RU2277196C2

RU2277196C2 - Control valve

Info

Publication number: RU2277196C2
Application number: RU2004115081/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Андреев (RU); Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха (RU); Юрий Степанович Панчеха; Григорий Юрьевич Панчеха (RU); Григорий Юрьевич Панчеха
Original assignee: Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха; Григорий Юрьевич Панчеха
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2006-05-27
Also published as: RU2004115081A

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: control valve comprises sectional housing with inlet and outlet branch pipes, ball rotatable gate valve with through opening, rod, seal for the rod, seat of the ball rotatable gate valve. The through opening of the ball rotatable gate valve receives throttling members. The throttling members are made of porous permeable member with alternating thin-walled baffles that are spherical from the side of the inlet section of the opening in the ball rotatable gate valve. The radius of the sphere is equal to that of the ball rotatable gate valve.

EFFECT: expanded functional capabilities.

8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам.The invention relates to shutoff and control valves, in particular to ball valves.

Известен клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, причем в сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселеривания (см. патент РФ №1077581 A, МКИ F 16 K 5/10).A known control valve comprising a composite housing with inlet and outlet nozzles, a ball rotary valve with a through hole, a rod, a rod seal, and throttling elements are attached to the through hole of a ball rotary valve (see RF patent No. 1077581 A, MKI F 16 K 5 / 10).

Недостатком данной конструкции является то, что при использовании для регулирования расхода рабочей среды не обеспечивается равномерность или заданная расходная характеристика, особенно в момент открытия, закрытия клапана (нелинейность).The disadvantage of this design is that when used to control the flow rate of the working medium, uniformity or a given flow characteristic is not provided, especially at the time of opening, closing the valve (non-linearity).

Задачами изобретения являются: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона, заданного закона регулирования, плавности регулирования, снижение уровня шума и эрозионного износа элементов клапана потоком среды в момент открытия и закрытия его, упрощение технологии изготовления.The objectives of the invention are: expanding functionality by providing a wider range, a given regulation law, smooth regulation, reducing noise and erosive wear of valve elements by the flow of medium at the time of opening and closing it, simplifying manufacturing technology.

Поставленная задача достигается тем, в клапане регулирующем с входным и выходным патрубками, шаровым поворотным затвором со сквозным отверстием, в котором прикреплены элементы дросселеривания, штоком, уплотнением штока, седлом, элементы дросселирования выполнены из объемного проницаемого пористого изделия с чередованием тонкостенных перегородок, которые со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора выполнены сферической формы с радиусом, равным шаровому поворотному затвору, кроме того:The task is achieved by regulating the valve with inlet and outlet nozzles, a ball rotary valve with a through hole in which throttle elements are attached, a rod, a rod seal, a seat, throttling elements are made of a permeable porous product with alternating thin-walled partitions, which are alternating from the side the input part of the opening of the ball rotary shutter is made spherical with a radius equal to the ball rotary shutter, in addition:

- элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполнены из проволоки, например, из "металлорезины";- elements from a permeable bulk porous product are made of wire, for example, from "metal rubber";

- перегородки выполнены проницаемыми для рабочей среды, например, с отверстиями или из сетки, или из объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины";- the partitions are made permeable to the working medium, for example, with openings or from a mesh, or from a permeable bulk porous metal-rubber product;

- различные перегородки выполняются с различными отверстиями или размерами пор, или пористостью;- various partitions are made with different holes or pore sizes, or porosity;

- элементы дросселирования и перегородки выполнены плоскими;- throttling elements and partitions are made flat;

- элементы дросселирования и перегородки выполнены криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами или радиусами кривизны;- throttling elements and partitions are made curved, for example, a C-shaped profile in a normal section with different centers or radii of curvature;

- размер пор или пористость разных элементов дросселирования различна;- pore size or porosity of different elements of the throttling is different;

- толщины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора;- the thicknesses of the throttling elements are different, for example, they decrease in the direction of opening to the inlet pipe from the inlet part of the opening of the ball rotary shutter;

- длины элементов дросселирования различны, например уменьшаются в направлении открытия к входному патрубку со стороны входной части отверстия шарового поворотного затвора.- the lengths of the throttling elements are different, for example, they decrease in the direction of opening to the inlet pipe from the inlet part of the opening of the ball rotary shutter.

