RU2298127C1

RU2298127C1 - Valve

Info

Publication number: RU2298127C1
Application number: RU2005128192/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Евсеевич Евсиков (RU); Владимир Евсеевич Евсиков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Анод"
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-04-27

Abstract

FIELD: valving systems.

SUBSTANCE: valve comprises housing with inlet and outlet ports, valve seat, and unloaded valving member made of a plunger. The plunger is mounted inside the housing for permitting reciprocation with respect to the surface of the cylindrical insert secured inside the housing of the valve. The plunger is provided with sealing members and is connected with the drive. The cylinder of the insert has openings for connection of the spaces of the inlet and outlet ports of the valve. The sealing members are made of two same bellows. The bellows are mounted coaxially with respect to the housing of the valve one behind the other. The bottom section of the bottom bellows and bottom section of the top bellows are connected with the top part of the plunger. The top section of the top bellows is tightly connected with the flange to define a single hollow of the valve. When the valve is open, the bottom bellows is unloaded. The top bellows is compressed by the value of the stroke of the valve. The flange is tightly connected with the housing of the valve.

EFFECT: enhanced reliability.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводах, преимущественно, высокого давления при больших расходах рабочей среды, в качестве запорного клапана или запорно-регулирующего клапана.The invention relates to pipe fittings and is intended to control the flow of the working medium in pipelines, mainly of high pressure at high flow rates of the working medium, as a shut-off valve or shut-off and control valve.

Известен клапан (см. Д.Ф.Гуревич и др. Арматура ядерных энергетических установок. М.: Атомиздат, 1978, рис.3.25), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана и запорный элемент, выполнен в виде диска.A known valve (see D.F. Gurevich et al. Armature of nuclear power plants. M: Atomizdat, 1978, Fig. 3.25), comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve seat and a locking element, is made in the form of a disk.

Недостатком данного клапана является необходимость приложения больших усилий к запорному элементу при его открытии или закрытии, необходимых для преодоления сил давления рабочей среды на запорный элемент.The disadvantage of this valve is the necessity of applying great efforts to the locking element when it is opened or closed, necessary to overcome the pressure forces of the working medium on the locking element.

Указанное обстоятельство затрудняет использование клапана при больших давлениях рабочей среды и больших диаметральных габаритах пропускного сечения клапана, так как сила, действующая на клапан от давления рабочей среды, увеличивается прямо пропорционально от указанных параметров. Другим существенным недостатком является неуравновешенность запорного элемента в высокоскоростном потоке рабочей среды, что сопровождается значительными вибрациями золотника, повышенным износом направляющих поверхностей и неустойчивостью в работе, особенно в запорно-регулирующем клапане.This circumstance complicates the use of the valve at high pressures of the working medium and large diametrical dimensions of the passage section of the valve, since the force acting on the valve from the pressure of the working medium increases in direct proportion to these parameters. Another significant drawback is the imbalance of the shut-off element in the high-speed flow of the working medium, which is accompanied by significant spool vibrations, increased wear of the guide surfaces and instability in operation, especially in the shut-off and control valve.

