РЕГУЛИРУЮЩИЙ ДИСКОВЫЙ КЛАПАН С РАЗГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Полезная модель относится к области машиностроения, а точнее, к регулирующей трубопроводной арматуре и может быть использована в клапанах дискового типа для регулирования расхода и перекрытия потока жидкой или газообразной среды в различных технологических линиях.
В настоящее время на энергетических установках широко применяются в качестве регулирующих органов в трубопроводах различного рода клапаны и задвижки, которые обладают различными регулирующими характеристиками, но имеют неудовлетворительную надежность и недолговечность, а также недостаточную пропускную способность.
Известен регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством, содержащий установленные в корпусе неподвижное седло с профилированными периферийными окнами, центральным каналом седла, постоянно контактирующего с золотником, выполненным с вырезами и сообщенный с напорной и сливной полостями клапана цилиндр, в котором установлен поршень с образованием между собой разгрузочной камеры (SU 987257 А, Кл. F 16 K 39/00, опубл. 07.01.83 г.).
Недостатком известного клапана является невысокая его пропускная способность. Это происходит из-за того, что поток рабочей среды, проходя через клапан, многократно меняет свое направление, что обусловлено его конструкцией. Кроме того, поток рабочей среды переменного направления создает эрозионный износ внутренней поверхности клапана, поэтому он становится недолговечным и ненадежным.
Прототипом, являющимся наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков, является регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством (RU 2232331 С2, кл. F 16 K 39/04, опубл. 2004.07.10), содержащий установленные в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами, шпиндель, проходящий через крышку, закрепленную с корпусом, цилиндр, в котором установлен поршень и образующий с ним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, пазы на уплотняющей поверхности, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла, и упругий элемент, размещенный с возможностью взаимодействия с золотником. Золотник жестко соединен с цилиндром.
Недостатком известного клапана является невысокая его пропускная способность вследствие большого гидравлического сопротивления, происходящего из-за того, что поток рабочей среды, проходя через клапан, многократно меняет свое направление, что обусловлено его конструкцией. Кроме того, поток рабочей среды переменного направления создает опасность эрозионного износа внутренней поверхности клапана, что делает его недолговечным и ненадежным.
Предлагаемой полезной моделью решается задача увеличения пропускной способности клапана и повышения надежности его работы.
Для достижения указанного технического результата в регулирующем дисковом клапане с разгрузочным устройством, включающем установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами и центральным каналом, контактирующее с золотником, выполненным с вырезами, шпиндель, проходящий через крышку, скрепленную с корпусом, цилиндр золотника, в котором установлен поршень и образующий с ним разгрузочную камеру, сообщенную со сливной полостью, пазы на уплотняющей поверхности золотника, образующие вместе с поверхностью седла промежуточную камеру, сообщенную с разгрузочной камерой и центральным каналом седла, и упругий элемент, седло, золотник и поршень установлены вдоль оси трубопроводной части корпуса, при этом разгрузка выполнена с одним, двумя или более поршнями, а связь золотника со шпинделем, предусмотренная для осуществления поворота золотника, выполнена в виде зубчатой передачи, причем угол поворота золотника предусмотрен более 90°, при этом расположенные на седле пропускные профилированные периферийные окна в узкой части пропускного сечения закрыты, а в широкой части пропускного сечения максимально открыты.
Отличительными признаками предлагаемого регулирующего дискового клапана с разгрузочным устройством от указанного выше известного, наиболее близкого к нему по совокупности существенных признаков, является то, что седло, золотник и поршень установлены вдоль оси трубопроводной части корпуса. Разгрузка выполнена с одним, двумя или более поршнями. Связь золотника со шпинделем, предусмотренная для осуществления поворота золотника, выполнена в виде зубчатой передачи. Угол поворота золотника предусмотрен более 90°, при этом расположенные на седле пропускные профилированные периферийные окна в узкой части пропускного сечения закрыты, а в широкой части пропускного сечения максимально открыты.
Благодаря наличию этих признаков увеличивается пропускная способность клапана при сохранении линейной регулирующей характеристики, обеспечивая надежную его работу при любых перепадах давления.
Расположение седла, золотника и поршня вдоль оси трубопроводной части корпуса («осевое» расположение), при этом вход и выход потока рабочей среды находятся на одной оси, создает потоку прямолинейное направление. Отсутствие многократных изменений направления потока уменьшает его сопротивление и увеличивает пропускную способность клапана, а также повышает надежность клапана за счет отсутствия эрозионного износа внутренних поверхностей.
Выполнение разгрузки с двумя и более поршнями дает возможность уменьшить диаметр цилиндра, что уменьшает внутреннее сопротивление потоку и увеличивает пропускную способность клапана.
Наличие зубчатой передачи позволяет золотнику осуществлять поворот от шпинделя и привода в процессе регулирования расхода рабочей среды.
