РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН
CONTROL VALVE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулирующей трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды, и может быть использовано при разработке прямоточных регулирующих клапанов.
Известен регулирующий клапан, содержащий корпус со смещенными входным и выходным патрубками, помещенную в него гильзу с профильными отверстиями, установленный внутри гильзы с возможностью перемещения полый плунжер с симметрично расположенными отверстиями с перфорированным диском на торце (пат.№2189512, МПК F16K 1/54). Недостатком данного клапана является непродолжительный срок работы запорного элемента вследствие его быстрого износа.
Известен запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с входящим и выходящим патрубками, внутри которого расположен клетковый запорный узел, состоящий из гильзы с двумя рядами отверстий и с седловой поверхностью, внутри которой установлен стаканообразный запорный элемент с продольными отверстиями в верхнем торце, а нижний торец которого имеет поверхность, идентичную поверхности седла. Запорный элемент закреплен на штоке, имеющем привод (Каталог фирмы "РУСТ").
Недостатками данного клапана являются быстрый износ запирающей кромки запорного элемента, небольшой диапазон в регулировании величины расхода транспортируемой среды.
Известен регулирующий клапан, содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками, с установленным внутри него клетковым запорным узлом, состоящим из гильзы, на внутренней стороне которой выполнена опорная уплотнительная поверхность седла и радиальные отверстия, а внутри установлен с возможностью осевого перемещения плунжер, закрепленный на штоке и соединенный с приводом, при этом плунжер выполнен в виде полого цилиндра с идентичными торцевыми поверхностями, соответствующими ответной уплотнительной поверхности седла, и установлен на штоке при помощи гайки и втулок с торцевыми буртами, в которых выполнены продольные каналы, соединяющие полость входного патрубка с полостью над плунжером, расположенных внутри него навстречу друг другу с торцевым зазором, объем пространства, образованного торцами втулок с буртом и внутренней полостью полого цилиндра, не менее объема продольного канала нижней втулки с буртом, при этом верхняя втулка с торцевым буртом опирается своим буртом на торцевую поверхность полого цилиндра, нижняя - на кольцевой выступ, выполненный внутри полого цилиндра и расположенный в центральной его части, кроме того, длина полого цилиндра равна не менее одного хода запорного элемента, а гильза имеет не менее двух рядов радиальных отверстий (Патент РФ№ 2308627, МПК: F16K1/54, F16K 47/04 - прототип).
Указанный клапан работает следующим образом.
Транспортируемая среда поступает во входной патрубок. Во время работы привод перемещает шток с плунжером вверх или вниз. В крайнем нижнем положении плунжера торцевая кромка полого цилиндра плотно прилегает к седловой поверхности. Клапан закрыт, так как наружная поверхность полого цилиндра герметично перекрывает радиальные отверстия. При включении привода шток вместе с плунжером начинает движение вверх, приоткрывая радиальные отверстия в зависимости от заданной величины расхода транспортируемой среды. Величина поднятия плунжера, а следовательно, степень приоткрытия радиальных отверстий определяется величиной расхода транспортируемой среды и отслеживается по линейному позиционному датчику расхода.
Основными недостатками указанного клапана является значительная сложность конструкции, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции, значительные габариты и масса, возможность применения только с одним типом привода и использования только для угловых трубопроводов.
Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и расширение функциональных возможностей регулирующего клапана.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный регулирующий клапан, согласно изобретению, содержит, как минимум, корпус с подводящим и отводящим патрубками и установленным внутри него клетковым запорным узлом, состоящим из гильзы, в стенках которой выполнены преимущественно радиальные отверстия, а на внутренней поверхности - опорная уплотнительная поверхность седла, и плунжера, установленного с возможностью осевого перемещения внутри упомянутой гильзы и взаимодействующего с указанной опорной поверхностью гильзы, при этом гильза выполнена закрытой с одной стороны и установлена в подводящем патрубке клапана, причем подводящий патрубок выполнен с возможностью изменения его конфигурации, предпочтительно, с прямолинейной на угловую и наоборот.
В варианте исполнения, на корпусе плунжера выполнены упоры для обеспечения возможности его возвратно-поступательного перемещения, взаимодействующие с исполнительным механизмом привода клапана.
В варианте исполнения, входной патрубок выполнен с возможностью изменения его конфигурации путем его замены с прямолинейного на угловой и наоборот.
В варианте исполнения, входной патрубок выполнен в виде тройника, предпочтительно Т-образного, установленного таким образом, что выходной конец его прямолинейного участка взаимодействует с корпусом клапана, при этом два других входных конца указанного тройника выполнены с возможностью их поочередного перекрытия, предпочтительно, при помощи заглушки.
В варианте исполнения, исполнительный механизм привода клапана соединен с линейным позиционным датчиком расхода, установленным, предпочтительно, на корпусе клапана.
В варианте исполнения, привод исполнительного механизма клапана выполнен гидравлическим.
В варианте исполнения, привод исполнительного механизма клапана выполнен пневматическим.
В варианте исполнения, привод исполнительного механизма клапана выполнен электрическим.
