КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ ПРЯМОТОЧНЫЙ С ГИДРОПРИВОДОМ
DIRECT-FLOW CONTROL VALVE WITH HYDRAULIC ACTUATOR

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, а 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, МПК: F16K 1/54, 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, объем между торцами втулок в зону под плунжером и далее через радиальные отверстия в выходящий патрубок. Величина поднятия плунжера, а следовательно, степень приоткрытая радиальных отверстий определяется величиной расхода транспортируемой среды и отслеживается по линейному позиционному датчику расхода.
Основными недостатками 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 корпусы представляют собой одну цельную отливку, при этом внутренний корпус установлен внутри наружного корпуса на пилонах. 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 и, 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 является 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 прямоточного клапана.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный клапан регулирующий прямоточный с гидроприводом согласно изобретению содержит полый корпус, оснащенный подводящим и отводящим патрубками транспортируемой среды, при этом внутри корпуса на пилонах установлен внутренний блок 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 с днищем из износостойкого материала, открытого с одной стороны, 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 внутри профилированного центрального внутреннего тела неподвижно размещена профилированная втулка, внутри которой в рабочей камере установлен с возможностью осевого перемещения под действием рабочего тела, подводимого в кольцевой зазор между торцовой стенкой упомянутой камеры и его рабочим торцом, подпружиненный поршень с двумя штоками, при этом на конце одного штока установлен упомянутый полый цилиндр запорного органа, выполненный из износостойкого материала, с образованием между торцом указанного цилиндра и торцом профилированной втулки полости, длина которой равна рабочему ходу поршня или превышает его, причем упомянутая полость соединена с полостью полого цилиндра и с полостью отводящего патрубка при помощи каналов, выполненных в его днище, при этом конец второго штока упомянутого поршня установлен с возможностью осевого перемещения в днище, размещенном во входной части упомянутого центрального тела и закрытого профилированной крышкой, наружная поверхность которой выполнена в виде сопряженных цилиндрических поверхностей, причем во внутренней части упомянутой крышки выполнена полость, длина которой соответствует рабочему ходу поршня или превышает его, при этом упомянутая полость соединена с полостью подводящего патрубка при помощи каналов, выполненных как минимум на одной ее цилиндрической поверхности, при этом поршень нерабочим торцом взаимодействует с подпружиненным стаканом, установленным на наружной поверхности рабочей камеры поршня, при этом пружина расположена между упомянутым днищем и опорной поверхностью указанного стакана, при этом в одном из пилонов корпуса выполнен паз, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению поршня, указатель его положения, одним концом взаимодействующий с подпружиненным стаканом, а другим концом взаимодействующий с ответной частью указателя положения штока, расположенного на корпусе клапана.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенного регулирующего клапана, на фиг. 2 - вид предложенного регулирующего клапана сбоку со стороны входа.
Клапан регулирующий прямоточный с гидроприводом (далее - клапан) содержит полый корпус 1, оснащенный подводящим 2 и отводящим 3 патрубками транспортируемой среды. Внутри корпуса 1 на пилонах 4 установлен внутренний блок 5 в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана 1 и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала 6. В выходной части кольцевого профилированного канала 6 клапана между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка коаксиально продольной оси клапана смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную 7 и подвижную 8, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана, части. Неподвижная часть 7 запорного органа выполнена в виде стакана из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия 9, соединенные с полостью кольцевого канала 6 и полостью отводящего патрубка 3. На внутренней поверхности упомянутой неподвижной части 7 за перечисленными отверстиями 9 по ходу движения транспортируемой среды выполнена уплотнительная кромка 10. Подвижная часть 8 запорного органа выполнена в виде полого цилиндра с днищем из износостойкого материала, открытого с одной стороны, взаимодействующего своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью упомянутого стакана 7. В выходной части указанного цилиндра выполнена ответная уплотнительная кромка 11, взаимодействующая с ответной упомянутой кромкой 10 неподвижной части. Непосредственно за неподвижной частью запорного органа, предпочтительно в непосредственной близости от него, в выходном канале отводящего патрубка 3 установлена втулка 12 из износостойкого материала. Внутри профилированного центрального внутреннего тела 5 неподвижно размещена профилированная втулка 13, внутри которой в рабочей камере 14 установлен с возможностью осевого перемещения под действием рабочего тела, подводимого в кольцевой зазор 15 между торцовой стенкой упомянутой камеры 14 и его рабочим торцом, подпружиненный поршень 16 с двумя штоками 17 и 18. На конце штока 17 установлена подвижная часть 8 запорного органа, выполненная из износостойкого материала, с образованием между торцом указанного цилиндра и торцом профилированной втулки полости 19, длина которой равна рабочему ходу поршня или превышает его. Полость 19 соединена с полостью полого цилиндра подвижной части 8 и с полостью отводящего патрубка 3 при помощи каналов 20, выполненных в днище цилиндра. Конец второго штока 18 упомянутого поршня 16 установлен с возможностью осевого перемещения в днище 21, размещенном во входной части центрального тела 5 и закрытого профилированной крышкой 22, наружная поверхность которой выполнена в виде сопряженных цилиндрических поверхностей. Во внутренней части упомянутой крышки 22 выполнена полость 23, длина которой соответствует рабочему ходу поршня или превышает его. Полость 23 соединена с полостью подводящего патрубка 2 при помощи каналов 24, выполненных как минимум на одной ее цилиндрической поверхности. Поршень 16 нерабочим торцом взаимодействует с подпружиненным стаканом 25, установленным на наружной поверхности рабочей камеры поршня 16, при этом пружина 26 расположена между упомянутым днищем 21 и опорной поверхностью указанного стакана 25. В одном из пилонов 4 корпуса 1 выполнен паз 27, в котором установлен с возможностью осевого перемещения, соответствующего осевому перемещению поршня 16, указатель 28 его положения, одним концом взаимодействующий с подпружиненным стаканом 25, а другим концом взаимодействующий с ответной частью указателя положения штока 29, расположенного на корпусе 1 клапана.