При повороте золотника на угол более 90°, расположенные на седле пропускные профилированные периферийные окна открыты с большей площадью в широкой части, чем закрыты в узкой части, что дополнительно увеличивает пропускную площадь прохождения рабочей среды при сохранении линейной расходной характеристики.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 - схематично показан общий вид регулирующего дискового клапана с разгрузочным устройством в разрезе;
на фиг.2 - вид золотника с седлом в закрытом положении;
на фиг.3 - вид золотника с седлом в открытом положении.
Регулирующий дисковый клапан с разгрузочным устройством содержит корпус 1 (фиг.1), напорную 2 и сливную 3 полости, расположенные в трубопроводной части корпуса 1, неподвижное седло 4, поворотный дисковый золотник 5 с вырезами (фиг.2). Седло 4 (фиг.1) жестко зафиксировано в опорном кольце 6, установленном в корпусе 1. Седло 4 снабжено профилированными окнами 7 (фиг.3) для прохождения регулируемой среды и сквозным центральным продольным каналом 8 (фиг.1). Между поверхностями седла 4 и золотника 5 образована промежуточная камера 9. Седло 4 соединено с золотником 5 посредством упора 10 с центральным отверстием 11. Золотник 5 связан с цилиндром 12, в котором расположен поршень 13 с уплотнением 14. Поршень 13 может быть выполнен одноступенчатым или многоступенчатым. На крышке 15 золотника 5 установлена пружина 16, закрепленная в опоре 17, которая обеспечивает прижатие золотника 5 к седлу 4. Под поршнем 13 в цилиндре 12 образована разгрузочная камера 18, которая сообщается с промежуточной камерой 9 центральным отверстием 11 упора 10. Золотник 5 снабжен зубчатым колесом 19, входящим в зацепление с шестерней 20, которая установлена на шпинделе 21. Шпиндель 21 с комплектом уплотнений установлен в крышке 22 и связан с приводом 23 через муфту 24. Привод 23 закреплен на корпусе 1 посредством бугеля 25. Шпиндель 21 служит для передачи крутящего момента от привода 23 к золотнику 5 в процессе регулирования расхода рабочей среды.
Клапан работает следующим образом.
В положении «закрыто» (фиг.2) окна 7 седла 4 закрыты золотником 5. Золотник 5 и седло 4 прижаты к опорному кольцу 6 пружиной 16 и давлением рабочей среды. Давление рабочей среды в промежуточной камере 9 равно давлению в сливной полости 3. Рабочая среда не поступает в сливную полость. Клапан закрыт. Разгрузка золотника 5 обеспечивается упором 10.
Для установки клапана в положение «открыто» (фиг.3) приводом 23 (фиг.1) через муфту 24 приводим во вращение шпиндель 21 с шестерней 20. Зубчатое колесо 19, входящее в зацепление с шестерней 20, поворачивает золотник 5 таким образом, что вырезы золотника 5 совмещаются с окнами 7 седла 4 и открывают их, образуя сквозной проход. Напорная полость 2 соединяется со сливной полостью 3. При этом происходит следующее: Рабочая среда поступает в напорную полость 2 трубопроводной части корпуса 1, проходит в вырезы золотника 5 и попадает в окна седла 4, откуда выходит в сливную полость 3 трубопроводной части корпуса 1. При этом давление рабочей среды, образуемое в сливной полости 3, передается через центральный канал 8 седла 4, промежуточную камеру 9 и центральное отверстие 11 упора 10 в разгрузочную камеру 18 под поршнем 13. За счет действия разницы давлений в напорной полости 2 и разгрузочной камеры 18 на поршень 13 действует усилие, передаваемое через упор 10 на седло 4. При этом золотник 5 прижимается к седлу 4 с минимальным усилием, которое позволяет золотнику 5 поворачиваться с моментом трения о седло 4, не превышающим заданную величину момента. При закрытии окон 7 седла 4 в узкой части одновременно открываются окна 7 в широкой части, при этом площадь открытия увеличивается до максимальных размеров. Это увеличивает угол поворота при открытии окон 7 седла 4 до величины, превышающей 90°, вместо 90° в прототипе и других аналогичных устройствах. За счет этого увеличивается пропускная способность клапана при обеспечении линейной расходной характеристики.
Дополнительные преимущества:
- «осевое» расположение клапана позволяет отказаться от эрозионно-стойкого стакана (нержавеющего) внутри корпуса;
- при уменьшении диаметра разгрузки за счет выполнения поршня одноступенчатым или многоступенчатым увеличивается пропускная площадь, что дает возможность уменьшить диаметр трубопроводной
части корпуса, что позволяет изготовить корпус и патрубок одинакового диаметра (в одной трубе), что значительно уменьшает вес корпуса и, вес клапана в целом, и следовательно, его стоимость.
Таким образом, благодаря особенностям расположения и выполнения элементов конструкции клапана увеличивается его пропускная способность при сохранении линейной расходной характеристики, повышается надежность клапана, а также увеличивается срок службы, значительно уменьшается вес клапана и его стоимость.