RU2100682C1

RU2100682C1 - Valve with supplying fluid under valving members

Info

Publication number: RU2100682C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Куршин; Б.Э. Канищев; Н.С. Зубарев
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: valving member is connected with a sensor of a hydraulic drive. The valving member and sensor are provided with a through passageway, which connects the control space of the drive with the inlet passageway of the housing. In the through passageway is a check valve and its plunger. A pilot valve is connected with the control space of the drive. The effective area of the member of the drive is greater than the area of the opening of the seat. The spindle is rigidly secured to the plunger of the check valve. On the spindle is a stop interacting with the member of the drive for permitting pressing the member to the seat. The pilot valve is in communication with the output passageway. The flowing section of the check valve exceeds that of the pilot valve. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в машиностроении. The invention relates to valve engineering and can be used in mechanical engineering.

Известен вентиль с ручным приводом, содержащий корпус с отводящей и подводящей магистралями, и запорный орган, связанный со шпинделем через муфту [1]
Для закрытия известного вентиля требуется создать шпинделем осевое усилие, превышающее усилие от действия давления рабочей среды на запорный орган на величину, достаточную для обеспечения герметизации разъема между запорным органом и седлом. При больших проходных сечениях вентиля и (или) высоких рабочих давлениях, указанное осевое усилие достигает значительных величин, что приводит к быстрому износу шпинделя и муфты.Known valve with a manual actuator, comprising a housing with a discharge and supply lines, and a locking element associated with the spindle through the coupling [1]
To close the known valve, it is necessary to create an axial force with the spindle that exceeds the force from the action of the working fluid pressure on the locking member by an amount sufficient to ensure sealing of the connector between the locking member and the seat. With large flow cross sections of the valve and (or) high working pressures, the indicated axial force reaches significant values, which leads to rapid wear of the spindle and coupling.

Известен вентиль с подачей среды под запорный орган, содержащий корпус с отводящей и подводящей магистралями, запорный орган, механически связанный с чувствительным элементом гидравлического привода, причем площадь чувствительного элемента привода превышает площадь проходного отверстия седла, а полость над чувствительным элементом привода сообщена с подводящей магистралью через канал в запорном органе и с отводящей магистралью через пилотный клапан, в котором перемещения запорного органа осуществляются за счет сил давления рабочей среды [2]
Однако в известном вентиле отсутствует возможность перемещения запорного органа при равенстве давлений в подводящей и отводящей магистралях, в том числе и возможность перекрывания трассы перед подачей давления. Кроме того, в нем исключено регулирование расхода протекающей среды за счет фиксации запорного органа в промежуточных между полностью открытым и закрытым положениях.A known valve with a medium supply under a shut-off element, comprising a housing with a discharge and supply lines, a shut-off element mechanically connected to the sensing element of the hydraulic actuator, the area of the sensing element of the actuator exceeding the area of the passage hole of the saddle, and the cavity above the sensing element of the actuator communicates with the inlet line a channel in the locking body and with the discharge line through the pilot valve, in which the movement of the locking body is carried out due to the working pressure Wednesday [2]
However, in the known valve there is no possibility of moving the shut-off element when the pressures in the supply and outlet lines are equal, including the possibility of blocking the route before applying pressure. In addition, it eliminates the regulation of the flow rate of the flowing medium by fixing the shutoff member in the intermediate between fully open and closed positions.

Наиболее близким к изобретению является вентиль с подачей среды под запорный орган, содержащий корпус с седлом, запорный орган, механически связанный с чувствительным элементом гидравлического привода, эффективная площадь чувствительного элемента привода больше площади проходного отверстия седла, управляющая полость привода сообщена с подводящей магистралью через канал в запорном органе и с пилотным клапаном, причем в канале запорного органа между управляющей полостью и подводящей магистралью установлен обратный клапан с толкателем [3]
Однако в известном вентиле возможны только крайние положения запорного органа, так как он и не предназначен для регулирования расхода рабочей среды, а служит лишь для автоматической подачи жидкости в противопожарных установках по команде от специального устройства.Closest to the invention is a valve with a medium supplying a shut-off element containing a housing with a seat, a shut-off element mechanically connected to the sensing element of the hydraulic actuator, the effective area of the sensing element of the actuator is larger than the area of the seat passage passage, the control cavity of the actuator is in communication with the supply line through a channel in shut-off element and with a pilot valve, moreover, a check valve with a push rod is installed in the channel of the shut-off element between the control cavity and the supply line m [3]
However, in the known valve, only the extreme positions of the shut-off element are possible, since it is not intended to control the flow of the working medium, but serves only to automatically supply fluid in fire fighting installations on command from a special device.

