса. Кольцевой упор жестко закреплен шпильками к кольцу, расположенному на внешней поверхности полой части штока.
За счет конструктивных особенностей предложенного клапана осуществляется решение ряда технических проблем, что позволяет достичь технический результат.
Из-за последовательного расположения входного патрубка, запорного органа и выходного патрубка ток рабочей среды в клапане осуществляется только в одном направлении (сверху-вниз), что обеспечивает полный сток рабочей среды из полостей клапана. Следовательно, отсутствует риск образования застойных зон, в которых может скапливаться рабочая среда.
Предлагаемый клапан прямого действия за счет конструкции привода запорного органа и подбора материалов входного патрубка и запорного органа обладает свойством самозапирания и обладает высокой точностью дозирования при использовании в качестве стороннего нажимного устройства механического изделия, исключая прямое воздействие человека.
За счет подобранных материалов (коррозионностойкие легированные стали различных марок) и достижения отсутствия застойных зон достигается высокая стойкость и работоспособность клапана при работе с агрессивными жидкостями в агрессивных средах (ионизирующее излучение).
Запорный орган не имеет жесткой связи с элементами корпуса клапана, входным и выходным патрубками. За счет этого, а также за счет подбора материалов (входной патрубок выполнен из более мягкого материала) данный клапан обладает свойством самозапирания проходного отверстия входного патрубка, что исключает возникновение протечек.
Совокупность этих признаков обеспечивает нам повышение надежности заявляемого клапана прямого действия.
На фиг. 1 представлена схема заявляемого клапана прямого действия в разрезе.
На фиг. 2 представлен общий вид заявляемого клапана прямого действия.
На фиг. 3 представлены разрезы клапана в различных плоскостях.
На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 приняты следующие обозначения:
1 - входной патрубок, 2 - шток запорного органа, 3, 4 - сильфон, 5 - запорный орган, 6 - корпус клапана, 7 - выходной патрубок, 8 - кольцо, 9 - винт, 10 - шпилька, 11 - кольцевой упор, 12 - пружина, 13 - опорный элемент.
Проходное отверстие входного патрубка 1 перекрыто штоком запорного органа 2. За счет сильфонов 3 и 4 запорный орган 5 связан с корпусом клапана 6 и выходным патрубком 7. На проточке запорного органа 5 из двух полуколец смонтировано кольцо 8, закрепленное винтами 9. Данное кольцо 8 является частью привода запорного органа 5. С помощью шпилек 10 кольцо 8 соединено с кольцевым упором 11, опирающимся на пружину 12, которая в свою очередь находится в сжатом положении между опорным элементом 13 и кольцевым упором 11. Таким образом, сжатая пружина 12, через кольцевой упор 11 оказывает усилие на запорный орган 5, вследствие чего клапан находится в запертом положении.
На кольцевой упор 11 оказывается усилие со стороны управляющей системы, за счет чего происходит перемещение кольцевого упора 11 вниз и сжатие пружины 12. За счет связи кольцевого упора 11 и запорного органа 5 с помощью шпилек 10 и кольца 8 происходит перемещение запорного органа 5 вслед за кольцевым упором 11, вследствие чего размыкается контакт между входным патрубком 1 и штоком запорного органа 11. В образовавшуюся полость попадает рабочая жидкость, и по проточкам на штоке запорного органа 2 происходит ток рабочей жидкости в пространстве между штоком запорного органа 2 и входного патрубка 1. Далее жидкость попадает во внутреннюю полость, образуемую сильфоном 3 и запорным органом 5, после чего по конусообразному выступу стекает через проточки во внутреннюю полость запорного органа 5, и далее, через внутреннюю полость сильфона 4 во внутреннюю полость выходного патрубка 7. После протока необходимого количества жидкости снимается усилие с кольцевого упора 11. Из-за отсутствия сдерживающего усилия пружина 12 начинает разжиматься, приводя в движение кольцевой упор 11, который в свою очередь приводит в движение запорный орган 5, который возвращается в исходное положение, запирая проходное отверстие входного патрубка 1.
Был разработан опытный образец, в качестве материала запорного органа была использована сталь 30X13 ГОСТ 5949-75, в качестве материала пружины привода. Проволока С2А-5 ГОСТ 14963-78, остальные детали изготовляются из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Создан испытательный макет для определения оптимальной пары материалов в сопряжении выходного патрубка и запорного органа и угла среза фаски на штоке запорного органа.
В результате работ по разработке конструкции и моделированию была предложена конструкция нового радиационностойкого клапана. За счет ряда конструктивных особенностей клапан обладает следующими особенностями:
- отсутствие протечек (за счет отсутствия жесткой связи между запорным органом и входным патрубком, а также подбора материалов этих деталей);
- отсутствие застойных зон (за счет однонаправленного тока рабочей жидкости);
- отсутствие застойных зон позволяет работать в агрессивных средах.