RU224209U1

RU224209U1 - Клапан осесимметричный

Info

Publication number: RU224209U1
Application number: RU2023131438U
Authority: RU
Inventors: Кирилл Юрьевич Авдиенко
Original assignee: Акционерное общество "Инжиниринговая компания "АЭМ-технологии" (АО "АЭМ-технологии")
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2024-03-19

Abstract

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для регулирования расхода газа или давления на нагнетательных трубопроводах. Клапан осесимметричный содержит корпус (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель (4) с образованием проходного кольцевого канала (5). Выходная часть канала (5) перекрыта перфорированным отверстиями (7) сепаратором (6). Внутри сепаратора (6) установлен с возможностью осевого перемещения поршень (10). Поршень (10) закреплен на ведомой рейке (15) реечного механизма, ведущий шток (13) которого соединен с приводом. Полости (22) косозубого зацепления и торца ведущего штока (13) изолированы от давления рабочей среды. Полость торца ведомой рейки (15) сообщена с полостью поршня (10). Поверхности ведущего (13) штока и ведомой рейки (15) реечного механизма, а также наружная поверхность поршня (10) упрочнены твердосплавным покрытием карбид вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05. Повышается надежность конструкции клапана осесимметричного. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, предназначенной для регулирования расхода или давления на нагнетательных трубопроводах, и может быть использована в газовых и нефтяных магистралях при регулировании процессов перекачки жидких и газовых сред под давлением.

Известен осевой регулирующий клапан, содержащий корпус с выходным патрубком и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой в виде сепаратора, жестко соединенного с корпусом и выходным патрубком, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомом штоке (рейке) реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, полости реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня, уплотнитель, включающий кольцо из материала с низким коэффициентом трения (патент RU №165850 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/08, F16K 39/04, приоритет от 16.09.2015, опубл. 10.11.2016).

Недостатком известного клапана является то, что ведущий шток и ведомый шток (рейка) применяются без какого-либо упрочнения взаимодействующих поверхностей. При перемещении затвора в реечном механизме в процессе эксплуатации, под действием высокой нагрузки, будут образовываться задиры. При этом количество задиров в процессе работы будет увеличиваться. Наличие задиров на рабочих поверхностях зубьев реечного механизма приведут к увеличению нагрузки на привод. Кроме того, на цилиндрической поверхности со стороны свободного торца ведомого штока (рейки) из-за наличия механических примесей в рабочей среде могут образоваться царапины, которые негативно повлияют на герметичность сальникового узла. Все это значительно снижает надежность клапана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели является клапан осесимметричный осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием проходного кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке реечного механизма косозубого зацепления, ведущий шток которого соединен с приводом, полость поршня сообщается с полостью выходного патрубка посредством отверстий, выполненных в торце поршня, механизм перемещения поршня включает привод и зубчато-реечный механизм, содержащий ведущий шток и ведомую рейку, полости косозубого зацепления реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомой рейки сообщена с полостью поршня, поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, и поверхность поршня выполнены с поверхностным упрочнением. В качестве поверхностного упрочнения в патенте используют метод ионного азотирования в ионно-плазменной установке на глубину не менее 0,15 мм с твердостью поверхностного слоя не менее 650 HV_0,05, (патент RU №190562 U1, F16K 3/30, F16K 3/36, от 10.01.2019, опубл. 03.07.2019).

Недостатком известного клапана является то, что поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, и поверхность поршня после проведения упрочнения методом ионного азотирования в ионно-плазменной установке имеют недостаточную защиту против коррозии и недостаточную стойкость от частиц абразива в рабочей среде. Все это приводит к снижению надежности конструкции клапана.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности конструкции клапана осесимметричного путем упрочнения поверхностей тяжело нагруженных деталей клапана покрытием карбид вольфрама.

