RU2389928C1

RU2389928C1 - Multipurpose valve

Info

Publication number: RU2389928C1
Application number: RU2009112936/06A
Authority: RU
Inventors: Петр Васильевич Малина (RU); Петр Васильевич Малина; Артур Жанович Смаков (RU); Артур Жанович Смаков
Original assignee: Петр Васильевич Малина; Артур Жанович Смаков
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-05-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: valve consists of case with inlet and outlet branches, internal fairing with crosspieces and at least one pin. Also there is an insertion with a seat and a cylinder bush. A shut-off element in form of a stepped cylinder is installed between the case and the bush. In its smaller step there are made symmetrical apertures for control elements. At least one circular flange with slots is made on its bigger external step. The smaller step of the shut-off element is located in the first enveloping circular packing unit of the case. The enveloped circular packing unit is arranged inside the bigger step of the shut-off element. The smaller step of the shut-off element contacts a drive located on a bracket of external surface of the case. The bush inside the shut-off element is made in form of a tube with a bell part on external surface made as a flange with a packing unit arranged thereon. The bigger step of the shut-off element with its internal cylinder surface contacts the insertion secured on the pin of the fairing. The seat is made as a truncated cone. At least two conic flanges are located on end surfaces of the insertion from the side of the shut-off element, and a spherical segment is placed on the opposite side. Conic flanges and the bigger step of the shut-off element create a drain port. Section area of this port is equal to area of the inlet aperture. The spherical segment contacts internal conic surface of the ring. With its end surface the ring rests on the fairing with the packing unit. External diametre of the shut-off element contacting the enveloped packing unit of the case relates to internal diametre of the shut-off element contacting the enveloping packing unit as ratio 0.9-1.1.

EFFECT: increased reliability of valve operation.

5 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях, преимущественно высокого давления при больших расходах рабочей среды.The invention relates to pipe fittings and is intended to control the flow of the working medium in the pipelines, mainly high pressure at high flow rates of the working medium.

Известен клапан (см. RU 2163318 С1, кл. F16К 1/12, 20.02.2001), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана и запорный элемент, выполненный в виде диска.A known valve (see RU 2163318 C1, class F16K 1/12, 02/20/2001), comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve seat and a locking element made in the form of a disk.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу при отпирании и запирании больших усилий, необходимых для преодоления сил давления рабочей среды на запорный элемент. Указанное обстоятельство затрудняет использование клапана при больших давлениях рабочей среды и/или больших подачах, так как сила, действующая на клапан под действием давления рабочей среды, увеличивается прямо пропорционально давлению и площади запорного элемента.The disadvantage of this valve is the need to apply to the locking element when unlocking and locking the large forces necessary to overcome the pressure forces of the working medium on the locking element. This circumstance makes it difficult to use the valve at high pressures of the working medium and / or high feeds, since the force acting on the valve under the influence of the pressure of the working medium increases in direct proportion to the pressure and area of the shut-off element.

Известен клапан (см. RU 2159857 С2, кл. F01L 7/04, 27.11.2000) золотникового типа, содержащий цилиндрический запорный элемент, перекрывающий выходные отверстия. В указанной конструкции клапана не требуется приложения значительных механических усилий при отпирании и запирании клапана.A known valve (see RU 2159857 C2, class F01L 7/04, 11.27.2000) of the spool type, containing a cylindrical locking element that overlaps the outlet openings. In this valve design, no significant mechanical effort is required when unlocking and locking the valve.

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения полной герметичности клапана в закрытом положении, кроме того, герметичность клапана значительно снижается при уменьшении качества обработки сопрягающихся элементов клапана.The disadvantage of this design is the inability to ensure complete tightness of the valve in the closed position, in addition, the tightness of the valve is significantly reduced while reducing the processing quality of the mating valve elements.