Предлагаемое изобретение расширяет эксплуатационные возможности вентиля. The present invention extends the operational capabilities of the valve.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном вентиле с подачей среды под запорный орган, содержащем корпус с седлом, входным и выходным каналами, запорный орган, механически связанный с чувствительным элементом, гидропривода, причем в запорном органе и чувствительном элементе выполнен сквозной канал, сообщающий управляющую полость привода с входным каналом, в сквозном канале размещен обратный клапан и его толкатель, при этом с управляющей полостью привода сообщен пилотный клапан, а эффективная площадь чувствительного элемента привода больше проходного отверстия седла, вентиль снабжен шпинделем, жестко соединенным с толкателем обратного клапана, на шпинделе выполнен упор, взаимодействующий с чувствительным элементом привода с возможностью прижатия запорного органа к седлу, пилотный клапан сообщен с выходным каналом, при этом проходное сечение обратного клапана превышает проходное сечение пилотного клапана. The technical result of the invention is achieved by the fact that in a known valve with a medium supplying a shut-off element containing a housing with a seat, input and output channels, a shut-off element mechanically connected to the sensing element, a hydraulic actuator, and a through channel is made in the shut-off element and the sensing element, communicating the control cavity of the drive with the inlet channel, a check valve and its pusher are placed in the through channel, while the pilot valve is connected to the control cavity of the drive, and the effective area is the detector of the actuating element is larger than the seat bore, the valve is equipped with a spindle rigidly connected to the check valve pusher, a stop is made on the spindle that interacts with the actuator sensing element with the possibility of pressing the shut-off element against the seat, the pilot valve is in communication with the outlet channel, and the check valve exceeds the bore of the pilot valve.

Кроме того, возможно такое выполнение вентиля, что между пилотным клапаном и выходным каналом установлен обратный клапан, выход которого соединен с выходным каналом, а гидролиния между обратным клапаном и пилотным клапаном сообщена с емкостью через дополнительный клапан. In addition, it is possible for the valve to be constructed such that a check valve is installed between the pilot valve and the outlet channel, the outlet of which is connected to the outlet channel, and the hydraulic line between the check valve and the pilot valve is in communication with the tank through an additional valve.

Кроме того, возможно снабжение гидропривода вентиля дополнительным чувствительным элементом, управляющая полость которого сообщена с управляющей полостью основного чувствительного элемента. In addition, it is possible to supply the valve hydraulic actuator with an additional sensitive element, the control cavity of which is in communication with the control cavity of the main sensitive element.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого вентиля, соответствующая п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2 -схема возможных вариантов его выполнения. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed valve corresponding to paragraph 1 of the claims; in FIG. 2-scheme of possible options for its implementation.

Вентиль смонтирован в корпусе 1 с отводящей 2 и подводящей 3 магистралями. Подводящая магистраль 3 заканчивается седлом 4 с проходным отверстием ⌀ d. Геометрическая форма седла 4 и запорного органа 5 показаны на фиг. 1 и 2 условно: в предлагаемом вентиле допустимо использование запорного органа и седла любой применяемой в арматуростроении аналогичной конструкции. Запорный орган 5 механически связан с чувствительным элементом гидравлического привода, который в рассматриваемом конкретном примере выполнен в виде изготовленного заодно с запорным органом 5 уплотненного по боковой поверхности поршня 6, но может конструктивно решаться и иначе, например в виде мембраны, сильфона или дифференциального поршня. Эффективная площадь поршня 6, равная максимальной площади перпендикулярного его оси сечения, превышает площадь проходного сечения седла 4. Управляющая полость 7 над поршнем 6 гидравлически соединена с подводящей магистралью 3 через канал 8 в запорном органе 5 и поршне 6, а также с отводящей магистралью 2 через пилотный клапан 9. В канале 8 между управляющей полостью 7 и подводящей магистралью 3 смонтирован обратный клапан, включающий седло 10 в корпусе запорного органа 5, запирающий элемент 11 с лысками 12, пружину 13 и монтажную гайку 14. Вентиль снабжен шпинделем 15 с толкателем 16 запирающего элемента 11 обратного клапана. Кроме этого на шпинделе 15 выполнен упор 17 с пазами 18. Упор 17 расположен со стороны управляющей полости. Проходное сечение обратного клапана, определяемое размерами лысок 12 и пазов 18, превышает проходное сечение пилотного клапана 9. Шпиндель 15 уплотнен в крышке 19 вентиля и снабжен маховиком 20. The valve is mounted in the housing 1 with outlet 2 and supply 3 lines. The supply line 3 ends with a seat 4 with a through hole ⌀ d. The geometric shape of the seat 4 and locking member 5 is shown in FIG. 1 and 2 conditionally: in the proposed valve it is permissible to use a locking element and a seat of any similar design used in valve engineering. The locking member 5 is mechanically connected with the sensing element of the hydraulic actuator, which in the present example is made in the form of a piston 6 sealed along with the locking member 5, but can be structurally solved in another way, for example, in the form of a membrane, bellows or differential piston. The effective area of the piston 6, equal to the maximum area perpendicular to its axis of the cross section, exceeds the area of the passage section of the seat 4. The control cavity 7 above the piston 6 is hydraulically connected to the supply line 3 through the channel 8 in the shut-off element 5 and the piston 6, as well as to the discharge line 2 through pilot valve 9. In the channel 8 between the control cavity 7 and the supply line 3, a check valve is mounted, including a seat 10 in the body of the locking element 5, a locking element 11 with flats 12, a spring 13 and a mounting nut 14. The valve is equipped with ene spindle 15 with the pusher 16 of the locking member 11 of the check valve. In addition, a stop 17 with grooves 18 is made on the spindle 15. The stop 17 is located on the side of the control cavity. The cross section of the check valve, determined by the sizes of the flats 12 and the grooves 18, exceeds the cross section of the pilot valve 9. The spindle 15 is sealed in the valve cover 19 and equipped with a flywheel 20.