Известны конструкции запорно-регулирующих клапанов фирмы "Фишер" (см. Д.Ф.Гуревич и др. Арматура ядерных энергетических установок. М.: Атомиздат, 1978, рис.4.6 стр.89). Проточная часть корпуса этого клапана выполнена в виде полого цилиндра с профилированными окнами. Поступательное перемещение полого цилиндрического плунжера внутри цилиндра корпуса регулирует расход рабочей среды. Отверстиями в верхней части плунжера он разгружен от статического давления, а тонкостенный корпус плунжера минимизирует гидродинамические усилия потока. Все это благоприятствует устойчивой работе клапана, уменьшает вибрацию затвора плунжера и существенно снижает усилие при регулировании и полном перекрытии потока. В этой конструкции герметизация плунжера относительно седла осуществляется набивочными уплотнительными кольцами по его наружному диаметру и посадкой плунжера на седло клапана. Основным недостатком данной конструкции является невозможность герметичности клапана в закрытом положении при температуре рабочей среды свыше 200°С. Уплотнительные набивочные кольца подвижных соединений могут быть герметичны только из материалов типа резины и фторопласта, применение которых и определяет указанный выше температурный предел.Known designs of shut-off and control valves of the company "Fisher" (see DF Gurevich and others. Armature of nuclear power plants. M: Atomizdat, 1978, Fig. 4.6 p. 89). The flow part of the valve body is made in the form of a hollow cylinder with profiled windows. The progressive movement of the hollow cylindrical plunger inside the cylinder of the housing controls the flow rate of the working medium. The holes in the upper part of the plunger unload it from static pressure, and a thin-walled plunger body minimizes the hydrodynamic forces of the flow. All this favors the stable operation of the valve, reduces the vibration of the shutter of the plunger and significantly reduces the force when regulating and completely blocking the flow. In this design, the sealing of the plunger relative to the seat is carried out by the packing o-rings along its outer diameter and by fitting the plunger on the valve seat. The main disadvantage of this design is the impossibility of tightness of the valve in the closed position at a temperature of the working medium above 200 ° C. O-ring packing rings of movable joints can be sealed only from materials such as rubber and fluoroplastic, the use of which determines the above temperature limit.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана, разгруженный запорный элемент, выполненный в виде плунжера, установленного в корпусе, с возможностью возвратно-поступательного движения относительно поверхности цилиндрического вкладыша, закрепленного в корпусе клапана, уплотнительные элементы, обеспечивающие герметичное перемещение плунжера, соединенного с приводом, при этом в цилиндре вкладыша выполнены отверстия, обеспечивающие соединение полостей входного и выходного отверстий клапана (см. RU 2200265 С1 кл. F16K 3/24, 03.10.2003).The closest technical solution to the claimed invention is a valve comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve seat, an unloaded locking element made in the form of a plunger installed in the housing, with the possibility of reciprocating movement relative to the surface of the cylindrical liner fixed in the valve body, sealing elements that ensure tight movement of the plunger connected to the drive, while holes are made in the cylinder of the liner, providing soy the extension of the cavities of the valve inlet and outlet openings (see RU 2200265 C1, class F16K 3/24, 10/03/2003).

Недостатком данного технического решения является температурное ограничение использования клапана до 200°С рабочей среды.The disadvantage of this technical solution is the temperature limitation of the use of the valve to 200 ° C of the working environment.

Задачей изобретения является создание конструкции клапана с обеспечением надежной герметичности в закрытом положении при рабочих средах в интервале температур от -260°С до 550°С и герметичности относительно внешней среды.The objective of the invention is to provide a valve design with reliable tightness in the closed position when the working environment in the temperature range from -260 ° C to 550 ° C and tightness relative to the external environment.

Технический результат достигается за счет того, что уплотнительные элементы выполнены в виде двух одинаковых сильфонов, установленных коаксиально относительно корпуса клапана и последовательно друг за другом, нижняя часть нижнего сильфона герметично соединена с верхней частью вкладыша, верхняя часть нижнего сильфона и нижняя часть верхнего сильфона герметично соединены с верхней частью плунжера, верхняя часть верхнего сильфона герметично соединена с введенным в конструкцию фланцем, образуя единую выемную часть клапана, причем при открытом положении клапана нижний сильфон находится в разгруженном состоянии, верхний сильфон сжат на величину рабочего хода клапана, а фланец герметично соединен с корпусом клапана.The technical result is achieved due to the fact that the sealing elements are made in the form of two identical bellows installed coaxially relative to the valve body and sequentially one after another, the lower part of the lower bellows is hermetically connected to the upper part of the liner, the upper part of the lower bellows and the lower part of the upper bellows are hermetically connected with the upper part of the plunger, the upper part of the upper bellows is hermetically connected to the flange introduced into the structure, forming a single removable part of the valve, and at about indoor position lower bellows valve is in the unloaded state, the upper bellows is compressed by an amount of the valve stroke, and the flange is sealingly connected to the valve body.

