КЛАПАН ГИДРОУПРАВЛЯЕМЫЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к запорно-регулирующей арматуре, и может использоваться в составе трубопровода дождевальной машины для управления водным потоком.
Из патента Российской Федерации на изобретение №2502911 (публ. 27.12.2013 г.) известен клапан для управления потоком рабочей среды (среды, передающей давление) между входным и выходным присоединениями. Для этого к входному присоединению может быть подключен источник рабочей среды, а выходное присоединение может быть соединено с потребителем. Посредством исполнительного органа впускная камера может сообщаться с выпускной камерой или отделяться от нее. Управление исполнительным органом, который реализован в виде поршня, осуществляется посредством управляющей камеры. Для управления исполнительным органом управляющая камера может быть связана через свое отдельное присоединение с источником рабочей среды или его стоком.
Чтобы привести клапан из закрытого положения в открытое положение, требуется подача рабочей среды в управляющую камеру. При подаче в управляющую камеру рабочей среды он воздействует на управляющую поверхность исполнительного органа, в результате чего тот перемещается против усилия пружины, открывая, тем самым, проход между впускной и выпускной камерами, так что рабочая среда может протекать из впускной камеры в выпускную камеру.
Недостатком рассмотренной конструкции является расположение пружины исполнительного органа в потоке рабочей среды, что ограничивает использование клапана для управления относительно агрессивными средами или средами, содержащими абразивные включения, воздействующими непосредственно на пружину и приводящими к ее ускоренному износу и отказу в работе клапана.
Известна система управления клапаном, описанная в патенте США №8915480 (публ. 23.12.2014 г.), содержащая заслонку, перекрывающую поток рабочей среды, и привод заслонки. Привод заслонки включает в себя расположенные в отдельном корпусе поршень, шток которого связан с заслонкой, и пружину, воздействующую на поршень для приведения его в одно из исходных состояний (Fig. 4). Поршень разделяет полость корпуса на две камеры, в одной из которых размещена пружина (надпоршневая камера), а другая через сквозное отверстие в стенке корпуса сообщается с устройством подключения управляющей среды (подпоршневая камера). Таким образом, на поршень с одной стороны воздействует пружина, а с другой стороны управляющая среда.
В исходном состоянии поршень под действием пружины находится в крайнем положении, заслонка также занимает исходное положение. Управляющая среда под давлением поступает в подпоршневую камеру, при превышении давления управляющей среды давления пружины поршень перемещается в корпусе, сжимая пружину и перемещая шток вместе с заслонкой. Поток рабочей среды открыт до снижения давления управляющей среды.
Пружина находится в надпоршневой камере вне зоны действия рабочей среды или управляющей среды, однако возникают повышенные требования к стабильности параметров пружины, поскольку регулировка работы привода в составе системы управления клапаном не предусмотрена. Кроме того, описанное устройство предусматривает разнесенные друг от друга корпуса для перемещения рабочего потока и привода заслонки.
Из заявки США №2014/0077109 (публ. 20.03.2014 г.) известен клапан управления потоком жидкости, выполненный в виде соединенных друг с другом корпусов рабочего потока и привода клапана.
Корпус рабочего потока содержит сквозной канал с резьбовыми концами и седлом клапана в центральной зоне. На корпусе рабочего потока через фасонную прокладку винтовым соединением закреплен корпус привода клапана, при этом клапан расположен напротив седла клапана с возможностью установки на нем и перекрытия сквозного канала корпуса рабочего потока.
Привод клапана содержит корпус, крышку, пружину, поршень со штоком, на свободном конце которого закреплен клапан, а также средства уплотнения поршня и штока относительно корпуса привода. Поршень расположен в корпусе привода и подпружинен относительно крышки привода, закрепленной на корпусе винтовым соединением, при этом пружина находится в надпоршневой камере привода, образованной, по сути, стаканообразной крышкой привода. Шток поршня также расположен в корпусе привода. Между поршнем и донной поверхностью корпуса привода образована подпоршневая камера, снабженная сквозным выводом через стенку корпуса для подключения к источнику управляющей среды, в частности, воздуха под высоким давлением.
