КЛАПАН РАЗГРУЖЕННЫЙ С ПОДАЧЕЙ СРЕДЫ ПОД ЗАПОРНЫЙ ОРГАН

Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности к трубопроводной арматуре и предназначена для перекрытия рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.
Наиболее близким аналогом является клапан, содержащий корпус с бугелем, входным и выходным патрубками, шпиндель, имеющий на одном конце рукоятку, а на другом - запорный орган, седло, снабженное уплотнительным кольцом, а к седлу нажимной планкой прижаты последовательно установленные узел проставки, пакет сальниковых колец и грундбукса (Свидетельство Российской Федерации на изобретение №2117840, 1998 г., по кл. МПК F16K 1/02).
Однако клапан этой конструкции имеет техническую проблему. При высоком давлении рабочей среды, направленном под запорный орган, и большом диаметре уплотнения в седле для обеспечения герметизации клапана необходимо значительное усилие на штоке привода, что приводит к увеличению габарита клапана.
Решение вышеназванной технической проблемы обеспечивается в конструкции клапана разгруженного с подачей среды под запорный орган, содержащей корпус с входным и выходным патрубком, седло с уплотнительным кольцом, установленное в корпусе, запорный орган, расположенный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения, шток, одним концом соединенный с запорным органом, а другим концом соединенный со штоком привода, привод, установленный на бугель, соединенный с корпусом, отличающейся тем, что седло подпружинено и может перемещаться вдоль оси штока с центровкой по корпусу, на величину равную 90% от рабочего хода штока привода, при этом диаметр уплотнения между корпусом и седлом больше, чем диаметр уплотнения седла и запорного органа, а в качестве привода применяется мембранный исполнительный пневматический механизм обратного действия, что позволяет обеспечить надежную герметизацию при закрытии клапана в системах с высоким давлением рабочей среды за счет возникновения дополнительного усилия дожатия, вызванного перепадом давления рабочей среды во входном и выходном патрубке корпуса клапана и перемещением седла в направлении закрытия на величину равную 90% от хода штока привода при закрытии.
Таким образом, техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью, является сохранение оптимального усилия, необходимого для обеспечения заданной степени герметизации клапана при его закрытии в системах с высоким давлением рабочей среды при сохранении малых габаритов клапана.
Клапан разгруженный с подачей среды под запорный орган представлен на фигуре 1, где:
1 - корпус, 2 - седло, 3 - запорный орган, 4 - пружина, 5 - шток, 6 - бугель, 7 - привод (мембранный исполнительный пневматический механизм обратного действия), 8 - пружины, 9 - мембрана, 10 - ограничительная втулка, 11 - уплотнительное кольцо, 12 - сальник.
Силовая диаграмма, представлена на фигуре 2, где:
0
1
K
13 - суммарная силовая диаграмма пружин 8, 14 - силовая диаграмма пружины 4, h - начальная деформация пружин 8 и пружины 4, h - величина перемещения седла, h - рабочий ход штока привода.
Общая конструкция клапана разгруженного с подачей среды под запорный орган состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками, седла 2 с уплотнительным кольцом 11, установленного в корпусе 1. Седло 2 сцентрировано в корпусе 1 и прижато пружиной 4. В корпусе 1 расположены, с возможностью возвратно-поступательного движения, запорный орган 3, шток 5, одним концом соединенный с запорным органом 3, а другим концом соединенный со штоком привода 7. На бугеле 6, соединенном с корпусом 1, установлен привод 7.
Клапан разгруженный с подачей среды под запорный орган работает следующим образом:
K
Рабочая среда подается под запорный орган 3 клапана. В открытом положении клапана, привод 7 находится под рабочим давлением управляющего газа, воздействующего на мембрану 9 привода 7, под действием которого пружины 8 привода сжаты и шток 5, одним концом соединенный с запорным органом 3, а другим соединенный со штоком привода 7, находится в крайнем верхнем положении, при этом пружины 8 сжаты на величину равную рабочему ходу штока 5 h. Давление рабочей среды во входном и выходном патрубке равны. Седло 2 прижато пружиной 4 к корпусу 1.
0,14
0,13
дож
дож.
дож.
