КЛАПАН С ЛИНЕЙНЫМ ПРИВОДОМ
VALVE WITH LINEAR DRIVE

Предлагаемое устройство относится к машиностроению и, в частности, к арматуростроению. Оно может быть использовано для управления потоками жидких и газообразных сред в трубопроводах.
Известны клапаны с линейным приводом, содержащие корпус с седлом, входным и выходным патрубками, запорный орган, расположенный концентрично седлу корпуса, линейный привод.
В патенте РФ №2143563, МПК F01D 17/10, F16К 31/143, описан пневмоклапан, содержащий корпус с седлом, клапан с уплотнителем (управляющим элементом), проточную часть, поршневой пневмопривод (линейный привод) с щелевым уплотнением поршня и штока, установленный непосредственно в проточную часть и управляемый с помощью рабочей среды.
В патенте РФ №30908, МПК F16К 1/12, описан запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган (управляющий элемент) с пневмоприводом (линейным приводом), выполненным в виде размещенного в силовой полости, образованной в корпусе, поршня и взаимодействующего с ним штока.
Из всех устройств аналогичного назначения самым близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является золотниковый клапан, описанный в патенте WO 02/086361, A1 F16К 1/12, 17.04.2002. Он содержит корпус с проточной частью, входной и выходной патрубки, подвижную герметизирующую трубу (управляющий элемент) с седлом, уплотнительный элемент, привод (линейный привод), рычаг для перемещения герметизирующей трубы (управляющего элемента).
Данный клапан достаточно надежен, однако связь линейного привода с управляющим элементом посредством рычага накладывает на конструкцию клапана существенное ограничение, а именно ось линейного привода должна быть параллельна оси управляющего элемента. В противном случае происходит увеличение нагрузки на шарнир, вокруг которого поворачивается рычаг, в результате чего данный шарнир быстро изнашивается, а клапан перестает выполнять свое функциональное назначение, т.е. в устройстве не достигается технический результат, выраженный в повышении надежности клапана.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, - повышение надежности клапана при управлении потоками рабочих сред, содержащих значительное количество посторонних включений, за счет применения предлагаемой связи между штоком привода и управляющим элементом, исключающей влияние шарнира на надежность клапана.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном клапане с линейным приводом, содержащим корпус с проточной частью, входной и выходной патрубки, подвижный управляющий элемент в виде трубы с седлом, уплотнительный элемент, расположенные на одной оси, линейный привод, шток привода, совершающий возвратно-поступательное движение, связь штока привода с управляющим элементом выполнена посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки, соединенной со штоком привода, зубчатым колесом или его частью и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента, с возможностью перемещения управляющего элемента к уплотнительному элементу и обратно.
Необходимо отметить, что возможен вариант конструктивного исполнения клапана с дополнительными патрубком и уплотнительным элементом.
В результате проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не были обнаружены конструкторские решения, совокупность существенных признаков которых аналогична предлагаемому изобретению и обеспечивает достижение такого же технического результата. Реализация заявленного клапана с линейным приводом реально осуществима в условиях обычного машиностроительного предприятия. Таким образом можно отметить, что предлагаемое изобретение представляет собой решение технической задачи, является новым, обеспечивает промышленную применимость и обладает изобретательским уровнем.
Суть предлагаемого изобретения поясняется на нижеследующей фигуре.
На фиг.1 изображено устройство клапана с линейным приводом в разрезе.
Клапан с линейным приводом (фиг.1) содержит корпус 1 с проточной частью, входной 12 и выходной 13 патрубки, линейный привод 2. Внутри корпуса 1 установлен управляющий элемент 3 с выполненным на нем седлом, уплотнительный элемент 4, уплотнительные кольца 5. Внутри линейного привода 2 установлен поршень 6 со штоком 9 привода. Шток 9 привода посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, прижимает управляющий элемент 3 к уплотнительному элементу 4. Патрубки 7 и 8 предназначены для подачи управляющей среды в ту или иную полости линейного привода 2.
Клапан работает следующим образом. Во входной патрубок 12 корпуса 1 клапана подается рабочая среда. В патрубок 7 подается управляющая среда, в результате чего поршень 6 со штоком 9 привода посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, прижимает управляющий элемент 3 к уплотнительному элементу 4, чем разобщает входной патрубок 12 и выходной патрубок 13. Уплотнительные кольца 5 обеспечивают герметизацию в соединении корпус 1 - управляющий элемент 3. При сбросе управляющей среды из линейного привода 2 через патрубок 7 и подаче управляющей среды в патрубок 8 поршень 6 со штоком 9 привода совершает поступательное движение и посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, отжимает управляющий элемент 3 от уплотнительного элемента 4. Рабочая среда из входного патрубка 12 перетекает в выходной патрубок 13. При сбросе управляющей среды из линейного привода 2 через патрубок 8 и подаче управляющей среды в патрубок 7 поршень 6 со штоком 9 привода совершает поступательное движение и возвращает зубчатую рейку 10, зубчатое колесо 11 и управляющий элемент 3 в исходное положение. Входной патрубок 12 и выходной патрубок 13 разобщаются.
