ОСЕВОЙ АНТИПОМПАЖНЫЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов с большим давлением и с высокой температурой.
Известен антипомпажный клапан осевого потока (пат РФ №103878, МПК F16K 1/12, опубл. 27.04.2014 г.), состоящий из корпуса, состоящего из жестко соединенных между собой наружной части корпуса с седлом и внутренней перфорированной отверстиями части корпуса, расположенной осесимметрично с наружной частью, пружинного аккумулятора, имеющего рабочую полость и содержащего поршень, разгруженный плунжер, встроенный во внутреннюю часть корпуса и привод перемещения плунжера. Привод выполнен в виде гидроцилиндра, содержащего поршень, шток и фланец со встроенным дросселем торможения, размещенным во внутренней части корпуса, и имеющего замкнутую автономную гидросистему питания, состоящую из емкости с невзрывопожароопасной рабочей жидкостью, насоса высокого давления, обратного клапана и двух распределителей, установленных последовательно, ручного насоса, подключенного одной стороной между обратным клапаном и двумя распределителями, а другой стороной - к емкости с невзрывопожароопасной рабочей жидкостью, распределителя, подключенного одной стороной к рабочей полости пружинного аккумулятора, а другой стороной - между обратным клапаном и двумя последовательно соединенными распределителями. Гидроцилиндр соединен через канал, выполненный в наружном корпусе клапана, и трубопровод с рабочей полостью пружинного аккумулятора, а через второй канал - с автономной гидросистемой питания. В рабочей полости пружинного аккумулятора установлен датчик линейного перемещения поршня пружинного аккумулятора.
Причиной, препятствующей достижению технического результата является низкая надежность и долговечность, обусловленные недостаточной герметичностью подвижного соединения плунжер-корпус-седло и быстрым износом седла.
Признаки, общие с предлагаемым осевым регулирующим клапаном:
корпус, размещенная внутри корпуса перфорированная отверстиями цилиндрическая часть, и размещенный в цилиндрической части с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический плунжер (поршень) с разгрузочными каналами на торце, закрепленный на ведомом штоке.
Отличительные признаки:
перфорированная отверстиями цилиндрическая гильза, жестко соединенная с корпусом и выходным патрубком, цилиндрический поршень закреплен на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, 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, полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня, на внешней поверхности цилиндрического поршня выполнена кольцевая проточка, на внутренней части цилиндрической гильзы с каждой стороны от перфорированных отверстий выполнены кольцевые канавки с установленными в них комбинированными уплотнителями, одна кольцевая канавка образована проточками, выполненными в торцевых стыках цилиндрической гильзы и выходного патрубка.
Известен клапан осевого типа (пат. РФ №2241883 МПК F16K 1/12, опубл. 10.12.2004 г.), состоящий из жестко соединенных между собой наружного корпуса с седлом и внутреннего корпуса, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительной поверхностью и механизмом его осевого перемещения, установленные во внутреннем корпусе. На плунжере установлен сварной металлический сильфон, один конец которого герметично соединен с ним, а другой конец герметично соединен с внутренним корпусом, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу против направления движения рабочей среды.
Причиной, препятствующей достижению технического результата является низкая надежность и долговечность, обусловленные недостаточной герметичностью подвижного соединения уплотнительный слой плунжера - седло, связанной с неплотным примыканием плунжера и седла вследствие их несоосности, возникновения люфтов и быстрым износом уплотнителя.
Признаки, общие с предлагаемым осевым регулирующим клапаном:
- корпус и размещенный внутри него внутренний корпус (обтекатель), цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом.
Отличительные признаки:
- перфорированная отверстиями цилиндрической гильза, жестко соединенная с корпусом и выходным патрубком, 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, полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня, на внешней поверхности цилиндрического поршня выполнена кольцевая проточка, а на внутренней части цилиндрической гильзы с каждой стороны от перфорированных отверстий выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка с установленными в ней комбинированными уплотнителями, одна кольцевая канавка образована проточками, выполненными в торцевых стыках цилиндрической гильзы и выходного патрубка.