Кроме того, возможно такое выполнение вентиля, что между пилотным клапаном 9 и отводящей магистралью 2 установлен дополнительный обратный клапан 21, а гидролиния между пилотным клапаном 9 и дополнительным обратным клапаном 21 через клапан 22 сообщена с емкостью 23. In addition, it is possible that the valve is such that an additional non-return valve 21 is installed between the pilot valve 9 and the outlet line 2, and a hydraulic line between the pilot valve 9 and the additional non-return valve 21 is connected to the vessel 23 through the valve 22.

Кроме того, возможно снабжение вентиля дополнительным чувствительным элементом поршнем 24, управляющая полость которого 27 сообщена с управляющей полостью 7 основного чувствительного элемента поршня 6 через отверстие 28 и канал 8 Поршень 24 связан с основным поршнем 6 через уплотненный шток 25 с помощью гайки 26. In addition, it is possible to supply the valve with an additional sensing element with a piston 24, the control cavity of which 27 is in communication with the control cavity 7 of the main sensing element of the piston 6 through the hole 28 and the channel 8. The piston 24 is connected to the main piston 6 through the sealed rod 25 using the nut 26.

Вентиль работает следующим образом. The valve operates as follows.

Для запирания вентиля (фиг. 1) при отсутствии рабочего давления в магистралях 2, 3 запорный орган 5 с помощью шпинделя 15 прижимают к седлу 4. Одновременно толкатель 16 смещает запирающий элемент 11 обратного клапана в полностью открытое положение. Пилотный клапан 9 закрывают. При подаче рабочей среды в подводящую магистраль 3 давление P_I в ней начинает возрастать. Одновременно среда через канал 8 поступает в управляющую полость 7, что вызывает повышение давления P_Y в этой полости. Перепад ΔP = P₁- P_y определяется вязкостью среды, формой и проходным сечением обратного клапана в канале 8.To lock the valve (Fig. 1) in the absence of operating pressure in the lines 2, 3, the locking member 5 is pressed against the seat 4 using the spindle 15. At the same time, the pusher 16 biases the check valve blocking element 11 to the fully open position. The pilot valve 9 is closed. When the medium is supplied to the supply line 3, the pressure P _I in it begins to increase. At the same time, the medium through the channel 8 enters the control cavity 7, which causes an increase in pressure P _Y in this cavity. The difference ΔP = P ₁ - P _y is determined by the viscosity of the medium, the shape and flow area of the check valve in channel 8.

Вентиль проектируют таким образом, чтобы выполнялось соотношение P_уS_э ≥ P₁S + F(P₁), где S_э - эффективная площадь поршня 6 привода; S = πd²/4 площадь проходного отверстия седла 4; F(P₁) усилие, обеспечивающее герметичность разъема седла 4 и запорного органа 5 при текущем давлении P₁. В этом случае усилие на шпинделе является минимальным. Оно должно герметизировать вентиль только в первоначальный момент подачи давления. В дальнейшем запирание вентиля осуществляется автоматически за счет сил давления рабочей среды. После выравнивания давлений в подводящей магистрали 3 и управляющей полости 7 (P_у P₁) запорный орган 5 прижимается к седлу 4 с усилием P₁(S_э S) > F(P₁), что гарантирует запирание вентиля.The valve is designed in such a way that the relation P _y S _e ≥ P ₁ S + F (P ₁ ) is fulfilled, where S _e is the effective area of the piston 6 of the actuator; S = πd ^2/4 of the passage opening area 4 of the saddle; F (P ₁ ) force ensuring the tightness of the connector of the seat 4 and the locking element 5 at a current pressure P ₁ . In this case, the force on the spindle is minimal. It should seal the valve only at the initial moment of pressure supply. In the future, the valve is shut off automatically due to the pressure of the medium. After equalizing the pressures in the supply line 3 and the control cavity 7 (P _at P ₁ ), the locking member 5 is pressed against the seat 4 with a force P ₁ (S _e S)> F (P ₁ ), which ensures valve closure.

