ВЕНТИЛЬ

Полезная модель относится к области машиностроения, а более конкретно, - к трубопроводным системам для передачи и транспортирования жидкотекучих сред на расстояния и может найти применение в качестве устройства для регулирования величины потока жидкости в трубах или полного прекращения ее движения.
Известен вентиль [1], содержащий корпус с входным и выходным каналами, сообщающимися между собой камерой сферической формы, (для улучшения гидродинамики потока) с проходными отверстиями, а также крышку корпуса, герметично закрепленную в верхней его части, с установленным в ней запорным механизмом в виде винтового шпинделя, на одном конце которого закреплен маховик, а на другом - дисковый золотник, контактирующий с седлом через уплотнительный элемент в виде плоской шайбы, при этом золотник закреплен таким образом, что он имеет возможность перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также свободное вращение относительно шпинделя.
Основным недостатком данного вентиля является низкая надежность в работе, особенно когда он используется в системах для транспортирования горячих или агрессивных сред. В этих случаях возможно прилипание плоскости уплотнительной шайбы к седлу при закрывании вентиля, а поскольку золотник имеет подвижное закрепление на конце шпинделя, то при открывании происходит неодновременный отрыв шайбы от седла. В результате этого шайба деформируется и теряет свои уплотняющие свойства, что требует частой ее замены. Кроме того, наличие крепежных элементов на золотнике ухудшает гидродинамику.
Известен также вентиль [2], содержащий корпус с входным и выходным каналами, сообщающимися между собой перепускным отверстием, ограниченным седлом, крышку, герметично закрепленную в верхней части корпуса, в винтовом отверстии которой подвижно установлен запорный механизм, состоящий из винтового шпинделя, на одном конце которого закреплен маховик, а на другом - дисковый золотник, контактирующий с седлом перепускного отверстия через уплотнительный кольцевой элемент, установленный непосредственно на золотнике.
По количеству общих признаков это устройство наиболее близко к предлагаемому и является его ближайшим аналогом (прототипом).
В данном устройстве отсутствуют те факторы, которые имеют место и влияют на надежность работы первого аналога. Так форма уплотнительного элемента в виде круглого кольца и выполнение контактной поверхности седла с угловым скосом в 20-30° существенно уменьшают прилипание уплотнителя к седлу, уменьшая тем самым вероятность его деформации при прохождении любых жидкотекучих сред.
Наличие съемной крышки корпуса в значительной степени облегчает ремонт вентиля в случае выхода из строя элементов, находящихся внутри корпуса. В то же время, наличие углового скоса на контактной поверхности седла при сильном прижатии золотника к седлу приводит к выдавливанию уплотнительного кольца в перепускное отверстие, в результате чего нарушается герметичность, и вентиль перестает выполнять свои функции.
Кроме того, рассматриваемый вентиль обладает большой металлоемкостью, поскольку все его конструкционные элементы выполнены из металла (за исключением уплотнительных колец), большинство из латуни, что приводит к увеличению весовых характеристик, а следовательно, к повышению его себестоимости. Данный вентиль также низкотехнологичен при изготовлении за счет того, что все его детали изготавливаются на обыкновенных металлорежущих станках универсальными методами обработки.
Все эти факторы отрицательно сказываются при изготовлении изделия в крупносерийном или массовом производстве.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания облегченного, более технологичного, с улучшенным эксплуатационными качествами изделия.
Технический результат, достигаемый при осуществлении полезной модели, заключается в повышении надежности и технологичности изделия, снижении весовых характеристик.
Для достижения этого технического результата в известном устройстве, содержащем корпус с входным и выходным каналами, сообщающимися между собой перепускным отверстием, ограниченным седлом, крышку, герметично закрепленную в верхней части корпуса, в винтовом отверстии которой подвижно установлен запорный механизм, состоящий из винтового шпинделя, на одном конце которого закреплен маховик, а на другом - дисковый золотник, контактирующий с седлом перепускного отверстия через уплотнительный кольцевой элемент, последний установлен в трапециевидной круговой проточке седла перепускного отверстия и выполнен в виде кольца с трапециевидной формой в сечении, имеющего скругление в верхней части, контактирующей с плоскостью золотника, высота кольца больше глубины проточки на величину, обеспечивающую равномерный контакт уплотнителя по всей окружности золотника, крышка корпуса и все элементы запорного механизма выполнены из высокопрочного термопластичного материала.
Отличительными признаками заявляемого устройства от ближайшего аналога по патенту на изобретение №2262629 являются: выполнение уплотнительного элемента в виде кольца с трапециевидным сечением (форма прямоугольной трапеции), имеющего скругление в верхней части, контактирующей с плоскостью золотника и установленного в трапециевидной круговой проточке перепускного отверстия; выполнение высоты кольца больше глубины проточки на величину, обеспечивающую равномерный контакт уплотнителя по всей окружности золотника; выполнение крышки корпуса и всех элементов запорного механизма из высокопрочного термопластичного материала.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемого устройства достигается вышеуказанный технический результат, а именно: повышению надежности устройства и улучшению его эксплуатационных качеств способствуют форма выполнения уплотнительного кольца (трапециевидной формы в сечении со скруглением в верхней его части) и расположение его в такой же по форме кольцевой проточке седла.
