клапан

Формула изобретения

Клапан, содержащий корпус с входным, выходным отверстиями и седлом, подвижный запорный или регулирующий орган, связанный с импульсным приводом движения через упругий непроницаемый элемент, отличающийся тем, что клапан снабжен дополнительным импульсным приводом, двумя устройствами преобразования и редуцирования импульсного возвратно-поступательного движения в прерывистое поступательное, или вращательное, или криволинейное движение, которые размещены внутри корпуса и связаны с запорным или регулирующим органом, а также с импульсными приводами через упругие непроницаемые элементы, причем устройства преобразования и редуцирования движения имеют противоположные направления движения на выходных элементах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к устройствам трубопроводной арматуры пара, воды, других газов и жидкостей.

Известен клапан с электроприводом, содержащий корпус с входным, выходным отверстием и седлом, соединенный со штоком запорный орган в виде золотника, привод-преобразователь вращательного движения движителя ( в виде электродвигателя) в возвратно-поступательное движение штока, который связан с корпусом через уплотнительное устройство размещенное в крышке, бугеле (см. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. - М.: Машиностроение, 1964, с.112, фиг.18).

Недостатком устройства является наличие связи штока с корпусом через уплотнительное сальниковое устройство, что снижает надежность и долговечность работы клапана из-за трения, износа штока, сальника и быстрым выходом последнего из строя, что приводит к протечкам среды, большие габариты шпинделя и привода.

Известен клапан, содержащий корпус с входным, выходным отверстием и седлом, соединенный со штоком запорный орган в виде золотника, привод-преобразователь (винтовая пара) вращательного движения движителя ( в виде шпинделя с рукояткой) в возвратно-поступательное движение штока, размещенный под крышкой внутри корпуса, который связан с крышкой посредством сильфона (упругий непроницаемый для рабочей среды элемент) (см. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. - М.: Машиностроение, 1964, с.112, фиг.17).

Благодаря наличию сильфона, в пределах его срока работы, исключаются протечки между шпинделем и крышкой.

Недостатком устройства является малый ход сильфона, для увеличения хода требуется большая их длина, что приводит к дороговизне, ограничению применение сильфонной арматуры для клапанов с большим Ду и большим ходом штока (очень трудно и дорого изготовить сильфон большого диаметра и длины на высокие параметры по давлению и температуре).

Надежность и долговечность сильфона большой длины и диаметра ниже, чем малогабаритных сильфонов. Габариты привода, шпинделя и всего изделия значительны для арматуры с большими Ду.

Известен мембранный клапан, содержащий корпус с входным, выходным отверстием и седлом, соединенный со штоком запорный орган в виде золотника, электромагнитный (импульсный) привод возвратно-поступательного движения движителя (в виде шпинделя), который связан через мембрану (упругий непроницаемый для рабочей среды элемент) со штоком (см. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура атомных электростанций. - М.:Энергоиздат, 1982, с.113, фиг.3.21). Мембрана работает аналогично сильфону и обеспечивает абсолютную герметичность корпуса от движителя.

Недостатком устройства является малый ход рабочего органа - золотника из-за ограниченного хода мембраны, для увеличения которого необходимо увеличение диаметра мембраны, что приводит к увеличению габаритов изделия, что ограничивает применение для больших Ду и Ру (условных диаметров и давлений).

Задачами изобретения являются: повышение надежности и долговечности арматуры с большим Ду, Ру, уменьшение габаритов привода, шпинделя и арматуры в целом, уменьшение диаметра и длины сильфона, повышение точности регулирования скорости и позиционирования запорного или регулирующего органа, и контроля его положения.

Технический результат достигается тем, что клапан, содержащий корпус с входным, выходным отверстиями и седлом, подвижный запорный или регулирующий орган, связанный с импульсным приводом движения через упругий непроницаемый элемент, снабжен дополнительным импульсным приводом, двумя устройствами преобразования и редуцирования импульсного возвратно-поступательного движения в прерывистое, поступательное или вращательное, или криволинейное движение, которые размещены внутри корпуса и связаны с запорным или регулирующим органом и с импульсными приводами через упругие непроницаемые элементы, причем устройства преобразования и редуцирования движения имеют противоположные направления движения на выходных элементах.

Сущность изобретения заключается в том, что используется импульсный привод - преобразователь движения с трансформацией движения, расположенный внутри корпуса.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлено схематично фронтальное сечение клапана, на фиг.2 - пример выполнения устройства преобразования и редуцирования движения.

Клапан содержит корпус 1 с входным 2, выходным 3 отверстиями и седлом 4, подвижный запорный или регулирующий орган (ПЗРО) 5. Устройства преобразования и редуцирования движения (УПРД) 6, 7 размещены внутри корпуса 1, например, под крышкой 8, связаны с импульсными приводами движения (ИПД) 9, 10 (например, возвратно-поступательного движения) и ПЗРО 5. Это могут быть электромагниты, пневмо-, гидродвигатели (пневмо-, гидроцилиндры), пьезодвигатели или двигатели на основе электрогидравлического эффекта, реактивные, взрывные двигатели, которые обеспечивают импульсное движение (например, прямолинейное возвратно - поступательное) с определенной амплитудой, усилием, частотой, скважностью импульсов. Блок управления (БУ) 11 ИПД 9, 10 расположен снаружи корпуса 1. ИПД 9, 10 выполнены с выходными элементами 12, 13. УПРД 6, 7 выполнены шаговыми, с возможностью преобразования и редуцирования (увеличения крутящего момента на выходе) импульсного движения в прерывистое вращательное, поступательное, или криволинейное движение в различных плоскостях. УПРД 6, 7 выполнены с входными элементами 14, 15 и с противоположными направлениями движения выходных элементов 16, 17, связанных с ПЗРО 5.