Для того, чтобы открыть вентиль, вращая маховик 20 поднимают шпиндель 15. При этом упор 17 отходит от поршня 6, а толкатель 16 освобождает запирающий элемент 11 и обратный клапан закрывается. Затем открывают пилотный клапан 9, через который среда из управляющей полости 7 начинает поступать в отводящую магистраль 2. Давление P_у в полости 7 снижается до тех пор, пока не реализуется условие P_IS > P_уS_э + F_тр, где F_тр сила трения в уплотнении поршня 6. Поршень 6 с запорным органом 5 сместятся вверх и вентиль приоткроется. На всю площадь S_э поршня 6 снизу начнет действовать сила усредненного давления P^*(P₂ < P^* < P_I), где P₂ давление в отводящей магистрали 2. Поршень будет двигаться вверх при P^*≥P_у + F_тр/S_э в течение всего периода заполнения отводящей магистрали 2 и соответствующего роста P^*, P_у и P₂ до выравнивания давлений P_у и P₂, после чего остановится. Поднять поршень 6 с запорным органом 5 выше указанного положения можно, дополнительно понизив P_у ниже P₂ за счет сброса среды из управляющей полости 7 через клапан 22 в емкость 23. При этом дополнительный обратный клапан 21 будет препятствовать перетеканию среды с более высоким давлением P₂ из отводящей магистрали в емкость 23 и полость 7. Падение же давления P₂ вызовет автоматический сброс среды из емкости 23 и вернет систему в первоначальное состояние.In order to open the valve, turning the handwheel 20 raise the spindle 15. In this case, the stop 17 moves away from the piston 6, and the pusher 16 releases the locking element 11 and the check valve closes. Then open the pilot valve 9, through which the medium from the control cavity 7 begins to flow into the discharge line 2. The pressure P _at in the cavity 7 decreases until the condition P _I S> P _at S _e + F _Tr , where F _Tr the friction force in the piston seal 6. The piston 6 with the locking element 5 will move up and the valve will open slightly. The force of the averaged pressure P ^* (P ₂ <P ^* <P _I ), where P _{2 is the} pressure in the discharge line 2, starts to act on the entire area S _{e of the} piston 6 from below. The piston will move upward at P ^* ≥P _у + F _Tr / S _e during the entire period of filling of the discharge line 2 and the corresponding growth of P ^* , P _y and P ₂ until the pressures P _y and P ₂ equalize, and then stops. Raise the piston 6 with the locking element 5 above the specified position, you can further reduce P _at below P ₂ due to the discharge of the medium from the control cavity 7 through the valve 22 into the container 23. In this case, an additional check valve 21 will prevent the flow of medium with a higher pressure P ₂ from the discharge line to the tank 23 and the cavity 7. The pressure drop P ₂ will cause an automatic discharge of the medium from the tank 23 and return the system to its original state.