Имея форму прямоугольной трапеции, уплотнительное кольцо в проточке седла расширяется к ее основанию, то есть у снования кольцо шире чем в верхней (заходной) части проточки, поэтому, чтобы выдернуть кольцо из проточки, потребуется приложить значительно большее усилия чем то, которое необходимо в случае прилипания кольца к золотнику за счет адгезии материалов. Кроме того, высокопрочный термопластичный материал (стеклонаполенный полипропилен), из которого выполнены элементы запорного механизма, в этом числе и золотник, не проявляет адгезии в отношении других материалов. Поэтому кольцо надежно удерживается в проточке, не подвергаясь деформации, как это имеет место с плоским дисковым уплотнителем в первом аналоге, и не выдавливается из проточки как в прототипе.
Повышение технологичности изделия и снижение его весовых характеристик достигается за счет выполнения крышки корпуса и элементов запорного механизма из высокопрочного термопластичного материала, например, из стеклонаполнительного полипропилена, который по своим характеристикам близок к латуни, стоек к агрессивным средам, не проявляет адгезии к материалам и имеет более низкий удельный вес. Использование стеклопропилена дает возможность применить более прогрессивные методы изготовления деталей, такие как высокоточное литье или способ горячего прессования в прессформах, что значительно повышает технологичность изделия. Все это, в конечном итоге, позволяет снизить его себестоимость при изготовлении.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-2:
на фиг. 1 показан разрез заявляемого вентиля в вертикальной плоскости;
на фиг. 2 - увеличенный фрагмент сечения уплотнительного кольца, установленного в проточке седла.
Вентиль содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, которые сообщаются между собой перепускным отверстием 4, ограниченным седлом 5. В верхней части корпуса 1 на резьбе герметично (за счет уплотнителей 6 и 7) установлена крышка 8, в винтовом отверстии которой расположен запорный механизм, состоящий из винтового шпинделя 9, на одном конце которого закреплен маховик 10, а на другом - дисковый золотник 11, контактирующий с седлом 5 через уплотнительный кольцевой элемент 12. В седле 5 выполнена трапециевидная кольцевая проточка 13, в которой установлен уплотнительный элемент 12, имеющий также трапециевидную форму в сечении со скруглением 14, в верхней его части, контактирующей с плоскостью золотника 11.
При этом высота кольца уплотнительного элемента 12 больше глубины проточки 13 на величину h, обеспечивающий равномерный контакт уплотнителя по всей окружности золотника 11. Положение золотника 11 на хвостовой части шпинделя 9 зафиксировано при помощи фиксатора 15 с возможностью его вращения и качания относительно шпинделя. Крышка 8 и все элементы запорного механизма выполнены из высокопрочного термопластичного материала, например, из стеклонаполненного полипропилена, что уменьшает весовые характеристики изделия и повышает его технологичность.
Работа вентиля осуществляется следующим образом.
Регулировка величины потока жидкости, проходящей через вентиль, либо полное прекращение ее движения осуществляется путем вращения маховика 10. При вращении маховика против часовой стрелки шпиндель 9, вращаясь в винтовом отверстии крышки 8, осуществляет поступательное движение вверх вдоль своей оси. При этом золотник 11 и уплотнительный элемент 12, находящийся в кольцевой проточке 13 седла 5, разъединяются между собой, и золотник 11 вместе со шпинделем 9 перемещается вверх, открывая перепускное отверстие 4, через которое жидкость из входного канала 2 под давлением проходит в выходной канал 3.
Для уменьшения потока жидкости полного ограничения ее подачи маховик 10 вращают по часовой стрелки. При этом шпиндель 9, вращаясь в винтовом отверстии крышки 8 в другом направлении, приобретает вместе с золотником 11 поступательное движение вниз до качания золотником уплотнительного кольца 12. Кольцо под воздействием золотника 11 сжимается на величину h, обеспечивая надежное перекрытие перепускного отверстия 4 золотником 11.
Таким образом, наличие отличительных признаков, которые приведены в формуле заявляемого устройства, позволяет получить вышеуказанный технический результат, а именно: повысить надежность и технологичность изделия, уменьшить его весовые характеристики.
Заявляемый вентиль может быть изготовлен на любом машиностроительном предприятии в условиях крупносерийного и массового производства с применением как отечественных, так и зарубежных материалов.
Использованные источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №85597, кл. F16K 1/02, опубл. 10.08.2009.
2. Патент РФ на изобретение №2262629, кл. F16K 1/02, опубл. 20.10.2005.