Клапан осесимметричный регулирующий

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для регулирования расхода или давления на нагнетательных трубопроводах, и может быть использована в газовых и нефтяных магистралях при регулировании процессов перекачки жидких и газовых сред под давлением.
Известен антипомпажный клапан осевого потока, содержащий корпус с выходным и выходным патрубками, и размещенный внутри корпуса обтекатель, с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой в виде сепаратора, жестко соединенной с корпусом и выходным патрубком и размещенный в гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего и ведомого штоков расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня (патент RU №103878 U1, МПК F16K 1/12, приоритет от 06.10.2010, опубл. 27.04.2011).
Однако, в процессе эксплуатации данного клапана, в соответствии с техническим регламентом, через определенное время требуется выполнять замену уплотнений в узле поршень сепаратор. Выполняя замену уплотнений необходимо демонтировать сепаратор из обтекателя корпуса, после замены уплотнений сепаратор устанавливается на штатное место. При установке сепаратора в корпус требуется обеспечить его первоначальное положение, однако есть вероятность, что сепаратор установят с радиальным смещением относительно первоначального положения, а допуски изготовления посадочных диаметров и формы посадочных поверхностей из-за измененных зазоров между сепаратором и поршнем относительно первоначальных зазоров до демонтажа сепаратора негативно скажутся на надежной работе клапана
При изменении зазоров в меньшую сторону будет происходить неравномерное распределение усилий в кольцевых уплотнениях, обеспечивающих герметичность затвора в закрытом положении, то есть будет происходить повышенный износ уплотнений и в результате не обеспечится герметичность затвора, а увеличение зазора в большую сторону приведет к преждевременной потере герметичности затвора.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является регулирующий 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 ведомой рейке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы ведущего штока и ведомой рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, кольцевую проточку на внешней поверхности втулки направляющей в месте соединения ее с заглушкой обтекателя, дополнительную кольцевую проточку с установленным в ней неподвижным кольцом из износостойкого материала с низким коэффициентом трения со свойствами подшипника скольжения, выполненную перед сепаратором по ходу движения поршня в теле обтекателя, проходные окна в обтекателе, (заявка №2019100832 U, МПК F16K 1/12, F16K 1/1226 приоритет от 10.01.2019, решение о выдаче патента от 13.06.2019 - наша на проточку №4).
Однако, в процессе эксплуатации данного клапана в соответствии с техническим регламентом через определенное время требуется выполнять замену уплотнений в узле поршень сепаратор. Выполняя замену уплотнений необходимо демонтировать сепаратор из обтекателя корпуса, после замены уплотнений сепаратор устанавливается на штатное место. При установке сепаратора в корпус требуется обеспечить его первоначальное положение, однако есть вероятность, что сепаратор установят с радиальным смещением относительно первоначального положения, а допуски изготовления посадочных диаметров и формы посадочных поверхностей из-за измененных зазоров между сепаратором и поршнем относительно первоначальных зазоров до демонтажа сепаратора негативно скажутся на надежной работе клапана
При изменении зазоров в меньшую сторону будет происходить неравномерное распределение усилий в кольцевых уплотнениях, обеспечивающих герметичность затвора в закрытом положении, то есть будет происходить повышенный износ уплотнений и в результате не обеспечится герметичность затвора, а увеличение зазора в большую сторону приведет к преждевременной потере герметичности затвора.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является повышение надежности конструкции клапана осесимметричного регулирующего.
Техническая проблема решается тем, что 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 ведомой рейке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы ведущего штока и ведомой рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, кольцевую проточку на внешней поверхности втулки направляющей в месте соединения ее с заглушкой обтекателя, дополнительную кольцевую проточку с установленным в ней неподвижным кольцом из износостойкого материала с низким коэффициентом трения со свойствами подшипника скольжения, выполненную перед сепаратором по ходу движения поршня в теле обтекателя, проходные окна в обтекателе, согласно полезной модели, сепаратор и обтекатель неподвижно соединены между собой посредством штифта, установленного в соосных отверстиях в месте сопряжения их поверхностей, с возможностью обеспечения точного радиального положения сепаратора в корпусе, исключения изменения зазоров между поршнем и сепаратором и радиального смещения сепаратора относительно первоначального положения после повторной сборки сепаратора с корпусом.
Неподвижное соединение сепаратора и обтекателя между собой посредством штифта, установленного в соосных отверстиях в месте сопряжения их поверхностей, позволяет определить радиальное положение сепаратора в корпусе, исключает радиальное смещение сепаратора относительно первоначального положения после повторной сборки сепаратора с корпусом, а также исключает вероятность изменения зазоров между поршнем и сепаратором, что позволяет сохранить первоначальные зазоры между сепаратором и поршнем, в результате чего повышается надежность конструкции клапана осесимметричного регулирующего.