Любое промежуточное положение запорного органа 5 можно установить, переместив шпиндель 15 на заданное расстояние от седла 4. В этом случае место расположения поршня 6 определяется положением толкателя 16, который после нескольких колебаний поршня 6 установит запирающий элемент 11 обратного клапана в частично открытом состоянии. Расход через канал 8 будет автоматически поддерживаться равным расходу среды через пилотный клапан 9, и запорный орган 5 займет требуемое положение вне зависимости от колебаний давления в магистралях 2 и 3. После стабилизации величин P₁ и P₂ пилотный клапан 9 может быть закрыт. Повторное запирание вентиля выполняют, опуская шпиндель 15 до упора запорного органа 5 в седло 4. При равенстве давлений P₁ и P₂ преодоление силы трения F_тр в уплотнениях поршня 6 происходит за счет передачи усилия от шпинделя 15 через упоры 17 к поршню 6. В случае большого размера вентиля величина F_тр может быть значительной. Это обуславливает высокие осевые нагрузки на шпинделе 15 и повышенный износ его элементов. Ресурс вентиля можно повысить, если снабдить его дополнительным поршнем 24 привода. Тогда для опускания запорного органа 5 достаточно открыть толкателем 16 шпинделя 15 обратный клапан в канале 8 и довести тем самым давление в полостях 7 и 27 до уровня P₁ P₂. Возникнет сила, пропорциональная величине превышения площади поршня 24 над площадью штока 25 и давлению среды, которая и опустит запорный орган 5 при минимальной нагрузке на шпиндель 15. В остальном работа вентиля с дополнительным приводом принципиально не отличается от работы основного варианта изобретения. При этом следует отметить также, что сброс среды из управляющей полости 7 или из полостей 7 и 27 может осуществляться не только в магистраль 2 или емкость 23, но и в окружающее вентиль пространство, если это допустимо по условиям его эксплуатации.Any intermediate position of the locking element 5 can be set by moving the spindle 15 a predetermined distance from the seat 4. In this case, the location of the piston 6 is determined by the position of the pusher 16, which after several vibrations of the piston 6 will set the locking element 11 of the check valve in a partially open state. The flow rate through channel 8 will be automatically maintained equal to the flow rate through the pilot valve 9, and the shut-off element 5 will take the required position regardless of pressure fluctuations in lines 2 and 3. After the stabilization of the values of P ₁ and P _{2, the} pilot valve 9 can be closed. The re-locking of the valve is carried out by lowering the spindle 15 until the stopper 5 stops into the seat 4. When the pressures P ₁ and P _{2 are} equal, the friction force F _tr in the piston seals 6 is overcome due to the transfer of force from the spindle 15 through the stops 17 to the piston 6. B in the case of a large valve, the value of F _Tr can be significant. This leads to high axial loads on the spindle 15 and increased wear of its elements. The resource of the valve can be increased if it is equipped with an additional piston 24 of the actuator. Then, to lower the locking member 5, it is enough to open the check valve in the channel 8 with the pusher 16 of the spindle 15 and thereby bring the pressure in the cavities 7 and 27 to the level P ₁ P ₂ . There will be a force proportional to the excess of the area of the piston 24 over the area of the rod 25 and the pressure of the medium, which will lower the shut-off element 5 with a minimum load on the spindle 15. Otherwise, the operation of the valve with an additional drive does not fundamentally differ from the operation of the main embodiment of the invention. It should also be noted that the discharge of the medium from the control cavity 7 or from the cavities 7 and 27 can be carried out not only in the line 2 or tank 23, but also in the space surrounding the valve, if this is permissible under the conditions of its operation.

Таким образом, запорный орган вентиля может быть зафиксирован в любом положении: от полностью открытого до полностью закрытого (независимо от величин давления рабочей среды в подводящей и отводящей магистралях). При этом шпиндель вентиля не испытывает силовых нагрузок, а служит только для управления обратным клапаном, что дополнительно обеспечивает легкость оперирования с вентилем, простоту конструкции и его высокий ресурс. Thus, the shutoff valve can be fixed in any position: from fully open to completely closed (regardless of the pressure of the working medium in the inlet and outlet lines). Moreover, the valve spindle does not experience power loads, but serves only to control the non-return valve, which additionally provides ease of operation with the valve, simplicity of design and its high service life.

В целом предлагаемое техническое решение позволяет реализовать задачу расширения эксплуатационных возможностей вентиля по отношению к прототипу. In general, the proposed technical solution allows to realize the task of expanding the operational capabilities of the valve with respect to the prototype.

Claims

1. A valve with a medium supplying a shut-off element, comprising a housing with a saddle, input and output channels, a shut-off element mechanically connected to the sensing element of the hydraulic actuator, wherein a through channel is made in the shut-off element and the sensing element, communicating the drive control cavity with the inlet channel, the check valve and its pusher are located in the through channel, while the pilot valve is in communication with the control cavity of the actuator, and the effective area of the actuator sensing element is larger than the seat bore, Take advantage of the fact that it is equipped with a spindle rigidly connected to the non-return valve pusher, an emphasis is made on the spindle, which interacts with the actuator sensing element with the possibility of pressing the shut-off element against the seat, the pilot valve is in communication with the outlet channel, and the check valve cross-section exceeds the pilot cross-section valve.

2. The valve according to claim 1, characterized in that a non-return valve is installed between the pilot valve and the outlet channel, the outlet of which is connected to the outlet channel, and the hydraulic line between the non-return valve and the pilot valve is in communication with the tank through an additional valve.

3. The valve according to claim 1 or 2, characterized in that the hydraulic actuator is equipped with an additional sensor element, the control cavity of which is in communication with the control cavity of the main sensor element.