В исходном состоянии поршень под действием пружины находится в крайнем положении, клапан также занимает исходное положение, располагаясь в седле клапана и перекрывая сквозной канал корпуса рабочего потока. Управляющая среда под давлением поступает в подпоршневую камеру, при превышении давления управляющей среды давления пружины поршень вместе со штоком и клапаном перемещается в корпусе привода в сторону крышки, сжимая пружину. Поток рабочей среды открыт до снижения давления управляющей среды. Сброс давления управляющей среды приводит к возврату поршня под давлением пружины в исходное состояние вместе со штоком и клапаном, занимающим свою исходную позицию в седле клапана и перекрывающим сквозной канал корпуса рабочего потока.
В описанной конструкции клапана управления потоком жидкости использованы сложные детали. В частности, корпус привода имеет многоступенчатый профиль, а поршень со штоком выполнены в виде одной детали. Клапан имеет форму цилиндра, торец которого, соединенный со штоком через переходник, выполнен конусообразным и содержащим мембранный компонент, зафиксированный между корпусами привода и рабочего потока. Таким образом, полости названных корпусов изолированы друг от друга. Такое конструктивное решение привело к необходимости предотвращения поворота поршня со штоком в корпусе привода во избежание деформации мембранного компонента клапана и его последующего разрыва. Средствами предотвращения поворота являются стержень, связанный со штоком, простирающийся через подпоршневую камеру параллельно оси поршня и штока, и отверстие в корпусе, в котором с возможностью осевого перемещения располагается указанный стержень.
Сложность конструкции клапана управления потоком жидкости ограничивает его широкое применение.
Наиболее близким решением, взятым за прототип, является клапан с приводом, описанный в заявке РСТ № WO 2012/049694 (публ. 19.04.2012 г.), выполненный в виде соединенных друг с другом корпусов рабочего потока и привода клапана. Корпус рабочего потока содержит сквозной канал с резьбовыми муфтовыми концами и седлом клапана в центральной зоне. На корпусе рабочего потока резьбовым соединением закреплен корпус привода клапана, при этом тарельчатый клапан расположен напротив седла клапана с возможностью установки на нем и перекрытия сквозного канала корпуса рабочего потока (Figure 1).
Привод клапана содержит корпус, крышку, пружину, поршень со штоком, на свободном конце которого закреплен тарельчатый клапан, а также средства уплотнения поршня и штока относительно корпуса привода.
Поршень расположен в стаканообразной крышке привода, которая, в свою очередь, установлена в корпусе привода, при этом поршень подпружинен относительно крышки привода, закрепленной на внутренней резьбе корпуса своей наружной резьбой. Пружина находится в надпоршневой камере привода, образованной стаканообразной крышкой привода. Между поршнем и донной поверхностью корпуса привода образована подпоршневая камера, снабженная сквозным выводом через стенку корпуса для подключения к источнику управляющей среды. Шток поршня выполнен в виде стержня, жестко соединенного с поршнем и расположенного в сквозном канале корпуса привода, снабженном средствами уплотнения и герметизации. Средства уплотнения и герметизации включают в себя концевое конусное сужение сквозного канала корпуса, в котором расположены последовательно уплотняющий материал, упорные шайбы, цилиндрическая пружина сжатия, прокладка и поджимная гайка, наружная резьбовая часть которой установлена в резьбе сквозного канала корпуса привода, а ключевая часть расположена в подпоршневой камере привода.
В исходном состоянии поршень под действием пружины находится в крайнем положении, при котором клапан занимает исходное положение, располагаясь в седле клапана и перекрывая сквозной канал корпуса рабочего потока. Управляющая среда под давлением поступает в подпоршневую камеру, при превышении давления управляющей среды давления пружины поршень перемещается в крышке привода, перемещая, в свою очередь, шток с клапаном и сжимая пружину. Поток рабочей среды открыт до снижения давления управляющей среды. Сброс давления управляющей среды приводит к возврату поршня под давлением пружины в исходное состояние вместе со штоком и клапаном, занимающим свою исходную позицию в седле клапана и перекрывающим сквозной канал корпуса рабочего потока.
Рассмотренная конструкция не является критичной к возможному повороту поршня вместе со штоком и тарельчатым клапаном вокруг общей оси. В то же время, конструкция клапана с приводом по заявке РСТ № WO 2012/049694 также сложна, сложную форму имеют практически все основные детали и узлы. Кроме того, в данной конструкции, как и во всех рассмотренных аналогах, отсутствует возможность настройки клапана в полевых условиях, что очень важно при регулировке работы такого агрегата, как дождевальная машина кругового действия, имеющая значительные размеры и достаточно широкий разброс параметров давления управляющей среды.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции клапана гидроуправляемого с обеспечением возможности настройки его работы.