Сущность изобретения заключается в том, что применение элементов дросселирования из объемного проницаемого пористого изделия с открытоячеистой структурой позволяет перейти к дросселированию при регулировании способом вязкостного сопротивления (потеря давления связана с вязкостным трением) вместо способа инерционного сопротивления, что позволяет значительно снизить шум и эрозионный износ деталей клапана, упростить технологию изготовления и улучшить работоспособность клапана в средах с небольшой концентрацией твердых частиц, т.к. элементы из объемного проницаемого пористого изделия выполняет функцию фильтра этих частиц.The essence of the invention lies in the fact that the use of throttling elements from a permeable volumetric porous product with an open-cell structure allows you to switch to throttling when controlling by the viscosity method (pressure loss is associated with viscous friction) instead of the inertial resistance method, which can significantly reduce the noise and erosion of valve parts to simplify manufacturing technology and improve valve performance in environments with a low concentration of particulate matter, as elements from a volumetric permeable porous product performs the function of a filter of these particles.

На фиг.1, 3 показана конструкция клапана регулирующего, на фиг.2, 4 - разрезы А-А фиг.1, 3.In Fig.1, 3 shows the design of the control valve, in Fig.2, 4 - sections aa of Fig.1, 3.

Клапан регулирующий содержит составной корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор (ШПЗ) 4 со сквозным отверстием 5, шток 6 с уплотнением 7, седло 8 шарового поворотного затвора 4. В сквозном отверстии 5 шарового поворотного затвора 4 прикреплены (сваркой, пайкой, приклеиванием, механически винтами и т.д.) элементы дросселирования 9, 10, 11 из объемного проницаемого пористого изделия (ЭД) открытоячеистой структуры с чередованием тонкостенных перегородок (ТП) 12, 13, 14, которые со стороны входного отверстия 2 выполнены сферической формы (поверхность 15) с радиусом, равным радиусу ШПЗ 4. ЭД 9, 10, 11 выполнены с различными: размерами пор, пористостью, длиной a₁, a₂, а₃ в осевом направлении (ось 16) сквозного отверстия 5, толщиной в₁, в₂, в₃ в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой оси 16. ЭД 9, 10, 11 могут быть выполнены из проволоки, "металлорезины". Для ЭД 9, 10, 11 может быть использован: коррозионностойкий материал, например нержавеющая сталь (заготовки в виде проволоки, шариков, порошков для последующего прессования спекания); износостойкий материал, например минералокерамика (полученная методом порошковой металлургии, минеральные волокна); антифрикционный материал (с низким коэффициентом трения и износа), например медесодержащие сплавы (латунь, бронза); эрозионно-стойкий материал (в среде пара, газа, агрессивных сред), например стеллит, простые материалы, но с коррозионно-стойким, эрозионно-стойким покрытиями по всему объему материала, например, гальваническим способом.The control valve comprises a composite housing 1 with inlet 2 and outlet 3 nozzles, a ball butterfly valve (SHP) 4 with a through hole 5, a stem 6 with a seal 7, a seat 8 of a ball butterfly valve 4. Attached in a through hole 5 of a ball butterfly valve 4 (by welding , soldering, gluing, mechanically screwing, etc.) throttling elements 9, 10, 11 from a permeable porous product (ED) of an open-cell structure with alternating thin-walled partitions (TP) 12, 13, 14, which are made from the inlet side 2 spherical shaped (surface 15) with a radius equal to the radius of the SCZ 4. ED 9, 10, 11 are made with different: pore sizes, porosity, length a ₁ , a ₂ , and ₃ in the axial direction (axis 16) of the through hole 5, thickness in ₁ , ₂ , ₃ in the direction perpendicular to the aforementioned axis 16. The ED 9, 10, 11 can be made of wire, "metal rubber". For ED 9, 10, 11 can be used: corrosion-resistant material, for example stainless steel (blanks in the form of wire, balls, powders for subsequent pressing sintering); wear-resistant material, for example, mineral ceramics (obtained by powder metallurgy, mineral fibers); antifriction material (with a low coefficient of friction and wear), for example, copper-containing alloys (brass, bronze); erosion-resistant material (in the medium of steam, gas, aggressive media), for example stellite, simple materials, but with corrosion-resistant, erosion-resistant coatings throughout the volume of the material, for example, by galvanic method.