Известен клапан (см. SU 93019 А, кл. F16К 41/04, 07.12.1961), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана, запорный элемент, соединенный с приводом, и уплотнительные узлы, при этом в корпусе установлен жестко связанный с седлом цилиндрический вкладыш с перепускным отверстием, а запорный элемент выполнен в виде полой втулки, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности цилиндрического вкладыша.A known valve (see SU 93019 A, class F16K 41/04, 12/07/1961) containing a housing with inlet and outlet openings, a valve seat, a locking element connected to the actuator, and sealing assemblies, while the housing is rigidly connected with a saddle a cylindrical liner with a bypass hole, and the locking element is made in the form of a hollow sleeve mounted with the possibility of reciprocating movement along the outer surface of the cylindrical liner.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу значительной силы при отпирании и запирании клапана, так как силы, приложенные к запорному элементу, сформированные давлением рабочей среды в известной конструкции, не уравновешены. Указанное обстоятельство может также приводить к тому, что в гидравлических системах, в которых используется известный клапан, могут возникать автоколебания при работе в режиме малых расходов. Такие автоколебания, проявляющиеся в виде "стука" или "гудения" клапана, приводят к возникновению в системе гидравлических ударов и в ряде случаев способны привести к разрушению системы.The disadvantage of this valve is the necessity of applying considerable force to the locking element when unlocking and locking the valve, since the forces applied to the locking element formed by the pressure of the working medium in a known design are not balanced. This circumstance can also lead to the fact that in hydraulic systems in which a known valve is used, self-oscillations can occur during operation in the low-flow mode. Such self-oscillations, manifested in the form of “knocking” or “buzzing” of a valve, lead to hydraulic shock in the system and in some cases can lead to the destruction of the system.

Наиболее близким к заявленному является клапан (пат. РФ №2200265, кл. F16К 3/24 от 03.2003 г.).Closest to the claimed is a valve (US Pat. RF No. 2200265, CL F16K 3/24 from 03.2003).

Известный клапан позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения запорного элемента, с одновременным повышением устойчивости работы, так как в гидравлической системе, в которой установлен клапан, отсутствуют условия для возникновения автоколебаний при отпирании и запирании клапана. В клапане совмещаются преимущества тарельчатого и золотникового клапанов, то есть обеспечивается повышенная герметичность клапана в закрытом положении одновременно с ликвидацией сил, действующих на привод запарного элемента в результате влияния давления рабочей среды. Кроме того, клапан не требует повышенной точности обработки деталей для обеспечения его нормальной работы в связи с наличием в нем уплотнительных элементов, а также в связи с тем, что герметичность клапана в закрытом положении обеспечивается за счет приработки седла клапана и нижней кромки запорного элемента.The known valve allows you to reduce the effort required to move the locking element, while increasing the stability of operation, since in the hydraulic system in which the valve is installed, there are no conditions for self-oscillations during unlocking and locking of the valve. The valve combines the advantages of poppet and spool valves, that is, increased valve tightness in the closed position is provided simultaneously with the elimination of the forces acting on the actuator of the shut-off element as a result of the influence of the working fluid pressure. In addition, the valve does not require increased accuracy of machining of parts to ensure its normal operation due to the presence of sealing elements in it, and also due to the fact that the tightness of the valve in the closed position is ensured by running in the valve seat and the lower edge of the locking element.

В известном клапане при протекании через него рабочей среды высока вероятность формирования турбулентных потоков, что может способствовать отложению твердого осадка на элементах клапана, истиранию клапана механическими частицами, находящимися в потоке рабочей среды во взвешенном состоянии (гидроабразивному износу клапана), и истиранию стенок трубопровода, а также отсутствует плавная регулировка потока рабочей среды.In a known valve, when a working medium flows through it, there is a high probability of formation of turbulent flows, which can contribute to the deposition of solid sediment on the valve elements, abrasion of the valve by mechanical particles in the flow of the working medium in suspension (hydroabrasive wear of the valve), and abrasion of the pipe walls, and also there is no smooth adjustment of the flow of the working environment.

