RU2334906C1 - Multi-purpose valve - Google Patents

Multi-purpose valve Download PDF

Info

Publication number
RU2334906C1
RU2334906C1 RU2006146789/06A RU2006146789A RU2334906C1 RU 2334906 C1 RU2334906 C1 RU 2334906C1 RU 2006146789/06 A RU2006146789/06 A RU 2006146789/06A RU 2006146789 A RU2006146789 A RU 2006146789A RU 2334906 C1 RU2334906 C1 RU 2334906C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
locking
valve
regulating element
diameter
shank
Prior art date
Application number
RU2006146789/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Максим Ефимович Гойдо (RU)
Максим Ефимович Гойдо
Валерий Владимирович Бодров (RU)
Валерий Владимирович Бодров
Рамиль Мерсеитович Багаутдинов (RU)
Рамиль Мерсеитович Багаутдинов
Original Assignee
Валерий Владимирович Бодров
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валерий Владимирович Бодров filed Critical Валерий Владимирович Бодров
Priority to RU2006146789/06A priority Critical patent/RU2334906C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2334906C1 publication Critical patent/RU2334906C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanics.
SUBSTANCE: invention related to hydraulic hardware and is designed to smoothly adjust working fluid for rate. The multi-purpose valve shutoff-and-governor element cylindrical guide part diameter is smaller than that of the element cylindrical sealing collar. The diameter of the aforesaid element upper stem located in the valve pot is smaller than that of the lower stem located on the valve outlet. The said diameters in the entire range of pressures in the valve outlet channel satisfy the terms of the specified set of inequalities.
EFFECT: higher reliability hermetic valve orifice size closing under abnormal conditions and higher accuracy in working fluid flow rate control over the entire valve orifice size variation range.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидравлической аппаратуры, а именно к напорным запорно-регулирующим клапанам, то есть клапанам, предназначенным для плавного регулирования расхода рабочей жидкости на участке между источником питания высокого давления и гидродвигателем от нуля (при полном перекрытии проходного сечения клапана) до соответствующего максимума (при открытии проходного сечения клапана на максимальную величину), и может быть использовано, в частности, в гидроприводах управления ковочными и штамповочными прессами.The invention relates to the field of hydraulic equipment, namely to pressure shut-off and control valves, that is, valves designed to smoothly control the flow of working fluid in the area between the high-pressure power source and the hydraulic motor from zero (when the valve cross-section is completely blocked) to the corresponding maximum ( when opening the valve cross section to the maximum value), and can be used, in particular, in hydraulic actuators for forging and stamping presses.

Известен запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с присоединительными входным и выходным каналами, в расточке которого выполнено седло с уплотнительной фаской и центральными цилиндрическим уплотняющим пояском, имеющим диаметр, не больший внутреннего диаметра уплотнительной фаски седла, и проходным отверстием и размещен запорно-регулирующий элемент с соосными направляющей цилиндрической частью, буртом с запорной фаской, ответным цилиндрическим уплотняющим пояском и хвостовиком, связанный с двумя диаметрально расположенными штоками, концы которых через уплотненные отверстия выходят в противоположные стороны за пределы корпуса клапана, при этом корпус клапана герметично закрыт крышкой, расположенной по отношению к запорно-регулирующему элементу со стороны, противоположной седлу клапана, а запорно-регулирующий элемент установлен с образованием со стороны его бурта входной полости, соединенной с присоединительным входным каналом клапана, с образованием между поверхностями хвостовика запорно-регулирующего элемента и центрального отверстия седла канала, соединенного с присоединительным выходным каналом клапана, и с образованием между поверхностями запорно-регулирующего элемента и крышки надклапанной полости [1].Known shut-off valve containing a housing with connecting inlet and outlet channels, in the bore of which is made a saddle with a sealing chamfer and a central cylindrical sealing girdle having a diameter not larger than the inner diameter of the sealing chamfer of the saddle, and a bore and a locking-regulating element with coaxial guide with a cylindrical part, a collar with a locking chamfer, a reciprocal cylindrical sealing girdle and a shank associated with two diametrically located rods whose ends through the sealed openings extend in opposite directions beyond the valve body, while the valve body is hermetically sealed with a cover located in relation to the locking and regulating element from the side opposite the valve seat, and the locking and regulating element is installed to form from its side a shoulder of the inlet cavity connected to the connecting inlet channel of the valve, with the formation between the surfaces of the shank of the locking-regulating element and the Central hole of the channel seat, with union with the connecting outlet valve channel, and to form between the surfaces of the shutoff member and the cavity cover supravalvular [1].

В указанном запорно-регулирующем клапане надклапанная полость посредством дроссельного отверстия соединена с присоединительным входным каналом, а запорно-регулирующий элемент снабжен осевым отверстием и полостью разгрузки с седлом разгрузочного клапана, затвор которого размещен в полости разгрузки и жестко связан со штоками, расположенными в осевом отверстии запорно-регулирующего элемента и снабженными продольными выточками и выступом, образующим упор запорно-регулирующего элемента со стороны, обратной седлу разгрузочного клапана, при этом полость разгрузки сообщена с надклапанной полостью и через седло разгрузочного клапана и продольные выточки - с выходным каналом. Хвостовик запорно-регулирующего элемента выполнен конусным и направлен вершиной конуса в сторону выходного канала, причем направляющая цилиндрическая часть запорно-регулирующего элемента имеет диаметр не меньше наибольшего диаметра конусного хвостовика, равного диаметру цилиндрического уплотняющего пояска.In said shut-off and control valve, the supra-valve cavity is connected to the connecting inlet channel by means of a throttle hole, and the shut-off and control element is provided with an axial hole and a discharge cavity with a discharge valve seat, the shutter of which is located in the discharge cavity and is rigidly connected to the rods located in the axial hole -regulating element and equipped with longitudinal recesses and a protrusion forming the stop of the locking-regulating element from the side opposite the saddle of the unloading valve and, in this case, the discharge cavity is communicated with the supravalve cavity and, through the seat of the discharge valve and longitudinal recesses, with the outlet channel. The shank of the locking and regulating element is made conical and directed by the apex of the cone towards the outlet channel, and the guiding cylindrical part of the locking and regulating element has a diameter not less than the largest diameter of the conical shaft equal to the diameter of the cylindrical sealing girdle.

В рассматриваемой конструкции верхний (расположенный со стороны надклапанной полости) и нижний (расположенный со стороны выходного канала клапана) штоки связаны с запорно-регулирующим элементом с возможностью перемещения относительно его в осевом направлении на величину зазора, равного ходу затвора разгрузочного клапана относительно запорно-регулирующего элемента, и имеют одинаковые диаметры.In the design under consideration, the upper (located on the side of the supravalvular cavity) and lower (located on the side of the valve outlet channel) rods are connected with the locking and regulating element with the possibility of axial movement relative to it by a gap equal to the stroke of the shutter of the discharge valve relative to the locking and regulating element , and have the same diameters.