ТП 12, 13, 14 выполнены полностью непроницаемыми или ограниченно проницаемыми с перфорированными отверстиями, или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины" (МР). В ТП 12, 13, 14 перфорированные отверстия выполнены с различными: размерами, профилями, количеством, расстояниями по длине и высоте между собой, а в сетке и МР - с различными размерами пор, пористостью. Пространство сквозного отверстия 5 может быть частично или полностью заполнено ЭД 9, 10, 11 с ТП 12, 13, 14. ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.1, 2) могут быть выполнены плоскими. 17 - ось вращения ШПЗ 4. Размер пор, пористость ЭД 9, 10, 11 может быть разной. Толщина ЭД 9, 10, 11 может быть разной, например уменьшаться в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4. Длина элементов ЭД 9, 10, 11 может быть разной, например уменьшаться в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4. На фиг.1, 2 показан клапан в закрытом положении.TP 12, 13, 14 are made completely impermeable or limited permeable with perforated holes, or completely permeable from wire, mesh, bulk permeable porous metal-rubber product (MR). In TP 12, 13, 14, perforated holes are made with different: sizes, profiles, quantity, distances along the length and height of each other, and in the grid and MP - with different pore sizes, porosity. The space of the through hole 5 can be partially or completely filled with ED 9, 10, 11 with TP 12, 13, 14. ED 9, 10, 11 and TP 12, 13, 14 (FIGS. 1, 2) can be made flat. 17 - axis of rotation of ShPZ 4. Pore size, porosity of ED 9, 10, 11 can be different. The thickness of the ED 9, 10, 11 can be different, for example, decrease in the opening direction from the input part of the opening 5 ШПЗ 4. The length of the ED 9, 10, 11 elements can be different, for example, decrease in the opening direction from the input part of the hole 5 ШПЗ 4 In Fig.1, 2 shows the valve in the closed position.

ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.3, 4) могут быть выполнены криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами кривизны (с одинаковым диаметром, равным диаметру отверстия 5) или с разными радиусами R кривизны с одним или разными центрами кривизны. На фиг.3, 4 показан клапан в закрытом положении.ED 9, 10, 11 and TP 12, 13, 14 (Figs. 3, 4) can be made curved, for example, a C-shaped profile in a normal section with different centers of curvature (with the same diameter equal to the diameter of the hole 5) or different radii of curvature R with one or different centers of curvature. Figure 3, 4 shows the valve in the closed position.

Работа клапана.Valve operation.

Поворотом ШПЗ 4 вокруг оси 17 приоткрывают клапан, отверстие 5 ШПЗ 4 пересекается с отверстием входного патрубка 2. Поток среды проходит через входное отверстие патрубка 2 к ЭД 9, дросселируется, проходя через сеть многочисленных каналов порового пространства ЭД 9 или 18, при этом срабатывается определенная часть входного рабочего давления. При дальнейшем повороте ШПЗ 4 рабочая среда поступает к ЭД 9, 10. Чем больше повернут ШПЗ 4, тем большая высота ЭД 9, 10, 11 участвует в процессе дросселирования потока, сопротивление прохождению рабочей среды уменьшается, перепад на клапане при одинаковом расходе уменьшается или при постоянном перепаде давления увеличивается расход среды, проходящей через клапан. При обратном движении ШПЗ 4 процесс регулирования идет в обратном направлении. Изменением размера пор, пористости, длины ЭД 9, 10, 11 возможно изменять гидравлическое сопротивление в различные фазы открытия, закрытия ШПЗ 4 в соответствии с требуемой гидравлической характеристикой. Выполнение ЭД 9, 10, 11 из проволоки, "металлорезины" упрощает их технологию изготовления и в процессе работы не приводит к нарушению целостности, т.к. каждый ЭД выполнен из цельного куска проволоки. Выполнение ТП 12, 13, 14 непроницаемыми обеспечивает протекание потока среды только через ЭД 9 в момент открытия, а выполнение ТП 12, 13, 14 ограниченно проницаемыми с перфорированными отверстиями или полностью проницаемыми из проволоки, сетки, объемного проницаемого пористого изделия "металлорезины" обеспечивает перетек потока среды между ними. При этом создаются сложные криволинейные потоки, приводящие к взаимному гашению скоростей потока среды, что снижает шум и выравнивает гидравлическую характеристику при повороте ШПЗ 4. При выполнении ТП 12, 13, 14 с перфорированными отверстиями, с различными: размерами, профилями, количеством, расстояниями по длине и высоте между собой, с различными размерами пор, пористостью можно регулировать характер, количество, скорость микропотоков, перетекающих через ТП 12, 13, 14 от ЭОППИ 9, 10, 11. Выполнение пространства сквозного отверстия 5 с частичным или полным заполнением ЭД 9, 10, 11 с ТП 12, 13, 14 определяется гидравлической характеристикой. Подбор пористости, размера пор, толщины, длины, количества ЭД 9, 10, 11, отверстий, их расположения, формы отверстий в ТП 12, 13, 14 в соответствие с требуемой гидравлической характеристикой, коэффициентом пульсации давления, расхода, уровня шума на каждом участке регулирования осуществляют путем компьютерного моделирования (программа "Star-CD"), а затем уточняют при изготовлении опытных образцов. Выполнение ЭД 9, 10, 11 и ТП 12, 13, 14 (фиг.1, 2) плоскими технологично, но не всегда позволяет обеспечить заданную гидравлическую характеристику и коэффициенты пульсации (расхода, давления). При открытии и пересечении отверстия 5 ШПЗ 4 с отверстием входного патрубка 2 форма проходного сечения имеет форму

