RU2234018C1

RU2234018C1 - Valve

Info

Publication number: RU2234018C1
Application number: RU2003117889/06A
Authority: RU
Inventors: П.В. Малина (RU); П.В. Малина; А.Ж. Смаков (RU); А.Ж. Смаков
Original assignee: Малина Петр Васильевич; Смаков Артур Жанович
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-08-10

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: valve has a ring seat mounted on the solid base. The base is secured to the housing. The housing has the inlet opening and auxiliary opening. The latter has the first seal. The seal embraces the narrow part of a hollow valving member. The wide part of the valving member has diverging part of the insert provided with the second seal. The latter is embraced with the wide part of the valving member. The insert has the through opening which forms the outlet opening of the valve. The valving member is made of bushing and connected with the drive. There is at least one gap between the inner side of the narrow part of the valving member and the outer side of the contracting part of the insert. The sealing member is made for movement in the longitudinal direction.

EFFECT: enhanced stability of operation.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях, преимущественно высокого давления при больших расходах рабочей среды. Известен клапан (см. RU 2163318 С1, кл. F 16 К 1/12, 20.02.2001), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана и запорный элемент, выполненный в виде диска.The invention relates to pipe fittings and is intended to control the flow of the working medium in the pipelines, mainly high pressure at high flow rates of the working medium. A known valve (see RU 2163318 C1, class F 16 K 1/12, 02/20/2001), comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve seat and a locking element made in the form of a disk.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу при отпирании и запирании больших усилий, необходимых для преодоления сил давления рабочей среды на запорный элемент. Указанное обстоятельство затрудняет использование клапана при больших давлениях рабочей среды и/или больших подачах, так как сила, действующая на клапан под действием давления рабочей среды, увеличивается прямо пропорционально давлению и площади запорного элемента.The disadvantage of this valve is the need to apply to the locking element when unlocking and locking the large forces necessary to overcome the pressure forces of the working medium on the locking element. This circumstance makes it difficult to use the valve at high pressures of the working medium and / or high feeds, since the force acting on the valve under the influence of the pressure of the working medium increases in direct proportion to the pressure and area of the shut-off element.

Известен клапан (см. RU 2159857 С2, кл. F 01 L 7/04, 27.11.2000) золотникового типа, содержащий цилиндрический запорный элемент, перекрывающий выходные отверстия. В указанной конструкции клапана не требуется приложение значительных механических усилий при отпирании и запирании клапана.A known valve (see RU 2159857 C2, class F 01 L 7/04, 11.27.2000) of the spool type, containing a cylindrical locking element that overlaps the outlet. The indicated valve design does not require the application of significant mechanical forces when unlocking and locking the valve.

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения полной герметичности клапана в закрытом положении, кроме того, герметичность клапана значительно снижается при уменьшении качества обработки сопрягающихся элементов клапана.The disadvantage of this design is the inability to ensure complete tightness of the valve in the closed position, in addition, the tightness of the valve is significantly reduced while reducing the processing quality of the mating valve elements.

Известен клапан (см. SU 93019 А, кл. F 16 К 41/04, 07.12.1961), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана, запорный элемент, соединенный с приводом, и уплотнительные узлы, при этом в корпусе установлен жестко связанный с седлом цилиндрический вкладыш с перепускным отверстием, а запорный элемент выполнен в виде полой втулки, установленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности цилиндрического вкладыша.A known valve (see SU 93019 A, class F 16 K 41/04, 12/07/1961) containing a housing with inlet and outlet openings, a valve seat, a locking element connected to the actuator, and sealing units, while in the housing is installed a cylindrical liner rigidly connected to the saddle with a bypass hole, and the locking element is made in the form of a hollow sleeve mounted with the possibility of reciprocating movement along the outer surface of the cylindrical liner.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу значительной силы при отпирании и запирании клапана, так как силы, приложенные к запорному элементу, сформированные давлением рабочей среды в известной конструкции, не уравновешены. Указанное обстоятельство может также приводить к тому, что в гидравлических системах, в которых используется известный клапан, могут возникать автоколебания при работе в режиме малых расходов. Такие автоколебания, проявляющиеся в виде "стука" или "гудения" клапана, приводят к возникновению в системе гидравлических ударов и в ряде случаев способны привести к разрушению системы.The disadvantage of this valve is the necessity of applying considerable force to the locking element when unlocking and locking the valve, since the forces applied to the locking element formed by the pressure of the working medium in a known design are not balanced. This circumstance can also lead to the fact that in hydraulic systems in which a known valve is used, self-oscillations can occur during operation in the low-flow mode. Such self-oscillations, manifested in the form of “knocking” or “buzzing” of a valve, lead to hydraulic shock in the system and in some cases can lead to the destruction of the system.