Задачей изобретения является создание надежной конструкции клапана, который устраняет все перечисленные недостатки известного клапана при сохранении всех его преимуществ.The objective of the invention is to create a reliable valve design, which eliminates all of the listed disadvantages of the known valve while maintaining all its advantages.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что клапан содержит корпус с входным патрубком, в котором имеется входное отверстие, внутренний обтекатель с распорками и, по меньшей мере, одной шпилькой на внутренней торцевой стороне, выходной патрубок с отверстием, кольцо с внутренней конической поверхностью, вставку с седлом, цилиндрический вкладыш, зафиксированный установочным кольцом и выходным патрубком с уплотнением, запорный элемент, расположенный между корпусом и вкладышем с возможностью продольного перемещения вдоль оси корпуса и выполненный в виде ступенчатого цилиндра, в меньшей ступени которого у его торца выполнены симметричные отверстия для элементов управления, а на его большей внешней ступени выполнены, по меньшей мере, один кольцевой выступ с прорезями, при этом меньшая ступень запорного элемента расположена в первом охватывающем кольцевом уплотнительном узле корпуса, а внутри большей ступени запорного элемента расположен охватываемый кольцевой уплотнительный узел, кроме этого меньшая ступень запорного элемента контактирует с приводом, расположенным на кронштейне внешней поверхности корпуса, который обеспечивает перемещения запорного элемента вдоль оси корпуса, причем находящийся внутри запорного элемента вкладыш выполнен в виде трубы с расширенной частью на внешней поверхности, которая выполнена в виде выступа с размещенным уплотнительным узлом, а большая ступень запорного элемента внутренней цилиндрической поверхностью контактирует с закрепленной на шпильке обтекателя вставкой, на внешней цилиндрической поверхности которой расположено седло в виде усеченного конуса, а на торцевых поверхностях вставки со стороны запорного элемента расположены по окружности, по меньшей мере, два конических выступа и сферический сегмент с противоположной стороны, причем конические выступы и большая ступень запорного элемента образуют перепускное отверстие, площадь сечения которого равна площади входного отверстия, а сферический сегмент контактирует с внутренней конической поверхностью кольца, которое торцевой поверхностью опирается на обтекатель с уплотнительным узлом, а также внешний диаметр запорного элемента, контактирующего с охватываемым уплотнительным узлом корпуса, находится по отношению к внутреннему диаметру запорного элемента, контактирующему с обхватывающем уплотнительным узлом, в отношении 0,9-1,1.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the valve comprises a housing with an inlet nozzle in which there is an inlet, an inner fairing with spacers and at least one pin on the inner end side, an outlet nozzle with an opening, a ring with an inner conical surface, an insert with a saddle, a cylindrical liner, fixed with a mounting ring and an outlet pipe with a seal, a locking element located between the housing and the liner with the possibility of longitudinal movement in the axis of the casing and made in the form of a stepped cylinder, in the lower stage of which symmetrical holes for the controls are made at its end, and at least one annular protrusion with slots is made on its larger outer stage, while the smaller stage of the locking element is located in the first female annular sealing assembly of the housing, and inside the larger step of the locking element there is a male annular sealing assembly, in addition, the smaller step of the locking element is in contact with the drive m, located on the bracket of the outer surface of the housing, which provides movement of the locking element along the axis of the housing, and the liner inside the locking element is made in the form of a pipe with an expanded part on the outer surface, which is made in the form of a protrusion with a placed sealing unit, and a large step of the locking element the inner cylindrical surface is in contact with an insert fixed to the cowl of the fairing, on the outer cylindrical surface of which there is a saddle in the form of a truncated of the cone, and on the end surfaces of the insert on the side of the locking element at least two conical protrusions and a spherical segment on the opposite side are located on the circumference, the conical protrusions and the large step of the locking element forming a bypass hole, the cross-sectional area of which is equal to the area of the inlet, and the spherical segment is in contact with the inner conical surface of the ring, which the end surface rests on the fairing with the sealing unit, as well as the outer diameter of the locking element in contact with the male seal assembly housing, is in relation to the inner diameter of the locking element contacting a bow seal assembly in relation to 0.9-1.1.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен вид клапана в разрезе, где клапан в положении «откр»; на Фиг.2 представлен клапан в положении «закр»; на Фиг.3 - разрез по А-А; на Фиг.4 - разрез по Б-Б; на Фиг.5 - запорный элемент клапана в виде ступенчатого цилиндра.The invention is illustrated by drawings, where Fig.1 shows a view of the valve in section, where the valve is in the "open" position; figure 2 presents the valve in the "closed" position; figure 3 is a section along aa; figure 4 is a section along BB; figure 5 - locking element of the valve in the form of a stepped cylinder.

