RU2113647C1

RU2113647C1 - Valve unit

Info

Publication number: RU2113647C1
Application number: RU96110472A
Authority: RU
Inventors: Борис Евсеевич Сельский
Original assignee: Борис Евсеевич Сельский
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: manufacture of fittings; pumps handling viscous abrasive fluids under pressure. SUBSTANCE: ball shut-off member is pressed in guide bush of valve unit between seat and cover. Ball shut-off member has cavity where load in form of permanent magnet is placed core of induction coil is rigidly secured on cover. Shut-off member and seat are made from non-magnetic material and cover is made from soft magnetic material. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к конструкциям клапанных узлов насосов, применяющихся, например, в нефтеперерабатывающей и строительных отраслях промышленности, т.е. там, где необходимо перекачивание под давлением вязких абразивных жидкостей. The invention relates to the field of valve engineering, in particular to designs of valve assemblies of pumps used, for example, in the oil refining and construction industries, i.e. where it is necessary to pump viscous abrasive fluids under pressure.

Из предшествующего уровня техники известен клапанный узел, включающий клапанную коробку, в конической расточке которого установлено седло под шаровой запорный элемент, поджатый к седлу пружиной (например, статья Износ клапанов насосов от воздействия абразивных суспензий, 1987, с.387, рис. 8Б). A valve assembly is known from the prior art, including a valve box, in a conical bore of which there is a seat under a ball locking element, pressed against the seat by a spring (for example, the article Wear of Pump Valves from Abrasive Suspensions, 1987, p. 387, Fig. 8B).

К недостаткам аналога относится катастрофический абразивный износ сферической поверхности шарового запорного элемента, обусловленный тем, что его поворот при отрыве от седла невозможен из-за постоянного контакта с возвратной пружиной. The disadvantages of the analogue include the catastrophic abrasive wear of the spherical surface of the ball locking element, due to the fact that its rotation upon separation from the saddle is impossible due to constant contact with the return spring.

Известен также клапанный узел (патент США N 3742975, кл. F 16 K 15/09, 1973), включающий клапанную коробку, клапанное седло, размещенное в расточке клапанной коробки, шаровой запорный элемент, поджатый к клапанному седлу пружиной и средства для поворота шарового запорного элемента, выполненные в виде скошенного контактного элемента. A valve assembly is also known (US patent N 3742975, class F 16 K 15/09, 1973), including a valve box, a valve seat located in the bore of the valve box, a ball locking element pressed against the valve seat by a spring, and means for turning the ball valve element made in the form of a beveled contact element.

Недостатком этого устройства является то, что в процессе его работы происходит односторонний аномальный износ клапанного седла. Это происходит из-за ударов запорного элемента по седлу клапана преимущественно со стороны скоса контактного элемента, жестко закрепленного на концевом витке пружины. Кроме того в известном клапанном узле необходима точная регулировка усилия пружины, поскольку наклонная составляющая силы прижима, передаваемая пружиной на запорный элемент, стремится или сдвинуть запорный элемент с седла, или (в момент посадки на седло) препятствует закрытию клапана. The disadvantage of this device is that in the process of its operation, one-way abnormal wear of the valve seat occurs. This is due to the impact of the locking element on the valve seat, mainly from the side of the bevel of the contact element, rigidly fixed to the end coil of the spring. In addition, in the known valve assembly, precise adjustment of the spring force is necessary, since the inclined component of the clamping force transmitted by the spring to the locking element tends to either move the locking element from the seat, or (at the time of landing on the seat) prevents the valve from closing.

Известен также клапанный узел (авт. св. СССР N 1813953, F 16 K 15/04, 1990 - прототип), содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, шаровой запорный элемент со средством его проворота во время работы. Also known valve assembly (ed. St. USSR N 1813953, F 16 K 15/04, 1990 - prototype), comprising a valve box with input and output channels, a guide sleeve mounted between the valve seat and the cover, a ball locking element with its means rotation during operation.

