ВЕНТИЛЬ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
VALVE FOR CHEMICALLY AGGRESSIVE MEDIA

Изобретение относится к ручным вентилям, в частности, предназначенным для изоляции и соединения участков жидкостной системы терморегулирования космических аппаратов с химически агрессивным теплоносителем.
Известно самоустанавливающееся запорное устройство (авторское свидетельство СССР №421838), состоящее из клапана с эластичным уплотнением, штока с шаровой опорой и седла, причем на шаровой опоре выполнен срез, а на внутренней поверхности клапана выполнен выступ.Данный способ самоустанавливания клапана не подходит при обеспечении безопасной работы с химически агрессивной жидкостью, так как неизвестны или недоступны эластичные уплотнения, обладающие способностью сохранять герметизирующие свойства при контакте с химически агрессивной жидкостью в заданном диапазоне температур и давлений после выполнения минимально необходимого количества посадок клапана на седло.
Известен вентиль (патент RU №2105219), содержащий корпус, бугель, запорный орган со штоком, шпиндель, соединенный с бугелем ходовой резьбой, муфту, соединяющую шток со шпинделем через промежуточный элемент, промежуточный элемент выполнен в виде стакана из антифрикционного материала, охватывающего головку шпинделя. Герметичность подвижного сопряжения штока с корпусом обеспечивается сальником. В этом прототипе сальник не пригоден для уплотнения от протечки химически агрессивной жидкости. Промежуточный элемент со стаканом из антифрикционного материала внутри увеличивает габариты и массу вентиля, что неприемлемо для устройств в составе космических аппаратов.
Известен вентиль (патент RU №2554673), отличающийся тем, что запорный элемент поджат пружиной к штоку, расположенному в направляющей втулке с возможностью осевого перемещения. Герметичность подвижного сопряжения штока с корпусом обеспечивается эластичными кольцами. В данном аналоге пружина не может быть использована для обеспечения обратного хода штока при открывании вентиля, так как она создает дополнительное гидравлическое сопротивление и увеличивает габариты и массу вентиля, что неприемлемо для устройств в составе космических аппаратов. Также неприемлема герметизация с помощью эластичных уплотнений.
Известен запорный вентиль для использования в химической промышленности при работе с высоковязкими и агрессивными жидкостями, в котором совместное перемещение клапана (золотника) со штоком при открытии достигается за счет упора тыльной стороны фланца на конце штока, помещенного в полость клапана, в торец полой втулки, перемещающейся вдоль штока, ввинченной в резьбовой участок на входе в полость клапана (патент на полезную модель RU №46326).
Недостатками данного устройства являются большие габариты, сложность конструкции, а также использование сальникового уплотнения, недопустимые в составе вентиля в составе системы терморегулирования космического аппарата.
Из уровня техники не выявлен аналог с совокупностью признаков, близкой к совокупности существенных признаков изобретения, указанный в качестве прототипа.
Технической проблемой изобретения является создание конструкции, обеспечивающей требуемой уровень как суммарной внешней герметичности вентиля при его функционировании, так и герметичности посадки клапана на седло.
Техническая проблема решается за счет того, что вентиль для химически агрессивных сред содержит корпус и помещенный в него разрезной шток, состоящий из стержня с выступом, входящим в полость клапана; между поверхностью выступа стержня и сопряженной с ней внутренней стенкой полости в клапане обеспечены радиальный и осевой зазоры; на выступе стержня выполнена кольцевая проточка, через которую с зазором проходят штифты, установленные в сквозных отверстиях клапана симметрично относительно продольной оси клапана; разрезной шток расположен коаксиально внутри трехслойного сильфона, приваренного с одного конца между поверхностями клапана и внешнего кольца, с другого конца - между поверхностями фланцевой втулки, и втулки, расположенной внутри сильфона; фланцевая втулка вкручена в корпус до упора фланцевыми поверхностями, выполненными на ее боковой стороне и на торце корпуса, место контакта соединено сварным швом; к стержню разрезного штока прикреплена с помощью винта ручка, диапазон перемещения и проворот которой предотвращают сопряженные между собой втулки; винт проходит сквозь продольное отверстие ручки с обеспеченными осевым и радиальным зазорами между их сопрягаемыми поверхностями.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен разрезной шток;
на фиг. 2 изображен сильфонный узел;
на фиг. 3 изображен вентиль для химически агрессивных сред в сборе;
на фиг. 4 изображена ручка 9 в составе собранного вентиля для химически агрессивных сред в открытом состоянии.
Сильфонный узел вентиля содержит трехслойный сильфон 4, разрезной шток; кольцо 3, расположенное со стороны клапана 1; расположенные со стороны торца штока фланцевую втулку 5 и замыкающую втулку 6, расположенную внутри сильфона 4; направляющую втулку 19 с профилирующим отверстием под стержень 8 и винтами 7.
К разрезному штоку прикреплена со стороны стержня 8 с помощью винта 10 ручка 9. Винт 10 застопорен относительно стержня 8 с помощью клея, нанесенного на резьбу, и проходит сквозь отверстие в перегородке ручки 9 с осевым 26 и радиальным 27 зазорами между винтом 10 и сопрягаемыми поверхностями ручки 9 для обеспечения необходимой подвижности клапана 1 штока относительно стержня 8 в момент закрытия вентиля. Разрезной шток расположен коаксиально внутри трехслойного сильфона 4, приваренного по шву 23 между поверхностями клапана 1 и внешнего кольца 3. Другой конец сильфона 4 приварен швом 24 между поверхностями фланцевой втулки 5 и замыкающей втулки 6. Сварными швами 23 и 24 обеспечивается герметичность сильфонного узла.