Указанная задача в клапане гидроуправляемом, выполненном в виде соединенных друг с другом корпуса рабочего потока и корпуса привода клапана, где корпус рабочего потока снабжен сквозным каналом с резьбовыми муфтовыми концами и седлом клапана в центральной зоне, на корпусе рабочего потока резьбовым соединением закреплен привод клапана, при этом тарельчатый клапан расположен напротив седла клапана с возможностью установки на нем и перекрытия сквозного канала корпуса рабочего потока, привод клапана выполнен содержащим корпус, в котором установлен поршень, подпружиненный цилиндрической пружиной сжатия относительно крышки привода, закрепленной на внутренней резьбе корпуса своей наружной резьбой, и снабженный жестко связанным с ним штоком, на свободном конце которого закреплен тарельчатый клапан, при этом между поршнем и донной поверхностью корпуса привода образована камера, снабженная сквозным выводом через стенку корпуса, решается тем, что корпус привода клапана образован основанием в виде цилиндра с многоступенчатой внутренней поверхностью, крайние ступени которой снабжены резьбой, и днищем в виде трехступенчатого цилиндра с наружной резьбой на крайних ступенях с меньшим диаметром основания, одна из которых установлена на резьбе корпуса рабочего потока, а другая соединена резьбой с основанием корпуса привода клапана, образуя его донную поверхность, при этом в днище выполнено центральное сквозное отверстие, в котором расположен шток тарельчатого клапана, а крышка привода снабжена средствами для захвата рабочим инструментом с возможностью ее перемещения по резьбе крайней ступени основания корпуса привода клапана.
Муфтовые концы корпуса рабочего потока снабжены, как правило, внутренней трубной резьбой G2 с возможностью установки в трубопровод Ду50.
Шток выполнен предпочтительно в виде нескольких последовательно расположенных соосных цилиндров, крайние из которых снабжены наружной резьбой, а последующими цилиндрами образованы упоры для установки поршня с одного конца и тарельчатого клапана с другого конца штока.
Сквозной вывод через стенку корпуса выполнен преимущественно в основании корпуса и снабжен штуцером с возможностью его соединения с источником управляющей среды.
Поршень и центральное сквозное отверстие днища корпуса привода, как правило, снабжены средствами уплотнения и герметизации.
Наружная поверхность средней ступени трехступенчатого цилиндра, образующего днище корпуса привода, может быть снабжена средствами для захвата рабочим инструментом.
Техническим результатом полезной модели является создание простой конструкции клапана гидроуправляемого, в котором детали привода могут быть выполнены из стандартных прутковых и трубных заготовок без применения технологии отливок сложных деталей, при этом предусмотрена возможность настройки работы клапана путем регулирования величины давления пружины на поршень привода тарельчатого клапана.
Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию “новизна”. В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности, в машиностроении при производстве запорно-регулирующей арматуры, поэтому оно соответствует условию “промышленная применимость”.
Заявляемая полезная модель представлена на следующих рисунках.
На фиг. 1 показан клапан гидроуправляемый в сборе.
На фиг. 2 изображена установка клапана гидроуправляемого на круговой дождевальной машине.
На фиг. 3 приведен вид A на крышку привода клапана.
Клапан гидроуправляемый выполнен в виде соединенных друг с другом корпуса рабочего потока 1 и корпуса 2 привода клапана 3. В корпусе рабочего потока 1 образован сквозной канал 4 с седлом 5 клапана в центральной зоне, на корпусе рабочего потока 1 сформированы резьбовые муфтовые концы 6, снабженные, как правило, внутренней трубной резьбой G2 с возможностью установки в трубопровод Ду50. На корпусе рабочего потока 1 резьбовым соединением закреплен привод клапана 3, при этом тарельчатый клапан 7 расположен напротив седла 5 клапана с возможностью установки на нем и перекрытия сквозного канала 4 корпуса рабочего потока 1. Привод клапана 3 содержит корпус 2, в котором установлен поршень 8, подпружиненный цилиндрической пружиной 9 сжатия относительно крышки 10 привода, закрепленной на внутренней резьбе корпуса 2 своей наружной резьбой. Корпус 2 привода клапана 3 образован основанием 11 в виде цилиндра с многоступенчатой внутренней поверхностью, крайние ступени которой снабжены резьбой, и днищем 12 в виде трехступенчатого цилиндра с наружной резьбой на крайних ступенях с меньшим диаметром основания, одна из которых установлена на резьбе корпуса рабочего потока 1, а другая соединена резьбой с основанием 11 корпуса 2 привода клапана 3, образуя его донную поверхность. Наружная поверхность средней ступени трехступенчатого цилиндра, образующего днище 12 корпуса 2 привода, может быть снабжена средствами для захвата рабочим инструментом. Крышка 10 привода также снабжена средствами для захвата рабочим инструментом с возможностью ее перемещения по резьбе крайней ступени основания 11 корпуса 2 привода клапана, в частности, шестигранником под соответствующий ключ (Фиг. 3).
