Регулирующий клапан

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к регулирующим клапанам, предназначенным для регулирования расхода потока рабочей среды на нагнетательных трубопроводах и может быть использована на газовых и нефтяных магистралях высокого давления.
Известен клапан запорный магистральный, содержащий корпус с присоединительными фланцами в виде патрубков, выполненных за одно целое с корпусом и образующих входное и выходное отверстия, с центральной вертикально расположенной цилиндрической расточкой и соосно размещенным в ней запорным органом, седло, внешнее уплотнение установочной поверхности главного запорного органа образовано в виде манжетного уплотнения, встроенного в кольцевую прямоугольную канавку, при этом манжетное уплотнение выполнено в виде размещенного в канавке с предварительным натягом упругого резинового круглого кольца и манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала (Патент RU №2355934 С2, МПК F16K 39/02, F16K 27/02, от 25.04.2007, опубл. 20.05.2009).
Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, отсутствие элемента, обеспечивающего соосность штока относительно уплотнений и большое количество уплотнений, что снижает надежность работы клапана, особенно при больших давлениях.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели регулирующему клапану, является регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенное внутри корпуса седло, соединенное с элементом в виде сепаратора с выполненными на его боковой поверхности радиальными отверстиями для прохода рабочей среды, и размещенный внутри сепаратора с возможностью осевого перемещения затвор в виде поршня с отверстиями на его торце, соединенного со штоком, сальниковый узел, размещенный на корпусе для герметизации штока, включающий гайку, неподвижный уплотнительный элемент (Патент RU №2259508 С2, МПК F16K 39/04, F16K 47/02, от 03.06.2003, опубл. 27.08.2005 - прототип).
Недостатком известного клапана является сложность конструкции сальникового узла, в который входит сальник, а также отсутствие элемента, обеспечивающего соосность штока с сальником, что в свою очередь приводит к неравномерному распределению нагрузки в сальнике и со временем приведет к потере герметичности сальника и клапана в целом. При отсутствии соосности штока и сальника верхний поджимной элемент сальника может вступить в контакт со штоком, в этом случае за счет коэффициента трения увеличивается усилие привода, которое необходимо для перемещения штока. Все эти перечисленные факторы снижают надежность клапана.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности работы регулирующего клапана при больших давлениях за счет снижения нагрузки на привод.
Для решения технической проблемы, в регулирующем клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенное внутри корпуса седло, взаимодействующее с сепаратором с выполненными на его боковой поверхности радиальными отверстиями для прохода рабочей среды, и размещенный внутри сепаратора с возможностью осевого перемещения поршень с отверстиями на его торце, соединенный со штоком, сальниковый узел, размещенный на корпусе для герметизации штока, включающий гайку, неподвижный уплотнительный элемент, согласно полезной модели, сальниковый узел дополнительно снабжен втулкой с установленным в ней подшипником из композиционного материала с низким коэффициентом трения, размещенной над неподвижным уплотнительным элементом, и взаимодействующей с установленной над ней гайкой с расположенным в ней грязесъемником, при этом неподвижный уплотнительный элемент выполнен из политетрафторэтилена с добавками, включающими стекловолокно и дисульфид молибдена.
Включение в сальниковый узел штока втулки с установленным в ней подшипником из композиционного материала с низким коэффициентом трения обеспечивает герметизацию полости клапана, а также центрирование штока, предотвращает контакт металла по металлу между штоком и втулкой сальникового узла, в результате чего повышается надежность работы клапана.
Использование подшипника с низким коэффициентом трения подшипника обеспечивает снижение нагрузки, воспринимаемой приводом при перемещении затвора клапана. Также за счет центрирующего свойства подшипника сальникового узла уменьшается нагрузка на неподвижное уплотнение сальникового узла, в связи с чем происходит меньший износ уплотнения. В свою очередь уменьшенная нагрузка на уплотнение и низкий коэффициент трения подшипника способствуют уменьшению усилия на привод при перемещении штока клапана, что способствует повышению надежности работы клапана
Сальниковый узел воспринимает меньшие нагрузки, в связи с чем происходит меньший износ неподвижного уплотнительного элемента, в результате чего повышается надежность и долговечность его конструкции.