Недостатком прототипа является то, что при работе с очень вязкими абразивосодержащими жидкостями, т.е. когда скорость проходящей через клапан жидкости относительно невелика, средство проворота шарового запорного элемента практически не срабатывает и наблюдается аномальной износ запорного элемента. Это снижает ресурс безотказной работы насоса. Кроме того, наличие в полости клапанного узла дополнительных деталей снижает площадь проходного сечения узла, что приводит к повышенным энергозатратам при работе. The disadvantage of the prototype is that when working with very viscous abrasive fluids, i.e. when the speed of the fluid passing through the valve is relatively low, the means of turning the ball locking element practically does not work and abnormal wear of the locking element is observed. This reduces the uptime of the pump. In addition, the presence of additional parts in the cavity of the valve assembly reduces the passage area of the assembly, which leads to increased energy consumption during operation.

Задачей изобретения является обеспечение снижения гидравлического сопротивления клапанного узла при работе с очень вязкими абразивными жидкостями, а также обеспечение надежной его работы за счет гарантированного проворота шарового запорного элемента и исключения тем самым его аномального износа. The objective of the invention is to reduce the hydraulic resistance of the valve assembly when working with very viscous abrasive fluids, as well as ensuring its reliable operation due to the guaranteed rotation of the ball locking element and thereby eliminating its abnormal wear.

Технический результат достигается тем, что клапанный узел, содержащий клапанную коробку с входным и выходным каналами, направляющую втулку, установленную между клапанным седлом и крышкой, и шаровой запорный элемент согласно изобретению дополнительно содержит груз, выполненный в виде постоянного магнита, катушку индуктивности с сердечником, который жестко закреплен на крышке из магнитомягкого материала, в шаровом запорном элементе выполнена замкнутая полость в форме тела вращения, заполненная магнитной жидкостью, груз размещен внутри полости с возможностью перемещения, а клапанное седло и шаровой запорный элемент выполнены из немагнитного материала. Кроме того, груз может быть выполнен или в виде шара, намагниченного в осевом направлении, или в виде цилиндра, намагниченного в осевом направлении, а также в виде параллелепипеда, намагниченного в направлении наибольшего линейного размера. The technical result is achieved in that the valve assembly comprising a valve box with inlet and outlet channels, a guide sleeve mounted between the valve seat and the cover, and a ball locking element according to the invention further comprise a load made in the form of a permanent magnet, an inductor with a core, which rigidly fixed to the lid of soft magnetic material, a closed cavity in the form of a body of revolution, filled with magnetic fluid, is made in the ball locking element, the load is placed inside cavities with the ability to move, and the valve seat and ball locking element made of non-magnetic material. In addition, the load can be made either in the form of a ball magnetized in the axial direction, or in the form of a cylinder magnetized in the axial direction, as well as in the form of a parallelepiped magnetized in the direction of the largest linear size.

Такое выполнение клапанного узла обеспечивает снижение гидравлического сопротивления, поскольку в его полости, корме запорного элемента, нет подвижных деталей, одновременно повышается надежность работы, за счет гарантированного проворота шарового запорного элемента при каждом такте нагнетания жидкой среды. This embodiment of the valve assembly provides a reduction in hydraulic resistance, since there are no moving parts in its cavity, the stern of the locking element, and at the same time the reliability of operation is improved due to the guaranteed rotation of the ball locking element at each injection stroke of the liquid medium.

На фиг. 1 изображен клапанный узел, продольный разрез; на фиг. 2 - запорный элемент, продольный разрез. In FIG. 1 shows a valve assembly, a longitudinal section; in FIG. 2 - locking element, a longitudinal section.

