РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЛЕПЕСТКОВЫЙ КЛАПАН ЗОРИНА (ВАРИАНТЫ)
CONTROL LEAF-TYPE VALVE BY ZORIN (VERSIONS)

Группа предлагаемых изобретений относится к арматуростроению, в частности к трубопроводной арматуре, предназначенной для регулирования расхода транспортируемой по трубопроводу жидкостной или газовой среды.
Известен запорный и регулирующий клапан, предназначенный для регулирования потока пылегазовоздушной смеси, содержащий корпус с цилиндрическим проходным сечением, в котором установлены лепестки с возможностью поворота каждого из них вокруг оси, направленной по соответствующему радиусу поперечного проходного сечения корпуса клапана (SU 11764 A, кл. F16K, 30.09.1929 г.).
Недостаток клапана - неравномерность потока и неоднородность пылегазовоздушной смеси за клапаном, обусловленные тангенциальным ускорением потока, проходящего через клапан с частично открытыми лепестками, повернутыми вокруг радиуса поперечного проходного сечения. Поток пылегазовоздушной смеси закручивается вокруг продольной оси трубопровода и оттесняется к его внутренней поверхности.
Известен также запорный и регулирующий лепестковый клапан, содержащий корпус с цилиндрическим проходным сечением, в котором установлены, по меньшей мере, три лепестка с возможностью поворота каждого из них вокруг оси, направленной по соответствующей хорде проходного сечения корпуса, при этом лепестки выполнены в виде пластин, имеющих форму секторов поперечного проходного сечения корпуса клапана (RU №2145684, кл. F16K 1/20, F16K 15/03, 20.02.2000 г.).
Недостатком клапана является расположение осей запорных лепестковых элементов в проходном сечении клапана, что определяет возникновение турбулентности потока транспортируемой по трубопроводу среды даже при полностью открытом клапане. Кроме того, при регулировании расхода среды частичным перекрыванием проходного сечения клапана смыкающимися лепестками, имеющими форму секторов, происходит ускорение потока за лепестками с тангенциальными составляющими турбулентности.
Наиболее близким техническим решением по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому регулирующему лепестковому клапану является регулирующий клапан, имеющий цилиндрический корпус с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, и в корпусе, на осях, параллельных оси трубопровода, установлены пластинчатые поворотные лепестки запорного органа, кинематически связанные с электромагнитным приводом (SU 1663297 A1, кл. F16K 31/02, 15.07.1991 г. - прототип). В каждом из пластинчатых лепестков запорного органа, имеющем секторную рабочую зону с радиусом, равным или большим радиуса трубопровода, и приводную часть с зубчатой поверхностью, на противолежащих плоскостях выполнены пазы, обеспечивающие возможность захода в них секторной зоны или приводной части сопряженных лепестков.
Недостатком клапана является создание дополнительной турбулентности потока регулируемой среды за частично открытыми лепестками, что усложняет процесс регулирования. Кроме того, при перекрывании сечения трубопровода смыкающиеся секторные зоны лепестков создают препятствие, за которым возможно возникновение кавитационных процессов, вызывающих эрозионный износ поверхности лепестков и поверхности трубопровода за клапаном.
Задачей заявляемого технического решения является предотвращение воздействия на стенки трубопровода турбулизированного потока, путем формирования центрированного потока, при уменьшении его турбулентности в зоне регулирования.
Поставленная задача решается тем, что в регулирующем лепестковом клапане, имеющем цилиндрический, с диаметром, превышающим диаметр трубопровода, корпус, в котором на осях, параллельных оси трубопровода, установлены поворотные, кинематически связанные с электромагнитным приводом, пластинчатые лепестки запорного органа, каждый из которых имеет секторную рабочую зону с радиусом, равным или большим радиуса трубопровода, и приводную часть с зубчатой поверхностью, и пазы на поверхности секторной зоны и поверхности приводной части, выполненные на противолежащих плоскостях с возможностью захода в них секторной зоны или приводной части сопряженных лепестков, согласно изобретению хотя бы на одной из боковых радиальных плоскостей секторной зоны каждого лепестка выполнена направляющая расточка, имеющая форму лопатки с выборкой переменной глубины по одному из ребер секторной зоны со стороны входящего потока и с углублением к периферии секторной зоны лепестка.
По варианту выполнения регулирующего лепесткового клапана согласно изобретению на поверхности секторной рабочей зоны каждого лепестка со стороны входящего потока выполнена выборка в форме сектора сферы, при этом центр суммарной сферы на поверхности лепестков запорного органа в положении клапана «закрыто» расположен на оси трубопровода, а вершина сферы - в центре рабочей зоны лепестков.
Выполнение лепестков запорного органа с направляющей расточкой хотя бы на одной из боковых радиальных плоскостей секторной рабочей зоны в форме лопатки, с выборкой переменной глубины по одному из ребер и с углублением к периферии секторной рабочей зоны лепестка, создает на поверхности лепестков запорного органа направляющие канавки, сужающиеся к центру клапана, что обеспечивает реализацию запорным органом функций направляющего аппарата. Расширенная на периферийной части секторной рабочей зоны лепестка выборка по одному из ее ребер захватывает поток регулируемой среды и, благодаря выполнению указанных выборок с уменьшением глубины к центру клапана, направляет его, сжимая периферийные слои регулируемой среды, к центру проходного сечения клапана, что позволяет уменьшить тангенциальные составляющие потока. В центрированном потоке уменьшается турбулентность, исключаются кавитационные явления и вызываемые ими эрозионные последствия, что повышает срок службы клапана и трубопровода.
