Патент на изобретение №2334148

(54) КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в качестве запорной и регулирующей арматуры в системах гидравлики, пневматики, в отраслях промышленности, энергетики. Клапан регулирующий содержит составной корпус с входным и выходным отверстиями, шток и уплотнение штока. В корпусе размещены шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, сложным по профилю, и седла шарового поворотного затвора. Входное и выходное отверстия корпуса выполнены расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, например коническими. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей клапана за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования, на упрощение технологии изготовления и на уменьшение шума. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам.

Известен клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, причем в сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселеривания (см. патент РФ №1077581 А, МКИ F16K 5/10).

Недостатком данной конструкции является то, что при использовании для регулирования расхода рабочей среды не обеспечивается равномерность или заданная расходная характеристика, особенно в момент открытия, закрытия клапана (нелинейность).

Известен клапан регулирующий (патент US 5937990 A, F16K 5/06, 1999), в котором сквозное отверстие шарового поворотного затвора выполнено профильным для обеспечения определенного закона регулирования. Однако площадь нормального сечения такого отверстия намного меньше площади входного, выходного отверстий корпуса, что существенно ограничивает функциональную способность регулирования ширины диапазона по расходу среды.

Задачами изобретения являются: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования, упрощение технологии изготовления, уменьшение шума.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане регулирующем, содержащем составной корпус с входным и выходным отверстиями, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, сложным по профилю, шток, уплотнение штока, седла шарового поворотного затвора, установленные в корпусе, входное и выходное отверстия корпуса выполнены расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, например коническими, кроме того:

– одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора выполнены расширяющимися к центру шарового поворотного затвора;

– одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора имеют округления или фаски по периметру с внутренней стороны со стороны шарового поворотного затвора.

Сущность изобретения заключается в выполнении входного и выходного отверстий расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, что расширяет возможности по регулированию.

На фиг.1 показана конструкция клапана регулирующего с цельным шаровым поворотным затвором, на фиг.2 – разрез А-А фиг.1, на фиг.3 показана конструкция клапана регулирующего с полым шаровым поворотным затвором, на фиг.4 – разрез А-А фиг.3, на фиг.5, 7 показаны фронтальные виды на шаровые поворотные затворы, на фиг.6, 8 – профильные разрезы фиг.5, 7.

Клапан регулирующий содержит составной корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор (ШПЗ) 4 со сквозным отверстием (СО) 5, шток 6 с уплотнением 7, седло 8 ШПЗ 4. Входное (ВО) 2 и выходное (ВВО) 3 отверстия корпуса 1 выполнены расширяющимися в направлении ШПЗ 4 с диаметрами d₁, d₂, например коническими, тороидальными или сложного криволинейного профиля по определенному закону. СО 5 ШПЗ 4 выполнено сложным по профилю в осевом направлении, например, в открытом положении клапана: со стороны ВВО 3 (BO2) на сферической поверхности выполнено минимум одно профильное отверстие (ПО) 9, например, прямоугольной формы, может быть и несколько щелевых отверстий разных размеров и разного пространственного расположения, а со стороны BO2 (ВВО 3) в ШПЗ 4 выполнено цилиндрическое отверстие (ЦО) 10. Выполнение ПО 9 со стороны ВВО 3 предпочтительней, при этом уменьшается протечка между седлом 8 и ШПЗ 4, так как последний прижимается к седлу 8 за счет перепада давления на ШПЗ 4, а в противном случае все наоборот и ШПЗ 4 отжимается от седла 8. ЦО 10 ШПЗ 4 выполняют с диаметром D не более, чем наименьшие диаметры d₃ седел 8 ШПЗ 4, иначе не обеспечится условие герметизации ШПЗ 4 в закрытом положении клапана. ЦО 10 ШПЗ 4 поворотного затвора выполняют с диаметром не менее чем наименьшие диаметры d₁ расширяющихся BO 2 и ВВО 3, чтобы обеспечить пропускную способность клапана не меньшую, чем подводящий трубопровод или на входе в клапан. Площадь каждого из нормальных к оси сечений СО 5 ШПЗ 4 может иметь значение не менее чем наименьшая площадь нормальных сечений BO 2, ВВО 3 корпуса 1 (диаметр d₁).

Одно или несколько ПО 9 со стороны BBO 2 на сферической поверхности ШПЗ 4 выполнены так, что их нормальные к оси ШПЗ 4 проекции являются вписанными в окружность, равную наименьшему диаметру d₃ седел 8 или наибольшему диаметру ЦО 10 ШПЗ 4 со стороны ВО 2. Причем ПО 9 могут быть выполнены такой формы (прямоугольник, трапеция, криволинейный контур, набор круглых, щелевых отверстий разной ширины и длины и др.), чтобы обеспечить заданный закон регулирования (линейный, экспоненциальный, пропорциональный и др.). Одно или несколько ПО 9 со стороны BBO2 на сферической поверхности ШПЗ 4 могут быть выполнены расширяющимися к центру ШПЗ 4, например, коническими или сложного криволинейного профиля по определенному закону или, и имеют округления, фаски по периметру с внутренней стороны ШПЗ 4.