Клапан содержит корпус 1 с входным патрубком 2, в котором имеется входное отверстие 3, внутренний обтекатель 4 с распорками 5 и шпилькой 6 на внутренней торцевой стороне, как минимум одной, выходной патрубок 7 с отверстием 8, кольцо 10 с внутренней конической поверхностью 11, вставку 12 с седлом 13, цилиндрический вкладыш 14, зафиксированный установочным кольцом 15 и выходным патрубком 7 с уплотнением 16, запорный элемент 17, расположенный между корпусом 1 и вкладышем 14 с возможностью продольного перемещения вдоль оси корпуса и имеющего вид ступенчатого цилиндра, в меньшей ступени 18 которого близко к его торцу выполнены симметричные отверстия 19 для элементов управления, а на его большей внешней ступени 20 выполнены кольцевые выступы 21, как минимум один, с прорезями. Меньшая ступень 18 запорного элемента расположена в первом охватывающем кольцевом уплотнительном узле 22 корпуса, а внутри большей ступени 20 запорного элемента расположен охватываемый кольцевой уплотнительный узел 23, а также меньшая ступень 18 запорного элемента контактирует с рычажным приводом 24, расположенного на кронштейне 25 внешней поверхности корпуса, который обеспечивает перемещения запорного элемента вдоль оси корпуса 1.The valve comprises a housing 1 with an inlet pipe 2, in which there is an inlet 3, an inner fairing 4 with spacers 5 and a pin 6 on the inner end side of at least one outlet port 7 with an opening 8, a ring 10 with an inner conical surface 11, an insert 12 with a saddle 13, a cylindrical liner 14, fixed by a mounting ring 15 and an outlet pipe 7 with a seal 16, a locking element 17 located between the housing 1 and the liner 14 with the possibility of longitudinal movement along the axis of the housing and having the form of a step a cylinder, in the lower stage 18 of which close to its end face symmetrical openings 19 are made for the control elements, and at its larger external stage 20, annular protrusions 21 are made, at least one with slots. The lower stage 18 of the locking element is located in the first female annular sealing assembly 22 of the housing, and inside the larger stage 20 of the locking element there is a male annular sealing assembly 23, as well as the smaller stage 18 of the locking element is in contact with the lever actuator 24 located on the bracket 25 of the outer surface of the housing, which provides movement of the locking element along the axis of the housing 1.

Привод может быть комбинированным, например привод 24 может быть задействован через ось 26 и шпиндель 27 маховиком 28. Возможно также выполнение клапана с электромагнитным, гидравлическим или пневматическим приводом.The actuator may be combined, for example, actuator 24 may be actuated via axis 26 and spindle 27 by flywheel 28. It is also possible to design a valve with an electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuator.

