Винахід відноситься до трубопровідної арматури і призначене для управління потоком робочого середовища. В процесі роботи клапан змінює свої функціональні властивості, переходячи від роботи Двохсідельні до роботи односідельними клапана, при цьому розвантажені клапана не змінюється. Розвантажені клапана є наслідком взаємодії запірного органу, ступеневої штока і тиску середовища. Клапан складається з корпусу з патрубками і кришки з підшипником ковзання під шток і ущільнювачем штока. Усередині корпусу встановлена циліндрична обойма з профільованими вікнами на бічній поверхні і конусної внутрішньою поверхнею. На останній сформовані сідла під запірний орган. Обойма забезпечена кришкою з підшипником ковзання під шток і ущільненням штока. Усередині обойми розміщений запірний орган. Запірний орган з'єднаний із ступінчастим штоком і виконаний у вигляді пробки в формі усіченого конуса з наскрізними поздовжніми отворами. Винахід направлено на підвищення надійності за рахунок врівноваження сил, що діють на запірний орган при будь-яких тисках і перепадах тиску на клапані. 3 мул.
ОПИС ВИНАХОДИ До патентів
Винахід відноситься до трубопровідної арматури, а саме до клапанів для управління потоком робочого середовища.
Недоліком відомого пристрою є неврівноваженість затвора, що обмежує його застосування при великих перепадах тиску і витрат, через великі перестановки підсилень, що призводять до зниження його надійності.
Найбільш близьким до пропонованого винаходу по технічній сутності є Двохсідельні розвантажений клапан містить корпус з двома патрубками і кришкою з ущільненням штока, жорстко з'єднану з корпусом циліндричну обойму з профільованими вікнами на її бічній поверхні і двома сідлами, і жорстко з'єднаний зі штоком запірний орган з поздовжніми наскрізними отворами, розташований з можливістю взаємодії з сідлами обойми (Патент США (US) N 3892384 A, кл. F 16 K 1/44, 01.07.75 (5)).
Розглянутий клапан має відповідне функціональний розподіл між верхнім і нижнім поясами ущільнень. Нижній ущільнювальний пояс клапана служить для перекриття потоку середовища або його регулювання, а верхній - для виключення протікання середовища в положенні - клапан закритий, тому що запірний орган, вільно переміщається в направляющем поясі обойми, не забезпечує герметичності.
За конструкцією Двохсідельні клапан виконує функції односідельними клапана. Запірний орган, виконаний у вигляді склянки і жорстко з'єднаний зі штоком, має різні площі модулевих перетинів по денця і висоті склянки і тому тільки частково розвантажений від тиску робочого середовища.
Недоліком відомого пристрою є неврівноваженість запірного органу, що обмежує його застосування при великих витратах, тисках і знижує надійність.
Надійність будь-якого клапана залежить від величини перестановочного зусилля. Перестановочне зусилля - це сила, яку необхідно прикласти для переміщення запірного органу клапана, що залежить від неврівноважених сил прикладених до запірного органу, що виникають від тиску протікає середовища, перепаду тиску, конструкції запірного органу, кількості сідел і т.д.
Розвантажені клапана це зменшення перестановочного зусилля, що досягається за допомогою певних заходів.
Саме перестановочне зусилля обмежує застосування односідельними клапанів будь-якої конструкції для регулювання великих витрат середовища високого тиску при значних перепадах тиску на клапані.
Винахід направлено на підвищення надійності за рахунок створення принципово нового розвантаженого клапана з повністю розвантаженим запірним органом.
Зазначений технічний результат досягається за рахунок радикального зміни конструкції прототипу, в результаті чого отримуємо Двохсідельні розвантажений клапан містить корпус з патрубками і кришкою з ущільнювачем і підшипником ковзання під шток, циліндричну обойму з профільованими вікнами на бічній поверхні і двома сформованими сідлами на внутрішній конусної поверхні під запірний орган, забезпечену кришкою з ущільнювачем і підшипником ковзання під шток, ступінчастий шток, жорстко з'єднаний з запірним органом, в конання пробкою в формі усіченого конуса з поздовжніми наскрізними отворами, перегородку, жорстко з'єднану з корпусом клапана і обоймою.
Перегородка і обойма з запірним органом формують в клапані порожнини високого і низького тисків.
Розвантажені клапана є наслідком взаємодії запірного органу, ступеневої штока і тиску протікає середовища.
Виникаючі зусилля, прикладені до запірного органу, від тиску протікає середовища врівноважуються силами, прикладеними до ступенчатому штоку, від тиску тієї ж середовища.
Таким чином, перестановочне зусилля витрачається на подолання тільки сил тертя в сальниках і підшипниках ковзання штока при будь-яких тисках і перепадах тиску на клапані. Будучи за конструкцією двосідельними клапанами, він зі зміною положення запірного органу змінює свої функціональні властивості, переходячи на роботу односідельними клапана.
На фіг. 1 схематично зображено пропонований кутовий розвантажений клапан в розрізі.
На фіг. 2 схематично показана запірна частина клапана з сідлами, запірним органом і ступінчастим штоком.
На фіг. 3 схематично показані відстані від сідел до запірного органу, що формують площі прохідних перетинів у верхнього і нижнього сідел.