Крепление вкладыша с корпусом может быть выполнено в виде байонетного замка.Fixing the liner with the housing can be made in the form of a bayonet lock.

Вкладыш может быть выполнен из двух частей, одна из которых имеет форму грибка, верхняя часть которого герметично соединена с нижней частью нижнего сильфона, а нижняя часть грибка соединена с другой частью вкладыша с помощью байонетного замка, при этом нижняя часть другой части вкладыша неподвижно соединена с корпусом.The insert can be made of two parts, one of which is in the form of a fungus, the upper part of which is hermetically connected to the lower part of the lower bellows, and the lower part of the fungus is connected to the other part of the insert using a bayonet lock, while the lower part of the other part of the insert is fixedly connected to case.

На фиг.1 изображен общий вид запорного клапана.Figure 1 shows a General view of the shut-off valve.

На фиг.2 изображен общий вид запорно-регулирующего клапана.Figure 2 shows a General view of the shut-off and control valve.

На фиг.3 изображен общий вид запорно-регулирующего клапана по п.3 формулы.Figure 3 shows a General view of the shut-off and control valve according to claim 3 of the formula.

Запорный клапан содержит корпус 1 с выполненными в нем входным 2 и выходным 3 отверстиями. Корпус 1 имеет седло 4. Изображение выходного отверстия в нижней части корпуса является условным, так как клапан сохраняет работоспособность при любом положении выходного отверстия. Внутри корпуса 1 установлен цилиндрический вкладыш 5 с проточной полостью, имеющей, соответственно, входное 6 и выходное 7 отверстия. Уплотнительные элементы выполнены в виде двух одинаковых сильфонов 8, 9, установленных коаксиально относительно корпуса клапана и последовательно друг за другом. Нижняя часть нижнего сильфона 8 герметично соединена с верхней частью вкладыша 5, верхняя часть нижнего сильфона 8 и нижняя часть верхнего сильфона 9 герметично соединены с втулкой 10, которая в свою очередь герметично соединена с плунжером 11 и ограничительным элементом 12. Втулка 10 соединена со штоком 13 и приводом (на фиг.1 не показан). Верхняя часть верхнего сильфона 9 герметично соединена с фланцем 14, при этом фланец 14 герметично соединен с корпусом 1 клапана. Вкладыш 5 соединен с корпусом с помощью байонетного замка 15. У клапана между штоком 13 и фланцем 14 может быть установлен сальник с мягкой набивкой 16. Элементы конструкции 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 образуют выемную часть клапана. Плунжер 11 контактирует своей внутренней поверхностью с вкладышем 5 и имеет на торце притертую уплотнительную поверхность. Между сильфоном 8 и плунжером 11 имеется полость А. Между сильфоном 9 и внутренней поверхностью корпуса 1 имеется полость Б. Герметизация конструкции выемной части клапана относительно корпуса 1 обеспечивается уплотнительным элементом 17, обжатым болтами 18 между фланцем 19 и корпусом 1.The shut-off valve comprises a housing 1 with inlet 2 and outlet 3 openings made therein. The housing 1 has a seat 4. The image of the outlet in the lower part of the housing is conditional, since the valve remains operational at any position of the outlet. Inside the housing 1, a cylindrical liner 5 is installed with a flow cavity having, respectively, an inlet 6 and an outlet 7. The sealing elements are made in the form of two identical bellows 8, 9 mounted coaxially relative to the valve body and sequentially one after another. The lower part of the lower bellows 8 is hermetically connected to the upper part of the liner 5, the upper part of the lower bellows 8 and the lower part of the upper bellows 9 are hermetically connected to the sleeve 10, which in turn is hermetically connected to the plunger 11 and the limiting element 12. The sleeve 10 is connected to the rod 13 and a drive (not shown in FIG. 1). The upper part of the upper bellows 9 is hermetically connected to the flange 14, while the flange 14 is hermetically connected to the valve body 1. The liner 5 is connected to the housing by means of a bayonet lock 15. An oil seal with soft packing 16 can be installed between the valve stem 13 and the flange 14. The structural elements 5, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 form a removable part of the valve. The plunger 11 is in contact with its inner surface with the liner 5 and has a ground sealing surface at the end. Between the bellows 8 and the plunger 11 there is a cavity A. Between the bellows 9 and the inner surface of the housing 1 there is a cavity B. The sealing of the design of the valve inlet part relative to the housing 1 is provided by a sealing element 17, pressed by bolts 18 between the flange 19 and the housing 1.