Выполнение неподвижного уплотнительного элемента из политетрафторэтилена с добавками, включающими стекловолокно и дисульфид молибдена, обеспечивает герметичность внутреннего пространства клапана от попадания рабочей среды под давлением, что повышает надежность работы клапана при больших давлениях.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показан общий вид регулирующего клапана, продольный разрез;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показан сальниковый узел штока, размещенного в корпусе.
При описании регулирующего клапана позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус
2 - входной патрубок
3 - выходной патрубок
4 - обтекатель внутри корпуса
5 - проходной кольцевой канал
6 - сепаратор
7 - радиальные отверстия в сепараторе
8 - седло
9 - втулка прижимная
10 - поршень
11 - полость в поршне
12 - отверстия в торце поршня
13 - привод
14 - шток
15 - косозубое зацепление
16 - рейка
17 - отверстие в корпусе
18 - неподвижный уплотнительный элемент
19 - втулка
20 - подшипник
21 - гайка
22 - грязесъемник
Регулирующий клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным патрубком 3 и обтекатель 4, формирующие проходной кольцевой канал 5. На выходе из кольцевого канала 5 установлен сепаратор 6 с радиальными отверстиями 7, закрепленный седлом 8 и втулкой прижимной 9 в выходном патрубке 3 (фиг. 1). Внутри сепаратора 6 с возможностью осевого перемещения установлен поршень 10. Полость 11 поршня 10 сообщается с выходным патрубком 3 посредством отверстий 12, выполненных на торце поршня 10. Механизм перемещения поршня 10 включает привод 13, соединенный с вертикально установленным штоком 14, взаимодействующий посредством косозубого зацепления 15 с горизонтально установленной рейкой 16. Шток 14 снабжен уплотняющим сальниковым узлом, установленным в отверстии 17 корпуса 1 (фиг. 2). Сальниковый узел включает неподвижный уплотнительный элемент 18, над которым установлена втулка 19. Во втулке 19 закреплен подшипник 20 из композиционного материала с низким коэффициентом трения. Втулка 19 взаимодействует с установленной над ней гайкой 21. В гайке 21 расположен грязесъемник 22. Уплотняющий сальниковый узел обеспечивает соосность штока 14 и отверстия 17 корпуса 1. Неподвижный уплотнительный элемент 18 выполнен из политетрафторэтилена с добавками. В качестве добавок используют стекловолокно и дисульфид молибдена.
Работает регулирующий клапан следующим образом.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2, проходит в кольцевой канал 5, сформированный корпусом 1 и обтекателем 4, и через отверстия 7 сепаратора 6 поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 10, посредством рейки 16 и штока 14, смещают обеспечивая перекрытие отверстий 7 сепаратора 6. Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 7 в сепараторе 6. При полностью перекрытых отверстиях 7 сепаратора 6 клапан закрыт.
Открывание клапана производят приводом 13, задающим движение штоку 14, соединенному посредством косозубого зацепления 15 с рейкой 16, который перемещает в обратную сторону поршень 10. При этом давление рабочей среды в полости 11 поршня 10 равно давлению в выходном патрубке 3 за счет наличия отверстий 12 в торце поршня 10, сообщающих указанные полости. Поршень 10 полностью разгружен.
Герметичность штока 14 относительно внешней среды обеспечивается неподвижным уплотнительным элементом 18 сальникового узла, установленного в отверстии 17 корпуса 1. Соосность штока 14 и отверстия 17 корпуса 1 обеспечивается подшипником 20 из композиционного материала с низким коэффициентом трения, установленным во втулке 19. Наличие подшипника 20 из композиционного материала с низким коэффициентом трения в сальниковом узле уменьшает нагрузку на неподвижный уплотнительный элемент 18 в случае неточности выполнения отверстий 17 в корпусе 1. Низкий коэффициент трения композиционного материала подшипника способствует уменьшению нагрузки привода. Чистоту сальникового узла обеспечивает грязесъемник 22, установленный в гайке 21.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения обеспечивает надежность работы регулирующего клапана при больших давлениях с использованием приводов малой мощности, а также снижает нагрузки на привод, что повышает надежность и долговечность конструкции клапана.