запорно-регулирующее устройство

Формула изобретения

Запорно-регулирующее устройство, содержащее наружный корпус с установленными в нем неподвижным внутренним корпусом и подвижным затвором, сопряженно расположенным на внутреннем корпусе с возможностью перемещения для совмещения окон, выполненных на боковых поверхностях затвора и внутреннего корпуса, отличающееся тем, что сопрягаемые поверхности затвора и внутреннего корпуса имеют форму конуса, затвор имеет возможность вращения вокруг внутреннего корпуса до заданной степени совмещения окон с помощью закрепленного на нем червячного сегмента и червяка, закрепленного на наружном корпусе, окна имеют форму, зависящую от заданного закона регулирования расхода среды, на торце затвора установлены секторные кулачки с регулировочной шайбой, а на неподвижном внутреннем корпусе установлены шариковые ползуны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно, к регулирующим трубопроводным затворам с проходным расположением входного и выходного патрубков и с фигурными отверстиями в окнах, и может быть использовано в энергетическом и нефтеперерабатывающем машиностроении.

Известны запорно-регулирующие устройства с проходным расположением входного и выходного патрубков, содержащие корпус, в котором закреплена наружная втулка и размещена с возможностью поворота в последней внутренняя втулка, в стенке которых выполнены окна между входными и выходными патрубками, внутренняя втулка выполнена в виде пустотелого поршня, снабженного ограничителями осевого перемещения относительно наружной втулки и соединенного с приводным штоком (Гуревич Д.Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. - Л.: Машиностроение, 1987, с.315.)

К недостаткам этих известных устройств следует отнести большие габаритные размеры, большое гидравлическое сопротивление и низкую долговечность за счет неравномерностей эпюр скоростей движения и большого количества застойных зон рабочей среды в гидравлическом тракте клапана.

Известно запорное устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом и внутренний корпус, на боковых поверхностях которого выполнены симметрично расположенные окна, при этом запорный орган выполнен в виде уплотнительного цилиндра, расположенного на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом - шестерней, имеющей на конце приводной элемент (Патент Франции №2222587 А, МПК F 16 К 3/22, 18.10.1974 г.).

Недостатком известного устройства является сложность и ненадежность конструкции.

Наиболее близким по назначению и конструктивным признакам к заявляемому является запорное устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом и внутренний корпус. На боковых поверхностях последнего выполнены симметрично расположенные окна. Запорный орган выполнен в виде уплотнительного цилиндра. Цилиндр расположен на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения с приводом от зубчатой рейки. Рейка находится в зацеплении с валом - шестерней. Последний имеет приводной элемент-маховик. Наружный и внутренний корпусы и запорный орган выполнены из труб. Уплотнительный цилиндр снабжен фрикционным стопором и торсионным тормозом, выполненным в виде 2-3 витков пружины (Запорное устройство, патент РФ №2166142, 17.09.1999 г., МПК F 16 К 3/22, Бюл. №12, 27.04.2001 г.)

Недостатками известного устройства являются обусловленные конструкцией значительные линейные размеры, а также малые надежность и срок службы, во-первых, из-за того, что при значительном диаметре затвора при перемещении возможно заклинивание уплотнительного цилиндра за рейку, во-вторых, из-за дополнительного сопротивления среды, действующего при закрывании устройства на торец заборного конуса уплотнительного цилиндра, и, в третьих, надежность и срок службы уменьшает факт наличия кольцевых уплотнений, которые быстро выходят из строя в агрессивных средах, при высоких температурах и т.п. Кроме того, к недостаткам известного устройства следует отнести неудобство в эксплуатации, так как, во-первых, при замене уплотнительных колец требуется полная разборка запорного устройства, во-вторых, при фиксации определенного промежуточного положения уплотнительного цилиндра необходим дополнительный фиксирующий механизм.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно, уменьшение линейных размеров, повышение надежности и улучшение эксплуатационных возможностей, то есть, разработка простой, надежной и технологичной конструкции запорно-регулирующего устройства.