Наиболее близким к заявленному является клапан (пат. РФ №2200265, кл. F 16 К 3/24).Closest to the claimed is a valve (US Pat. RF No. 2200265, CL F 16 K 3/24).

Известный клапан позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения запорного элемента, с одновременным повышением устойчивости работы, так как в гидравлической системе, в которой установлен клапан, отсутствуют условия для возникновения автоколебаний при отпирании и запирании клапана. В клапане совмещаются преимущества тарельчатого и золотникового клапанов, то есть обеспечивается повышенная герметичность клапана в закрытом положении одновременно с ликвидацией сил, действующих на привод запорного элемента в результате влияния давления рабочей среды. Кроме того, клапан не требует повышенной точности обработки деталей для обеспечения его нормальной работы в связи с наличием в нем уплотнительных элементов, а также в связи с тем, что герметичность клапана в закрытом положении обеспечивается за счет приработки седла клапана и нижней кромки запорного элемента.The known valve allows you to reduce the effort required to move the locking element, while increasing the stability of operation, since in the hydraulic system in which the valve is installed, there are no conditions for self-oscillations during unlocking and locking of the valve. The valve combines the advantages of poppet and spool valves, that is, increased valve tightness in the closed position is provided simultaneously with the elimination of the forces acting on the actuator of the shut-off element as a result of the influence of the pressure of the working medium. In addition, the valve does not require increased accuracy of machining of parts to ensure its normal operation due to the presence of sealing elements in it, and also due to the fact that the tightness of the valve in the closed position is ensured by running in the valve seat and the lower edge of the locking element.