Разрезной шток состоит из клапана 1, стерженя 8, двух штифтов 15. Выступ стержня 8 содержит кольцевую проточку 16. Между поверхностью выступа стержня 8 и сопряженной с ней внутренней стенкой полости в клапане 1 обеспечен радиальный зазор 17; между торцевой поверхностью клапана 1 и сопрягаемой с ней поверхностью стержня обеспечен осевой зазор 18; между сферической частью выступа стержня 8 и конической поверхностью полости клапана 1 образуется поверхность контакта 25. Штифты 15 установлены в сквозных отверстиях клапана 1 симметрично относительно продольной оси клапана и проходят с зазором через кольцевую проточку 16 вблизи конца выступа стержня 8. Относительно отверстий в клапане 1 штифты 15 фиксируются с помощью кернения. Цель применения разрезного штока - компенсировать допустимые погрешности (несоосность) изготовления частей вентиля для обеспечения герметичности посадки по клапану.
Во внутренней полости фланцевой втулки 5 находится направляющая втулка 19, соединенная с ней с помощью винтов 7, предотвращающая передачу на сильфон 4 вращающего момента с ручки 9, последовательно расположенной за втулкой 19 на стержне штока 8. Во внутренней полости фланцевой втулки 5 находится коаксиально с ней расположенная резьбовая втулка 11. При этом, наружный диаметр втулки 11 равен внутреннему диаметру втулки 5; один торец втулки 11 упирается в поверхность основания втулки 19, другой торец с центральным отверстием под диаметр ручки 9 охватывает ее, ограничивая диапазон перемещения. С наружной стороны втулки 11 выполнен кольцевой выступ, совпадающий с кольцевым пазом на торце втулки 5, и скрепленные в месте контакта сварным швом 22, который предотвращает проворот втулки резьбовой 11 и воспринимает осевую нагрузку при запирании вентиля. Втулка 5 вкручена в корпус 2 до упора фланцевыми поверхностями, выполненными на торце корпуса 2 и на боковой стороне втулки 5. Место контакта соединено сварным швом 21, обеспечивающим герметичность соединения корпуса 2 с сильфонным узлом.
На резьбу с мелким шагом, выполненную на внешней поверхности ручки 9, навинчена контргайка 12, упирающаяся в торец резьбовой втулки 11.
Описание работы вентиля.
Ручка 9 движется относительно втулки резьбовой 11 по трапециеидальной резьбе. При запирании клапана 1 ручка 9 толкает стержень штока 8, и через поверхность контакта 25 поступательное движение по направлению к седлу 20 передается на клапан 1. При открытии клапана 1 ручка 9 воздействует на стержень 8 штока сильфонного узла посредством головки винта 10, а тыльная боковая сторона проточки 16 в выступе стержня 8 тянет клапан 1, воздействуя на закрепленные в нем штифты 15.
Самоустанавливание при запирании клапана 1 на седло 20 отличается от известных технических решений тем, что клапан 1 может свободно поворачиваться относительно стержня 8 штока в определенных его конструкцией пределах в условиях контакта конического дна полости клапана 1 со сферической законцовкой выступа стержня 8, скользя по поверхности 25. Возможность свободного поворота клапана 1 относительно штока при скольжении по поверхности 25 обеспечена за счет выполнения радиального 17 и торцевого 18 зазоров в зоне сопряжения поверхностей полости в клапане 1 и выступа стержня 8. Совместное перемещение стержня 8 с клапаном 1 при открытии вентиля обеспечивается за счет упора двух симметрично расположенных штифтов 15 в боковую стенку кольцевой проточки 16 в выступе стержня 8.
Самопроизвольное смещение ручки 9 при вибрации от крайних положений «Открыто» и «Закрыто» предотвращается применением контргайки 12, навинченной на резьбу с мелким шагом, выполненную на внешней поверхности ручки 9. Для информирования пользователя о закрытом или открытом состоянии вентиля непосредственно в этой резьбе на наружной поверхности ручки 9 выполнены две кольцевых проточки 13 и 14 шириной, больше шага резьбы, но минимум в 2 раза меньше толщины контргайки 12. В закрытом состоянии видна одна проточка 14, в открытом состоянии обе проточки и 13 и 14. Расстояние между проточками равно ходу клапана 1. Для поворота ручки 9 с помощью инструмента в ней имеется шестигранная полость стандартной конфигурации.
Все элементы конструкции вентиля, находящиеся в контакте с химически агрессивным теплоносителем, изготавливаются из коррозионностойкой стали аустенитного или аустенитно-ферритного классов.
Изобретение может быть использовано в активном контуре системы терморегулирования космических аппаратов с химически агрессивным теплоносителем для изоляции и соединения участков контура при заправке, вакуумировании и испытаниях.
Предлагаемые решения обеспечивают выполнение требований безопасности вентиля при использовании его для регулирования потока химически агрессивного жидкого теплоносителя, а также для обеспечения долговечности вентиля при эксплуатации в составе системы терморегулирования космических аппаратов.
Технический результат при работе с химически агрессивными средами достигается обеспечением общей герметичности за счет использования сильфона для уплотнения подвижных соединений, применения сварки для неподвижных соединений, и применения самоустанавливающегося клапана для уплотнения по седлу.