Клапан по фіг. 1 містить корпус 1, вхідний 2 і вихідний 3 патрубки, кришку 4 з підшипником ковзання під шток і ущільнювачем 5, ступінчастий шток 6, що проходить через кришку корпусу клапана своїм меншим діаметром. Усередині корпусу клапана встановлена циліндрична обойма 7, забезпечена профільованими вікнами на бічній поверхні 8, сідлами 9 і 10 на внутрішній конічної поверхні і кришкою 11 з підшипником ковзання і ущільнювачем під шток 12, через яку проходить ступінчастий шток 6 своїм великим діаметром. Між корпусом клапана і обоймою встановлена перегородка 13, жорстко з'єднана з обоймою і корпусом клапана. Усередині обойми встановлений запірний орган 14, виконаний пробкою в формі усіченого конуса з поздовжніми наскрізними отворами 15, жорстко з'єднаний зі ступінчастим штоком 6.
Герметизація клапана здійснюється посадкою запірного органу 14 на сідла клітини 9 і 10 обойми 7. Перегородка 13 і герметизована запірним органом обойма 7 поділяють клапан на порожнини високого і низького тисків.
Кут конусності запірного органу "б" перевіряється з умови відсутності самоторможения. Патрубки 2 і 3 можуть бути виконані з фланцями або без фланців приварними в залежності від тиску, температури, середовища і технології. Корпус клапана з патрубками, перегородка і обойма можуть бути виконані за єдине ціле в залежності від способу і застосовуваної технології при виготовленні клапана.
Наявність направляючих підшипників під шток в кришках корпусу і обойми перешкоджає виникненню вібрацій затвора.
Внутрішня поверхня сідел-стрічкових поясів ущільнень виконана відповідної сполученої поверхні запірного органу.
Клапан працює наступним чином.
При зворотно-поступальному переміщенні запірного органу 14 щодо обойми 7 і сідел 9 і 10 змінюються прохідні перетини між запірним органом і вищеназваними елементами, що дає можливість здійснювати управління потоком рушійною середовища, при цьому запірний орган повністю розвантажений незалежно від тиску і перепаду тиску на клапані.
Розглянемо кілька положень запірного органу із ступінчастим штоком по фіг. 2, де схематично показана запірна частина клапана.
1. Затвор закритий (запірний орган посаджений на сідла 9 і 10).
Внутрішній тиск P. Протитиск P1 = 0.
Діючі сили Н і К.
Умовою рівноваги запірного органу має задовольняти Н = К, або рівність площ модулевих перетинів запірного органу і штока.
Внутрішній тиск P. Протитиск P1.
Умовою рівноваги запірного органу має задовольняти Н = К.
Торець запірного органу знаходиться на рівні верхнього сідла ущільнювального пояса. Вся порожнину клітини знаходиться під внутрішнім тиском P. Клапан працює як односідельними клапан. Витрата і дросселирование здійснюється через нижню ущільнювача сідло. Запірний орган знаходиться в рівновазі по п.1 Н = К
4. Затвор відкритий на неповний хід штока - "В1"
Від того як змінюються площі прохідних перетинів фіг. 3 між периметром запірного органу і нижнім сідлом - Б, і верхнім сідлом і утворює пробки - С, змінюється і робота клапана з переходом від роботи Двохсідельні клапана до роботи односідельними. У разі рівного розподілу площ у нижнього і верхнього сідел Б = С клапан працює як Двохсідельні. У міру збільшення площі прохідного перетину у нижнього сідла - Б більше С - клапан починає пріоритетно працювати як односідельними, при подальшому збільшенні площі прохідного перетину у нижнього сідла - Б багато більше С - клапан працює як односідельними по п.3.
5. Чи справедливо вираз АД6 2 = 2а (Д1 2 - Д2 2) при обраних Д6. а, А.
Д2 - завжди величина розрахункова.
Сідла - стрічкові пояса ущільнень можуть бути виконані в інший спосіб стр. 292 "Довідник конструктора трубопровідний арматури" Д.Ф. Гуревич 1987 р але з обов'язковим дотриманням п.1-3.
З дотриманням пунктів 1-3 виникає можливість конструювання розвантажених прохідних і прямоточних клапанів будь-якого призначення.
За вимогами технології, характеристики клапана - конструктивні, експлуатаційні (запірний, дросельно-який регулює і т.д.) можуть коригуватися за рахунок зміни профілю запірного органу.
При створенні елементів клапана може бути використано лиття, кування, штампування, труби і елементи трубопроводів. Матеріали вибираються в залежності від середовища, тиску та температури середовища.
Виконавчим механізмом - приводом переміщення запірного органу може бути будь-який, який відповідає умовам технології - важільний, гвинтовий, пневматичний, гідравлічної і т.д.
Клапан може бути встановлений в будь-якому положенні, напрямок руху середовища значення не має. Клапан може бути застосований для пара, газоподібних, рідких, в'язких середовищ як агресивних так і неагресивних, на будь-які тиску і перепади тиску, будь-які витрати.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Двохсідельні розвантажений клапан, що містить корпус з патрубками і кришкою з ущільненням штока, жорстко з'єднану з корпусом циліндричну обойму з профільованими вікнами на її бічній поверхні і двома сідлами, і з'єднаний зі штоком запірний орган з поздовжніми наскрізними отворами, розташований з можливістю взаємодії з сідлами обойми, відрізняється тим, що кришка корпусу забезпечена підшипником ковзання під шток, а обойма - кришкою з підшипником ковзання під шток і ущільненням штока, при цьому шток виконаний ступенча критим, внутрішня поверхня обойми - конусної зі сформованими на ній сідлами, а запірний орган - у вигляді пробки в формі усіченого конуса.