"лодки", поэтому выполнение ЭД 9, 10, 11 ТП 12, 13, 14 криволинейными, например, С- образного профиля в нормальном сечении с разными центрами кривизны и, или с разными радиусами R обеспечивает изменение пористости, размера пор, гидравлического сопротивления в соответствии с изменением формы проходного отверстия, при этом легче рассчитать гидравлическую характеристику и обеспечить низкое значение коэффициента пульсации.By turning the SCZ 4 around the axis 17, the valve is opened, the opening 5 of the SCZ 4 intersects the hole of the inlet pipe 2. The flow of medium passes through the inlet of the pipe 2 to ED 9, throttles through a network of numerous channels of the pore space of ED 9 or 18, and a certain part of the input working pressure. With a further rotation of SCZ 4, the working medium enters ED 9, 10. The more SCZ 4 is turned, the greater the height of ED 9, 10, 11 is involved in the throttling of the flow, the resistance to the passage of the working medium decreases, the differential on the valve at the same flow rate decreases or constant pressure drop increases the flow rate of the medium passing through the valve. With the reverse movement of SHPZ 4, the regulation process goes in the opposite direction. By changing the pore size, porosity, and the length of the ED 9, 10, 11 it is possible to change the hydraulic resistance in various phases of opening and closing of the ShPZ 4 in accordance with the required hydraulic characteristic. The implementation of ED 9, 10, 11 of wire, "metal rubber" simplifies their manufacturing technology and in the process does not lead to a violation of integrity, because Each ED is made of a single piece of wire. The implementation of

TP

12, 13, 14 impermeable ensures the flow of the medium only through ED 9 at the time of opening, and the performance of

TP

12, 13, 14 is limitedly permeable with perforated holes or completely permeable from wire, mesh, bulk permeable porous metal-rubber product provides flow medium flow between them. In this case, complex curvilinear flows are created, leading to mutual damping of the flow rates of the medium, which reduces noise and evens out the hydraulic characteristic when turning SCZ 4. When performing

TP

12, 13, 14 with perforated holes, with different sizes, profiles, quantity, distances along the length and height of each other, with different pore sizes, porosity, you can adjust the nature, quantity, speed of the microflows flowing through

TP

12, 13, 14 from EOPPI 9, 10, 11. Making the space of the through hole 5 with partial or full filling of ED 9, 10, 11 with

TP

12, 13, 14 is determined by the hydraulic characteristic. Selection of porosity, pore size, thickness, length, number of ED 9, 10, 11, holes, their location, hole shape in

TP

12, 13, 14 in accordance with the required hydraulic characteristics, pressure pulsation coefficient, flow rate, noise level in each section regulation is carried out by computer simulation (program "Star-CD"), and then specified in the manufacture of prototypes. The implementation of the ED 9, 10, 11 and TP 12, 13, 14 (Fig.1, 2) are flat technologically, but not always allows you to provide the specified hydraulic characteristics and pulsation coefficients (flow, pressure). When you open and intersect the hole 5 SHPZ 4 with the hole of the inlet pipe 2, the shape of the passage section has the form

"boats", therefore, the implementation of ED 9, 10, 11

TP

12, 13, 14 curvilinear, for example, a C-shaped profile in a normal section with different centers of curvature and, or with different radii R provides a change in porosity, pore size, hydraulic resistance in in accordance with the change in the shape of the bore, it is easier to calculate the hydraulic characteristic and provide a low value of the ripple coefficient.