При отсутствии управляющего сигнала на открытие рассматриваемого клапана его запорно-регулирующий элемент результирующей силой давления жидкости прижимается к седлу. Поскольку эта сила может быть весьма значительной, то для исключения разрушения уплотнительной фаски седла и запорной фаски запорно-регулирующего элемента (из-за больших контактных напряжений) площадь поверхности их контакта должна иметь величину, не меньшую некоторого предельного значения. Ограничение величины указанной площади по минимуму предопределяет усложнение притирки уплотнительной фаски седла и запорной фаски запорно-регулирующего элемента до состояния, при котором обеспечивается герметичность указанной пары.In the absence of a control signal for opening the valve in question, its locking-regulating element is pressed against the saddle by the resulting pressure force of the liquid. Since this force can be quite significant, to exclude the destruction of the sealing facet of the saddle and the locking facet of the locking-regulating element (due to high contact stresses), the surface area of their contact should have a value not less than a certain limiting value. Limiting the size of the specified area to a minimum determines the complication of grinding in the sealing facet of the seat and the locking facet of the locking and regulating element to a state in which the tightness of the specified pair is ensured.

Для снижения усилия, создание которого требуется от управляющего привода запорно-регулирующего клапана, предусмотрен разгрузочный клапан (выходное звено управляющего привода соединяется с одним из штоков, жестко связанных с затвором разгрузочного клапана).To reduce the effort required by the control actuator of the shut-off and control valve, an unloading valve is provided (the output link of the control actuator is connected to one of the rods rigidly connected to the shutter of the unloading valve).

Наличие разгрузочного клапана, размещенного во внутренней полости запорно-регулирующего элемента, усложняет конструкцию известного запорно-регулирующего клапана и снижает надежность его работы из-за возможной негерметичности дополнительной клапанной пары: затвор-седло разгрузочного клапана.The presence of an unloading valve located in the inner cavity of the shut-off-control element complicates the design of the known shut-off-control valve and reduces the reliability of its operation due to the possible leakage of an additional valve pair: shutter-seat of the unloading valve.

Наличие двух клапанных пар в рассматриваемой конструкции (обе из которых требуют притирки) усложняет изготовление клапана и проведение его ремонтных работ в процессе эксплуатации.The presence of two valve pairs in the structure under consideration (both of which require lapping) complicates the manufacture of the valve and its repair work during operation.

При эксплуатации данного клапана (особенно на загрязненных рабочих жидкостях) возможно размывание (увеличение в диаметре) дроссельного отверстия, посредством которого надклапанная полость соединена с присоединительным входным каналом. В силу этого при открытии проходного сечения разгрузочного клапана до упора выступа его затвора в запорно-регулирующий элемент потери давления на дроссельном отверстии при прочих равных условиях оказываются меньше, давление в надклапанной полости выше, а усилие, необходимое для подъема запорно-регулирующего элемента относительно его седла, больше, что предопределяет необходимость завышения потребного усилия управляющего привода клапана на этапе его изготовления (с соответствующими увеличением габаритов и массы привода).When operating this valve (especially on contaminated working fluids), the throttle hole may be eroded (increased in diameter), by means of which the supravalve cavity is connected to the connecting inlet channel. Due to this, when the discharge valve cross-section is opened until the stop of the lock protrusion in the locking-regulating element, the pressure loss at the throttle bore, ceteris paribus, is lower, the pressure in the supravalve cavity is higher, and the force required to lift the locking-regulating element relative to its seat , more, which determines the need to overestimate the required effort of the control valve actuator at the stage of its manufacture (with a corresponding increase in dimensions and mass of the actuator).

При малом открытии проходного сечения между запорной фаской запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаской его седла (после упора выступа затвора разгрузочного клапана в запорно-регулирующий элемент), когда еще не открыто или открыто на небольшую величину проходное сечение между цилиндрическими уплотняющими поясками запорно-регулирующего элемента и седла, давление в пространстве между запорно-регулирующим элементом и седлом на участке, ограниченном указанными цилиндрическими уплотнительными поясками и входом в зазор между запорной фаской запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаской седла, поднимается до величины, равной или близкой к давлению во входном канале клапана. В связи с этим, если диаметр направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента больше (что является одним из двух возможных толкований понятия "не меньше") наибольшего диаметра конусного хвостовика, который равен диаметру цилиндрического уплотнительного пояска запорно-регулирующего элемента, то гидравлический поджим запорно-регулирующего элемента к выступу затвора разгрузочного клапана не гарантируется и под действием изменившегося баланса сил давления жидкости возможно неуправляемое смещение запорно-регулирующего элемента в направлении от его седла, уменьшающее рассогласование между перемещениями затвора разгрузочного клапана и запорно-регулирующего элемента. Это влечет за собой уменьшение площади проходного сечения разгрузочного клапана и повышение давления в надклапанной полости, что приводит, в свою очередь, к движению запорно-регулирующего элемента в обратном направлении и так далее.With a small opening of the passage section between the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing chamfer of its seat (after the stop of the protrusion of the shutter of the discharge valve in the locking-regulating element), when the passage section between the cylindrical sealing belts of the locking and regulating element is not yet open or open and saddles, the pressure in the space between the locking and regulating element and the saddle in the area limited by the specified cylindrical sealing bands and the entrance to the gap between the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing chamfer of the seat, rises to a value equal to or close to the pressure in the inlet of the valve. In this regard, if the diameter of the guide cylindrical part of the locking and regulating element is larger (which is one of two possible interpretations of the concept of "not less than") the largest diameter of the conical shank, which is equal to the diameter of the cylindrical sealing belt of the locking and regulating element, then the hydraulic clamp the regulating element to the protrusion of the shutter of the discharge valve is not guaranteed and under the influence of the changed balance of the forces of the liquid pressure, an uncontrolled displacement of the locking-regulating valve is possible element in the direction from its seat, reducing the mismatch between the movements of the shutter of the discharge valve and the locking-regulating element. This entails a decrease in the area of the passage section of the discharge valve and an increase in pressure in the supravalvular cavity, which, in turn, leads to the movement of the locking and regulating element in the opposite direction and so on.

Таким образом, при малых открытиях проходного сечения клапана не исключено возникновение продольных колебаний запорно-регулирующего элемента, сопровождающихся неуправляемыми изменениями площади проходного сечения клапана и соответственно расхода рабочей жидкости через него, ударами запорно-регулирующего элемента по выступу затвора и запорной фаске разгрузочного клапана, а вследствие этого повышенными шумом и износом клапана, что приводит к снижению надежности клапана.Thus, with small openings of the valve cross-section, longitudinal oscillations of the locking-regulating element cannot be ruled out, accompanied by uncontrolled changes in the area of the valve’s flow-through section and, accordingly, the flow rate of the working fluid through it, blows of the locking-regulating element along the valve protrusion and the locking chamfer of the discharge valve, and as a result this increased noise and valve wear, which reduces the reliability of the valve.