1
1,14
1,13
1
Для закрытия клапана в приводе 7 сбрасывается давление управляющего газа, усилие, сжимающее пружины 8 привода 7, исчезает. Под действием пружины 8 шток 5, одним концом соединенный с запорным органом 3, а другим соединенный со штоком 5 привода 7, перемещает запорный орган 3 до соприкосновения уплотнительных поверхностей седла 2 и запорного органа 3. В данном положении в соответствии с силовыми диаграммами 13 и 14 герметизирующее усилие обеспечивают силы (F) и (F) После перекрытия клапана давление в выходном патрубке начинает снижаться. Постепенно перепад давления рабочей среды во входном и выходном патрубке корпуса 1 увеличивается. За счет того, что диаметр уплотнения между корпусом 1 и седлом 2 больше чем диаметр уплотнения седла 2 и запорного органа 3, данный перепад давления действует на седло 2, установленное в корпусе 1, с уплотнительным кольцом 11, образуя дополнительное усилие дожатия (F.)- Когда усилие дожатия (F) превысит сумму сил - силы прижатия седла 2 к корпусу 1 пружинной 4, силу сжатия пружин 8 привода в крайнем нижнем положении и силу трения в сальнике 14, седло 2 вместе с запорным органом 3 начнет перемещаться вверх. С ростом перепада давления рабочей среды во входном и выходном патрубке, будет увеличиваться усилие дожатия (F), сильнее сжимающее пружину 4 и пружины 8 привода 7, и прижимая уплотнительные поверхности седла 2 и запорного органа 3 с большим усилием, чем усилия только от пружин 8 привода 7 в крайнем нижнем положении. При увеличении перепада давления во входном и выходном патрубке, седло 2, установленное в корпусе 1, с уплотнительным кольцом 11, переместится на величину перемещения седла 2 h, уперевшись в ограничительную втулку 10. В данном положении в соответствии с силовыми диаграммами 13 и 14 герметизирующее усилие обеспечивают силы (F) и (F). Величина перемещения седла 2 h составляет 90% от рабочего хода штока 5 привода 7. Данное перемещение седла 2 позволяет, используя перепад давления между входным и выходным патрубками в закрытом положении клапана, существенно увеличить силу прижимающую запорный орган 3 к седлу 2, что соответственно обеспечивает надежную герметизацию клапана без увеличения силовых характеристик привода 7 и соответственно позволит использовать клапан на большее рабочее давление, сохраняя габаритные размеры привода и клапана в целом. После установления перепада во входном и выходном патрубке и смещении седла 2 в крайнее верхнее положение, клапан считается закрытым.
K
к
Для открытия клапана в привод 7 подается рабочее давление управляющего газа, воздействующего на мембрану 9 привода 7, под действием которого пружины 8 привода 7 сжимаются до величины h и шток 5, одним концом соединенный с запорным органом 3, а другим соединенный со штоком привода 7, перемещается в крайнее верхнее положение h, при этом седло 2 останется неподвижным, так как упирается в ограничительную втулку 10. Образуется зазор между уплотнительными поверхностями запорного органа 3 и седла 2. Одновременно с увеличением зазора перепад давления во входном и выходном патрубке корпуса 1 начнет уменьшаться и пружина 4 прижмет седло 2 к корпусу 1. После исчезновения перепада давления во входном и выходном патрубке корпуса 1 и смещении седла 2 в направлении открытия, до соприкосновения с корпусом 1 клапан считается открытым.
Таким образом, предложенная конструкция клапана разгруженного с подачей среды под запорный орган, содержащая корпус 1 с входным и выходным патрубком, седло 2 с уплотнительным кольцом 11, установленное в корпусе 1, запорный орган 3, расположенный в корпусе 1 с возможностью возвратно-поступательного движения, шток 5, одним концом соединенный с запорным органом 3, а другим концом соединенный со штоком привода 7, привод 7, установленный на бугель 6, соединенный с корпусом 1, отличающаяся тем, что седло 2 подпружинено и может перемещаться вдоль оси штока 5 с центровкой по корпусу 1, на величину равную 90% от рабочего хода штока привода 7, при этом диаметр уплотнения между корпусом 1 и седлом 2 больше, чем диаметр уплотнения седла 2 и запорного органа 3, что позволяет обеспечить надежную герметизацию при закрытии клапана в системах с высоким давлением рабочей среды при сохранении малых габаритов клапана, за счет возникновения дополнительного усилия дожатия, вызванного перепадом давления рабочей среды во входном и выходном патрубке корпуса 1 клапана и перемещением седла 2 в направлении закрытия на величину равную 90% от хода штока привода 7 при закрытии.