В случае, если клапан имеет большой Ду (300…2000 мм) ШПЗ 4 обычно делают полыми в виде тонкостенной сферической оболочки 11 и вваренной изнутри трубной вставки 12, внутренний диаметр D которой образует ЦО 5 (см. фиг.3, 4).

В данном случае ПО 9 выполняют в тонкостенной сферической оболочке 11 ШПЗ 4. ЦО 5 трубной вставки открыто в сторону ВО 2 и в сторону ПО 9.

Работа устройства.

При повороте ШПЗ 4 по часовой стрелке ПО 9 входят проходят седло 8 и входят в зону ВВО 3, а рабочая среда начинает протекать от BO 2 к ЦО 10 и далее через ПО 9 к ВВО 3. В зависимости от угла поворота ШПЗ 4 изменяется расход рабочей среды, протекающий через ПО 9. Характеристика клапана (зависимость расхода среды от угла поворота ШПЗ 4) зависит от формы, количества, расположения ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4.

Выполнение ВО 2 и ВВО 3 корпуса 1 расширяющимися в направлении ШПЗ 4 диаметры d₁, d₂, например, коническими, тороидальными или сложного криволинейного профиля по определенному закону, увеличивает диаметр и площадь проходного сечения потока среды в зоне контакта седел 8 с ШПЗ 4, что позволяет при необходимости обеспечить достаточную площадь нормального сечения ПО 9, не ограничивающую пропускную способность клапана (не менее чем площадь отверстий с наименьшим диаметром d₁ расширяющихся ВО 2 и ВВО 3). Этим обеспечивается пропускная способность клапана не меньшая, чем подводящий трубопровод или на входе в клапан.

Выполнение СО 5 ШПЗ 4 сложным по профилю (в открытом положении клапана: со стороны ВВО 3 (BO 2) на сферической поверхности в виде минимум одного или нескольких профильных отверстия (ПО) 9, а со стороны BO2 (ВВО 3) в виде цилиндрического отверстия (ЦО) 10 позволяет с одной стороны упростить технологию профилирования сложных по профилю ПО 9, так как толщина материала ШПЗ 4 и высота ПО 9 в данном случае небольшая, за счет того, что за ПО 9 начинается ЦО 10. С другой стороны наличие ЦО 10 значительного диаметра D, равного минимальному диаметру седел 8 d₃ или наибольшему диаметру ВО 2, ВВО 3 – d₂ (d₂ может быть равно d₃), обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление на входе в ПО 9 и малые потери напора среды в ШПЗ 4 и в клапане в целом.

Выполнение ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4 расширяющимися к центру ШПЗ 4, например, коническими или сложного криволинейного профиля по определенному закону обеспечивает плавный вход потока среды в зону регулирования, что снижает до минимуму процесс турбулизации потока среды, гидравлическое сопротивление. В результате, значительно повышается коэффициенты расхода и пропускной способности клапана (основные гидро-газодинамические показатели арматуры) и существенно снижается уровень шума (определяется турбулентными процессами). Предварительное гидрогазодинамическое моделирование процесса с помощью программы Star-CD позволяет очень точно подобрать профиль, углы наклона, радиусы ПО 9 для обеспечения нависшего коэффициенты расхода и пропускной способности клапана.

Выполнение ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4 с округления или фасками по периметру с внутренней стороны ШПЗ 4 снижает турбулентность входящего в ПО 9 потока среды, что повышает коэффициенты расхода и пропускной способности клапана и снижает уровень шума, что в сочетании с расширяющимися ПО 9 еще более снижает турбулентность потока среды входящего в ПО 9 ШПЗ 4.

Выполнение одного или нескольких ПО 9 со стороны ВВО 3 на сферической поверхности ШПЗ 4 так, что их нормальные к оси ШПЗ 4 проекции являются вписанными в окружность, равную диаметру D ЦО 10 ШПЗ 4 удобно с технологической точки зрения, т.к. формообразование ПО 9 удобно при обработке, например, на фрезерном, эрозионном станке, при этом есть возможность выхода инструмента в зону ЦО 10, а инструмент не ломается, а из-за небольшой толщины перемычки ШПЗ 4, в которой, например, фрезеруют ПО 9. В результате упрощается технология получения ПО 9, гораздо сложнее получить ПО 9 в цельном ШПЗ 4. ЦО 10 можно получить путем сверления, растачивания на токарном станке.

Данный регулирующий клапан может быть использован в системах гидравлики, пневматики, в отраслях промышленности, энергетики.

Формула изобретения

1. Клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным отверстиями, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, сложным по профилю, шток, уплотнение штока, седла шарового поворотного затвора, установленные в корпусе, отличающийся тем, что входное и выходное отверстия корпуса выполнены расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, например, коническими.

2. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что площадь каждого из нормальных к оси сечений сложного по профилю сквозного отверстия шарового поворотного затвора имеет значение не менее чем наименьшая площадь нормальных сечений входного, выходного отверстий корпуса.

3. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора выполнены расширяющимися к центру шарового поворотного затвора.

4. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора имеют округления или фаски по периметру с внутренней стороны шарового поворотного затвора.

РИСУНКИ