Установка жестко связанных с затвором разгрузочного клапана штоков с осевым зазором относительно запорно-регулирующего элемента (равным ходу затвора разгрузочного клапана относительно запорно-регулирующего элемента), во-первых, создает условия для неуправляемых перемещений (колебаний) указанного элемента относительно штоков, во-вторых, приводит к потерям времени на выборку указанного зазора и к перемещению запорно-регулирующего элемента относительно его седла с запаздыванием по отношению к моменту начала регулирования, что снижает быстродействие клапана при его открытии.The installation of rods rigidly connected with the shutter of the discharge valve with an axial clearance relative to the locking element (equal to the stroke of the discharge valve with respect to the locking element), firstly, creates the conditions for uncontrolled movements (oscillations) of this element relative to the rods, and secondly, leads to loss of time for sampling the specified gap and to the movement of the locking and regulating element relative to its saddle with delay in relation to the moment of the start of regulation, which reduces valve performance when it is opened.

При открытом проходном сечении клапана и небольших значениях перепада давления в его входном и выходном каналах результирующая сила давления, действующая со стороны рабочей жидкости на затвор разгрузочного клапана со штоками и запорно-регулирующий элемент, для рассматриваемого запорно-регулирующего клапана (в силу того, что направляющая цилиндрическая часть запорно-регулирующего элемента имеет диаметр не меньше наибольшего диаметра конусного хвостовика, а диаметры верхнего и нижнего штоков одинаковы) может иметь значение, не достаточное для преодоления сил трения в подвижных парах и перемещения затвора разгрузочного клапана и, соответственно, запорно-регулирующего элемента в положение, при котором проходное сечение клапана закрыто. Поэтому при нарушении связи соответствующего штока с выходным звеном управляющего привода клапана или отказе указанного привода затвор разгрузочного клапана и запорно-регулирующий элемент могут остаться в положении, при котором проходное сечение клапана открыто, что не допустимо из соображений безопасности, так как сопровождается движением выходного звена гидродвигателя и приводимого им рабочего оборудования и может привести к аварийной ситуации. Указанное обстоятельство (недостаточная надежность закрытия проходного сечения в нештатных ситуациях) является основным недостатком известного запорно-регулирующего клапана.When the valve cross section is open and the pressure drop in its inlet and outlet channels is small, the resulting pressure force acting from the working fluid on the valve of the discharge valve with rods and a shut-off and control element for the shut-off-control valve in question (due to the fact that the guide the cylindrical part of the locking and regulating element has a diameter not less than the largest diameter of the conical shank, and the diameters of the upper and lower rods are the same) may matter, not enough chnoe to overcome friction forces in pairs and move movable valve and discharge valve respectively, locking and regulating member to a position wherein the valve passage section is closed. Therefore, if the connection between the corresponding rod and the output link of the control valve actuator fails or the specified drive fails, the shutter of the discharge valve and the locking and regulating element may remain in a position where the valve bore is open, which is not permissible for safety reasons, as it is accompanied by the movement of the output link of the hydraulic motor and the work equipment they bring and may lead to an emergency. This circumstance (insufficient reliability of closing the bore in emergency situations) is the main disadvantage of the known shut-off and control valve.

Одним из способов обеспечения надежного закрытия проходного сечения клапана в нештатных ситуациях является применение в его конструкции пружины, усилие предварительного поджатия которой действует в направлении закрытия проходного сечения клапана и достаточно для осуществления указанной операции. Однако введение в состав клапана такой пружины усложняет его конструкцию.One of the ways to ensure reliable closure of the valve bore in emergency situations is to use a spring in its design, the preload force of which acts in the direction of closing the valve bore and is sufficient to carry out this operation. However, the introduction of such a spring into the valve structure complicates its design.

При выполнении хвостовика запорно-регулирующего элемента с конической боковой поверхностью закон изменения площади Ар·о·кл проходного сечения рабочего окна, открываемого запорно-регулирующим элементом после его подъема относительно седла на величину перекрытия уплотняющих цилиндрических поясков, в функции его дальнейшего перемещения х относительно седла (при пренебрежении величиной радиального зазора между цилиндрическими уплотняющими поясками запорно-регулирующего элемента и его седла) имеет вид:When executing the shank of the locking and regulating element with a conical lateral surface, the law of changing the area A r · о · cl of the passage section of the working window opened by the locking and regulating element after it is raised relative to the saddle by the amount of overlap of the sealing cylindrical belts, as a function of its further movement x relative to the saddle (neglecting the value of the radial clearance between the cylindrical sealing belts of the locking-regulating element and its saddle) has the form:

Ар.о.кл=π(Dn-0,5x·sin2α)x·sinα,A r.o.cl = π (D n -0.5x sin2α) x sinα,

где Dn - диаметр цилиндрического уплотняющего пояска;where D n is the diameter of the cylindrical sealing strip;

α - половинное значение угла при вершине конической боковой поверхности хвостовика.α is the half angle at the apex of the conical lateral surface of the shank.

Поскольку величина 0,5x·sin2α достаточно мала по сравнению с диаметром Dn (тем более при малых значениях х), то указанный закон близок к линейному. При линейном же законе изменения площади проходного сечения клапана от перемещения его запорно-регулирующего элемента, как известно, относительная погрешность регулирования расхода рабочей жидкости при фиксированной погрешности установки запорно-регулирующего элемента в требуемую позицию и прочих равных условиях очень существенно зависит от величины x и теоретически увеличивается по гиперболической зависимости при уменьшении x (см.: Гойдо М.Е. Гидроаппаратура с пропорциональным электрическим управлением: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Челябинск: Изд-во ЮУрГу, 2000. - С.27-28).Since the magnitude of 0,5x · sin2α is sufficiently small compared with the diameter D n (especially for small values of x), then the said law is close to linear. In the case of a linear law, the change in the area of the valve passageway from the movement of its locking and regulating element, as is known, the relative error in regulating the flow of the working fluid with a fixed error in installing the locking and regulating element in the required position and other conditions being equal very much depends on the value of x and theoretically increases on hyperbolic dependence with decreasing x (see: Goydo ME Hydraulic equipment with proportional electric control: Textbook. - 2nd ed., p rerab and extra - Chelyabinsk. Univ. of South Ural State University, 2000. - S.27-28).