Выполнение длины элементов ЭД 9, 10, 11 с уменьшением в направлении открытия со стороны входной части отверстия 5 ШПЗ 4 позволяет выровнять расход потока через ЭД 9, 10, 11 при максимальном открытии клапана.Performing the length of the elements of the ED 9, 10, 11 with a decrease in the opening direction from the inlet part of the opening 5 of the ShPZ 4 allows you to even out the flow rate through the ED 9, 10, 11 at the maximum valve opening.

Основная особенность клапана - применение принципа вязкостного трения и гидродинамического гашения скорости потока, при которых сводятся к минимуму износ элементов клапана, в первом случае из-за низких скоростей потока (ламиниризация) и во втором случае из-за удаления от поверхности отверстия ШПЗ 4 процесса столкновения и турбулизации. Клапан обладает чрезвычайно низким уровнем шума и может быть использован на кораблях, подводных лодках, устройствах с регламентированным низким уровнем шума. Клапан стабилизирует поток среды на выходе за счет интенсивного дробления потока.The main feature of the valve is the application of the principles of viscous friction and hydrodynamic damping of the flow rate, at which the wear of the valve elements is minimized, in the first case due to low flow rates (laminarization) and in the second case due to the removal of the collision process from the surface of the opening ШПЗ 4 and turbulization. The valve has an extremely low noise level and can be used on ships, submarines, devices with regulated low noise level. The valve stabilizes the medium flow at the outlet due to intensive crushing of the flow.

Клапан обладает расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения широкого диапазона, разнообразия возможных характеристик регулирования в областях малых и сверхмалых расходов среды.The valve has advanced functionality by providing a wide range, a variety of possible control characteristics in the areas of low and ultra-low flow rates.

Конструкция клапана обладает простотой в том смысле, что использованы готовые, пористые материалы открытоячеистой структуры, которые обычно применяют в области фильтрации, поэтому нет необходимости в технологических операциях сверления, прошивки отверстий (упрощена технология изготовления).The design of the valve is simple in the sense that it uses ready-made, porous materials with an open-cell structure, which are usually used in the field of filtration, so there is no need for technological operations of drilling, hole piercing (manufacturing technology is simplified).

Обычно в области малых расходов размеры деталей клапана небольшие, попадание нескольких абразивных частиц в зону регулирования или запирания клапана приводит к выходу его из строя. В данном случае клапан имеет преимущество, т.к. проницаемые элементы дросселирования одновременно являются и фильтрующими элементами (особенно крупных частиц) при небольших уровнях загрязнения рабочей среды.Typically, in the field of low flow rates, the valve parts are small; several abrasive particles entering the control or locking zone of the valve will cause it to fail. In this case, the valve has the advantage, because permeable throttling elements are simultaneously filtering elements (especially large particles) at low levels of contamination of the working environment.

Данный регулирующий клапан может быть использован в системах гидравлики, пневматики, в различных отраслях промышленности, энергетике, военных устройствах, медицине.This control valve can be used in hydraulic systems, pneumatics, in various industries, energy, military devices, medicine.

Claims

1. A control valve comprising a composite housing with inlet and outlet nozzles, a ball valve with a through hole, a rod, a rod seal, a ball valve seat, and throttling elements are attached to the through hole of a ball valve, characterized in that the throttling elements are made of of a permeable porous product with alternating thin-walled partitions, which are spherical in shape with a iusom equal to the radius of the spherical rotary valve.

2. The control valve according to claim 1, characterized in that the throttling elements are made of wire, for example, from metal rubber.

3. The control valve according to claim 1, characterized in that the partitions are made permeable to the working medium, for example with holes or from a mesh, or from a permeable porous metal-rubber product.

4. The control valve according to claim 3, characterized in that the various partitions are made with different openings, or pore sizes, or porosity.

5. The control valve according to claim 1, characterized in that the throttling elements and baffles are made flat.

6. The control valve according to claim 1, characterized in that the throttling elements and baffles are made curved, for example a C-shaped profile in a normal section with different centers or radii of curvature.

7. The control valve according to claim 1, characterized in that the pore size or porosity of the different throttling elements is different.

8. The control valve according to claim 1, characterized in that the thicknesses of the throttling elements are different, for example, they decrease in the direction of opening to the inlet pipe from the inlet part of the opening of the ball rotary shutter.

9. The control valve according to claim 1, characterized in that the lengths of the throttling elements are different, for example, they decrease in the direction of opening to the inlet pipe from the inlet part of the opening of the ball valve.