В известном клапане при протекании через него рабочей среды высока вероятность формирования турбулентных потоков. Кроме того, клапан увеличивает путь прохождения рабочей среды по трубопроводу. Это будет способствовать отложению твердого осадка на элементах клапана, истиранию клапана механическими частицами, находящимися в потоке рабочей среды во взвешенном состоянии (гидроабразивному износу клапана) и истиранию стенок трубопровода. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в сохранении преимущества известного клапана и устранении перечисленных недостатков. Технический результат достигается за счет того, что клапан содержит кольцевое седло, установленное на сплошном основании, которое жестко прикреплено к корпусу, выполненному с входным отверстием и дополнительным отверстием, в котором расположено первое уплотнение, охватывающее узкую часть пустотелого запорного элемента, в широкой части запорного элемента расположена расширенная часть вкладыша со вторым уплотнением, охватываемым поверхностью широкой части запорного элемента, причем вкладыш выполнен со сквозным отверстием, образующим выходное отверстие клапана, имеет жестко закрепленную на корпусе суженную часть, проходящую через узкую часть запорного элемента, запорный элемент выполнен в виде втулки и соединен с приводом, а площадь участка плоскости поперечного сечения запорного элемента, ограниченного внутренней кромкой поверхности широкой части запорного элемента, приближенно равна площади участка плоскости поперечного сечения, ограниченного внешней кромкой поверхности узкой части запорного элемента. Между внутренней поверхностью узкой части запорного элемента и внешней поверхностью суженной части вкладыша имеется, по крайней мере, один, проходящий, по крайней мере, частично в продольном направлении запорного элемента зазор, узкая и широкая части запорного элемента выполнены с постоянным поперечным сечением и жестко соединены друг с другом, седло выполнено взаимно соответствующим расположенной на широкой части запорного элемента контактной части запорного элемента, выполненной с обеспечением возможности герметичного контакта с поверхностью седла, при этом запорный элемент выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении.In the known valve, when the working medium flows through it, the probability of formation of turbulent flows is high. In addition, the valve increases the path of the medium through the pipeline. This will contribute to the deposition of solid sediment on the valve elements, the abrasion of the valve by mechanical particles in the flow of the working medium in suspension (hydroabrasive wear of the valve) and the abrasion of the pipe walls. The technical result achieved by using the invention is to maintain the advantages of the known valve and eliminate the above disadvantages. The technical result is achieved due to the fact that the valve contains an annular seat mounted on a solid base, which is rigidly attached to a housing made with an inlet and an additional hole in which the first seal is located, covering a narrow part of the hollow locking element, in the wide part of the locking element an expanded part of the liner is located with a second seal covered by the surface of the wide part of the locking element, and the liner is made with a through hole forming the valve outlet has a narrowed part rigidly fixed to the housing passing through the narrow part of the locking element, the locking element is made in the form of a sleeve and connected to the actuator, and the cross-sectional area of the locking element bounded by the inner edge of the surface of the wide part of the locking element is approximately equal the area of the sectional plane of the cross section bounded by the outer edge of the surface of the narrow part of the locking element. Between the inner surface of the narrow part of the locking element and the outer surface of the narrowed part of the liner there is at least one gap extending at least partially in the longitudinal direction of the locking element, the narrow and wide parts of the locking element are made with a constant cross section and are rigidly connected to each other with the other, the saddle is made mutually appropriate located on a wide part of the locking element of the contact part of the locking element, made with the possibility of tight contact with overhnostyu seat, wherein the locking element is movable in the longitudinal direction.

Предложенный клапан предпочтительно выполнить таким образом, чтобы площадь участка плоскости поперечного сечения запорного элемента, ограниченного внутренней кромкой поверхности широкой части запорного элемента, составила от 0,9-1,1 площади участка плоскости поперечного сечения, ограниченного внешней кромкой поверхности узкой части запорного элемента.The proposed valve is preferably performed in such a way that the area of the cross-sectional plane section of the locking element bounded by the inner edge of the surface of the wide part of the locking element is from 0.9-1.1 the area of the cross-sectional plane section bounded by the outer edge of the surface of the narrow part of the locking element.

Широкую и узкую части запорного элемента, а также расширенную часть вкладыша предпочтительно выполнять в виде цилиндров. Основание, на котором расположено седло, устанавливают, как правило, на двух распорках между входным отверстием и расширенной частью вкладыша.The wide and narrow parts of the locking element, as well as the expanded part of the liner, are preferably in the form of cylinders. The base on which the seat is located is usually mounted on two spacers between the inlet and the extended part of the liner.

Предпочтительно, чтобы часть поверхности основания, при этом, имела коническую форму.Preferably, part of the surface of the base, in this case, has a conical shape.

На чертеже представлен общий вид клапана, часть поверхности основания которого имеет коническую форму.The drawing shows a General view of the valve, part of the surface of the base of which has a conical shape.

Клапан содержит корпус 1 с выполненным в нем входным 2 отверстием. Отверстие 3 является выходным отверстием клапана.The valve comprises a housing 1 with an inlet 2 made therein. Hole 3 is the outlet of the valve.

Запорный элемент клапана 4 имеет узкую часть 5 и широкую часть 6. Часть 5 запорного элемента расположена в первом охватывающем кольцевом уплотнительном узле 7, а внутри части 6 запорного элемента расположен второй охватываемый кольцевой уплотнительный узел 8. Узкая часть 5 запорного элемента выполнена соединенной с приводом 9, обеспечивающим возможность перемещения запорного элемента.The locking element of the valve 4 has a narrow part 5 and a wide part 6. The part 5 of the locking element is located in the first female annular sealing unit 7, and inside the part 6 of the locking element there is a second male annular sealing unit 8. The narrow part 5 of the locking element is connected to the actuator 9 providing the ability to move the locking element.