Альтернативное выполнение лепестков запорного органа с выборкой на поверхности секторной зоны лепестка оказывает аналогичное воздействие на поток регулируемой среды. Суммарная сферическая выборка, формирующаяся на лепестках запорного органа, образуемая выборками на поверхности секторной рабочей зоны каждого лепестка со стороны входящего потока, выполненными в форме сектора сферы, направляет его по поверхности выборки на каждом лепестке к центру проходного сечения клапана и трубопровода, центрирует поток, предотвращая воздействия на стенки последнего.
Обеспечиваемое альтернативными вариантами выполнения выборок на лепестках регулирующего клапана центрирование потока регулируемой среды позволяет уменьшить гидродинамическое сопротивление клапана и снизить энергетические затраты на транспортирование среды.
Примеры выполнения вариантов регулирующего лепесткового клапана Зорина приведены на чертежах.
На фиг.1 представлен общий вид регулирующего клапана по варианту 1 с положением запорного органа «открыто».
На фиг.2 - общий вид регулирующего клапана по варианту 2 с положением запорного органа «открыто».
На фиг.3 приведен разрез А-А на фиг.1 в положении «закрыто».
На фиг.4. изображен общий вид лепестка.
На фиг.5 - лепесток с расточкой в форме лопатки на одной из радиальных плоскостей секторной рабочей зоны.
На фиг.6 - лепесток с расточкой в форме лопатки на двух радиальных плоскостях секторной рабочей зоны.
На фиг.7 приведен вид сбоку лепестка с выборкой в форме сектора сферы на поверхности секторной рабочей зоны.
Регулирующий лепестковый клапан, установленный в трубопроводе 1, содержит цилиндрический герметичный, выполненный из магнитопроницаемого материала, корпус 2, в котором размещен ротор 3 из ферромагнитного материала, на внутренней кольцевой поверхности которого выполнены зубья 4, входящие в зацепление с зубьями 5 на приводной части 6 лепестков 7, образующих запорный орган и установленных с возможностью поворота на осях 8, закрепленных в торцевых плоскостях 9 цилиндрического корпуса клапана параллельно оси трубопровода. Лепестки 7, выполненные из прочного материала (например, легированной стали), имеют секторную рабочую зону 10 с радиусом, равным или большим радиуса трубопровода, ограниченную боковыми радиальными плоскостями 11 и 12. На плоскости лепестков 7, со стороны входящего потока, выполнен паз 13 для захода в него секторной рабочей зоны 10 смежного лепестка в закрытом положении запорного органа, а на противолежащей плоскости 14 лепестка 7 в приводной части выполнен паз 15, чтобы не мешать свободному повороту смежного лепестка. Снаружи корпуса 2 расположен электромагнит 16.
При изготовлении клапана по первому варианту (фиг.5) на одной радиальной плоскости 11 или на обеих радиальных плоскостях 11 и 12 (фиг.6) секторной рабочей зоны 10 лепестка 7 выполнены расточки 17 в форме лопатки, с выборкой переменной глубины по одному из ребер между радиальной плоскостью 11 или 12 и плоскостью лепестка со стороны входящего потока. Каждая из расточек 17, за счет выборки переменной глубины, имеет расширенную часть на периферийной части секторной рабочей зоны лепестка и сужается к противоположному ребру между радиальной плоскостью 11 или 12 и плоскостью 13 секторной рабочей зоны лепестка и к центу запорного органа.
При изготовлении клапана по второму варианту (фиг.7) на секторной рабочей зоне лепестка 7 выполнены выборки 18 в форме секторов сферы, при этом центр суммарной сферы, при закрытом положении запорного органа, расположен на оси трубопровода, а вершина сферы - в центре рабочей зоны лепестков.
Клапан работает следующим образом.
Электромагнитом 16 создается вращающееся магнитное поле, приводящее в движение ротор 3, который передает вращение соединенным с ним кинематически лепесткам 7. Зубьями 4, входящими в зацеплением с зубьями 5 на приводной части 6, лепестки запорного органа поворачиваются вокруг осей 8 в положение «открыто» или «закрыто», уменьшая или увеличивая площадь проходного сечения клапана. При перемещении лепестков запорного органа в положение «закрыто» секторные рабочие зоны 10 смежных лепестков входят в пазы 13, выполненные на плоскостях лепестков со стороны входящего потока. При перемещении лепестков в положение «открыто» площадь проходного сечения клапана увеличивается, поток регулируемой среды центрируется благодаря расточкам 17 на одной радиальной плоскости 11, или на обеих радиальных плоскостях 11 и 12 секторной рабочей зоны 10, или при выполнении клапана по второму варианту благодаря выборкам 18, выполненным в форме секторов сферы на плоскости лепестка со стороны входящего потока.
Предлагаемые варианты выполнения клапана обеспечивают снижение последствий воздействия на стенки трубопровода турбулизированного потока регулируемой среды благодаря формированию центрированного потока и уменьшению его турбулентности в зоне регулирования.