Известен конический дроссельный клапан, (пат РФ №2507430, МПК F16K 47/08, F16K 1/12, опубл. 20.12.2014 г.), содержащий впуск текучей среды, выпуск текучей среды и предназначенный для управления потоком текучей среды, проходящим по пути потока от впуска текучей среды в выпуск текучей среды, путь потока содержит множество отверстий, которые, при использовании создают уменьшение давления на дроссельном клапане и, тем самым, эффект охлаждения текучей среды, отверстия расширены в направлении вниз по потоку, продольные оси отверстий имеют тангенциальный компонент относительно центральной оси перфорированной гильзы с установленным внутри нее поршнем, выполненным с возможностью скольжения относительно перфорированной гильзы, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма. Причиной, препятствующей достижению технического результата является низкая надежность и долговечность, обусловленные недостаточной герметичностью подвижного соединения поршня и перфорированной гильзой, связанной с неплотным их примыканием, несоосностыо, возникновением люфтов и отсутствием уплотнителя.
Признаки, общие с предлагаемым осевым регулирующим клапаном:
- корпус с выходным выпуском (патрубком), перфорированная отверстиями цилиндрическая гильза, и размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма.
Отличительные признаки:
- ведущий шток зубчато-реечного механизма соединен с приводом, цилиндрический 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, на внешней поверхности цилиндрического поршня выполнена кольцевая проточка, а на внутренней части цилиндрической гильзы с каждой стороны от перфорированных отверстий выполнены кольцевые канавки с установленными в них комбинированными уплотнителями.
Наиболее близким техническим решением является принятый за прототип регулирующий клапан осевого потока (пат. РФ №84938, МПК F16K 39/04, опубл. 20.07.2009 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель, с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой, жестко соединенной с кольцевым седлом, зафиксированным в выходном патрубке с возможностью демонтажа последних, и размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, отличающийся тем, что цилиндрический поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего и ведомого штоков расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня.
Причиной, препятствующей достижению технического результата является низкая надежность и долговечность, обусловленные недостаточной герметичностью подвижного соединения цилиндрического поршня с перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой и седлом, связанной с их неплотным примыканием вследствие несоосности, возникновение люфтов, износ седла и торцевой части цилиндрического поршня.
Признаки, общие с предлагаемым осевым регулирующим клапаном:
- корпус с выходным патрубком и размещенный внутри корпуса обтекатель, с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой, размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, отличающийся тем, что цилиндрический поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего и ведомого штоков расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня.
Отличительные признаки:
- на внешней поверхности цилиндрического поршня выполнена кольцевая проточка, а на внутренней части цилиндрической гильзы с каждой стороны от перфорированных отверстий выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка с установленными в ней комбинированными уплотнителями, при этом одна кольцевая канавка образована проточками, выполненными в торцевых стыках цилиндрической гильзы и выходного патрубка, комбинированные уплотнители выполнены в виде установленных на дно кольцевой канавки, выполненной в цилиндрической гильзе, или на стыке цилиндрической гильзы с выходным патрубком эластичного кольца и скользящего кольца, внешняя поверхность которого контактирует с эластичным кольцом, а внутренняя поверхность в рабочем состоянии взаимодействует с внешней поверхностью цилиндрического поршня. Основной задачей заявляемой полезной модели является создание осевого регулирующего клапана, обладающего высокой надежностью и долговечностью.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении надежности и долговечности обеспечением высокой герметичности подвижного соединения цилиндрического поршня с перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой путем применения комбинированных уплотнителей и уменьшения площади взаимодействия трущихся поверхностей.
Технический результат достигается тем, что в осевом антипомпажном регулирующем клапане, содержащем корпус с выходным патрубком и размещенный внутри корпуса обтекатель, с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой, жестко соединенной с корпусом и выходным патрубком и размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, цилиндрический 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, на внешней поверхности цилиндрического поршня выполнена кольцевая проточка, а на внутренней части цилиндрической гильзы с каждой стороны от перфорированных отверстий выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка с установленными в ней комбинированными уплотнителями, при этом одна кольцевая канавка образована проточками, выполненными в торцевых стыках цилиндрической гильзы и выходного патрубка.
Целесообразно в осевом антипомпажном регулирующем клапане комбинированные уплотнители выполнять преимущественно в виде установленных на дно кольцевой канавки в цилиндрической гильзе, или на стыке цилиндрической гильзы с выходным патрубком, эластичного кольца и скользящего кольца, внешняя поверхность которого контактирует с эластичным кольцом, а внутренняя поверхность в рабочем состоянии взаимодействует с внешней поверхностью цилиндрического поршня.