Указанная цель достигается с помощью конструктивных решений, показанных в формуле изобретения, а именно, за счет того, что в запорно-регулирующем устройстве, содержащем наружный корпус с установленными в нем неподвижным внутренним корпусом и подвижным затвором, сопряженно расположенным на внутреннем корпусе с возможностью перемещения для совмещения окон, выполненных на боковых поверхностях затвора и внутреннего корпуса, сопрягаемые поверхности затвора и внутреннего корпуса имеют форму конуса, затвор имеет возможность вращения вокруг внутреннего корпуса по одной оси вращения до заданной степени совмещения окон с помощью закрепленного на нем червячного сегмента и червяка, закрепленного на наружном корпусе, окна имеют форму, зависимую от заданного закона регулирования расхода среды, на торце затвора установлены секторные кулачки с регулировочной шайбой, а на неподвижном внутреннем корпусе установлены шариковые ползуны.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 представлен продольный разрез запорного устройства в открытом положении; на фиг.2 - поперечное сечение В-В в открытом положении; на фиг.3 - вид Д-Д - расположение секторных кулачков с регулировочной шайбой в открытом положении; на фиг.4 - разрез с шариковым ползуном; на фиг.5 - схемы положения в открытом, закрытом и промежуточном положениях.

Устройство включает в себя наружный корпус, состоящий из двух разъемных частей 1 и 2, соединенных между собой болтами (что обеспечивает быстрый доступ к механизму при эксплуатации), внутренний неподвижный корпус 3, на боковой поверхности которого выполнены симметрично расположенные профилированные окна. Внутренний неподвижный корпус 3 имеет конусную наружную боковую поверхность, по которой перемещается подвижный затвор 4 с ответным внутренним конусом. На боковой поверхности затвора выполнены профилированные симметрично расположенные окна. На торцевой поверхности затвора 4 установлены секторные кулачки 5, с одного конца которых подложены регулирующие шайбы 10. С торца неподвижного корпуса 3 установлены корпуса шариковых ползунов 6, внутри которых находятся шарики 9. Вращение подвижного затвора 4 осуществляется с помощью червячной пары - червяка 7, установленного в разъемном корпусе 2, и червячного сегмента 8, закрепленного на подвижном затворе 4.

Устройство работает следующим образом. При открытом положении протекающая внутри рабочая среда проходит сквозь совмещенные боковые окна внутреннего неподвижного корпуса 3 и подвижного затвора 4 в наружный разъемный корпус 1, 2 и выходит из устройства. Чтобы перевести устройство в положение “закрыто”, подвижный затвор 4 с помощью червячной пары 7, 8 поворачивают относительно внутреннего неподвижного корпуса 3, перекрывая тем самым окна. При этом шарики 9, катящиеся по секторному кулачку 5, перемещают подвижный затвор 4 вдоль оси вращения относительно внутреннего неподвижного корпуса 3 на величину, равную толщине регулирующей шайбы 10, которую, в свою очередь, выбирают из величины имеющегося зазора, тем самым обеспечивая требуемую герметичность, а также компенсируя износ в процессе эксплуатации.

Изменяя степень совмещения окон затвора и неподвижного корпуса, обеспечивают регулирование расхода рабочей среды. Изменяя профиль (форму) окон, обеспечивают требуемый закон регулирования расхода рабочей среды.

Конусность сопрягаемых затвора и неподвижного корпуса уменьшает трение и исключает эффект “залипания” при вращении затвора, а также дает возможность легко разобрать устройство в процессе обслуживания и ремонта.

На практике, целесообразная величина конусности составила 1-2°.

Экспериментально подбирая форму окон затвора и неподвижного корпуса, можно обеспечить заданную зависимость расхода рабочей среды от угла поворота затвора относительно неподвижного корпуса.

Использование трапециидальных окон на затворе и прямоугольных на неподвижном корпусе позволяет в режиме запирания уменьшить динамические нагрузки и за счет этого увеличить срок службы устройства.

Предлагаемая конструкция обладает большой надежностью, долговечностью, не требует уплотнений между внутренним неподвижным корпусом и подвижным затвором, что позволяет ее использовать в агрессивных средах и при высоких температурах, а самотормозящая червячная пара обеспечивает минимальный требуемый крутящий момент и не требует дополнительной фиксации в промежуточных положениях подвижного затвора, что полностью соответствует бесступенчатому регулированию пропускаемой среды.

Экспериментальная проверка предложенного устройства показала, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, то есть соответствует критериям изобретения.