Привод может быть выполнен, например, в виде винта, при этом винт приводится во вращение маховиком 10. Возможно также выполнение клапана с электромагнитным или пневматическим приводом.The actuator can be made, for example, in the form of a screw, while the screw is driven into rotation by the flywheel 10. It is also possible execution of a valve with an electromagnetic or pneumatic actuator.

Клапан содержит вкладыш 11 с расширенной частью. Вкладыш выполнен, преимущественно, в виде трубы, на внешней поверхности которой размещен выступ 12, образующий расширенную часть вкладыша. Выступ охватывается широкой частью запорного элемента. На выступе размещен уплотнительный узел 8. Суженая часть вкладыша жестко закреплена на корпусе и проходит через узкую часть запорного элемента. Седло 13 клапана выполнено взаимно соответствующим расположенной на широкой части запорного элемента контактной части запорного элемента (кромка которого может быть выполнена, например, в виде усеченного обратного конуса), при этом обеспечивается практически герметичный контакт седла с контактной частью запорного элемента. Часть поверхности основания 14, на котором установлено седло, имеет коническую форму. Рабочая среда перетекает через перепускное отверстие 15. Основание установлено на двух распорках 16, размещенных между входным отверстием и расширенной частью вкладыша. Эксперименты показали, что клапан сохраняет работоспособность в том случае, если площадь участка плоскости поперечного сечения запорного элемента, ограниченной внутренней кромкой поверхности широкой части запорного элемента составляет от 0,9 до 1,1 площади участка плоскости поперечного сечения, ограниченного внешней кромкой поверхности узкой части запорного элемента. Клапан работает следующим образом.The valve comprises a liner 11 with an expanded part. The liner is made mainly in the form of a pipe, on the outer surface of which there is a protrusion 12, forming an expanded part of the liner. The protrusion is covered by a wide part of the locking element. A sealing assembly is located on the protrusion 8. The narrowed part of the liner is rigidly fixed to the housing and passes through the narrow part of the locking element. The valve seat 13 is made mutually corresponding to the contact part of the locking element located on a wide part of the locking element (the edge of which can be made, for example, in the form of a truncated inverse cone), while providing almost tight contact of the seat with the contact part of the locking element. Part of the surface of the base 14 on which the saddle is mounted has a conical shape. The working medium flows through the bypass hole 15. The base is mounted on two spacers 16 located between the inlet and the extended part of the liner. The experiments showed that the valve remains operational if the area of the cross-sectional plane section of the locking element bounded by the inner edge of the surface of the wide part of the locking element is from 0.9 to 1.1 the area of the cross-sectional plane section bounded by the outer edge of the surface of the narrow part of the locking element item. The valve operates as follows.

В открытом положении клапана запорный элемент 4 максимально отодвинут в сторону выходного отверстия клапана. При этом продольные силы, создаваемые давлением рабочей среды, например жидкости или газа, на наиболее удаленную от входного отверстия часть внешней поверхности широкой части 6 запорного элемента и торцевую ее часть, наиболее приближенную к входному отверстию клапана, уравновешивают друг друга, в связи с чем для фиксации запорного элемента 4 в указанном положении не требуется приложение силы со стороны привода. Кроме того, в указанном положении должно обеспечиваться свободное протекание рабочей среды между входным и выходным отверстиями.In the open position of the valve, the locking element 4 is pushed as far as possible towards the outlet of the valve. In this case, the longitudinal forces created by the pressure of the working medium, for example, liquid or gas, on the outermost part of the outer surface of the wide part 6 of the locking element and its end part closest to the valve inlet, balance each other, and therefore for fixing the locking element 4 in the indicated position does not require the application of force from the drive side. In addition, in the specified position should ensure free flow of the working medium between the inlet and outlet openings.