Рекомендуется в осевом антипомпажном регулирующем клапане эластичное кольцо выполнять из эластомерного материала.
Рационально в осевом антипомпажном регулирующем клапане скользящее кольцо выполнять из материала, обладающего низким коэффициентом трения.
Рекомендуется в осевом регулирующем клапане скользящее кольцо устанавливать в кольцевой канавке с предварительным натягом 0,2…0,3 мм.
Целесообразно в осевом регулирующем клапане перфорацию отверстиями цилиндрической гильзы выполнять неравномерно, с уменьшением плотности отверстий по мере приближения к торцевому стыку цилиндрической гильзы и выходного патрубка.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена аксонометрическая проекция осевого регулирующего клапана в разрезе;
на фиг. 2 приведена конструкция осевого регулирующего клапана в разрезе;
на фиг. 3 показан фрагмент корпуса с установленными перфорированной цилиндрической гильзой, цилиндрическим поршнем и выходным патрубком;
на фиг. 4 изображена кольцевая канавка на внутренней части цилиндрической гильзы с установленным в ней комбинированным уплотнителем;
на фиг. 5 представлен фрагмент стыка цилиндрической гильзы и выходного патрубка и образованная проточками в их торцевых стыках кольцевая канавка с установленным в ней комбинированным уплотнителем в свободном состоянии;
на фиг. 6 приведен фрагмент стыка цилиндрической гильзы и выходного патрубка и комбинированный уплотнитель в рабочем состоянии;
Осевой регулирующий клапан, содержит (фиг. 1, 2) корпус 1 с выходным патрубком 2 и размещенный внутри корпуса обтекатель 3, с образованием кольцевого канала 4, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями 5 цилиндрической гильзой 6, жестко соединенной с корпусом 1 и выходным патрубком 2. В цилиндрической гильзе 6 с возможностью осевого перемещения внутри нее расположен цилиндрический поршень 7, закрепленный на ведомом штоке 8 зубчато-реечного механизма, ведущий шток 9 которого соединен с приводом (на чертежах не показан). Цилиндрический поршень 7 выполнен с разгрузочными каналами 10 на торце и кольцевой проточкой 11 в средней части.
Косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего штока 9 и ведомого штока 8 расположены в сформированных для них полостях 12 и 13. Полости косозубого зацепления и торца ведущего штока 9 изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока 8 сообщена с полостью поршня 14. На внутренней части цилиндрической гильзы 6 с каждой стороны от перфорированных отверстий 5 выполнена (фиг.4), по меньшей мере, одна кольцевая канавка 15 с установленными в ней комбинированными уплотнителями, выполненными в виде установленных на дно кольцевой канавки 15, эластичного кольца 16 и скользящего кольца 17, внешняя поверхность которого контактирует с эластичным кольцом 16, а внутренняя поверхность в рабочем состоянии взаимодействует с внешней поверхностью цилиндрического поршня 7. Эластичное кольцо 16 выполнено из эластомерного материала, например, на базе материалов FKM, NBR, HNBR, FFKMIsolat. Скользящее кольцо 17 выполнено из материала, обладающего низким коэффициентом трения, например, из графитонаполненного фторопласта PTFE (Туркон).
Наличие кольцевой проточки 11 на поверхности цилиндрического поршня 7 позволяет снизить трение комбинированного уплотнения в постоянном процессе регулирования потока рабочих сред и способствует повышению долговечности комбинированного уплотнителя клапана из-за снижения трения и абразивного износа в регулирующем режиме клапана.