Находящийся внутри запорного элемента 17 вкладыш 14 выполнен в виде трубы с расширенной кольцевой частью 29 на внешней поверхности, которая похожа на выступ, с размещенным уплотнительным узлом 23. Большая ступень 20 запорного элемента 17 внутренней цилиндрической поверхностью контактирует с закрепленной на шпильке обтекателя вставкой 12, на внешней цилиндрической поверхности которой расположено представляющее собой усеченный конус седло 13, а на торцевых поверхностях вставки 12 со стороны запорного элемента 17 расположены по окружности конические выступы 30, как минимум два, и сферический сегмент 31 с противоположной стороны. Причем конические выступы 30 и большая ступень 20 запорного элемента 17 формируют перепускное отверстие 32, площадь сечения которого равна площади входного отверстия 3, а сферический сегмент 31 контактирует с внутренней конической поверхностью 11 кольца 10, которое торцевой поверхностью опирается на обтекатель 4 с уплотнительным узлом 32.The liner 14 located inside the locking element 17 is made in the form of a pipe with an expanded annular part 29 on the outer surface, which is similar to the protrusion, with the sealing unit 23. The large step 20 of the locking element 17 with the inner cylindrical surface is in contact with the insert 12 mounted on the cowling of the cowling the outer cylindrical surface of which is located is a truncated cone seat 13, and on the end surfaces of the insert 12 from the side of the locking element 17 are located around the circumference of at least two protrusions 30 and a spherical segment 31 on the opposite side. Moreover, the conical protrusions 30 and the large step 20 of the locking element 17 form a bypass hole 32, the cross-sectional area of which is equal to the area of the inlet 3, and the spherical segment 31 is in contact with the inner conical surface 11 of the ring 10, which end face rests on the fairing 4 with the sealing unit 32.

При этом внешний диаметр запорного элемента 17, контактирующий с охватываемым уплотнительным узлом 22 корпуса 1, находится по отношению к внутреннему диаметру запорного элемента 17, контактирующему с уплотнительным узлом 23 кольцевого выступа 29 вкладыша 14, в отношении 0,9-1,1.The outer diameter of the locking element 17 in contact with the male sealing assembly 22 of the housing 1 is in relation to the internal diameter of the locking element 17 in contact with the sealing assembly 23 of the annular protrusion 29 of the insert 14, in the ratio of 0.9-1.1.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

Клапан считается открытым при максимально отодвинутом положении запорного элемента 17 в сторону от входного отверстия 3. При этом продольные силы, создаваемые давлением рабочей среды, например жидкости или газа, на наиболее удаленную от входного отверстия внешней поверхности большей ступени 20 запорного элемента 17 и торцевую ее часть, наиболее приближенную к входному отверстию клапана, уравновешивают друг друга, в связи с чем для фиксации запорного элемента 17 в указанном положении не требуется приложения силы со стороны привода. Кроме того, в указанном положении обеспечивается свободное протекание рабочей среды между входным 3 и выходным 8 отверстиями.The valve is considered open with the maximum position of the locking element 17 away from the inlet 3. In this case, the longitudinal forces created by the pressure of the working medium, such as liquid or gas, on the outermost part of the outer surface of the larger stage 20 of the locking element 17 and its end part closest to the inlet of the valve, balance each other, and therefore for fixing the locking element 17 in the indicated position does not require the application of force from the actuator. In addition, in the indicated position provides a free flow of the working medium between the input 3 and output 8 holes.

При закрытии клапана привод обеспечивает плавное перемещение запорного элемента 17 в сторону входного отверстия 3 клапана. При этом, как было показано выше, давление рабочей среды не создает продольной силы, препятствующей перемещению запорного элемента 17, в связи с чем мощность, развиваемая приводом, тратится только на преодоление сил трения между запорным элементом 17 и уплотнениями. При перемещении запорного элемента 17 в сторону седла 13 обеспечивается плавное перекрытие перепускного отверстия 32 до определенного положения. То есть перепускное отверстие 32 может быть частично перекрыто, и так как на запорный элемент 17 продольные силы от потока рабочей среды не действуют, то такое положение запорного элемента 17 может оставаться до следующего момента, когда понадобиться уменьшить или увеличить сечение/площадь перепускного отверстия 32.When closing the valve, the actuator provides a smooth movement of the locking element 17 towards the inlet 3 of the valve. Moreover, as shown above, the pressure of the working medium does not create a longitudinal force that impedes the movement of the locking element 17, and therefore the power developed by the drive is spent only on overcoming the friction forces between the locking element 17 and the seals. When the locking element 17 is moved towards the seat 13, the bypass hole 32 is smoothly closed to a certain position. That is, the bypass hole 32 can be partially blocked, and since the longitudinal forces from the flow of the working medium do not act on the locking element 17, this position of the locking element 17 can remain until the next moment when it is necessary to reduce or increase the cross section / area of the bypass hole 32.