Предложенный клапан регулирующий прямоточный с гидроприводом (далее - клапан) работает следующим образом.
Клапан устанавливается в трубопровод транспортируемой среды при помощи подводящего 2 и отводящего 3 патрубков. Транспортируемая среда поступает в подводящий 2 патрубок, обтекает входную часть внутреннего блока 5, далее поступает в профилированный кольцевой канал 6 и подходит к радиальным отверстиям 9. В исходный момент времени радиальные отверстия 9 закрыты наружной поверхностью подвижной части 8 запорного органа, при этом подвижная часть 8 упирается своей кромкой 11 в ответную уплотнительную кромку 10 неподвижной части 7 запорного органа. Клапан полностью закрыт.
При подаче рабочего тела в кольцевой зазор 15 между торцовой стенкой камеры 14 и рабочим торцом подпружиненного поршня 16 с двумя штоками 17 и 18 поршень 16 смещается влево и сжимает пружину 26, при этом кромка 11 отходит от кромки 10 с образованием кольцевого зазора и происходит открытие радиальных отверстий 9 на заданную величину. Изменяя положение подвижной части 8 по отношению к неподвижной части 7, открывая или перекрывая радиальные отверстия 9, можно регулировать расход транспортируемой среды.
При перемещении подвижной части 8 запорного органа влево происходит сжатие газовой среды, находящейся в полости 19. Среда выходит через каналы 20, выполненные в днище подвижной части 8, и попадает в полость отводящего патрубка 3. Также при перемещении штока 18 поршня 16 происходит сжатие газовой среды, находящейся в полости 23, при этом сжимаемая среда выходит через каналы 24 в полость подводящего патрубка 2 и далее поступает в профилированный кольцевой канал 6. Поршень 16 под действием давления рабочего тела, подводимого в кольцевой зазор 15 между торцовой стенкой упомянутой камеры 14 и его рабочим торцом, занимает крайнее левое положение, полностью сжимая при этом пружину 26. При крайнем левом положении поршня 16 клапан полностью открыт.
При закрытии клапана/регулировании расхода давление рабочего тела, подводимого в кольцевой зазор 15 между торцовой стенкой упомянутой камеры 14 и его рабочим торцом, уменьшается и пружина начинает перемещать поршень 16 вправо до обеспечения требуемой величины расхода транспортируемой среды или до полного закрытия клапана. В этом случае транспортируемая среда поступает через каналы 24 внутрь полости 23 и дополнительно воздействует на торец поршня 16, смещая его вправо. Также в полость 19 попадает транспортируемая среда из полости отводящего патрубка 3 через каналы 20.
При полном закрытии клапана радиальные отверстия 9 перекрываются наружной поверхностью подвижной части 8 запорного органа, при этом подвижная часть 8 упирается своей кромкой 11 в ответную уплотнительную кромку 10 неподвижной части 7 запорного органа, при этом кольцевой зазор перекрывается. Клапан полностью закрывается.
При перемещении поршня 16 происходит перемещение подпружиненного стакана 25, в котором установлен указатель 28 его положения/положения поршня 16, в пазу 27, выполненном в одном из пилонов. Указатель 28 одним концом взаимодействует с подпружиненным стаканом 25, а другим - с ответной частью указателя положения штока 29, расположенного на корпусе 1 клапана. По положению индикатора указателя положения штока 29 можно определить положение поршня 16 и, соответственно, расход транспортируемой среды.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию клапана и улучшить его массогабаритные характеристики.