Клапанный узел содержит клапанную коробку 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, клапанное седло 4, размещенное в конической расточке клапанной коробки 1, направляющую втулку 5, зажатую между крышкой 6 и клапанным седлом 4, шаровой запорный элемент 7, внутри которого выполнена замкнутая полость 8, и груз 9, размещенный в полости 8. Полость 8 имеет форму тела вращения, например, форму шара, при этом груз 9 также выполнен сферической формы. The valve assembly comprises a valve box 1 with inlet 2 and output 3 channels, a valve seat 4 located in a conical bore of the valve box 1, a guide sleeve 5, sandwiched between the cover 6 and the valve seat 4, a ball locking element 7, inside of which a closed cavity 8 is made , and the load 9, placed in the cavity 8. The cavity 8 has the shape of a body of revolution, for example, the shape of a ball, while the load 9 is also made spherical in shape.

Крышка 6 изготовлена из магнитомягкого материала и снабжена сердечником 10, на который надета катушка 11 индуктивности. Груз 9 выполнен в виде постоянного магнита, помещенного в магнитную жидкость 12, заполненную полость 8, центр которой совпадает с центром шарового запорного элемента 7. The cover 6 is made of soft magnetic material and is equipped with a core 10, on which the inductor 11 is mounted. The load 9 is made in the form of a permanent magnet placed in a magnetic fluid 12, a filled cavity 8, the center of which coincides with the center of the ball locking element 7.

Клапанный узел работает следующим образом. The valve assembly operates as follows.

Под действием постоянного магнита 9 изменяется вязкость магнитной жидкости 12, при этом изменение вязкости магнитной жидкости происходит не во всем объеме полости 8, а только в той ее части, которая находится в непосредственной близости к магниту 9. При такте нагнетания, под действием перепада давления, происходит отрыв от седла шарового запорного элемента, который, двигаясь в токе перекачиваемой жидкости, приближается к поверхности крышки 6, где под действием внешнего магнитного поля, создаваемого катушкой 11 индуктивности и ее магнитной системой (сердечник 10 и крышка 6), происходит увеличение вязкости всего объема магнитной жидкости 12. В момент удара шарового запорного элемента 7 о поверхность крышки 6, вязкость магнитной жидкости 12 достигает максимального значения. Under the influence of a permanent magnet 9, the viscosity of the magnetic fluid 12 changes, while the change in the viscosity of the magnetic fluid does not occur in the entire volume of the cavity 8, but only in that part that is in close proximity to the magnet 9. During the injection stroke, under the influence of a pressure drop, there is a separation from the saddle of the ball locking element, which, moving in the flow of the pumped liquid, approaches the surface of the cover 6, where under the influence of an external magnetic field created by the inductor 11 and its magnetic system system (core 10 and cover 6), there is an increase in the viscosity of the entire volume of magnetic fluid 12. At the moment of impact of the ball locking element 7 on the surface of the cover 6, the viscosity of magnetic fluid 12 reaches its maximum value.

Взаимодействие же внешнего магнитного поля с грузом 9, который является постоянным магнитом, приводит к тому, что он начинает поворачиваться, стремясь занять положение вдоль направления магнитных силовых линий внешнего магнитного поля. Однако, поскольку вязкость магнитной жидкости 12 при этом будет максимальна ( т.е. груз 9 практически зафиксирован магнитной жидкостью относительно шарового запорного элемента 7), то поворот груза (магнита) 9 возможен только совместно с его оболочкой, т.е. шаровым запорным элементом 7. Отрыву шарового запорного элемента от поверхности крышки 6 будет препятствовать притяжение к ней магнитной жидкости 12, поэтому катушка 11 индуктивности подключена к источнику питания через коммутатор (не показано), работа которого синхронизирована с работой насоса таким образом, чтобы, начиная с момента начала такта нагнетания, происходило включение коммутатора на время, равное 0,5 - 0,9 длительности такта нагнетания. Благодаря этому, при такте всасывания на груз 9 не будет действовать сила электромагнитного притяжения и перемещение шарового запорного элемента 7 в полости 8 в этом случае будет происходить следующим образом. The interaction of the external magnetic field with the load 9, which is a permanent magnet, leads to the fact that it begins to rotate, trying to occupy a position along the direction of the magnetic lines of force of the external magnetic field. However, since the viscosity of the magnetic fluid 12 will be maximum (i.e., the load 9 is practically fixed by the magnetic fluid relative to the ball locking element 7), rotation of the load (magnet) 9 is possible only together with its shell, i.e. ball locking element 7. The separation of the ball locking element from the surface of the cover 6 will be prevented by the attraction of magnetic fluid 12 to it, therefore, the inductor 11 is connected to the power source through a switch (not shown), the operation of which is synchronized with the pump so that, starting with the moment of the start of the injection stroke, the switch was turned on for a time equal to 0.5 - 0.9 of the duration of the injection cycle. Due to this, during the suction stroke, the force of electromagnetic attraction will not act on the load 9 and the movement of the ball locking element 7 in the cavity 8 in this case will occur as follows.