Поршень 8 снабжен жестко связанным с ним штоком 13, на свободном конце которого закреплен тарельчатый клапан 7. Шток 13 выполнен предпочтительно в виде нескольких последовательно расположенных соосных цилиндров, крайние из которых снабжены наружной резьбой, а последующими цилиндрами образованы упоры для установки поршня 8 с одного конца и тарельчатого клапана 7 с другого конца штока 13 с последующей фиксацией, например, гайками. Шток 13 тарельчатого клапана 7 расположен в центральном сквозном отверстии днища 12 корпуса 2 привода клапана. Поршень 8 и центральное сквозное отверстие днища 12 корпуса 2 привода могут быть снабжены средствами уплотнения и герметизации в виде эластичных колец специального профиля.
Между поршнем 8 и донной поверхностью корпуса 2 привода образована камера, снабженная сквозным выводом через стенку корпуса. Сквозной вывод через стенку корпуса выполнен предпочтительно в основании 11 корпуса 2 и снабжен штуцером 14 с возможностью его соединения с источником управляющей среды.
Описанный выше клапан гидроуправляемый работает в составе системы отключения потока воды в трубопроводе 15 питания гидроцилиндров, приводящих в движение тележки 16 поливного трубопровода 17 круговой дождевальной машины. В данном случае рабочим потоком и управляющей средой является вода, подаваемая из неподвижного подводящего трубопровода 18 под давлением в трубопровод 15 питания гидроцилиндров и поливной трубопровод 17. Клапан гидроуправляемый установлен своим корпусом рабочего потока 1 в разрыв трубопровода 15 питания гидроцилиндров, а в качестве управляющей среды использована вода, заполняющая под давлением контур системы гидравлической защиты, запитанный от поливного трубопровода 17 и включающий в себя импульсную трубку 19, подключенную к штуцеру 14 на корпусе 2 привода клапана, и защитные клапаны 20, установленные в разрывах импульсной трубки 19 и приоткрывающие импульсную трубку 19 при недопустимом изгибе поливного трубопровода 17.
В исходном состоянии поршень 8 под действием пружины 9 находится в крайнем положении, при котором тарельчатый клапан 7 занимает исходное положение, располагаясь в седле 5 клапана и перекрывая сквозной канал 4 корпуса рабочего потока 1. Вода из импульсной трубки 19 под давлением поступает в камеру между поршнем 8 и донной поверхностью корпуса 2 привода, при превышении давления воды давления пружины 9 поршень 8 перемещается к крышке 10 привода, перемещая, в свою очередь, шток 13 с клапаном 7 и сжимая пружину 9. В частности, на действующей установке начало перемещения поршня 8 происходит при давлении воды 2 бар, полное смещение поршня 8 осуществляется при давлении воды 4 бар. Поток воды в трубопроводе 15 питания гидроцилиндров открыт до снижения давления воды в импульсной трубке 19. Сброс давления воды в импульсной трубке 19 происходит в случае отставания или выхода вперед одной из тележек 16, на которых перемещается поливной трубопровод 17, при этом открывается защитный клапан 20, сливая воду из импульсной трубки 19 в окружающую среду. Вследствие сброса давления воды из импульсной трубки 19 происходит снижение давления на поршень 8 и возврат поршня 8 под давлением пружины 9 в исходное состояние вместе со штоком 13 и клапаном 7, занимающим свою исходную позицию в седле 5 клапана и перекрывающим сквозной канал 4 корпуса рабочего потока 1. Поток воды в трубопровод 15 питания гидроцилиндров прекращается, дождевальная машина останавливается, позволяя ликвидировать причину изгиба трубопровода.
При необходимости регулировки работы клапана гидроуправляемого крышка 10 перемещается инструментом наладчика по резьбе основания 11 корпуса 2 привода, увеличивая или ослабляя давление пружины 9 и, соответственно, увеличивая или ослабляя управляющее давление воды из импульсной трубки 19.