РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН
CONTROL VALVE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулирующей трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды.
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 данной разработки 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, 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, MПK: F16K l/54, F16K 47/04).
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. Транспортируемая среда заполняет внутреннюю полость входящего патрубка, проходя по продольным каналам в полость над плунжером, образованную внутренней поверхностью корпуса штока. При включении привода шток вместе с плунжером начинает движение вверх, приоткрывая радиальные отверстия в зависимости от заданной величины расхода транспортируемой среды. При этом последняя через радиальные отверстия в гильзе попадает в выходящий патрубок, а сжимаемая транспортируемая среда из полости над плунжером переходит по продольным каналам, объему между торцами втулок в зону под плунжером и далее через радиальные отверстия в выходящий патрубок. Величина поднятия плунжера, а следовательно, степень приоткрытия радиальных отверстий определяется величиной расхода транспортируемой среды и отслеживается по линейному позиционному датчику расхода.
Основным недостатком данного клапана является то, что его можно использовать только в месте пересечения трубопроводов между собой.
Известен регулирующий клапан фирмы «Моквелд Валвз» «Mocveld Valvs bv», содержащий наружный корпус, внутренний корпус, поршень, шток поршня, шпиндель клапана и сепаратор. (Каталог фирмы «Моквелд Валвз» «Mocveld Valvs bv», P.O. Box 227 Моквелд Маркетинг, 2800 AE Gouda Holland, Nijverheidsstraat, mokveld@mokveld.com, www.mokveld.com - прототип).
В данном клапане наружный и внутренний корпуса представляют собой одну цельную отливку. Поршень вдоль продольной оси клапана перемещается посредством передачи, состоящей из двух расположенных под углом 90° зубчатых реек, являющихся соответственно частью штока поршня и шпинделя клапана. Узкие поля допусков зубьев этих реек гарантируют отсутствие люфта между штоком и шпинделем, а соответственно, и явления гистерезиса в самой передаче. Зубчатая передача защищена от воздействия рабочей среды двойными первичными уплотнениями, установленными на штоке поршня и в его направляющей
Основными недостатками указанного клапана являются значительная сложность конструкции, низкая надежность работы, обусловленная сложностью конструкции, значительные габариты и масса.
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 полый корпус, оснащенный подводящим и отводящими патрубками транспортируемой среды, причем внутри корпуса указанного регулирующего клапана на пилонах установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала, при этом в выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную и подвижную, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана, части, при этом неподвижная часть запорного органа выполнена в виде стакана из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия, соединенные с полостью кольцевого канала и полостью отводящего патрубка, причем на внутренней поверхности упомянутой неподвижной части, за перечисленными отверстиями, по ходу движения транспортируемой среды, выполнена уплотнительная кромка, при этом подвижная часть запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износостойкого материала, взаимодействующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого стакана, при этом в выходной части указанного цилиндра выполнена ответная уплотнительная кромка, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой неподвижной части, при этом непосредственно за неподвижной частью запорного органа, предпочтительно в непосредственной близости от него, в выходном канале отводящего патрубка установлена втулка из износостойкого материала, при этом упомянутый цилиндр установлен на рейке, в центральной части которой выполнены зубья, а часть рейки, противоположная упомянутому цилиндру, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке, закрытой с одной стороны,и установленной в начальной части профилированного канала и образующей при этом его входную часть, при этом рейка своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды, при этом площадь проекции поперечного сечения выходной части упомянутого профилированного канала в месте, расположенном в непосредственной близости у штока, превышает площадь проекции поперечного сечения входной части профилированного канала в месте установки полой втулки, а площадь проекции в плане центральной части центрального тела, от входной втулки до оси перемещения штока, по крайней мере, в два раза больше площади аналогичной проекции центрального тела от штока до его выходной части, при этом один конец упомянутого штока размещен в отверстии, выполненном в корпусе, а другой - соединен при помощи резьбы с втулкой, имеющей опорные поверхности и размещенной в подшипниках, выполненных в виде углепластиковых колец, установленных между крышкой клапана, установленной на корпусе при помощи шпилек, и корпусом подшипника, установленным на крышку при помощи резьбы, причем гарантированный зазор между поверхностями упомянутых колец и ответными элементами корпуса подшипников и торца крышки обеспечивается путем установки и фиксации в заданном положении на упомянутой крышке корпуса подшипников, при этом на упомянутой втулке установлен штурвал для сообщения штоку осевого перемещения, а в верхней части упомянутой втулки установлен цилиндр с пазом, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока, указатель его положения.
Выполнение профилированного канала таким образом, что площадь проекции поперечного сечения выходной части упомянутого профилированного канала в месте, расположенном в непосредственной близости у штока, превышает площадь проекции поперечного сечения входной части профилированного канала в месте установки полой втулки, а площадь проекции в плане центральной части центрального тела, от входной втулки до оси перемещения штока, по крайней мере, в два раза больше площади аналогичной проекции центрального тела от штока до его выходной части, позволяет оптимизировать форму центрального тела, снизить потери в канале и улучшить массово-габаритные характеристики клапана.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан разрез предложенного регулирующего клапана, на фиг.2 - вид сбоку, со стороны входа, предложенного регулирующего клапана.
