Клапан регулирующий
REGULATING VALVE

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано на магистральных трубопроводах для регулирования расхода газа и перекрытия потока газа с заданной герметичностью.
Известен прямоточный клапан по патенту GB №2166847 А, кл. F16K 1/12. Данное устройство имеет корпус, внутри которого расположены затвор, седло с герметичным уплотнением и червячный привод, включающий червяк, червячное колесо с ходовой резьбой на внутренней поверхности и шток с ходовой резьбой, связанный с затвором и взаимодействующий с внутренней ходовой резьбой червячного колеса.
Наиболее близким техническим решением является клапан запорный по патенту РФ №2198335, кл. F16K 31/53, F16K 1/12. Клапан содержит корпус со штифтом, подвижный затвор с ходовой резьбой на наружной поверхности, седло с уплотнением и червячный привод затвора, включающий червяк, расположенный в корпусе, и червячное колесо с ходовой резьбой на внутренней поверхности, взаимодействующей с ходовой резьбой подвижного затвора, причем втулка снабжена пазом, взаимодействующим со штифтом.
Анализ известных конструкций регулирующих клапанов, выбранных в качестве аналога и прототипа, показал их следующие недостатки.
Затвор клапана является не разгруженным от радиальных нагрузок, возникающих при работе привода. Это связано с тем, что червячное колесо базируется в радиальном направлении непосредственно на подвижном затворе, установленном в корпусе клапана (внутренний диаметр ходовой резьбы червячного колеса контактирует с внутренним диаметром ходовой резьбы затвора). Для осевого перемещения подвижного затвора и прижатия его к седлу на червяк, установленный в корпусе, от источника движения передается крутящий момент, который имеет наибольшее значение в момент уплотнения подвижного затвора с седлом, а также при его открытии из уплотненного состояния.
окp
oc
pад
В результате действия крутящего момента на червячное колесо в полюсе зацепления будут действовать окружная F, осевая F и радиальная F силы.
окp
Окружная F сила будет вращать червячное колесо, которое, взаимодействуя с ходовой резьбой подвижного затвора, будет обеспечивать осевое перемещение подвижного затвора по посадочному отверстию корпуса и уплотнение подвижного затвора с седлом.
oc
Осевая F сила будет восприниматься корпусом (червячное колесо в осевом направлении взаимодействует с корпусом).
paд
Радиальная F сила будет передаваться на резьбовое соединение червячного колеса и подвижного затвора, а также посадочное соединение подвижный затвор - корпус. При этом произойдет выборка радиальных зазоров и создастся натяг в подвижных соединениях червячное колесо - подвижный затвор, подвижный затвор - корпус. Это приведет к смещению червячного колеса и подвижного затвора в радиальном направлении относительно оси посадочного отверстия корпуса и существенному повышению силы трения в указанных соединениях, препятствующей осевому перемещению подвижного затвора, а также к увеличению межосевого расстояния между червяком и червячным колесом и, как следствие, к искажению пятна контакта в червячной передаче. Кроме того, в момент закрытия подвижного затвора его ось, в результате смещения подвижного затвора, не будет совпадать с осью седла, выполненного в корпусе соосно с посадочным отверстием подвижного затвора, и при дальнейшем перемещении подвижного затвора может произойти или его заклинивание, или недостаточно герметичное уплотнение с седлом.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности, точности и долговечности.
Указанная техническая задача достигается тем, что в клапане регулирующем, содержащем корпус со штифтом, подвижный затвор с ходовой резьбой на наружной поверхности и пазом, взаимодействующим со штифтом, седло с уплотнением и червячный привод затвора, включающий червяк, расположенный в корпусе, и червячное колесо с ходовой резьбой на внутренней поверхности, взаимодействующей с ходовой резьбой подвижного затвора, червячное колесо установлено непосредственно в корпусе, а ходовые резьбы червячного колеса и подвижного затвора, взаимодействующие между собой, выполнены с гарантированным радиальным зазором.
Анализ отобранных в результате патентных, информационных и каталожных материалов, касающихся клапанов регулирующих, по фондам Саратовской областной универсальной научной библиотеки позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, то есть имеет изобретательный уровень.
Конструкция предлагаемого клапана регулирующего основана на отзывах эксплуатирующих организаций о проблемах, возникающих в процессе работы известных клапанов регулирующих.
В предлагаемой конструкции, благодаря размещению червячного колеса непосредственно в корпусе и наличию в ходовой резьбе взаимодействующих между собой червячного колеса и подвижного затвора гарантированного радиального зазора, существенно снижаются силы трения и износ в подвижных соединениях, обеспечивается более герметичное уплотнение затвора, что позволяет увеличить надежность, точность и долговечность работы клапана регулирующего.
Следовательно, предложенная конструкция обладает промышленной полезностью.
Устройство клапана регулирующего представлено на чертеже (фиг.1).
Клапан регулирующий содержит корпус 1 со штифтом 2, подвижный затвор 3 с ходовой резьбой 4 на наружной поверхности и пазом 5, взаимодействующим со штифтом 2, седло 6 с уплотнением и червячный привод затвора, включающий червяк 7, расположенный в корпусе 1 и связанный с источником движения (не показан), а также червячное колесо 8 с ходовой резьбой 9, установленное в корпусе 1, причем ходовые резьбы 4 и 9 выполнены с радиальным зазором 10.
Клапан регулирующий работает следующим образом.
Для регулирования расхода или перекрытия потока рабочей среды, например газа, проходящего через клапан, включается источник движения, который передает вращательное движение с заданным крутящим моментом червяку 7, находящемуся в зацеплении с червячным колесом 8, обеспечивая его вращение. Взаимодействие ходовой резьбы 9 на червячном колесе 8 с ходовой резьбой 4 на подвижном затворе 3 обеспечивает преобразование вращательного движения червячного колеса 8 в поступательное осевое движение подвижного затвора 3. При этом штифт 2, взаимодействующий с пазом 5, не позволяет подвижному затвору 3 выполнять поворот вокруг своей оси. При перемещении подвижного затвора 3 в сторону седла 6 уменьшается проходное сечение между подвижным затвором 3 и седлом 6, тем самым регулируется расход рабочей среды. Для перекрытия потока газа подвижный затвор 3 прижимается к торцевой уплотняющей поверхности седла 6.
Выполнение осевого и радиального базирования червячного колеса 8 непосредственно в корпусе 1, а также обеспечение гарантированного радиального зазора 10 между ходовыми резьбами червячного колеса 8 и подвижного затвора 3, позволяет полностью разгрузить подвижный затвор 3 в радиальном направлении от нагрузок, действующих в червячном приводе, существенно снизить силы трения в подвижных соединениях червячное колесо 8 - подвижный затвор 3, подвижный затвор 3 - корпус 1, обеспечить постоянство межосевого расстояния в червячной передаче, а также неизменность положения и формы пятна контакта. Кроме того, в момент прижатия подвижного затвора 3 к седлу 6, подвижный затвор 3 может, в пределах зазора в соединении подвижный затвор 3 - корпус 1, под действием осевой силы самоустанавливаться по седлу 6, обеспечивая более герметичное уплотнение подвижного затвора 3 и седла 6. Также, в связи с существенным снижением силы трения в подвижных соединениях, требуется источник движения с гораздо меньшим крутящим моментом.
Таким образом, конструкция клапана регулирующего удовлетворяет поставленной технической задаче.