Клапан осесимметричный регулирующий

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к клапанам осесимметричным регулирующим, предназначенным для регулирования давления «после себя» на заданных участках трубопровода путем дросселирования потока рабочей среды на вновь строящихся и реконструируемых существующих объектах линейной части магистральных трубопроводов и перекачивающих станций, на объектах магистрального нефтепроводного и нефтепродуктопроводного транспорта.
Известен 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 рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды (Патент RU №191873 U1, МПК F16K 1/12, F16K 1/226, F16K 47/08, приоритет от 10.01.2019, опубл. 26.08.2019).
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели, является клапан осесимметричный регулирующий, 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 рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, втулку направляющую с каналом в виде кольцевой проточки на внешней поверхности в месте соединения ее с заглушкой обтекателя с каналами в виде проходных окон для перетока среды (Патент RU №196436 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/14, приоритет от 09.09.2019, опубл. 28.02.2020).
Недостатком известных конструкций клапанов является то, что при их сборке необходимо выдерживать размеры в процессе сборки реечной пары. Зубья на конце штока нарезаны до конца. При подобной конструкции при сборке необходимо выдерживать сборочные размеры: вылета штока относительно поверхности бобышки корпуса и вылета рейки относительно торца корпуса со стороны выходного патрубка в процессе сборки реечной пары. При не выдерживании данных размеров происходит непопадание первого зуба в первую впадину, в результате чего процесс сборки клапанов увеличивается. Также известная конструкция штока увеличивает «мертвый ход» рейки и не предотвращает проворот рейки по оси в процессе сборки, что также может затруднять процесс сборки.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является сокращение процесса сборки клапана в целом за счет упрощения процесса сборки, при котором отпадает необходимость выдерживать размеры для сборки реечной пары
Для решения технической проблемы в клапане осесимметричном регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор с отверстиями, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, согласно полезной модели, на конце штока перед зубьями выполнена плоская площадка, длина которой больше на 12-15 мм радиуса рейки с угловым вырезом и поверхностью, перпендикулярной плоской площадке, а на рейке после зубьев выполнен перпендикулярно ее оси торец, глубиной до обнижения под зубья для точного позиционирование штока и рейки перед зацеплением зубьев без необходимости выдерживания сборочных размеров.
Благодаря конструкции деталей и возможности их сборки по поверхности Д и торцу В происходит точное позиционирование штока и рейки перед зацеплением зубьев без точного выдерживания заданных размеров.
Выполнение плоской площадки Г заданной величины с угловым вырезом и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке на конце штока перед зубьями, длина которой больше на 12-15 мм радиуса рейки, позволяет рейке занимать положение, когда зубья штока и рейки лежат в одной плоскости в момент сборки реечной пары, обеспечивает возможность сборки реечной пары по поверхности Д и торцу В, уменьшается «мертвый ход» рейки и штока, который необходимо будет пройти деталям до зацепления, в результате чего отпадает необходимость выдерживать размеры для сборки реечной пары, что упрощает процесс сборки реечной пары, а, следовательно, сокращается процесс сборки клапана в целом.
Выполнение площадки Г на конце штока перед зубьями решает проблему проворота рейки. В процессе установки штока плоская площадка Г касается обнижения рейки и вращает последнюю до необходимого положения. Так как длина площадки больше радиуса рейки на 12-15 мм, то рейка занимает положение, когда зубья штока и рейки лежат в одной плоскости.
Уменьшение длины плоской площадки Г может привести к тому, что во время сборки шток не будет перекрывать полностью радиус рейки, из-за чего последняя может провернуться на некоторый угол, что приведет к увеличению сроков сборки реечной пары из-за клина деталей.
Увеличение длины плоской площадки Г может привести к необходимости увеличения глубины поперечного отверстия в корпусе или к снижению номинального хода поршня, и как следствие к снижению технологичности изделия.
Выполнение на рейке после зубьев перпендикулярного оси торца В (см. фиг. 2), глубиной до обнижения под зубья, обеспечивает направляющую для поверхности Д, перпендикулярную плоской площадке Г на конце штока перед зубьями, при движении штока по время сборки реечной пары (см. фиг. 4).
В предлагаемом техническом решении за счет предлагаемой конструкции сокращается «мертвый ход», который необходимо будет пройти штоку и рейке до зацепления, упрощается процесс сборки, при котором не нужно будет выдерживать размеры для сборки реечной пары, что сократит процесс сборки клапана в целом.
Клапан осесимметричный регулирующий поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 приведен общий вид клапана осесимметричного регулирующего, продольный разрез;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показан торец В, выполненный на рейке после зубьев перпендикулярно оси рейки, глубиной до обнижения под зубья;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, показаны кольцевые каналы клапана и установка верхнего конца штока в корпусе;
на фиг. 4 показан шток, на конце которого перед зубьями выполнена плоская площадка Г, длина которой больше на 12-15 мм радиуса рейки с угловым вырезом и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке.