Предложенный регулирующий клапан содержит полый корпус 1, оснащенный подводящим 2 и отводящими патрубками 3 транспортируемой среды. Внутри полого корпуса 1, на пилонах 4, установлен внутренний блок 5 с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела 6 с образованием между внутренними стенками корпуса 1 клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела 6 профилированного кольцевого канала 7. В выходной части кольцевого профилированного канала 7 клапана, между выходными частями внутреннего блока 5 и входной частью отводящего патрубка 3, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган 8, имеющий неподвижную 9 и подвижную 10 части, выполненные в виде коаксиальных полых цилиндров. Подвижная часть 10 выполнена с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана. Неподвижная часть 9 запорного органа 8 выполнена в виде стакана из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия 11, соединенные с полостью кольцевого канала 7 и полостью отводящего патрубка 3. На внутренней поверхности неподвижной части 9 запорного органа 8 выполнена уплотнительная кромка 12. Подвижная часть 10 запорного органа 8 выполнена в виде полого цилиндра из износостойкого материала с наружным уплотнением 13. В выходной части указанного цилиндра выполнена ответная уплотнительная кромка 14, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой 12 неподвижной части 9. В выходном канале отводящего патрубка 3 установлена втулка 15 из износостойкого материала. Цилиндр подвижной части 10 установлен на рейке 16, в центральной части 17 которой выполнены зубья. Часть рейки 16, противоположная упомянутому цилиндру 10, размещена с возможностью осевого перемещения в полой втулке 18, закрытой с одной стороны, установленной в начальной части профилированного канала 7 и образующей при этом его входную часть. Рейка 16 своей центральной частью с зубьями взаимодействует с ответной зубчатой частью штока 19, выполненного с возможностью осевого перемещения в плоскости, перпендикулярной каналу транспортируемой среды. Один конец упомянутого штока 19 размещен в отверстии 20, выполненном в корпусе 1, а другой соединен при помощи резьбы с втулкой 21, имеющей опорные поверхности 22 и размещенной в подшипниках, выполненных в виде углепластиковых колец 23. Углепластиковые кольца 23 установлены между крышкой клапана 24, установленной на корпусе 1 при помощи шпилек 25, и корпусом подшипников 26, установленного на крышку клапана 24 при помощи резьбы. Гарантированный зазор между поверхностями упомянутых колец 23 и ответными элементами корпуса подшипников 26 и торца крышки клапана 24 обеспечивается путем установки и фиксации в заданном положении на упомянутой крышке корпуса подшипников при помощи фиксирующих элементов 27. На упомянутой втулке 21 установлен штурвал 28 для сообщения штоку 19 осевого перемещения. В верхней части упомянутой втулки 21 установлен цилиндр 29 с пазом 30, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока, указатель его положения 31.
Предложенный клапан работает следующим образом.
Регулирующий клапан устанавливается в трубопровод транспортируемой среды при помощи подводящего 2 и отводящего 3 патрубков. Открытие/закрытие клапана и регулирование расхода производится путем вращения по часовой стрелке /против часовой стрелки штурвала 28, установленного в подшипниковом узле на углепластиковых кольцах 23.
После открытия клапана транспортируемая среда попадает внутрь полого корпуса 1, где на пилонах 4 установлен внутренний блок 5 с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела 6. Транспортируемая среда движется по кольцевому каналу 7, образованному внутренними стенками корпуса 1 клапана и наружными стенками центрального тела 6. Пройдя кольцевой канал 7, транспортируемая среда попадает на запорный регулирующий орган 8 клапана, имеющий неподвижную 9 и подвижную 10 части, выполненные в виде коаксиальных полых цилиндров. Подвижная часть 10 запорного органа перемещается в нужном направлении посредством передачи, состоящей из двух расположенных под углом 90° зубчатых реек, выполненных на подвижной части 10 и в центральной части штока 19, являющихся, соответственно, элементом подвижной части 10 и штока 19 клапана соответственно. При перемещении подвижной части 10 происходит перекрывание проходных сечений радиальных отверстий 11, выполненных в неподвижной части 9, отверстиями 13, выполненными в подвижной части 10. За счет изменения проходного сечения отверстий 11 происходит изменение проходного сечения всего запорного регулирующего органа 8, что приводит к регулированию расхода в большую или меньшую сторону. Для перекрытия потока транспортируемой среды подвижную часть 10 перемещают в неподвижной части 9 до полного соприкосновения уплотнительных кромок 12 и 14. В этом случае, образуется уплотнение «металл-металл» и поток транспортируемой среды перекрывается. Для пропускания потока кромка 14 подвижной части 10 выводится из зацепления с кромкой 12 неподвижной части 9. Перемещение зубчатых реек, выполненных на 16 и 19, одна относительно другой, производится путем вращения штурвала 28, установленного в подшипниковом узле на углепластиковых кольцах 23.
Положение неподвижной части 9 относительно подвижной части 10 определяется по положению указателя положения 31, расположенного в цилиндре 29 с пазом 30, в котором он установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению штока.
Использование предложенного технического решения позволит создать прямоточный регулирующий клапан для прямолинейных участков трубопроводов.