В варианте исполнения, привод исполнительного механизма клапана выполнен электромагнитным.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан предложенный регулирующий клапан в угловом исполнении, на фиг.2 - предложенный регулирующий клапан в прямоточном исполнении, на фиг.3 - предложенный регулирующий клапан в прямоточно-угловом исполнении, на фиг.4 - поперечный разрез клапана. Штрихпунктирной линией с двумя точками показано расположение элементов, изменяющих свое расположение.
Предложенный регулирующий клапан содержит корпус 1 с подводящим 2 и отводящим патрубками 3, внутри которого установлен клетковый запорный узел 4. Клетковый запорный узел 4 состоит из гильзы 5, в стенках которой выполнены преимущественно радиальные отверстия 6, а на внутренней поверхности - опорная уплотнительная поверхность 7 седла и плунжера 8. Плунжер 8 установлен с возможностью осевого перемещения внутри упомянутой гильзы 5 и взаимодействует одним концом с опорной уплотнительной поверхностью 7 гильзы 5. Гильза 5 выполнена закрытой с одной стороны и установлена в подводящем патрубке 2 клапана.
На плунжере установлены упоры 9, взаимодействующие через кронштейны 10 с приводом 11, установленным снаружи корпуса клапана. Привод, в данном случае, гидравлический, состоит из поршня 12, камеры подачи рабочего тела 13 и пружины 14. В поршне 12 установлен шток 15, связанный с линейным позиционным датчиком расхода 16, размещенным на корпусе клапана. В зависимости от положения штока 15, определяемого, в конечном итоге, расходом транспортируемой среды через клапан, сила тока через линейный позиционный датчик расхода 16 изменяется от 4 до 20 мА.
Подводящий патрубок 2 клапана выполнен с возможностью изменения его конфигурации, предпочтительно, с прямолинейной на угловую и наоборот.
В варианте исполнения, для получения прямоточного регулирующего клапана устанавливается прямой патрубок 17. Для получения углового регулирующего клапана, прямой патрубок 17 снимается и устанавливается угловой патрубок 18.
В варианте исполнения, в качестве подводящего патрубка 2 устанавливается тройник 19, содержащий прямой 20 и угловой 21 входы, которые выполнены с возможностью их поочередного перекрытия при помощи заглушки 22. В этом случае, для получения прямоточного клапана, при помощи заглушки 22 заглушается угловой вход 21, и клапан работает как прямоточный регулирующий клапан.
Для получения, в случае необходимости, углового регулирующего клапана, заглушка 22 снимается с углового входа 21 и устанавливается на прямой вход 20. В этом случае, клапан работает как угловой регулирующий клапан.
Предложенный клапан работает следующим образом.
В зависимости от условий обвязки и работы клапана, на входную часть клапана устанавливается либо прямой патрубок 17, либо угловой патрубок 18, либо тройник 19 с заглушенным прямым 20 или угловым входами 21. Транспортируемая среда поступает во входной патрубок 2 корпуса 1, роль которого могут выполнять либо прямой патрубок 17, либо угловой патрубок 18, либо тройник 19 с заглушенным прямым 20 или угловым входами 21.
В закрытом положении клапана радиальные отверстия 6 перекрыты плунжером 8, который находится в крайнем правом положении под действием пружины 14. В этом положении конец плунжера 8 взаимодействует с опорной уплотнительной поверхностью 7, перекрывая тем самым расход газа, проходящего по кольцевому зазору между внутренней поверхностью гильзы 5 и наружной поверхностью плунжера 8.
При открытии клапана, рабочее тело подается в камеру подачи рабочего тела 13 и начинает воздействовать на поршень 12, который, в свою очередь, смещается вверх и сжимает при этом пружину 14. Один конец кронштейна 10 при этом поднимается вверх, другой - перемещается вправо и смещает плунжер 8 в сторону от радиальных отверстий 6. Конец плунжера 8 отходит от уплотнительной поверхности гильзы 7 и открывает радиальные отверстия 6. Транспортируемая среда начинает поступать через радиальные отверстия 6 внутрь полости плунжера 8 и далее - к выходному патрубку 3. Величина расхода транспортируемой среды через клапан определяется степенью открытия радиальных отверстий 6 и соответствует определенной величине силы тока линейного позиционного датчика расхода 16.
При перемещении поршня 12 вверх/вниз происходит перемещение вверх/вниз штока 15, связанного с линейным позиционным датчиком расхода 16, размещенным на корпусе клапана. По величине силы тока линейного позиционного датчика расхода 16 определяется расход газа через клапан и, при необходимости, производится его регулирование.
Для закрытия клапана давление рабочего тела сбрасывается, при этом давление в камере подачи рабочего тела 13 уменьшается и пружина 14 возвращает поршень 12 в исходное положение. При перемещении поршня 12 вниз один конец кронштейна 10, связанный с приводом, также перемещается вниз, другой конец кронштейна при этом перемещается влево, к подводящему патрубку 2, и перемещает при этом плунжер 8, перекрывая при этом радиальные отверстия 6. После установки входного конца плунжера 8 на опорную уплотнительную поверхность 7 клапан полностью закрывается.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию регулирующего клапана и создать прямоточный регулирующий клапан для прямолинейных участков трубопроводов.