запорно-регулирующее устройство

Формула изобретения

Запорно-регулирующее устройство, содержащее наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом, который выполнен в виде уплотнительного цилиндра, расположенного во внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющей приводной элемент, отличающееся тем, что внутри наружного корпуса установлена кольцевая профильная вставка, профиль которой формируется при ее изготовлении в зависимости от требуемого закона расхода рабочей среды, в наружном торце вставки расположено кольцо из уплотнительного материала, а уплотнительный цилиндр на запирающем торце имеет кольцевой наружный выступ, расположенный с возможностью упора в кольцо из уплотнительного материала и стопорения давлением рабочей среды при запирании.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным затворам с проходным расположением входного и выходного патрубков 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 K 3/22, 18.10.1974 г.).

Недостатком известного устройства является сложность и ненадежность конструкции.

Известно 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 K 3/22, Бюл. №12, 27.04.2001 г.)

Недостатками известного устройства являются обусловленная конструкцией низкая надежность перекрытия потока среды, малый срок службы и недостаточные эксплуатационные возможности, во-первых, из-за дополнительной силы давления среды, воздействующей при закрывании устройства на торец запорного конуса уплотнительного цилиндра, во-вторых, из-за наличия на сопрягаемых цилиндрических поверхностях кольцевых уплотнений, которые быстро выходят из строя в агрессивных средах, при высоких температурах и т.п. и не обеспечивают полного перекрытия потока среды, в-третьих, при замене уплотнительных колец требуется полная разборка запорного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является запорно-регулирующее устройство, содержащее максимальное количество сходных с заявленном признаков, а именно регулирующий клапан по RU 2031291 С1, кл. F 16 K 1/12, 20.03.1995, авторов Волкова А.А., Шевчука С.А. и др. Известное устройство, принятое за прототип, относится к запорно-регулирующим устройствам, содержит наружный корпус с установленным в нем подвижным запорным органом, выполненным в виде уплотнительного цилиндра, расположенного во внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющей приводной элемент, при этом внутри наружного корпуса выполнена профильная часть, в виде кольцевого профильного сужения.

Недостатками известного устройства также являются обусловленная конструкцией низкая надежность перекрытия потока среды, малый срок службы и недостаточные эксплуатационные возможности, во-первых, из-за дополнительной силы давления среды, воздействующей при закрывании устройства на торец запорного конуса уплотнительного цилиндра, во-вторых, из-за наличия на сопрягаемых цилиндрических поверхностях кольцевых уплотнений, которые быстро выходят из строя в агрессивных средах, при высоких температурах и т.п. и не обеспечивают полного перекрытия потока среды.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно улучшение эксплуатационных возможностей за счет создания условий реализации задаваемой расходной характеристики и повышение надежности перекрытия потока среды за счет возможности движения запорного органа до упора торцом в уплотнительное кольцо и за счет давления среды на запорный орган в момент перекрытия.

Указанный технический результат, получаемый при реализации предлагаемого технического решения, достигается с за счет конструктивных решений, показанных в формуле изобретения, а именно за счет того, что в запорно-регулирующем устройстве, содержащим наружный корпус с установленньми в нем неподвижным внутренним корпусом и подвижньм запорным органом сопряженно расположенным на внутреннем корпусе с возможностью осевого перемещения приводом от зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с валом-шестерней, имеющим приводной элемент, внутри наружного корпуса установлена кольцевая профильная вставка, профиль которой формируется при ее изготовлении в зависимости от требуемого закона расхода пропускаемой среды, в наружном торце вставки расположено кольцо из уплотнительного материала, а уплотнительный цилиндр на запирающем торце имеет кольцевой наружный выступ, расположенный с возможностью упора в кольцо из уплотнительного материала при запирании.

На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого запорно-регулирующего устройства (ЗРУ) в закрытом положении.

Устройство включает в себя наружный корпус 1, уплотнительный цилиндр (плунжер) 2 с зубчатой рейкой - для регулирования расхода рабочей среды при поступательном движении и полного перекрытия, внутренний корпус 3, в котором поступательно перемещается плунжер 2 с кольцевым выступом 4 на запорном торце, кольцевую профильную вставку 5, установленную в наружном корпусе для возможности регулирования расхода рабочей среды по заданному закону при движении плунжера 2, для чего профиль вставки формируется при ее изготовлении на основании расчета расходной характеристики оптимальной для конкретных условий применения ЗРУ, уплотнительное кольцо 6, установленное в проточку профильной вставки 5 для обеспечения герметичности при перекрытии отверстия вставки 5, приводной вал 7 с шестерней с возможностью вращения с помощью привода 15 для обеспечения поступательного перемещения плунжера 2,входной 8 и выходной 9 переходники для установки ЗРУ в трубопровод с помощью сварки, входной 10 и выходной 11 фланцы наружного корпуса для обеспечения снятия ЗРУ без вырезки из трубопровода, фланец 12 для установки ручного или электрического привода, шкала 13 на валу в градусах от положения 0 (“закрыто”) до положения N, соответствующего полностью открытому ЗРУ, (максимальное значение N_mах-270°), окно 14 для контроля положения вала 7 по шкале 13, и привод 15 для обеспечения поворота вала 7.

Запорно-регулирующее устройство работает следующим образом. На чертеже устройство показано в закрытом состоянии. Плунжер 2 упирается в уплотнительное кольцо 6 и перекрывает отверстие профильной вставки 5. Если ЗРУ в закрытом положении установлено в трубопровод, в котором рабочая среда находится под давлением Р₀, то за счет давления Р₀ рабочей среды на кольцевой выступ 4 плунжер 2 находится в застопоренном положении. Благодаря уплотнительному кольцу 6 и давлению на выступ 4 плунжера 2 обеспечивается герметичность в затворе (класс А по ГОСТ 9544-93). При повороте вала 7 на открытие с помощью привода 15 плунжер 2 поступательно перемещается влево, в сторону входного фланца 10. Перемещение плунжера обеспечивается шестерней вала 7, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой плунжера 2. Регулирование расхода рабочей среды осуществляется при перемещении плунжера из положения полностью закрытого ЗРУ в положение полностью открытое. Профиль вставки 5 обеспечивает реализацию заданной расходной характеристики. Для поворота вала 7 может быть использован однооборотный электропривод или ручной привод 15. Положение вала 7 контролируется через окно 14 по шкале 13 и соответствует степени открытия ЗРУ.

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.