ПЗРО 5 может быть выполнен по-разному в виде: диска, конуса, перемещающегося соосно и по оси к седлу 4, в виде диска с прорезями, который вращается относительно прорезей в седле (седло неподвижно), в виде шара с отверстием (шаровой клапан), заслонки, золотника (захлопки) обратного управляемого клапана. Характер движения золотника может быть различен: прямолинейное, вращательное в разных плоскостях, по криволинейной траектории.

ИПД 9, 10 размещены снаружи корпуса 1 и связаны с преобразователями движения посредством упругих непроницаемых элементов 18, 19 (УНЭ), например, в виде сильфонов или мембран, герметично прикрепленных к крышке 8 или корпусу 1 (фиг.1). УНЭ 18, 19 могут быть расположены изнутри корпуса 1, а внутренняя их часть связана с внешней средой.

Работа клапана.

Рабочая среда подается к входному отверстию 2 корпуса 1, проходит через зазор между ПЗРО 5 и седлом 4 к выходному отверстию 3. В зависимости от положения ПЗРО 5 происходит открытие, закрытие, регулирование потока среды. Перемещение ПЗРО 5 осуществляется так: от БУ 11 подают управляющий импульс к ИПД 9, при этом выходное звено 12 совершает движение, например поступательное, и через УНЭ 18 передает движение к входному элементу 14 УПРД 6. Далее движение преобразовывается (трансформируется) по направлению, например во вращательное, с помощью, например, храпового механизма УПРД 6 (фиг.2), при этом вращается вал, на котором закреплены зубчатые колеса, которые поворачиваются на определенный угол, одновременно проводится и редуцирование за счет применения механической передачи, например, реечной, при этом рейка - выходной элемент 16 УПРД 6 перемещается на определенный шаг. Одна из шестерен 20 связана с элементом фиксации, например, в виде подпружиненного шарика 21, что обеспечивает фиксацию в конечном положении выходного элемента 16. Соответственно перемещается и ПЗРО 5 на определенный шаг, который жестко связан с выходным элементом 16. При подаче следующего управляющего импульса от БУ 11 к ИПД 9 процесс повторяется и ПЗРО 5 перемещается еще на один шаг. Как указывалось выше, это может быть пошаговое прямолинейное, вращательное, криволинейное перемещение ПЗРО 5, в зависимости от типа арматуры и характера перемещения относительно седла 4. Для обратного перемещения ПЗРО 5 от БУ 11 подают управляющий импульс к ИПД 10, при этом выходное звено 13 совершает движение (например, поступательное) и через УНЭ 19 передает движение к входному элементу 15 УПРД 7. Далее движение преобразовывается (трансформируется), например, во вращательное, но по направлению противоположное вышеописанному. Выходной элемент 17 УПРД 7 перемещается на определенный шаг с фиксацией в конечном положении. Соответственно перемещается и ПЗРО 5 на определенный шаг, но в обратном направлении. При подаче следующего управляющего импульса от БУ 11 к ИПД 9 процесс повторяется и ПЗРО 5 перемещается еще на один шаг. При этом исключаются сальники, уплотнения штока, шпинделя, что повышает надежность работы арматуры. Существенно уменьшаются габариты привода и всего клапана.

Данная конструкция существенно повышает точность регулирования скорости и позиционирования ПЗРО 5, т.к. скорость определяется частотой импульсов движения ИПД 9, 10, которую легко изменять электронным способом при подаче от БУ 11 управляющих импульсов, и коэффициентом редуцирования УПРД 6, 7, который определяется конструкцией УПРД 6, 7, а положение ПЗРО 5 определяется количеством импульсов движения ИПД 9, 10. Отпадает необходимость в дополнительных устройствах контроля положения ПЗРО 5, которые регламентированы правилами проектирования арматуры для ТЭС и АЭС, при этом легко определить положение ПЗРО 5 электронным способом, путем отсчета импульсов управления от БУ 11 к ИПД 9, 10. Существенным отличием данной конструкции является малая инерционность и малый люфт механических передач УПРД.

Данная конструкция клапана может быть использована в дисковых, шаровых, игольчатых, клетковых, золотниковых, осесимметричных (фирма Моквелд) клапанах, а по функциям в запорных, регулирующих, обратных и др. клапанах. Основной принцип, заложенный в конструкции клапана, - преобразование импульсного, например возвратно-поступательного, входного движения от импульсного движителя в прямолинейное, криволинейное, вращательное выходное движение ПЗРО, что позволяет существенно уменьшить габариты клапана, привода, шпинделя, сильфонов или мембран, упростить управление, позиционирование и контроль положения ПЗРО. Для клапанов с большими Ду существенно уменьшаются габариты, появляется возможность применения малогабаритных импульсных приводов, сильфонов и мембран, что существенно повышает надежность и долговечность их работы. Использование данной конструкции клапанов вращательного типа для дисковых и шаровых клапанов позволяет применить обычные сильфоны и мембраны, которые никогда не применялись в таких конструкциях, и существенно повысить надежность и долговечность клапана, т.к. не существует сильфонов и мембран, которые работают при вращательном движении.

Данное техническое решение может быть использовано в приводной арматуре всех типов в различных отраслях промышленности.