ОСЕВОЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, требующей перекрытия  токсичных и взрывоопасных рабочих сред (жидкости и газа). Это решение также может быть применено в криогенной технике.
Существует проблема протечки регулируемых жидкостей и газов через уплотнительное устройство  по отношению к внешней среде, что приводит к загрязнению окружающей среды или создает взрывоопасную ситуацию.
Известна конструкция запорно-регулирующих прямоточных клапанов осевого потока российской фирмы НПО «Регулятор» (см. каталог «Регулирующая и запорная арматура», стр.  16 -  http://nporeg.ru/images/catalog_pdf/Reguliruyushchaya-armatura-Katalog-NPO-Regulyator.pdf). Клапан содержит корпус с подводящими и отводящими патрубками с установленным в него клеточным запорным узлом.  Клеточный запорный узел состоит из перфорированной гильзы с профильными отверстиями, обеспечивающими необходимую характеристику регулирования  (линейную, равнопроцентную  или специальную). Внутри перфорированной гильзы установлен плунжер. Перемещение плунжера осуществляется путем реечной передачи, связанной с внешним приводом. Уплотнение реечной передачи обеспечено за счет сальникового узла. Недостатком данной конструкции такого клапана является возможность протечки регулируемой среды из-за износа сальника, поэтому его использование ограничено в случаях регулирования токсичной или взрывоопасной среды.
Известна конструкция осевого регулирующего клапана по патенту РФ № 2495309, F16K 1/12, F16K 3/24, опубл.  10.10.2013. Конструкция клапана аналогична описанной выше, но перемещение плунжера осуществляется за счет встроенного гидравлического привода, выполненного заодно с плунжером. Повышенная герметизация достигается за счет отсутствия подвижных  деталей, связанных с внешней средой. Недостатком данной конструкции является сложность изготовления прецизионных поверхностей плунжера и корпуса, что характерно для узлов гидравлического привода. Датчик  линейного перемещения плунжера установлен снаружи на корпусе клапана, что увеличивает габаритные размеры последнего. Кроме того, невозможно полностью исключить смешивание регулируемой и регулирующей среды за счет износа уплотнения плунжера, что может привести к загрязнению регулируемой среды или выход токсичной или взрывоопасной среды в устройство создания внешнего давления.
Задачей предлагаемого технического решения является создание необслуживаемого устройства, предназначенного для регулирования токсичных и взрывоопасных сред в трубопроводах, применяемых в химической, нефтехимической и газовой промышленности, а также в криогенной технике, что обеспечивает безопасные условия жизнедеятельности человека.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение герметичности конструкции  осевого регулирующего клапана за счет размещения электропривода и датчика  линейного перемещения плунжера внутри корпуса клапана и уменьшение его габаритных размеров.
Технический результат достигается тем, что в осевом регулирующем клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и осевым каналом, гильзу, в стенках которой  выполнены радиальные отверстия, плунжер, установленный с возможностью осевого перемещения внутри гильзы,  датчик линейного перемещения плунжера, имеются, по меньшей мере, два осевых канала, а  для перемещения плунжера использован механизм продольного перемещения, соединенный с электроприводом, при этом последний и датчик линейного перемещения плунжера размещены внутри корпуса клапана.
Сущность технического решения поясняется чертежом.
Фиг. 1  - осевой регулирующий клапан в разрезе.
На Фиг. 1 показан  осевой регулирующий клапан, содержащий  корпус 1 с входным и выходным патрубками (2 и 3 соответственно) и, по меньшей мере, два  осевых каналов 4 для прохождения регулируемой среды. Осевые каналы 4 имеют постоянное внутреннее сечение, что существенно снижает внутреннее гидравлическое сопротивление.. Внутри корпуса 1 коаксиально расположен электропривод 5,  представляющий собой электродвигатель, конструктивно совмещенный с планетарным редуктором, установленный между демпферными элементами 6 (например, в виде колец из эластичного материала) и закрепленный в корпусе 1 посредством крышки 7, которая в свою очередь через гильзу 8  зафиксирована  гайкой 9. Гильза 8 выполнена в виде толстостенной обечайки, на боковых поверхностях которой выполнены отверстия 10, расположенные по радиусу (радиальные отверстия) специального профиля (или группы цилиндрических отверстии, не показаны), подобранные таким образом, чтобы обеспечить необходимую регулирующую характеристику клапана (линейная, равнопроцентная или специальная). Электропривод 5 с одного конца через механизм продольного перемещения 11 (например, винтовую или шарико-винтовую передачу) связан с плунжером 12, который установлен с возможностью осевого перемещения внутри вышеупомянутой гильзы 8. С другого конца электропривод  5 связан  с датчиком 13 линейного перемещения плунжера 12. Электродвигатель электропривода 5 подключен к внешней сети посредством взрывозащищенной клеммной коробки 15 через канал 14, который герметизирован герметиком или компаундом.
Осевой регулирующий клапан работает следующим образом.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2. В закрытом положении клапана радиальные отверстия 10 перекрыты плунжером 12, который находится в крайнем верхнем положении, что блокирует поступление проходящей через корпус  1 регулируемой среды.
При подаче управляющего сигнала от управляющего контролера (не показан) вал электропривода 5 начинает вращаться. Вращательное движение вала  механизмом  продольного перемещения 11  преобразуется в поступательное движение плунжера 12. Плунжер 12 смещается в осевом направлении и открывает радиальные отверстия 10, через которые регулируемая среда  поступает в выходной патрубок 3. Величина расхода регулируемой среды через клапан  определяется степенью открытия радиальных отверстий 10  и соответствует определенной величине сигнала датчика 13 линейного перемещения плунжера 12. Сигнал от датчика 13 линейного перемещения плунжера 12 передается управляющему контролеру. При увеличении проходного сечения открытых отверстий 10 расход регулирующей среды увеличивается. При полностью открытых радиальных отверстиях 10  расход регулируемой среды будет максимальным.
Для закрытия клапана управляющий контролер подает сигнал на вращение вала электропривода 5 в противоположную сторону. При этом плунжер 12 смещается в осевом направлении и перекрывает радиальные отверстия 10, блокируя тем самым поступление регулируемой среды.
Применение электропривода взамен гидравлического, как в прототипе, позволяет достичь большую степень герметичности клапана, так как потенциально исключается  связь клапана с управляющим устройством создания внешнего  давления,  что имеет место в гидравлическом приводе.
Размещение  элементов управления расходом клапана (электропривод и датчик линейного перемещения плунжера) внутри корпуса клапана, а также совмещение в электроприводе электродвигателя и планетарного редуктора позволяет уменьшить его габаритные размеры.
В качестве электродвигателя электропривода,  может быть использован шаговый двигатель. В этом случае применение датчика линейного перемещения плунжера не является обязательным, так как положение плунжера может определятся контроллером управления шаговым двигателем. Однако дублирование этой функции, может повысить резервные возможности системы и точность регулирования клапана.
Таким образом, достигнут заявленный технический результат: повышена герметичность конструкции  осевого регулирующего клапана за счет размещения электропривода и датчика  линейного перемещения плунжера внутри корпуса клапана и уменьшены его габаритные размеры.
Проведенные испытания подтвердили работоспособность осевого регулирующего клапана.