Таким образом, существующий запорно-регулирующий клапан характеризуется низкой точностью регулирования расхода в области малых открытий запорно-регулирующим элементом проходного сечения, что также является его существенным недостатком.Thus, the existing shut-off and control valve is characterized by low accuracy of flow control in the area of small openings by the shut-off and control element of the passage section, which is also its significant drawback.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является принятый в качестве прототипа запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с присоединительными входным и выходным каналами, в расточке которого выполнено седло с уплотнительной фаской и центральными цилиндрическим уплотняющим пояском, имеющим диаметр, не больший внутреннего диаметра уплотнительной фаски седла, и проходным отверстием и размещен запорно-регулирующий элемент с соосными направляющей цилиндрической частью, буртом с запорной фаской, ответным цилиндрическим уплотняющим пояском и хвостовиком, связанный с двумя диаметрально расположенными штоками, концы которых через уплотненные отверстия выходят в противоположные стороны за пределы корпуса клапана, при этом корпус клапана герметично закрыт крышкой, расположенной по отношению к запорно-регулирующему элементу со стороны, противоположной седлу клапана, а запорно-регулирующий элемент установлен с образованием со стороны его бурта входной полости, соединенной с присоединительным входным каналом клапана, с образованием между поверхностями хвостовика запорно-регулирующего элемента и центрального отверстия седла канала, соединенного с присоединительным выходным каналом клапана, и с образованием между поверхностями запорно-регулирующего элемента и крышки надклапанной полости, сообщенной с присоединительным выходным каналом [2, фиг.4, 5]. У указанного клапана верхний (расположенный со стороны надклапанной полости) и нижний (расположенный со стороны выходного канала клапана) штоки (выходное звено управляющего привода соединяется с одним из этих штоков) зафиксированы в осевом направлении относительно запорно-регулирующего элемента и имеют одинаковые диаметры, а эффективные площади поверхностей, участвующих в передаче усилия со стороны рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент, имеют значения, обеспечивающие полную или практически полную разгрузку запорно-регулирующего элемента от сил гидростатического давления жидкости.The closest in technical essence to the claimed object is a shut-off and control valve adopted as a prototype, comprising a body with connecting inlet and outlet channels, in the bore of which there is a saddle with a sealing chamfer and a central cylindrical sealing girdle having a diameter not larger than the inner diameter of the sealing chamfer saddles, and a bore and placed a locking-regulating element with a coaxial guide cylindrical part, a collar with a locking chamfer, a response cylinder a single sealing girdle and a shank connected to two diametrically located rods, the ends of which through the sealed holes extend in opposite directions outside the valve body, while the valve body is hermetically closed by a cover located in relation to the locking and regulating element from the side opposite the valve seat, and the locking-regulating element is installed with the formation on the side of its collar of the input cavity connected to the connecting input channel of the valve, with the formation between by the properties of the shank of the locking-regulating element and the central hole of the channel seat connected to the connecting outlet channel of the valve, and with the formation between the surfaces of the locking-regulating element and the cover of the valvular cavity in communication with the connecting output channel [2, Figs. 4, 5]. At the indicated valve, the upper (located on the side of the valve valve cavity) and lower (located on the side of the valve outlet channel) rods (the output link of the control actuator is connected to one of these rods) are axially fixed relative to the locking-regulating element and have the same diameters, and the effective the surface areas involved in the transfer of force from the working fluid to the locking and regulating element have values that ensure complete or almost complete unloading of the locking and regulating element uyuschego element hydrostatic forces from fluid pressure.

В силу практически полной разгрузки запорно-регулирующего элемента известного клапана от сил гидростатического давления жидкости необходимые для обеспечения герметичного разделения входной и выходной полостей клапана контактные напряжения в зоне соприкосновения уплотнительной фаски седла и запорной фаски запорно-регулирующего элемента создаются посредством управляющего привода клапана. При нарушении связи соответствующего штока запорно-регулирующего элемента с выходным звеном управляющего привода клапана или отказе указанного привода контактные напряжения в зоне соприкосновения уплотнительной фаски седла и запорной фаски запорно-регулирующего элемента снижаются и герметичность клапана нарушается.Due to the almost complete unloading of the locking and regulating element of the known valve from the hydrostatic pressure of the fluid, the contact stresses necessary in the contact zone of the seat sealing facet and the locking facet of the locking and regulating element are created by means of a valve actuator to ensure a tight separation of the input and output cavities of the valve. If the connection of the corresponding rod of the locking-regulating element with the output link of the valve control actuator is broken or the specified drive fails, contact stresses in the contact zone of the seat sealing facet and the locking facet of the locking-regulating element decrease and the valve tightness is broken.

При открытом проходном сечении клапана результирующая сила давления, действующая со стороны рабочей жидкости на его запорно-регулирующий элемент (по причине практически полной разгрузки запорно-регулирующего элемента рассматриваемого клапана от сил гидростатического давления жидкости), может иметь значение, не достаточное для преодоления сил трения в подвижных парах и перемещения запорно-регулирующего элемента в положение, при котором проходное сечение клапана закрыто (более того, эта сила может действовать в направлении открытия проходного сечения клапана). Поэтому при нарушении связи соответствующего штока с выходным звеном управляющего привода клапана или отказе указанного привода запорно-регулирующий элемент может остаться в положении, при котором проходное сечение клапана открыто, что не допустимо из соображений безопасности, так как сопровождается движением выходного звена гидродвигателя и приводимого им рабочего оборудования и может привести к аварийной ситуации. Указанное обстоятельство (недостаточная надежность герметичного закрытия проходного сечения в нештатных ситуациях) является основным недостатком известного запорно-регулирующего клапана.When the valve cross section is open, the resulting pressure force acting from the working fluid side on its locking and regulating element (due to the almost complete unloading of the locking and regulating element of the valve under consideration from the hydrostatic pressure of the liquid) may not be sufficient to overcome the friction forces in moving pairs and moving the locking and regulating element to a position where the valve bore is closed (moreover, this force can act in the direction of opening ohodnogo valve section). Therefore, if the connection between the corresponding rod and the output link of the valve control actuator fails or the specified drive fails, the shut-off and control element may remain in a position in which the valve bore is open, which is not permissible for safety reasons, since it is accompanied by the movement of the output link of the hydraulic motor and the operating equipment and may lead to an emergency. This circumstance (insufficient reliability of the hermetic closure of the bore in emergency situations) is the main disadvantage of the known shut-off and control valve.

Центральное проходное отверстие седла данного клапана на участке между уплотнительной фаской и центральным цилиндрическим уплотняющим пояском имеет коническую поверхность (с вершиной конуса, направленной в сторону выходного канала). Регулируемое проходное сечение клапана образуется между указанной конической поверхностью седла и нижней кромкой ответного цилиндрического уплотняющего пояска, выполненного на хвостовике запорно-регулирующего элемента со стороны выходного канала клапана. При этом закон изменения площади Ар.о.кл проходного сечения рабочего окна, открываемого запорно-регулирующим элементом после его подъема относительно седла на величину перекрытия уплотняющих цилиндрических поясков, в функции его дальнейшего перемещения x относительно седла близок к линейному. При линейном же законе изменения площади проходного сечения клапана от перемещения его запорно-регулирующего элемента, как уже отмечалось выше, относительная погрешность регулирования расхода рабочей жидкости при фиксированной погрешности установки запорно-регулирующего элемента в требуемую позицию и прочих равных условиях очень существенно зависит от величины x и теоретически увеличивается по гиперболической зависимости при уменьшении х.The central bore of the valve seat in the section between the sealing chamfer and the central cylindrical sealing girdle has a conical surface (with the apex of the cone directed towards the outlet channel). An adjustable valve cross section is formed between the specified conical surface of the seat and the lower edge of the mating cylindrical sealing girdle made on the shank of the locking and regulating element from the side of the valve outlet channel. At the same time, the law of changing the area A of the r.o.cl. of the passage section of the working window opened by the locking-regulating element after it is raised relative to the saddle by the amount of overlap of the sealing cylindrical belts is close to linear in the function of its further movement x relative to the saddle. In the case of a linear law, the change in the area of the valve passageway from the movement of its locking and regulating element, as already noted above, the relative error in regulating the flow of the working fluid with a fixed error in installing the locking and regulating element in the required position and other conditions being equal, very significantly depends on the value of x and theoretically increases in hyperbolic dependence with decreasing x.