При полном контакте торцевой кромки большей ступени 20 запорного элемента 17 с седлом 13 вставки 12 произойдет полное перекрытие перепускного отверстия 32, то есть произойдет полное надежное закрытие клапана. Надежный контакт и герметичность торцевой кромки большей ступени 20 с седлом 13 обеспечивается самоустановкой вставки 12 при помощи сферического сегмента 31 и конической поверхности 11 кольца 10 при сборке клапана.With full contact of the end edge of the larger stage 20 of the locking element 17 with the seat 13 of the insert 12, the bypass hole 32 will completely overlap, that is, the valve will be completely reliably closed. Reliable contact and tightness of the end edge of the larger stage 20 with the seat 13 is provided by the self-insertion of the insert 12 using the spherical segment 31 and the conical surface 11 of the ring 10 when assembling the valve.

В связи с тем что внутренняя торцевая кромка большей ступени 20 запорного элемента 17 контактирует с седлом 13 по поверхности, имеющей относительно малую площадь, в закрытом положении клапана на запорный элемент 17 практически не действует продольная сила, вызванная давлением рабочей среды. Таким образом, для удержания клапана в закрытом положении также не требуется приложения к запорному элементу 17 продольной силы. Кроме того, работа, совершаемая при открывании клапана, расходуется только на преодоление сил трения.Due to the fact that the inner end edge of the larger stage 20 of the locking element 17 is in contact with the seat 13 on a surface having a relatively small area, in the closed position of the valve, the longitudinal element caused by the pressure of the working medium practically does not act on the locking element 17. Thus, to keep the valve in the closed position, the application of longitudinal force to the locking element 17 is also not required. In addition, the work performed when opening the valve is spent only on overcoming friction.

Важными особенностями клапана, конструкция которого позволяет уравновесить запорный элемент, являются независимость мощности, необходимой для закрытия клапана с заданной скоростью, от давления рабочей среды, надежная и плавная регулировка рабочего потока при любом положении запорного элемента, надежное закрытие перепускного отверстия за счет самоустанавливающейся вставки с седлом и малые габариты.Important features of the valve, the design of which allows you to balance the locking element, are the independence of the power required to close the valve at a given speed, from the pressure of the working medium, reliable and smooth adjustment of the working flow at any position of the locking element, reliable closing of the bypass hole due to a self-aligning insert with a seat and small dimensions.

Claims

A valve comprising a housing with an inlet nozzle in which there is an inlet, an inner fairing with spacers and at least one pin on the inner end side, an outlet nozzle with an opening, a ring with an internal conical surface, an insert with a seat, a cylindrical insert, fixed a mounting ring and an outlet pipe with a seal, a locking element located between the housing and the insert with the possibility of longitudinal movement along the axis of the housing and made in the form of a stepped cylinder, whose lower stage has symmetrical holes for the controls at its end, and at least one annular protrusion with slots is made on its larger external stage, while the lower stage of the locking element is located in the first female ring sealing assembly of the housing, and inside the larger stage the locking element is located covered by an annular sealing unit, in addition, a smaller step of the locking element is in contact with the drive located on the bracket of the outer surface of the housing, to which provides movement of the locking element along the axis of the housing, and the liner inside the locking element is made in the form of a pipe with an expanded part on the outer surface, which is made in the form of a protrusion with a placed sealing assembly, and a large step of the locking element with an inner cylindrical surface is in contact with the cowl mounted on the stud insert, on the outer cylindrical surface of which there is a saddle in the form of a truncated cone, and on the end surfaces of the insert from the at least two conical protrusions and a spherical segment on the opposite side are arranged around the circumference, moreover, the conical protrusions and the large step of the locking element form a bypass hole, the cross-sectional area of which is equal to the area of the inlet, and the spherical segment contacts the inner conical surface of the ring , which the end surface rests on a fairing with a sealing assembly, as well as the outer diameter of the locking element in contact with the male sealing assembly ohm body located in relation to the inner diameter of the locking element contacting a bow seal assembly in relation to 0.9-1.1.