Шаровой запорный элемент 7, двигаясь в потоке жидкости под действием перепада давления и веса, ударяется о седло 4, при этом за счет того, что шаровой запорный элемент 7 сместился относительно оси седла 4, их удар происходит в какой-то точке седла 4. Однако ударная нагрузка, воспринимаемая этой точкой седла 4, сравнительно невысока, поскольку при ударе она рассеивается (за счет свободного размещения груза 9 в полости 8) на ударную нагрузку от веса оболочки шарового запорного элемента 7 с магнитной жидкостью 12 и веса груза 9, который ударяется по внутренней поверхности шарового запорного элемента 7 после смещения его относительно первоначальной точки удара. Следует отметить, что в начале такта нагнетания груз 9 занимает произвольное положение, так как на него кроме силы тяжести не действуют никакие силы, поскольку седло 4 выполнено из немагнитного материала. Кроме шаровой формы, груз 9 может быть выполнен также в виде намагниченного в цилиндре, намагниченного в осевом направлении или в виде параллелепипеда, намагниченного в направлении наибольшего линейного размера. Ball locking element 7, moving in a fluid flow under the influence of pressure and weight, hits the seat 4, while due to the fact that the ball locking element 7 is displaced relative to the axis of the seat 4, they hit at some point on the seat 4. However the shock load perceived by this point of the saddle 4 is relatively low, since upon impact it dissipates (due to the free placement of the load 9 in the cavity 8) to the shock load from the shell weight of the ball locking element 7 with magnetic fluid 12 and the weight of the load 9, which strikes vn the friction surface of the spherical locking member 7 after its displacement relative to the initial point of impact. It should be noted that at the beginning of the injection stroke, the load 9 occupies an arbitrary position, since in addition to gravity, no forces act on it, since the saddle 4 is made of non-magnetic material. In addition to the spherical shape, the load 9 can also be made in the form of magnetized in the cylinder, magnetized in the axial direction or in the form of a parallelepiped, magnetized in the direction of the largest linear size.

Промышленное применение устройства обеспечит снижение ударных нагрузок на седло клапана, снижение энергозатрат при прокачке вязких жидкостей, повышение надежности и ресурса безаварийной работы. Industrial use of the device will reduce shock loads on the valve seat, reduce energy consumption when pumping viscous fluids, increase reliability and service life of trouble-free operation.

Claims

1. Valve assembly comprising a valve box with inlet and outlet valves, a guide sleeve sandwiched between the valve seat and the cover, and a ball locking element, characterized in that it further comprises a load made in the form of a permanent magnet, and an inductor with a core, which rigidly fixed to the lid of soft magnetic material, while in the ball locking element is made a closed cavity in the form of a body of revolution filled with magnetic fluid, the load is placed inside the cavity with the possibility of movement, and the valve seat and ball locking element are made of non-magnetic material.

2. The node according to claim 1, characterized in that the load is made in the form of a ball magnetized in the axial direction.

3. The node according to claim 1, characterized in that the load is made in the form of a cylinder magnetized in the axial direction.

4. The node according to claim 1, characterized in that the load is made in the form of a parallelepiped magnetized in the direction of the largest linear size.