Таким образом, рассматриваемый запорно-регулирующий клапан характеризуется низкой точностью регулирования расхода в области малых открытий запорно-регулирующим элементом проходного сечения, что также является его существенным недостатком.Thus, the shut-off and control valve in question is characterized by low accuracy of flow control in the area of small openings by the shut-off and control element of the passage section, which is also its significant drawback.

Кроме того, поскольку максимальная площадь проходного сечения клапана определяется площадью кольца, больший (внешний) диаметр которого равен диаметру центрального цилиндрического уплотняющего пояска седла, а меньший (внутренний) диаметр равен диаметру нижнего штока запорно-регулирующего элемента, то исполнение центрального проходного отверстия седла на участке между уплотнительной фаской и центральным цилиндрическим уплотняющим пояском с конической поверхностью (с вершиной конуса, направленной в сторону выходного канала) при прочих равных условиях влечет за собой необходимость увеличения диаметра седла и поперечных размеров клапана в целом, что является нерациональным.In addition, since the maximum passage area of the valve is determined by the area of the ring, the larger (outer) diameter of which is equal to the diameter of the central cylindrical sealing girdle of the seat, and the smaller (inner) diameter is equal to the diameter of the lower stem of the locking and regulating element, the execution of the central passage of the seat in the section between the sealing chamfer and the central cylindrical sealing girdle with a conical surface (with the top of the cone directed towards the outlet channel) with the rest x equal conditions entails the need to increase the diameter of the seat and the transverse dimensions of the valve as a whole, which is irrational.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание запорно-регулирующего клапана, характеризующегося повышенной надежностью герметичного закрытия его проходного сечения в нештатных ситуациях (например, при нарушении связи штока запорно-регулирующего элемента с выходным звеном управляющего привода клапана), благодаря соответствующему выбору соотношения геометрических размеров запорно-регулирующего элемента (из условия обеспечения постоянного действия результирующей силы давления жидкости на запорно-регулирующий элемент в направлении его седла).The technical problem solved by the invention is the creation of a shut-off and control valve, characterized by increased reliability of hermetic closure of its bore in emergency situations (for example, if the rod of the shut-off-control element is broken from the output link of the valve control actuator), due to the appropriate choice of the ratio of the geometrical sizes of the shut-off valve -regulating element (from the condition of ensuring the constant action of the resulting fluid pressure force on the locking-regulating element nt in the direction of the seat).

Другой технической задачей изобретения является создание запорно-регулирующего клапана, характеризующегося высокой точностью регулирования расхода рабочей жидкости во всем диапазоне изменения площади проходного сечения клапана, благодаря специальной профилировке боковой поверхности хвостовика запорно-регулирующего элемента (из условия получения равнопроцентной регулировочной характеристики клапана).Another technical objective of the invention is the creation of a shut-off and control valve, characterized by high accuracy of regulating the flow of working fluid in the entire range of changes in the area of the valve bore due to special profiling of the lateral surface of the shank of the shut-off and control element (from the condition of obtaining an equal percentage control characteristic of the valve).

Для решения поставленной технической задачи в известном запорно-регулирующем клапане, содержащем корпус с присоединительными входным и выходным каналами, в расточке которого выполнено седло с уплотнительной фаской и центральными цилиндрическим уплотняющим пояском, имеющим диаметр, не больший внутреннего диаметра уплотнительной фаски седла, и проходным отверстием и размещен запорно-регулирующий элемент с соосными направляющей цилиндрической частью, буртом с запорной фаской, ответным цилиндрическим уплотняющим пояском и хвостовиком, связанный с двумя диаметрально расположенными штоками, концы которых через уплотненные отверстия выходят в противоположные стороны за пределы корпуса клапана, при этом корпус клапана герметично закрыт крышкой, расположенной по отношению к запорно-регулирующему элементу со стороны, противоположной седлу клапана, а запорно-регулирующий элемент установлен с образованием со стороны его бурта входной полости, соединенной с присоединительным входным каналом клапана, с образованием между поверхностями хвостовика запорно-регулирующего элемента и центрального отверстия седла канала, соединенного с присоединительным выходным каналом клапана, и с образованием между поверхностями запорно-регулирующего элемента и крышки надклапанной полости, сообщенной с присоединительным выходным каналом, согласно изобретению диаметр направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента выполнен меньше диаметра его цилиндрического уплотняющего пояска, а диаметр верхнего штока запорно-регулирующего элемента, расположенного со стороны надклапанной полости, выполнен меньше диаметра нижнего штока, расположенного со стороны выходного канала клапана, и указанные диаметры во всем возможном диапазоне значений давления в выходном канале клапана удовлетворяют следующей системе неравенств:To solve the technical problem in the known shut-off and control valve, comprising a housing with connecting inlet and outlet channels, in the bore of which a seat is made with a sealing chamfer and a central cylindrical sealing girdle having a diameter not larger than the inner diameter of the sealing chamfer of the saddle and a bore and a locking and regulating element with a coaxial guide cylindrical part, a collar with a locking chamfer, a reciprocal cylindrical sealing belt and a tail associated with two diametrically located rods, the ends of which through the sealed openings extend in opposite directions outside the valve body, while the valve body is hermetically closed by a cover located in relation to the locking and regulating element from the side opposite the valve seat, and the locking and regulating element installed with the formation on the side of its shoulder of the input cavity connected to the connecting input channel of the valve, with the formation between the surfaces of the shank of the locking-regulating according to the invention, the diameter of the guide cylindrical part of the shut-off and control element is made smaller than the diameter of its cylindrical sealing element and the central bore of the seat of the channel connected to the connecting outlet channel of the valve, and with the formation between the surfaces of the locking-regulating element and the cover of the valvular cavity in communication with the connecting output channel girdle, and the diameter of the upper rod of the locking-regulating element located on the side of the supravalvular cavity is made smaller e lower stem diameter, located on the side of the valve outlet and said diameter throughout the possible range of values of pressure in the outlet channel of the valve system satisfy the following inequalities:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Dн - диаметр направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента;where D n - the diameter of the guide cylindrical part of the locking and regulating element;

dк.н, Dк.в - соответственно наружний и внутренний диаметры поверхности контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла;d kn , D kv - respectively the outer and inner diameters of the contact surface of the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing chamfer of the saddle;

dш.н, dш.в - диаметры соответственно нижнего и верхнего штоков запорно-регулирующего элемента;d sh.n , d sh.v - diameters of the lower and upper rods of the locking and regulating element, respectively;

Dп.з - диаметр цилиндрического уплотняющего пояска запорно-регулирующего элемента;D pz - the diameter of the cylindrical sealing belt locking element;

Рпит - постоянное давление (давления питания) во входном канале клапана;R pit - constant pressure (supply pressure) in the valve inlet channel;

р - давление в выходном канале клапана (0≤р≤рпит);p - pressure in the outlet channel of the valve (0≤p≤p pit );

σmin, σmax - значения соответственно минимального (из условия обеспечения герметичности) и максимального (из условия прочности) допустимых напряжений на поверхности контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла (σmin>pпит);σ min , σ max are the values of the minimum (from the condition of tightness) and maximum (from the condition of strength) allowable stresses on the contact surface of the locking facet of the locking-regulating element and the sealing facet of the saddle (σ min > p pit );

R - усилие, которое необходимо приложить к запорно-регулирующему элементу для перемещения его в направлении седла до соприкосновении с ним из положения, при котором проходное сечение клапана открыто.R is the force that must be applied to the locking and regulating element in order to move it in the direction of the saddle until it contacts it from the position at which the valve cross-section is open.

