Клапан регулирующий прямоточный
DIRECT-FLOW CONTROL VALVE

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности к регулирующим клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.
Известен регулирующий клапан осевого типа 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, https://mokveld.com/ru/page/166, дата обращения 11.04.2022).
В данном клапане наружный и внутренний корпус представляют собой одну цельную отливку. 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, а 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.
Отливать наружный и внутренний корпус в одной цельной отливке затруднительно, поскольку необходимо выполнить отливку в отливке. Обычно это приводит к сложности подачи расплавленного металла к внутреннему корпусному элементу, делая его подверженным объемным дефектам. Таким образом, конструкция отливки является более сложной. Цельная конструкция корпуса не позволяет получить необходимый доступ для проверки поверхностей на клапанах с отверстием малого размера (50 мм или менее), а осмотр и ремонт клапанов с отверстиями большего размера (300 мм и более) делает чрезвычайно трудными и длительными из-за очень ограниченного доступа к области между наружной стенкой внутреннего корпуса и внутренней стенкой наружного. При обнаружении во время испытаний каких-либо дефектов во внутреннем корпусе (или внутренней поверхности наружного корпуса), эти дефекты труднее устранить, поскольку любое устранение дефектов должно осуществляться через входное или выходное отверстие наружного корпуса (например, путем сварки).
Также сложно обеспечить полный доступ к внутреннему корпусу для выполнения механической обработки поверхностей, анализа дефектов, их устранения и сборки.
В данном клапане также существует возможность заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки при тяжелых условиях работы и перепадах температур по причине температурного расширения и деформаций. Это объясняется размещением горизонтального штока и вертикальной рейки с контактирующими поверхностями без зазоров. Такое исполнение существенно усложняет конструкцию и требует повышенной точности изготовления, что увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость клапана.
Известен регулирующий клапан осевого типа, содержащий наружный и внутренний корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень с приводом поступательного движения, выполненным в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток соединен с поршнем, а вертикальная рейка соединена с приводом, вертикальная рейка размещена с зазором в вертикальной опорной втулке, которая установлена во внутреннем корпусе, расположена в вертикальной плоскости симметрии клапана и смещена в сторону входного патрубка относительно середины расстояния между фланцами, горизонтальный шток установлен в цилиндрической направляющей, которая на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец для присоединения к торцу внутреннего корпуса, расположенного со стороны выходного патрубка, а оси вертикальной рейки и горизонтального штока пересекаются в центральной части цилиндрической направляющей, причем профили зубьев вертикальной рейки и горизонтального штока имеют прямоугольную форму (Патент РФ №2727203, МПК: F16K 1/12, F16K 31/53 - прототип).
Клапан обладает высокой пропускной способностью в открытом положении, способен работать в различных условиях и температурных режимах без заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки, а также обеспечивает удобство и простоту при сборке-разборке.
В данном клапане наружный и внутренний корпус также представляют собой одну цельную отливку и также существует возможность заклинивания вертикальной рейки в цилиндрической направляющей из-за отсутствия зазора в отверстии во втулке направляющей, где размещается вертикальная рейка, а поршня в перфорированном цилиндре из-за несоосности горизонтального штока, поршня и перфорированного цилиндра, которую сложно обеспечить при механической обработке и сборке клапана. Такое конструктивное исполнение требует повышенной точности изготовления, что увеличивает трудоемкость изготовления и стоимость клапана.
Задачей данного изобретения является создание регулирующего клапана осевого типа относительно простой конструкции, способного работать в различных условиях и температурных режимах без заклинивания вертикальной рейки в цилиндрической направляющей, а поршня в перфорированном цилиндре, снижение трудоемкости изготовления клапана.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане регулирующем прямоточном, содержащем наружный и внутренний корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, делитель потока, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень с приводом поступательного движения, выполненным в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток соединен с поршнем, а вертикальная рейка соединена с приводом, вертикальная рейка размещена в вертикальной опорной втулке, которая установлена во внутреннем корпусе, расположена в вертикальной плоскости симметрии клапана и смещена в сторону входного патрубка относительно середины расстояния между фланцами, горизонтальный шток установлен в цилиндрической направляющей, которая на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец для присоединения к торцу внутреннего корпуса, расположенного со стороны выходного патрубка, а оси вертикальной рейки и горизонтального штока пересекаются в центральной части цилиндрической направляющей, причем профили зубьев вертикальной рейки и горизонтального штока имеют прямоугольную форму, корпус выполнен сварным и состоит из трех частей: цельной центральной, содержащей наружный и внутренний корпус, а также входного и выходного патрубков, при этом вертикальная рейка установлена с зазором в отверстии цилиндрической направляющей, а поршень с помощью кольцевого выступа на внутренней поверхности крепится на горизонтальном штоке между внутренним и наружным диском, с возможностью перемещения и самоустановки в перфорированном цилиндре в пределах радиального и осевого зазора между поршнем и дисками.