Конструктивное отличие запорно-регулирующего клапана (см. фиг.2) от запорного состоит только в конструктивном различном исполнении вкладыша 5, который выполнен в виде втулки с многочисленными сквозными отверстиями различного сечения в проточной части, определяющими совместно с плунжером 11 регулирующую характеристику клапана.The structural difference between the shut-off and control valve (see Fig. 2) and the shut-off valve consists only in the constructive different design of the liner 5, which is made in the form of a sleeve with numerous through holes of various sections in the flow part, which together with the plunger 11 determine the control characteristic of the valve.

На фиг.3 представлен запорно-регулирующий клапан, у которого вкладыш выполнен из двух частей, одна из которых имеет форму грибка 20, верхняя часть которого герметично соединена с нижней частью нижнего сильфона, а нижняя часть грибка соединена с другой частью вкладыша с помощью байонетного замка 21, при этом нижняя часть другой части вкладыша неподвижно соединена с корпусом.Figure 3 presents the shut-off and control valve, in which the liner is made of two parts, one of which has the shape of a fungus 20, the upper part of which is hermetically connected to the lower part of the lower bellows, and the lower part of the fungus is connected to the other part of the liner using a bayonet lock 21, while the lower part of the other part of the liner is fixedly connected to the housing.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

В открытом положении клапана плунжер 11 поднят вверх, сильфон 9 сжат и его сжатие определено жестким упором ограничительного элемента 12, сильфон 8 находится в свободном состоянии, полости А и Б находятся под давлением рабочей среды.In the open position of the valve, the plunger 11 is raised upward, the bellows 9 is compressed and its compression is determined by the hard stop of the restrictive element 12, the bellows 8 is in a free state, the cavities A and B are under pressure from the working medium.

Плунжер 11 полностью разгружен от давления, шток привода воспринимает только незначительные усилия от сжатия сильфона 9. Основное усилие от давления рабочей среды воспринимает вкладыш, который через байонетный замок передает усилие на корпус клапана.The plunger 11 is completely unloaded from the pressure, the actuator rod takes only insignificant efforts from the compression of the bellows 9. The main force from the pressure of the working medium is absorbed by the liner, which transfers the force to the valve body through the bayonet lock.

Это усилие F будет равно:This force F will be equal to:

F=S₁×P_p,F = S ₁ × P _p ,

где

- эффективная площадь сильфонаWhere

- effective bellows area

Р_р - давление рабочей среды;R _p - pressure of the working environment;

Д_ср - средний диаметр сильфона.D _cf - the average diameter of the bellows.

Усилие F₁ от рабочей среды на фланец 14 воспринимается элементами конструкции 1, 18, 19.The force F ₁ from the working medium to the flange 14 is perceived by structural elements 1, 18, 19.

При перемещении штока 13 вниз, плунжер 11 перекрывает сечение входного отверстия корпуса 1, приближаясь к седлу.When moving the rod 13 down, the plunger 11 overlaps the cross section of the inlet of the housing 1, approaching the saddle.