Согласно изобретению боковая поверхность хвостовика запорно-регулирующего элемента спрофилирована на основании следующего уравнения, устанавливающего связь между текущим потребным значением диаметра Dz хвостовика и координатой z, отсчитываемой вдоль оси хвостовика от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента:According to the invention, the lateral surface of the shank of the locking element is profiled on the basis of the following equation establishing the relationship between the current required value of the diameter D z of the shaft and the coordinate z, measured along the axis of the shaft from the plane of its junction with the cylindrical sealing belt of the locking element:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Dп.c - диаметр центрального цилиндрического уплотняющего пояска седла;where D P. c is the diameter of the Central cylindrical sealing belt of the saddle;

Dz - текущее потребное значение диаметра хвостовика;D z - the current required value of the diameter of the shank;

z - координата, отсчитываемая вдоль оси хвостовика от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента;z is the coordinate measured along the axis of the shank from the plane of its junction with the cylindrical sealing belt of the locking and regulating element;

A0 - начальное значение площади проходного сечения между хвостовиком запорно-регулирующего элемента и центральным цилиндрическим уплотняющим пояском седла, равное площади кольца, наружный диаметр которого равен диаметру уплотняющего пояска седла, а внутренний - диаметру цилиндрического уплотняющего пояска запорно-регулирующего элемента;A 0 is the initial value of the cross-sectional area between the shank of the locking and regulating element and the central cylindrical sealing girdle of the saddle, equal to the area of the ring, the outer diameter of which is equal to the diameter of the sealing girdle of the saddle, and the inner diameter is the diameter of the cylindrical sealing girdle of the locking and regulating element;

δ - допустимая величина относительной погрешности регулирования расхода рабочей жидкости;δ is the allowable value of the relative error in the regulation of the flow rate of the working fluid;

Δ - максимальное абсолютное значение погрешности установки запорно-регулирующего элемента клапана в требуемую позицию.Δ is the maximum absolute value of the error in the installation of the locking and regulating element of the valve in the desired position.

Выполнение диаметра направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента меньше диаметра его цилиндрического уплотняющего пояска, а диаметра верхнего штока запорно-регулирующего элемента, расположенного со стороны надклапанной полости, меньше диаметра нижнего штока, расположенного со стороны выходного канала клапана, предопределяет при любом значении давления в выходном канале клапана из диапазона от нуля до значения давления во входном канале клапана (давления питания) действие результирующей силы гидростатического давления рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент в направлении седла запорно-регулирующего элемента, то есть в направлении закрытия его проходного сечения, и тем самым создает предпосылки для закрытия проходного сечения клапана и обеспечения герметичного разделения его входного и выходного каналов в нештатных ситуациях (например, при нарушении связи штока запорно-регулирующего элемента с выходным звеном управляющего привода клапана).The diameter of the guide cylindrical part of the locking and regulating element is less than the diameter of its cylindrical sealing girdle, and the diameter of the upper rod of the locking and regulating element located on the side of the supravalve cavity is smaller than the diameter of the lower rod located on the side of the valve outlet channel, predetermines at any value of the pressure in the output the valve channel from a range from zero to the pressure in the valve inlet channel (supply pressure) the action of the resulting hydrostatic force the pressure of the working fluid on the locking and regulating element in the direction of the saddle of the locking and regulating element, that is, in the direction of closing its bore, and thereby creates the prerequisites for closing the bore of the valve and ensuring a tight separation of its inlet and outlet channels in emergency situations (for example, in case of communication failure of the rod of the locking-regulating element with the output link of the valve control actuator).

Последнее положение подтверждается следующими нижеприведенными выкладками.The latter position is confirmed by the following calculations below.

При закрытом проходном сечении клапана (при наличии контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла) результирующая сила Рприж гидростатического давления рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент, прижимающая его к седлу, очевидно, равна:With a closed passage section of the valve (in the presence of a contact of the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing facet of the seat), the resulting force P is the hydrostatic pressure of the working fluid on the locking-regulating element pressing it to the saddle, obviously, is:

Figure 00000005
Figure 00000005

Поскольку согласно настоящему изобретению Dн<Dn.з и, по умолчанию, Dn.з<Dк.в<Dк.н, то заведомо имеет место неравенство: Dн<Dк.н - и величина усилия Рприж при р=0Since according to the present invention, D n <D n.z and, by default, D n.z <D KV <D KN, then obviously the inequality: D n <D KN - and the amount of force F engraft at p = 0

Figure 00000006
Figure 00000006

является строго положительной.is strictly positive.

Согласно выражению (4) величина Рприж линейно зависит от величины давления p с коэффициентом пропорциональности В:According to the expression (4), the value of Pzh linearly depends on the pressure p with the proportionality coefficient B:

Figure 00000007
Figure 00000007

При В=0 величина Рприж фактически не зависит от давления р и при любом его значении остается постоянной и равной Рприж.0.At B = 0, the value of P prig is practically independent of the pressure p and, at any value, remains constant and equal to P prig . 0 .

При В>0 величина Рприж с увеличением значения давления р от нуля до Рnum увеличивается по сравнению с величиной Рприж.0 и, таким образом, заведомо всегда является положительной.At B> 0, the value of P cri with an increase in the value of pressure p from zero to P num increases in comparison with the value of P cf 0 and, therefore, it is always always positive.

При В<0 величина Рприж с увеличением значения давления р от нуля до pnum уменьшается по сравнению с величиной Рприж.0.At B <0, the value of P creep decreases with an increase in pressure p from zero to p num in comparison with the value of P cc . 0 .

Однако, поскольку при р=рnum в соответствии с выражением (4) величина Рприж при любом значении В принимает значение Рприж.ред:However, since when p = p num in accordance with the expression (4), the value of P prizh for any value of B takes the value of P prizh.red :

Figure 00000008
Figure 00000008

а согласно изобретению Dш.в<Dш.н, то даже при В<0 и р=рпит величина Рприж остается существенно положительной, что и требовалось доказать.and according to the invention D sh.v <D sh.n , then even at B <0 and p = p pit the value of P hold remains substantially positive, which was to be proved.