Преимущество изготовления сварного корпуса из трех частей, которые полностью механически обрабатываются до сварки, состоит в том, что, несмотря на увеличение числа составляющих частей, обеспечивается значительное снижение производственных расходов. Это происходит потому, что изготовление составляющих частей в виде отдельных компонентов позволяет изготовить эти компоненты из любых заготовок (литых, кованых, из проката), обеспечить полный доступ к внутренним поверхностям частей корпуса для выполнения механической обработки, анализа дефектов, их устранения и сборки.
За счет установки поршня с радиальным и осевым зазором и возможностью перемещения относительно внутреннего и наружного дисков, закрепленных на горизонтальном штоке гайкой, компенсируются несоосности перфорированного цилиндра, поршня и горизонтального штока относительно друг друга, возникающие при механической обработке и сборке клапана и исключается заклинивание вертикальной рейки в цилиндрической направляющей, а поршня в перфорированном цилиндре.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан разрез предложенного клапана, на фиг.2 - выносной элемент А - место установки вертикальной рейки в отверстии цилиндрической направляющей в увеличенном масштабе, на фиг. 3 - выносной элемент Б - место крепления поршня к горизонтальному штоку в увеличенном масштабе.
Клапан регулирующий прямоточный содержит сварной корпус, содержащий цельную центральную часть, состоящую из внешнего 1 и внутреннего корпуса 2, приваренные к нему входной 3 и выходной 4 патрубки с фланцами 5 и 6 соответственно, делитель потока 7, выполненный в виде перфорированного полого цилиндра, запирающий орган, представляющий собой поршень 8 с приводом поступательного движения, выполненным в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток 9 соединен с поршнем 8, а вертикальная рейка 10 с приводом 11. Вертикальная рейка 10 размещена с зазором в отверстии цилиндрической направляющей 12. Горизонтальный шток 9 установлен в цилиндрической направляющей 12, которая на внешней поверхности, в центральной части, имеет фланец 13 для присоединения к торцу внутреннего корпуса 2, расположенного со стороны выходного патрубка 4. На конце горизонтального штока 9 со стороны выходного патрубка 4, установлен поршень 8, который с помощью кольцевого выступа на внутренней поверхности крепится между внутренним 14 и наружным 15 дисками, с возможностью перемещения и самоустановки в перфорированном цилиндре в пределах радиального и осевого зазора между поршнем 8 и дисками 14 и 15. Оси вертикальной рейки 10 и горизонтального штока 9 пересекаются.
Клапан регулирующий прямоточный работает следующим образом.
При полностью открытом клапане транспортируемая среда поступает из трубопровода через входной патрубок 3 во внутренний объем клапана, где сначала происходит обтекание внешней поверхности внутреннего корпуса 2. Далее среда проходит через отверстия в делителе потока 7 и через выходной патрубок 4 движется в трубопровод. При открытом положении запирающий орган, представляющий собой поршень 8, находится в крайнем положении (максимально заходит во внутренний корпус и приближен к входному патрубку), при котором все отверстия в делителе потока 7 открыты.
В полностью закрытом положении отверстия в делителе потока 7 полностью закрыты с внутренней стороны поршнем 8, который находится в другом крайнем положении (максимально удален от входного патрубка), при котором все отверстия в делителе потока 7 закрыты. Жидкость не проходит через клапан.
В промежуточном положении жидкость поступает из трубопровода через входной патрубок 3 во внутренний объем клапана, где сначала происходит обтекание внешней поверхности внутреннего корпуса 2. Далее жидкость проходит через открытые отверстия в делителе потока 7 и через выходной патрубок 4 движется в трубопровод. При промежуточных положениях запирающий орган, представляющий собой поршень 8, находится в положениях, при которых часть отверстий (которые находятся ближе к выходному патрубку) в делителе потока 7 открыты, а часть закрыты. Через открытые отверстия проходит жидкость.
Процесс регулирования происходит путем перемещения поршня 8, которое осуществляется от привода поступательного движения, выполненного в виде реечного механизма, у которого горизонтальный шток 9 соединен с поршнем 8, а вертикальная рейка 10 с приводом 11.
С целью предотвращения заклинивания при тяжелых условиях работы и перепадах температур по причине температурного расширения и деформаций вертикальная рейка 10 размещена с зазором в цилиндрической направляющей 12, а на конце горизонтального штока 9 со стороны выходного патрубка 4, установлен поршень 8, который с помощью кольцевого выступа на внутренней поверхности крепится между внутренним 14 и наружным 15 дисками, с возможностью перемещения и самоустановки в перфорированном цилиндре в пределах радиального и осевого зазора между поршнем 8 и дисками 14 и 15.
Предлагаемый клапан регулирующий прямоточный при относительно простой конструкции, низкой трудоемкости и стоимости изготовления способен работать в различных условиях и температурных режимах без заклинивания горизонтального штока и вертикальной рейки.