Именно такая конструкция клапана с линейным приводом, содержащая корпус с проточной частью, входной и выходной патрубки, подвижный управляющий элемент в виде трубы с седлом, уплотнительный элемент, расположенные на одной оси, линейный привод, шток привода, совершающий возвратно-поступательное движение, а связь штока привода с управляющим элементом выполнена посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки, соединенной со штоком привода, зубчатым колесом или его частью и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента, с возможностью перемещения управляющего элемента к уплотнительному элементу и обратно, обеспечивает технический результат, направленный на повышение надежности клапана при управлении потоками рабочих сред, содержащих значительное количество посторонних включений.
Возможен вариант конструктивного исполнения клапана с третьим дополнительным патрубком и вторым дополнительным уплотнительным элементом. На фиг.2 изображено устройство клапана с линейным приводом в разрезе с третьим дополнительным патрубком и вторым дополнительным уплотнительным элементом.
Клапан с линейным приводом с третьим дополнительным патрубком и вторым дополнительным уплотнительным элементом (фиг.2) содержит корпус 1 с проточной частью, входной 12 и выходные 13, 14 патрубки, линейный привод 2. Внутри корпуса 1 установлен управляющий элемент 3 с выполненным на нем седлом, уплотнительные элементы 4 и 15, уплотнительные кольца 5. Внутри линейного привода 2 установлен поршень 6 со штоком 9 привода. Шток 9 привода посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, прижимает управляющий элемент 3 к уплотнительному элементу 4. Патрубки 7 и 8 предназначены для подачи управляющей среды в ту или иную полость линейного привода 2.
Клапан работает следующим образом. Во входной патрубок 12 корпуса 1 клапана подается рабочая среда. В патрубок 7 подается управляющая среда, в результате чего поршень 6 со штоком 9 привода посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, прижимает управляющий элемент 3 к уплотнительному элементу 4, чем разобщает входной патрубок 12 от выходных патрубков 13, 14 и соединяет между собой выходные патрубки 13 и 14. Уплотнительные кольца 5 обеспечивают герметизацию в соединении корпус 1 - управляющий элемент 3. При сбросе управляющей среды из линейного привода 2 через патрубок 7 и подаче управляющей среды в патрубок 8 поршень 6 со штоком 9 привода совершает поступательное движение и посредством зубчатого механизма, образованного зубьями рейки 10, соединенной со штоком 9 привода, зубчатым колесом 11 и зубьями, сформированными на поверхности управляющего элемента 3, перемещает управляющий элемент 3 от уплотнительного элемента 4 к уплотнительному элементу 15. Рабочая среда из входного патрубка 12 перетекает в выходной патрубок 13, входной патрубок 12 и выходной патрубок 13 отделяются от выходного патрубка 14. При сбросе управляющей среды из линейного привода 2 через патрубок 8 и подаче управляющей среды в патрубок 7 поршень 6 со штоком 9 привода совершает поступательное движение и возвращает зубчатую рейку 10, зубчатое колесо 11 и управляющий элемент 3 в исходное положение. Выходные патрубки 13 и 14 соединяются, отсоединяясь при этом от входного патрубка 12.
Для проверки работоспособности клапан с линейным приводом был установлен в систему очистки воды установки для мойки автомобилей. До этого в систему был установлен клапан марки КЭО. Замена его была обусловлена частыми жалобами обслуживающего персонала на недостаточную надежность клапана при работе с водой со значительным содержанием посторонних включений. В результате опытной эксплуатации не было выявлено ни одного случая отказа клапана с линейным приводом описанной конструкции, что подтверждает правильность предложенного технического решения.
В качестве примеров конкретного выполнения можно сообщить следующее: корпусные части клапана могут быть изготовлены из стали 40X13, 08Х18Н10Т. Реализация клапана с линейным приводом возможна в условиях обычного машиностроительного предприятия на универсальном оборудовании.
Как видно из вышеописанного, именно конструктивные особенности предлагаемого изобретения способствуют повышению надежности клапана при управлении потоками рабочих сред, содержащих значительное количество посторонних включений.