Клапан осесимметричный регулирующий состоит из следующих основных узлов и деталей:
1 - корпус
2 - входной патрубок
3 - выходной патрубок
4 - обтекатель
5 - кольцевой канал
6 - втулка направляющая
7 - фланец прижимной
8 - винт
9 - обтекатель
10 - рейка
11 - шток
12 - гайка
13 - шайба
14 - поршень
15 - сепаратор
16 - кольцо опорное
17 - уплотнение
18 - прижимная втулка
19 - седло
20 - уплотнение
21 - уплотнение
22 - прижимная втулка
23 - винты
24 - резиновые кольца
25, 26 - уплотнение
26, 27 - уплотнение
28 - гайка
29 - кольцо фторопластовое
30 - резиновое кольцо
31 - втулка
32 - подшипник
33 - уплотнение
34, 35 - опорные кольца
36 - гайка
37 - грязесъемник
38 - устройство контроля протечек
Клапан осесимметричный регулирующий содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Корпус 1 клапана выполнен цельнолитым и снабжен ответными фланцами. Центральная часть корпуса 1 выполнена в виде обтекателя 4, закрепленного на двух ребрах, составляющих одно целое с корпусом, формирует проходной кольцевой канал 5 (фиг. 1). В обтекателе 4 установлена втулка направляющая 6 реечного механизма, закрепленная при помощи фланца прижимного 7, зафиксированного четырьмя винтами 8.
Со стороны входного патрубка 2 на левом конце обтекателя 4 корпуса 1 имеется резьба, на которую ввернут обтекатель 9.
Втулка направляющая 6 имеет два взаимно перпендикулярных отверстия, обработанных с высокой точностью, в которых установлен реечный механизм, состоящий из втулки направляющей 6, рейки 10, штока 11. В горизонтальном отверстии расположена рейка 10, а в вертикальном - шток 11. Цилиндрические поверхности рейки 10 и штока 11 имеют высокопрочное покрытие, обеспечивающее беззадирную работу механизма. Рейка 10 и шток 11 снабжены зубьями, нарезанными под углом 45 градусов относительно оси и, взаимодействуя друг с другом посредством указанных зубьев, имеют возможность возвратно-поступательного перемещения. При движении штока 11 вниз, рейка 10 перемещается вправо (на закрытие клапана). При движении штока вверх, рейка перемещается влево (на открытие клапана).
На правом конце рейки 10 на конусе посредством гайки 12 и шайбы 13 закреплен поршень 14, соединенный с рейкой 10. Поршень 14 перемещается возвратно-поступательно совместно с рейкой 10. Наружная поверхность поршня 14 упрочнена методом ионного азотирования и взаимодействует с внутренней поверхностью сепаратора 15, установленного в расточке обтекателя 4 корпуса 1. Поршень 14 центрируется относительно внутренней поверхности сепаратора 15, при наличии постоянного минимального зазора между наружной поверхностью поршня 14 и внутренней поверхностью сепаратора 15. При этом обеспечивается минимальный коэффициент трения в паре поршень - сепаратор.
Сепаратор 15 снабжен несколькими рядами отверстий для прохода рабочей среды. Наружная и внутренняя поверхности сепаратора 15 упрочнены методом ионного азотирования. Слева в проточку сепаратора 15 установлены кольцо опорное 16, уплотнение 17, обеспечивающие герметичность клапана в закрытом положении. К правому торцу сепаратора 15 прижимной втулкой 18 крепится седло 19. Для обеспечения герметичности поршня 14 в закрытом положении в полость, образованной профилированными поверхностями сепаратора 15 и седла 19 установлено уплотнение 20, выполненное из износостойкого полиуретана, возможна установка совместно с резиновым кольцом. Сепаратор 15 уплотнен относительно поверхности корпуса 1 при помощи уплотнения 21. Сепаратор 15 фиксируется в осевом направлении резьбовой прижимной втулкой 22, которая законтрена от откручивания двумя винтами 23.
Для выравнивания усилия на поршень 14 и рейку 10 от действия дифференциального давления рабочей среды в поршне 14 имеются отверстия, сообщающие полости с одной и другой стороны, во втулке направляющей 6 имеются отверстия, сообщающие полости с обоих торцов рейки 10.
На рейке 10 после зубьев выполнен перпендикулярно ее оси торец В глубиной до обнижения под зубья для точного позиционирование штока и рейки перед зацеплением зубьев без необходимости выдерживания сборочных размеров (фиг. 2). Внутренние полости реечного механизма изолированы относительно рабочей среды с целью исключения выталкивающего усилия от давления рабочей среды на шток 11. Герметичность внутренних полостей реечного механизма обеспечивают: по втулке направляющей 6 резиновые кольца 24; по рейке 10 - уплотнения 25, 26. Уплотнение 25 устанавливается на рейку 10 за уплотнением 26. Уплотнения 26 и 27 установлены в расточку втулки направляющей 6 и зафиксированы гайкой 28, в которой для защиты манжеты от механических включений расположено защитное фторопластовое кольцо 29, поджимаемое резиновым кольцом 30 (фиг. 2).