Технический результат достигается за счет того, что в клапане осесимметричном, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием проходного кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке реечного механизма косозубого зацепления, ведущий шток которого соединен с приводом, полость поршня сообщается с полостью выходного патрубка посредством отверстий, выполненных в торце поршня, механизм перемещения поршня включает привод и зубчато-реечный механизм, содержащий ведущий шток и ведомую рейку, полости косозубого зацепления реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомой рейки сообщена с полостью поршня, поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, и поверхность поршня выполнены с поверхностным упрочнением, согласно полезной модели, поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, а также наружная поверхность поршня упрочнены твердосплавным покрытием карбид вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05.

Упрочнение твердосплавным покрытием карбид вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05 поверхностей ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, а также наружной поверхности поршня исключает возникновение дефектов на трущихся поверхностях, повышает твердость поверхностей упрочняемых деталей, способствует повышению защиты от коррозии, исключает возникновение дефектов на уплотнительных поверхностях, улучшают износостойкость контактирующих поверхностей, в том числе стойкость от абразивных частиц в рабочей среде, что в свою очередь позволит обеспечить герметичность сальникового узла и основного затвора клапана, увеличить ресурс работы клапана, что существенно повышает надежность работы клапана.

Клапан осесимметричный поясняется чертежами где:

на фиг. 1 приведен общий вид клапан осесимметричного, продольный разрез.

на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показан уплотнительный узел, расположенный в корпусе перед сепаратором.

На чертежах позициями обозначены:

1 - корпус

2 - входной патрубок

3 - выходной патрубок

4 - обтекатель

5 - проходной кольцевой канал

6 - сепаратор

7 - радиальные отверстия в сепараторе

8 - седло

9 - втулка прижимная

10 - поршень

11 - полость поршня

12 - отверстия в торце поршня

13 - ведущий шток косозубого зацепления реечного механизма

14 - косозубое зацепление

15 - ведомая рейка косозубого зацепления реечного механизма

16 - втулка направляющая

17 - вертикальное отверстие во втулке направляющей

18 - горизонтальное отверстие во втулке направляющей

19 - отверстие в корпусе

20 - подвижное уплотнение

21 - неподвижное уплотнение

22 - полость косозубого зацепления

23 - уплотнительный элемент

24 - уплотнительный элемент

25 - обтекатель

26 - уплотнение

27 - канал

28 - сальниковый узел

29 - кольцевая проточка

30 - кольцо - подшипник скольжения

31 - манжета

32 - манжета

Клапан осесимметричный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и обтекатель 4, формирующие проходной кольцевой канал 5 (фиг. 1). На выходе из канала 5 установлен сепаратор 6 с радиальными отверстиями 7. Сепаратор 6 закреплен седлом 8 и втулкой прижимной 9 в выходном патрубке 3. Внутри сепаратора 6 с возможностью осевого перемещения установлен поршень 10. Полость 11 поршня 10 сообщается с полостью выходного патрубка 3 посредством отверстий 12, выполненных в торце поршня 10. Механизм перемещения поршня 10 включает реечный механизм, содержащий ведущий шток 13, взаимодействующий посредством косозубого зацепления 14 с ведомой рейкой 15. Перемещение рейки 15 косозубого зацепления 14 ограничено втулкой направляющей 16, зафиксированной в полости обтекателя 4. Во втулке 16 выполнены два взаимно перпендикулярных отверстия 17 и 18. Отверстие 17 расположено в корпусе вертикально, выполнено соосно отверстию 19, выполненному в корпусе 1, в которых расположен ведущий шток 13. Отверстие 18 расположено горизонтально, в нем установлена ведомая рейка 15. Отверстие 18 между подвижным уплотнением 20 и неподвижным уплотнением 21 и полость отверстий 17 и 19 образуют полость 22 косозубого зацепления. Полость 22 изолирована уплотнительными элементами 23 и 24 от давления рабочей среды. Отверстие 18 со стороны свободного торца ведомой рейки 15 изолировано обтекателем 25 и уплотнением 26 от полости входного патрубка 2 и соединено каналами 27 и каналом обтекателя 4 с полостью поршня 11. Вверху отверстия 19 в корпусе 1 расположен уплотняющий сальниковый узел 28. Для обеспечения двухсторонней герметичности клапана в закрытом положении на внутренней поверхности выходной части обтекателя 4, соединенного с сепаратором 6 перед радиальными отверстиями 7, выполнена кольцевая проточка 29. В проточке 29 установлено кольцо - подшипник скольжения 30, обладающего низким коэффициентом трения (фиг. 2). Кольцо - подшипник скольжения 30 снабжен двумя манжетами 31 и 32, центрирует поршень 10 относительно оси движения, снижает воспринимаемую манжетами 31 и 32 нагрузку и за счет низкого коэффициента трения уменьшает усилия, необходимые для перемещения поршня 10. Манжеты 31 и 32 установлены противоположно друг другу по обе стороны от кольца подшипника 30. Поверхности ведущего штока 13 и ведомой рейки 15 реечного механизма, а также наружная поверхность поршня 10 упрочнены твердосплавным покрытием карбид вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05.