На стыке цилиндрической гильзы 6 с выходным патрубком 2 выполнена (Фиг. 5, 6) еще одна кольцевая канавка 18, образованная проточками в торцевых стыках цилиндрической гильзы 6 и выходного патрубка 2. В кольцевой канавке 18 аналогичным образом установлен комбинированный уплотнитель, состоящий из эластичного кольца 16 и скользящего кольца 17. В свободном состоянии (фиг. 5) скользящее кольцо 17 установлено в кольцевой канавке с предварительным натягом 0,2…0,3 мм., а внутренний элемент 19 скользящего кольца 17, подпружиненного эластичным кольцом 16, выступает над поверхностями выходного патрубка 2 и цилиндрической гильзы 6. В рабочем состоянии (Фиг. 6) скользящее кольцо 17 в результате взаимодействия с внешней поверхностью цилиндрического поршня 7 плотно прижимается к его внешней поверхности, утапливается вглубь кольцевой канавки 18 и сжимает эластичное кольцо 16. Аналогичным образом работает комбинированный уплотнитель, установленный в кольцевой канавке 15. Таким образом достигается высокая надежность клапана путем обеспечения полной герметичности подвижного соединения цилиндрического поршня 7 с перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой 6 практически при любых рабочих перепадах давления. Для дальнейшего повышения надежности осевого регулирующего клапана на внутренней части цилиндрической гильзы 6 с каждой стороны от перфорированных отверстий 10 могут быть выполнены дополнительные кольцевые канавки с установленными в них комбинированными уплотнителями. Для реализации требуемой зависимости потока жидкости или газа от перемещения цилиндрического поршня 7 перфорация отверстиями 5 цилиндрической гильзы 6 может быть выполнена неравномерно, с уменьшением плотности отверстий по мере приближения к торцевому стыку цилиндрической гильзы 6 и выходного патрубка 2. Работа клапана осуществляется за счет возвратно-поступательного движения в перфорированной отверстиями 5 цилиндрической гильзе 6 цилиндрического поршня 7, передаваемого от привода (на рисунках не показан) через ведомый шток 8 и ведущий шток 9 зубчато-реечного механизма. Регулирование потока среды происходит между кромкой цилиндрического поршня 7 и отверстиями 5 цилиндрической гильзы 6. Движение цилиндрического поршня 7 изменяет суммарную площадь сечения отверстий 5 цилиндрической гильзы 6. Отсечение потока осуществляется передней кромкой цилиндрического поршня 7. В этом положении комбинированный уплотнитель активируется за счет сопряжения с цилиндрическим поршнем 7. Поверхность цилиндрического поршня 7 плотно прижимается к скользящему кольцу 17, установленному в кольцевой канавке 18, и таким образом полностью отсекается поток среды.
Цилиндрический поршень 7 управляется (фиг. 2, 3) с помощью передачи, размещенной под углом 90° и состоящей из скользящих зубчатых реек с наклонными зубьями, расположенными на ведомом штоке 8 и ведущем штоке 9 зубчато - реечного механизма. При движении ведущего штока 9 вверх цилиндрический поршень 7 перемещается влево и открывает клапан. В открытом положении (фиг. 2, 3, 4) рабочая поверхность правой части цилиндрического поршня 7 плотно прилегает в радиальном направлении к внутреннему элементу 19 скользящего кольца 17 (Фиг. 4), подпружиненного эластичным кольцом 16 и обеспечивает полную герметичность подвижного соединения.
В закрытом положении клапана рабочая поверхность правой части цилиндрического поршня 7 плотно прилегает к внутреннему элементу 19 (фиг. 6) комбинированного уплотнителя, расположенного в кольцевой канавке 18 на внутренней части цилиндрической гильзы 6, а рабочая поверхность левой части прилегает (фиг. 4) к внутреннему элементу 17 комбинированного уплотнителя, расположенного в кольцевой канавке 18, образованной проточками, выполненными в торцевых стыках цилиндрической гильзы 6 и выходного патрубка 2. При этом обеспечивается полная герметичность в закрытом положении клапана. В любых положениях цилиндрического поршня 7, кроме крайних, внутренние элементы 17 и 19 (фиг. 4, 6) обоих комбинированных уплотнителей имеют наименьший контакт с поршнем, чем достигается уменьшение трения внутренних элементов о поверхность цилиндрического поршня 7 и их износ.
Таким образом обеспечиваются высокая надежность и долговечность предлагаемого осевого регулирующего клапана.
На внутренней части цилиндрической гильзы 6 с каждой стороны от перфорированных отверстий 10 могут быть выполнены дополнительные кольцевые канавки 15 с установленными в них комбинированными уплотнителями, что приведет к повышению допустимого рабочего давления жидкости или газа и надежности предлагаемого осевого регулирующего клапана.
Предлагаемая полезная модель способствует созданию осевого регулирующего клапана, обладающего высокой надежностью и долговечностью.