Клапан осесимметричный регулирующий поясняется чертежами где:
на фиг. 1 - приведен клапан осесимметричный регулирующий, общий вид, продольный разрез;
на фиг 2 - разрез А-А на фиг. 1, показан один из каналов, выполненный в виде проходных окон в обтекателе;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1, показан штифт в месте сопряжения обтекателя и сепаратора;
на фиг. 4 - вид В на фиг. 1, показана дополнительная кольцевая проточка, выполненная в теле обтекателя перед сепаратором по ходу движения поршня с установленным в ней неподвижно кольцом из износостойкого материала с низким коэффициентом трения со свойствами подшипника скольжения.
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 - ведущий шток косозубого зацепления
14 - косозубое зацепление
15 - ведомая рейка косозубого зацепления
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
30 - кольцевая проточка
31 - кольцо - подшипник скольжения
32 - манжета
33 - манжета
34 - вставка
35 - винты
36 - кольцевая проточка
37 - кольцо-подшипник скольжения
38 - штифт
Клапан осесимметричный регулирующий 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 ведущий шток 13, взаимодействующий посредством косозубого зацепления 14, с ведомой рейкой 15. 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 ведущий шток 13. В горизонтальном отверстии 18 расположена ведомая 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 ведомой 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. 2). 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. Для обеспечения двухсторонней герметичности клапана в закрытом положении на внутренней поверхности выходной части обтекателя 4, соединенного с сепаратором 6 перед радиальными отверстиями 7, выполнена кольцевая проточка 30 (фиг. 3). В проточке 30 установлено кольцо - подшипник скольжения 31, обладающего низким коэффициентом трения. Манжеты 32 и 33 установлены противоположно друг другу по обе стороны от кольца - подшипника скольжения 31. Кольцо - подшипник скольжения 31 центрирует поршень 10 относительно оси движения, снижает воспринимаемую манжетами 32 и 33 нагрузку и за счет низкого коэффициента трения уменьшает усилия, необходимые для перемещения поршня 10. В сепараторе 6 по ходу движения поршня 10 установлены вставки 34 из материала с низким коэффициентом трения. Вставки 34 поджаты винтами 35 (фиг. 3). Вставки 34 с низким коэффициентом трения обеспечивают выравнивание оси поршня 10, что способствует равномерному распределению нагрузок на уплотнения и подшипники-скольжения. Для более равномерного распределения нагрузок на уплотнения и подшипники вставки 34 расположены через каждые 15% по ходу движения поршня 10 и по диаметру через каждые 60 градусов.
По ходу движения поршня 10 перед сепаратором 6 в теле обтекателя 4 корпуса 1 выполнена дополнительная кольцевая проточка 36, в которой расположено неподвижно кольцо 37, выполненное из износостойкого материала с низким коэффициентом трения (фиг. 4) со свойствами подшипника скольжения, для обеспечения центрирования поршня 10 относительно оси его движения. Сепаратор 6 и обтекатель 4 корпуса 1 неподвижно соединены между собой посредством штифта 38. Штифт 38 установлен в выполненных соосных отверстиях в месте сопряжения поверхностей сепаратора 6 и обтекателя 4. Установка штифта 38 определяет точное радиальное положение сепаратора 6 в корпусе 1, исключает вероятность изменения зазоров между поршнем 10 и сепаратором 6, а также исключает радиальное смещение сепаратора 6 относительно первоначального положения после повторной сборки сепаратора 6 с корпусом 1.
Работает клапан следующим образом.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через отверстия 7 сепаратора 6 поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 10 посредством ведомой рейки 15 и ведущего 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.
Открывание клапана производится приводом, задающим движение ведущему штоку 13, соединенному посредством косозубого зацепления 14 с ведомой 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 отверстии 18 втулки направляющей 16, сформированного для торца ведомой 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.
Двухсторонняя герметичность клапана в закрытом положении поршня 10 обеспечивается уплотнительным узлом, состоящим из кольца-подшипника скольжения 31 и манжет 32, 33.
Кольцо 37 со свойствами подшипника скольжения, установленное по ходу движения поршня перед сепаратором 6 в теле обтекателя 4 в кольцевой проточке 36, служит в качестве центрирующего органа поршня 10 относительно корпуса 1 при перемещении поршня 10 из положения «закрыто» в положение «открыто». Кольцо-подшипник скольжения 37 обеспечивает разгрузку усилий с манжет 32 и 33, тем самым уменьшает их износ.
Таким образом, результатом усовершенствования конструкции клапана осесимметричного регулирующего является повышение надежности и долговечности конструкции клапана.