Работает клапан следующим образом.

Перед сборкой клапана предварительно проводят поверхностное упрочнение твердосплавным покрытием карбидом вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05 цилиндрических поверхностей ведущего штока 13 и ведомой рейки 15 реечного механизма, а также наружной поверхности поршня 10. Затем производят сборку клапана осесимметричного. Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через отверстия 7 сепаратора 6 поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 10 посредством ведущего штока 13 и ведомой рейки 15 косозубого зацепления 14, смещается приводом в правое положение, перекрывая отверстия 7 сепаратора 6. Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 7 в сепараторе 6. При полностью перекрытых отверстиях сепаратора клапан закрыт.

Открытие клапана производится приводом, задающим движение ведущему штоку 13, соединенному посредством косозубого зацепления 14 с ведомой рейкой 15, который перемещает в левое положение поршень 10. При этом давление рабочей среды в полости 11 поршня 10 равно давлению в выходном патрубке 3 за счет наличия отверстий 12 в торце поршня 10, сообщающих указанные полости. Поршень 10 полностью разгружен.

Давление рабочей среды в отверстии 18 направляющей втулки 16, сформированного для торца ведомой рейки 15, равно давлению в полости 11 поршня 10 за счет наличия каналов 27 и каналов обтекателя 4, сообщающих указанные полости, а, значит, и давлению в полости выходного патрубка 3. Шток 13 полностью разгружен.

Полость 22 косозубого зацепления 14 изолирована от давления рабочей среды посредством уплотнительных элементов 20, 21, 23, 24, благодаря чему на торец ведущего штока 13 не действует усилие от давления рабочей среды при перемещении поршня 10. Герметичность полости 22 косозубого зацепления 14 относительно внешней среды обеспечивается уплотняющим сальниковым узлом 28. Кольцо-подшипник 30, установленное между двумя манжетами 31 и 32, служит в качестве центрирующего органа поршня 10 относительно корпуса 1, подшипника скольжения 30 с низким коэффициентом трения, обеспечивает разгрузку усилий с манжет 31 и 32, тем самым уменьшает их износ. Обеспечивается постоянный контакт уплотняющих манжет 31 и 32 с поршнем 10.

Таким образом, результатом усовершенствования конструкции клапана осесимметричного является повышение надежности и долговечности конструкции клапана.

Claims

Клапан осесимметричный, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием проходного кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на ведомой рейке реечного механизма косозубого зацепления, ведущий шток которого соединен с приводом, полость поршня сообщается с полостью выходного патрубка посредством отверстий, выполненных в торце поршня, механизм перемещения поршня включает привод и зубчато-реечный механизм, содержащий ведущий шток и ведомую рейку, полости косозубого зацепления реечного механизма и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомой рейки сообщена с полостью поршня, поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма и поверхность поршня выполнены с поверхностным упрочнением, отличающийся тем, что поверхности ведущего штока и ведомой рейки реечного механизма, а также наружная поверхность поршня упрочнены твердосплавным покрытием карбид вольфрама (WC) толщиной не менее 0,1 мм с твердостью поверхностного слоя более 650 HV_0,05.