При отсутствии контакта между запорной фаской запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаской седла в первом приближении (при пренебрежении, в частности, дополнительной силой воздействия со стороны рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент, связанной с изменением количества движения жидкости при прохождении ею через открытое запорно-регулирующим элементом проходное сечение) сила Рзакр, действующая со стороны рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент и направленная в сторону его седла, может быть представлена следующим образом:In the absence of contact between the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing chamfer of the seat in the first approximation (when, in particular, neglecting the additional force of the working fluid on the locking-regulating element associated with a change in the momentum of the liquid when it passes through the open locking the regulating element is the passage section) the force P closed acting on the side of the working fluid on the locking-regulating element and directed towards its saddle can be represented with as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

Поскольку в соответствии с предлагаемым изобретением Dн<Dн.з, то величина усилия Рзакр при p=0Since in accordance with the invention D n <D n.s. , the magnitude of the force P close at p = 0

Figure 00000010
Figure 00000010

является строго положительной.is strictly positive.

Согласно выражению (8) величина Рзакр линейно зависит от величины давления p с коэффициентом пропорциональности С:According to the expression (8), the value of P close linearly depends on the pressure p with the proportionality coefficient C:

Figure 00000011
Figure 00000011

Так как Dn.з<Dк.в, то заведомо С>В и, в частности, при В=0 величина С обязательно является положительной.Since D n.s. <D q.v , then obviously C> B and, in particular, when B = 0, the value of C is necessarily positive.

При С=0 величина Рзакр фактически не зависит от давления р и при любом его значении остается постоянной и равной Рзакр.0.At C = 0, the value of P close practically does not depend on the pressure p and for any of its value remains constant and equal to P close 0 .

При С>0 величина Рзакр с увеличением значения давления р от нуля до Рпит увеличивается по сравнению с величиной Рзакр.0 и, таким образом, очевидно, всегда является положительной.When C> 0, the value of P close with increasing pressure p from zero to P pit increases compared to the value of P close 0 and, therefore, it is obviously always positive.

При С<0 величина Рзакр с увеличением значения давления p от нуля до Рnum уменьшается по сравнению с величиной Рзакр.0.When C <0, the value of P close with increasing pressure p from zero to P num decreases compared with the value of P close 0 .

Однако, поскольку при р=рnum в соответствии с выражением (8) величина Рзакр при любом значении С принимает значение Рзакр.пред:However, since at p = p num, in accordance with expression (8), the value of P close at any value of C takes the value of P close :

Figure 00000012
Figure 00000012

а согласно изобретению Dш.в<Dш.н, то даже при С<0 и р=рnum величина Рзакр остается существенно положительной, на что и указывалось выше.and according to the invention D sh.v <D sh.n , then even with C <0 and p = p num, the value of P close remains substantially positive, as indicated above.

Выполнение диаметров направляющей цилиндрической части, цилиндрического уплотняющего пояска, верхнего и нижнего штоков запорно-регулирующего элемента таким образом, что эти диаметры в дополнение к тому, что они удовлетворяют сформулированным ранее соотношениям, еще и во всем возможном диапазоне значений давления в выходном канале клапана удовлетворяют системе неравенств (1), (2), даже при неисправности управляющего привода клапана обеспечивает: во-первых, при закрытом проходном сечении клапана создание на поверхности контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла напряжений, достаточных для обеспечения герметичного разделения входного и выходного каналов клапана и в то же время не превосходящих значение напряжений, допустимое из условия прочности контактирующих поверхностей [см. неравенство (1)]; во-вторых, при открытом проходном сечении клапана действие на запорно-регулирующий элемент со стороны рабочей жидкости усилия, превышающего соответствующие силы сопротивления и достаточного для перемещения запорно-регулирующего в направлении седла до соприкосновении с ним [см. неравенство (2)].The diameters of the guide cylindrical part, the cylindrical sealing girdle, the upper and lower rods of the locking and regulating element in such a way that these diameters, in addition to satisfying the relations formulated earlier, also in the entire possible range of pressure values in the valve outlet channel satisfy the system inequalities (1), (2), even with a malfunction of the control valve actuator provides: firstly, with a closed passage section of the valve, creating on the contact surface second shut-off bevel regulating member and the sealing seat chamfers stresses sufficient to ensure a hermetic separation of the inlet and outlet valve ports and, at the same time does not exceed the value of the stress, the permissible strength of the conditions of the contacting surfaces [see. inequality (1)]; secondly, when the valve’s cross-section is open, the action on the locking and regulating element from the working fluid side is greater than the corresponding resistance forces and sufficient to move the locking and regulating element in the direction of the seat until it touches [see inequality (2)].

Таким образом, реализация предлагаемого изобретения гарантирует повышенную надежность герметичного закрытия проходного сечения запорно-регулирующего клапана в нештатных ситуациях (например, при нарушении связи штока запорно-регулирующего элемента с выходным звеном управляющего привода клапана).Thus, the implementation of the present invention guarantees increased reliability of hermetic closure of the bore of the shutoff-regulating valve in emergency situations (for example, if the rod of the shut-off-regulating element is not connected with the output link of the valve control actuator).

Следует отметить, что при назначении величины максимального допустимого напряжения σmax на поверхности контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла должно учитываться то обстоятельство, что при исправном управляющем приводе клапана он при закрытом проходном сечении клапана обеспечивает дополнительно усилие, прижимающее запорно-регулирующий элемент к седлу (то есть величина σmax должна быть соответствующим образом занижена по сравнению с предельно возможным значением контактных напряжений для используемых материалов деталей).It should be noted that when assigning the value of the maximum allowable stress σ max on the contact surface of the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing facet of the seat, it should be taken into account that, with a functioning valve control valve, it provides an additional force that presses the locking-regulating valve when the valve cross section is closed element to the seat (i.e., σ max value must be appropriately underestimated compared to the maximum possible value for the contact stress spolzuemyh material components).

Поскольку при увеличении давления р в выходном канале клапана от нуля до значения рnum увеличение контактных напряжений σ между запорной фаской запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаской седла:Since with increasing pressure p in the valve outlet channel from zero to p num, an increase in contact stresses σ between the locking facet of the locking-regulating element and the sealing facet of the seat:

Figure 00000013
Figure 00000013

не имеет смысла [так как с увеличением давления р перепад давления (рnum - р) на уплотняемом участке уменьшается], то является целесообразным при проектировании запорно-регулирующего клапана в первом приближении исходить из условия соблюдения следующих [более "жестких" по сравнению с неравенством (1)] соотношений:doesn’t make sense [since the pressure drop (p num - p) on the sealing section decreases with increasing pressure p], it is advisable when designing the shut-off and control valve to a first approximation to proceed from the condition that the following [more "rigid" in comparison with the inequality (1)] ratios:

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

На основании выражений (12), (13) и (14) получаем следующую формулу для определения потребного значения диаметра Dн направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента:Based on the expressions (12), (13) and (14), we obtain the following formula for determining the required diameter D n of the guide cylindrical part of the locking-regulating element:

Figure 00000016
Figure 00000016

[диаметры Dк.н и Dк.в в первом приближении выбирают с использованием приведенного ниже соотношения (22) на основании информации о потребном диаметре условного прохода запорно-регулирующего клапана].[diameters D K. n and D K. in a first approximation are selected using the relation (22) below based on information about the required diameter of the nominal passage of the shut-off and control valve].

Исключив величину Dн из соотношения (13) с использованием формулы (15), приходим к следующему выражению, устанавливающему связь между диаметрами О2ш.н и Dш.в Having excluded the value of D n from relation (13) using formula (15), we arrive at the following expression establishing the relationship between the diameters of O 2 sh.n and D sh.