Верхний конец штока 11 центрируется в корпусе 1 при помощи втулки 31, в которой установлен подшипник 32. Под втулку 31 устанавливается уплотнение 33 с опорными кольцами 34, 35, обеспечивающее герметичность клапана по отношению к внешней среде в случае выхода из строя внутренних уплотнительных элементов втулки направляющей 6 и рейки 10. Втулка 31 фиксируется в корпусе при помощи гайки 36, в которой установлен грязесъемник 37 (фиг. 3).
Ниже втулки 31 в корпусе 1 выполнен канал, в который ввернуто устройство контроля протечек 38 обеспечивающее возможность запрессовки в полость реечного механизма уплотнительной смазки в случае разгерметизации уплотнительных элементов клапана. Из полости, расположенной между верхним фланцем клапана и приводом выполнены каналы, обеспечивающие возможность контроля протечек через внутренние уплотнительные элементы и уплотнения 33 во внешнюю среду без снятия привода с клапана.
На конце штока 11 перед зубьями выполнена плоская площадка Г, длина которой больше на 12-15 мм радиуса рейки, с угловым вырезом под углом 45°, и поверхностью Д, перпендикулярной плоской площадке Г на конце штока 11, до обнижения под зубья для точного позиционирование штока и рейки перед зацеплением зубьев и без необходимости выдерживания сборочных размеров (фиг. 4).
Сборка реечной пары происходит следующим образом.
Для сборки реечной пары необходимо установить рейку 10 во втулку направляющую 6 до уровня, чтобы через верхнее отверстие в корпусе 1 было видно, что перпендикулярный оси торец В рейки 10 вышел из зоны видимости на 5-10 мм. После чего медленно опускают до упора в рейку 10 шток 11. После этого, приподнимая шток 11 на 5-10 мм, начинают вытягивать рейку 10 в направлении выходного патрубка 3. Шток 11 опускают, как только перпендикулярный оси торец В рейки 10 выйдет из контакта с торцом плоской площадки Г штока 11. После этого поверхность Д штока 11 (фиг. 1) опустится вдоль перпендикулярного торца В рейки 10 до упора в угол плоской площадки.
Продолжают медленно вытягивать рейку 10 и опускают шток 11 пока зубья не войдут в контакт по угловой поверхности. В процессе установки штока 11 плоская площадка Г касается обнижения рейки 10 и вращает последнюю до необходимого положения. В результате использования плоской площадки заданной величины рейка 10 занимает положение, когда зубья штока 11 и рейки 10 лежат в одной плоскости в момент сборки реечной пары.
Работа клапана выполняется следующим образом.
Принцип действия клапана состоит в поддержании давления «после себя», дросселированием потока нефтепродуктов посредством перемещения регулирующего органа, которым является поршень 14 вдоль оси сепаратора 15. При этом происходит открытие или закрытие определенного количества пропускных отверстий в сепараторе 15, что влечет за собой изменение площади проходного сечения клапана.
В закрытом положении клапана поршень 14 занимает крайнее правое положение. При этом уплотнение осуществляется прижатием поршня 14 к уплотнению 20, которое поджато к поверхности поршня 14 за счет сжатия, возникающего вследствие наличия перепада давления рабочей среды.
Для перевода клапана из положения «закрыто» в положение «открыто» на привод подается управляющий сигнал. Шток привода перемещается вверх на 350 мм, соответствующих величине управляющего сигнала. Через муфту привода усилие привода передается штоку 11 клапана, который, посредством зубьев, взаимодействуя с рейкой 10, перемещает ее, и закрепленный на штоке 11 поршень 14, влево на открытие. Поршень 14, перемещаясь влево, открывает определенное количество окон сепаратора 15, обеспечивая заданный расход и давление нефтепродукта. Уплотнение сепаратора 15 в положении «закрыто» осуществляется по конусу, что исключает «мертвый ход» и рывки при перемещении вначале открытия и в конце закрытия, а также удар при закрытии, увеличивая диапазон и улучшая характеристику регулирования.
Закрытие клапана происходит аналогично открытию в противоположном направлении. При подаче сигнала на привод, последний перемещает шток 11 вниз, тем самым, обеспечивая перемещение рейки 10 с поршнем 14 вправо на закрытие.
Таким образом, результатом усовершенствования конструкции клапана осесимметричного регулирующего, является упрощение процесса сборки, при котором отпадает необходимость выдерживать размеры для сборки реечной пары, что значительно сокращает процесс сборки клапана в целом, при этом сохраняется герметичность клапана, стабильность его работы и надежность клапана в целом.