При запирании клапана привод обеспечивает перемещение запорного элемента 4 в сторону входного отверстия клапана. При этом, как было показано выше, давление рабочей среды не создает радиальной силы, в связи с чем мощность, развиваемая приводом, тратится только на преодоление сил трения между запорным элементом 4 и уплотнениями. При перемещении запорного элемента 4 в сторону входного отверстия 2 обеспечивается постепенное перекрытие перепускного отверстия 15 боковой поверхностью со стороны торца части 6 запорного элемента и уменьшение проходного сечения клапана. В дальнейшем, при контакте кромки торцевой части 6 с седлом происходит практически полное перекрытие потока рабочей среды. В связи с тем, что торцевая часть широкой части 6 контактирует с седлом клапана по поверхности, имеющей относительно малую площадь, в закрытом положении клапана на запорный элемент 4 практически не действует продольная сила, вызванная давлением рабочей среды. Таким образом, для удержания клапана в закрытом положении также не требуется приложение к запорному элементу продольной силы. Кроме того, работа, совершаемая при открывании клапана, расходуется только на преодоление сил трения.When locking the valve, the actuator moves the locking element 4 towards the inlet of the valve. In this case, as was shown above, the pressure of the working medium does not create radial forces, and therefore the power developed by the drive is spent only on overcoming the friction forces between the locking element 4 and the seals. When moving the locking element 4 in the direction of the inlet 2, a gradual overlap of the bypass hole 15 with a lateral surface from the side of the end of the part 6 of the locking element is ensured and the passage of the valve decreases. Subsequently, upon contact of the edge of the end part 6 with the saddle, the flow of the working medium is almost completely blocked. Due to the fact that the end part of the wide part 6 is in contact with the valve seat on a surface having a relatively small area, in the closed position of the valve, the longitudinal force caused by the pressure of the working medium practically does not act on the locking element 4. Thus, in order to keep the valve in the closed position, the application of a longitudinal force to the locking element is also not required. In addition, the work performed when opening the valve is spent only on overcoming friction.

Важными особенностями клапана, конструкция которого позволяет уравновесить запорный элемент, являются независимость мощности, необходимой для закрытия клапана с заданной скоростью от давления рабочей среды, и малые габаритные размеры. В связи с этим клапан обеспечивает стабильность рабочих характеристик при любом давлении среды.Important features of the valve, the design of which allows you to balance the locking element, are the independence of the power required to close the valve at a given speed from the pressure of the working medium, and small overall dimensions. In this regard, the valve provides stability of performance at any pressure of the medium.

Claims

1. A valve containing an annular seat mounted on a solid base rigidly attached to a housing made with an inlet and an additional hole in which the first seal is located, covering a narrow part of the hollow locking element, in the wide part of which is an expanded part of the liner with a second seal covered by the surface of the wide part of the locking element, and the liner is made with a through hole forming the outlet of the valve, is rigidly fixed to the body e narrowed part passing through the narrow part of the locking element made in the form of a sleeve, the locking element is connected to the drive, and the area of the cross-sectional plane section of the locking element bounded by the inner edge of the surface of the wide part of the locking element is approximately equal to the area of the cross-sectional plane section limited the outer edge of the surface of the narrow part of the locking element, between the inner surface of the narrow part of the locking element and the outer surface of the narrowed part There is at least one gap extending at least partially in the longitudinal direction of the locking element, the narrow and wide parts of the locking element are made with a constant cross-section of the wall and are rigidly connected to each other, the seat is made mutually corresponding to the locking part located on the wide part the element of the contact part of the locking element made with the possibility of tight contact with the surface of the saddle, while the locking element is made with the possibility of movement in the longitudinal pressure ION.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the area of the cross-sectional plane section of the locking element bounded by the inner edge of the surface of the wide part of the locking element is 0.9-1.1 the area of the cross-sectional plane section bounded by the outer edge of the surface of the narrow part of the locking element item.

3. The valve according to claim 1 or 2, characterized in that the wide and narrow parts of the locking element, as well as the expanded part of the liner are formed by cylindrical surfaces.

4. The valve according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the base is installed on at least two spacers between the inlet and the extended part of the liner.

5. The valve according to claim 4, characterized in that part of the surface of the base has a conical shape.