В положение "закрыто" уплотнительная торцевая поверхность плунжера 11 поджата к уплотнительной поверхности седла 4 под действием усилия штока привода и усилия F₂, которое создает рабочее давление полости Б. Это усилие будет равно:In the "closed" position, the sealing end surface of the plunger 11 is pressed against the sealing surface of the seat 4 under the action of the actuator rod force and force F ₂ , which creates a working pressure of the cavity B. This force will be equal to:

где Д_{ср. у} - средний диаметр уплотнительной поверхности.where D _{cf. y} is the average diameter of the sealing surface.

Усилие F₁ будет направлено в противоположную сторону, то есть будет отжимать плунжер 11, в случае, когда направление рабочей среды в клапане изменится на противоположное. Что касается действий усилий F и F₁, они аналогичны открытому положению клапана.The force F ₁ will be directed in the opposite direction, that is, the plunger 11 will be pressed out, in the case when the direction of the working medium in the valve changes to the opposite. As for the actions of the forces F and F ₁ , they are similar to the open position of the valve.

Страховочный сальник 16 предусмотрен на случай прорыва сильфонов 8, 9. Поэтому при изготовлении клапана сальник поджимается с небольшим предварительным усилием и в процессе эксплуатации подтяжке не подлежит.A safety gland 16 is provided in case of breakthrough of bellows 8, 9. Therefore, in the manufacture of the valve, the gland is pressed with a little preliminary effort and is not subject to tightening during operation.

Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность.Experimental manufacture of the proposed design has proven its effectiveness.

Запорный клапан, управляемый существующими приводами малой мощности в автоматическом режиме, может использоваться как отсечной клапан. Закрытие клапана происходит за короткий промежуток времени, благодаря разгруженному плунжеру. Клапан обеспечивает высокую герметичность в затворе (класс А) и герметичность относительно внешней среды при работе в интервале рабочих температур от -260°С до 550°С.The shut-off valve, controlled by existing low-power actuators in automatic mode, can be used as a shut-off valve. The valve closes in a short period of time, thanks to the unloaded plunger. The valve provides high tightness in the valve (class A) and tightness relative to the external environment when operating in the range of operating temperatures from -260 ° C to 550 ° C.

Запорно-регулирующий клапан в отличие от существующих конструкций клеточного типа с разгруженным плунжером способен обеспечить в закрытом положении класс герметичности А и герметичность относительно внешней среды при работе в интервале рабочих температур от -260°С до 550°С.The shut-off and control valve, unlike existing cell-type constructions with an unloaded plunger, is capable of providing in the closed position the tightness class A and tightness with respect to the external environment when operating in the operating temperature range from -260 ° C to 550 ° C.

Claims

1. The valve comprising a housing with inlet and outlet openings, a valve seat, an unloaded locking element made in the form of a plunger mounted in the housing with the possibility of reciprocating movement relative to the surface of the cylindrical liner mounted in the valve body, sealing elements that provide a tight movement of the plunger connected to the drive, while in the cylinder of the liner holes are made, providing a connection of the cavities of the inlet and outlet of the valve, which differs so that the sealing elements are made in the form of two identical bellows installed coaxially relative to the valve body and sequentially one after another, the lower part of the lower bellows is hermetically connected to the upper part of the liner, the upper part of the lower bellows and the lower part of the upper bellows are hermetically connected to the upper part of the plunger, the upper part of the upper bellows is hermetically connected to the flange introduced into the structure, forming a single removable part of the valve, and when the valve is open, the lower bellows is It is unloaded, the upper bellows is compressed by the valve stroke and the flange is hermetically connected to the valve body.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the fastening of the liner with the housing is made in the form of a bayonet lock.

3. The valve according to claim 1, characterized in that the insert is made of two parts, one of which is in the form of a fungus, the upper part of which is hermetically connected to the lower part of the lower bellows, and the lower part of the fungus is connected to the other part of the insert using a bayonet lock, while the lower part of the other part of the liner is still connected to the housing.