Figure 00000017
Figure 00000017

Поскольку Dш.н>Dш.в, то целесообразно для связи с выходным звеном управляющего привода клапана использовать нижний шток запорно-регулирующего элемента. При этом данный шток является силовым и его диаметр Dш.н должен удовлетворять требованиям, проистекающим из условий прочности и продольной устойчивости штока. С другой стороны, диаметр Dш.в верхнего штока запорно-регулирующего элемента не может быть отрицательным, а при использовании верхнего штока для контроля текущего положения запорно-регулирующего элемента не может быть меньше некоторой величины, назначаемой обычно из конструктивных соображений. Эти дополнительные условия совместно с выражением (16) дают возможность рассчитать конкретные потребные значения диаметров Dш.н и Dш.в.Since D Ш.н > D ш.в , it is advisable to use the lower stem of the locking-regulating element for communication with the output link of the valve control actuator. At the same time, this rod is power and its diameter D Ш.н must satisfy the requirements arising from the conditions of strength and longitudinal stability of the rod. On the other hand, the diameter D Ш. in the upper rod of the locking-regulating element cannot be negative, and when using the upper rod to control the current position of the locking-regulating element cannot be less than a certain value, which is usually assigned for design reasons. These additional conditions together with the expression (16) make it possible to calculate the specific required values of the diameters D W. n and D W.

При выполнении соотношения (13), что равносильно равенству: В=0 [см. выражение (6)], автоматически выполняется неравенство:If relation (13) is fulfilled, which is equivalent to equality: B = 0 [see expression (6)], the inequality is automatically satisfied:

Figure 00000018
Figure 00000018

которое соответствует неравенству: С>0 [см. выражение (10)].which corresponds to the inequality: C> 0 [see expression (10)].

В рассматриваемом случае, как отмечалось выше, величина силы Рзакр, действующей со стороны рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент в направлении его седла, с увеличением значения давления р от нуля до рnum увеличивается, и поэтому, если неравенство (2) выполняется при р=0, то оно выполняется во всем диапазоне значений давления p от нуля до рnum. В связи с этим для обеспечения закрытия проходного сечения клапана под действием рабочей жидкости вместо выполнения неравенства (2) достаточно выполнение неравенства:In this case, as mentioned above, the magnitude of the force F CLOSE exerted by the working fluid on the locking and regulating member toward its seat, with increasing pressure values p from zero to p num increases, and therefore, if inequality (2) holds for p = 0, then it is performed in the entire range of pressure values p from zero to p num . In this regard, to ensure the closure of the valve bore under the action of the working fluid, instead of inequality (2), it is sufficient to fulfill the inequality:

Figure 00000019
Figure 00000019

из которого следует

Figure 00000020
which implies
Figure 00000020

или с учетом выражения (15)or taking into account the expression (15)

Figure 00000021
Figure 00000021

Так как по умолчанию должно выполняться неравенство Dп.з.<Dкв, то на основании его и неравенства (20) получаем следующее неравенство:Since the default should be performed D PZ inequality <D q , then on the basis of it and inequality (20) we obtain the following inequality:

Figure 00000022
Figure 00000022

из которого определяем потребное соотношение между диаметрами Dк.н и Dк.в на начальном этапе их выбора:from which we determine the required ratio between the diameters D K. n and D K. in the initial stage of their selection:

Figure 00000023
Figure 00000023

Полученные в результате расчета значения диаметров подлежат округлению и уточнению (с учетом ряда нормальных значений диаметров подвижных уплотняющих цилиндрических пар, номенклатуры используемых уплотнений и т.д.) и, в конечном итоге, во всем возможном диапазоне значений давления в выходном канале клапана должны удовлетворять системе неравенств (1) и (2).The diameters obtained as a result of the calculation must be rounded and refined (taking into account a number of normal diameters of the moving sealing cylindrical pairs, the range of seals used, etc.) and, ultimately, in the entire possible range of pressure values in the valve outlet channel must satisfy the system inequalities (1) and (2).

Выполнение профиля боковой поверхности хвостовика запорно-регулирующего элемента на основании уравнения (3) обеспечивает высокую точность регулирования расхода рабочей жидкости посредством клапана во всем диапазоне изменения площади его проходного сечения.The implementation of the profile of the lateral surface of the shank of the locking-regulating element on the basis of equation (3) provides high accuracy of regulating the flow rate of the working fluid through the valve in the entire range of changes in the area of its bore.

Для того чтобы относительная погрешность регулирования расхода рабочей жидкости, обусловленная погрешностью установки запорно-регулирующего элемента в требуемую позицию, при фиксированной абсолютной величине максимального значения Δ этой погрешности и прочих равных условиях не превышала по модулю некоторую наперед заданную допустимую величину δ, необходимо, чтобы связь площади Ар.0 проходного сечения рабочего окна, открываемого запорно-регулирующим элементом, с его перемещением y в направлении открытия проходного сечения клапана относительно положения, при котором кромка цилиндрического уплотнительного пояска седла, ближняя к уплотнительной фаске последнего, располагается в плоскости стыка хвостовика и цилиндрического уплотняющего пояска запорно-регулирующего элемента, имела вид (см.: Гойдо М.Е. Гидроаппаратура с пропорциональным электрическим управлением: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Челябинск: Изд-во ЮУрГу, 2000. - С.29):In order for the relative error in regulating the flow rate of the working fluid, caused by the error in installing the locking and regulating element in the required position, for a fixed absolute value of the maximum value Δ of this error and other conditions being equal, not exceeding the absolute value of the predetermined allowable value δ, it is necessary that the area connection And p.0 is the passage section of the working window that is opened by the locking-regulating element, with its movement y in the direction of opening the passage section of the valve o regarding the position at which the edge of the cylindrical sealing girdle of the saddle, closest to the sealing chamfer of the latter, is located in the plane of the junction of the shank and the cylindrical sealing girdle of the locking-regulating element, had the form (see: Goydo M.E. Hydraulic equipment with proportional electric control: Training manual . - 2nd ed., Revised and additional - Chelyabinsk: Publishing house of SUSU, 2000. - P.29):

Figure 00000024
Figure 00000024

Для рассматриваемого клапана определяющее с точки зрения его регулировочной характеристики проходное сечение, открываемое запорно-регулирующим элементом, представляет собой боковую поверхность усеченного конуса, образованную нормалями к боковой профилированной поверхности хвостовика запорно-регулирующего элемента, проведенными из точек кромки цилиндрического уплотнительного пояска седла, ближней к уплотнительной фаске последнего.For the valve in question, the passage section that is determined from the point of view of its adjustment characteristic, which is opened by the locking-regulating element, is the lateral surface of the truncated cone formed by the normals to the lateral profiled surface of the shank of the locking-regulating element, drawn from the points of the edge of the cylindrical sealing girdle of the seat close to the sealing facet of the latter.

При каждом значении перемещения y указанные нормали пересекают боковую профилированную поверхность хвостовика запорно-регулирующего элемента на некотором расстоянии z от плоскости стыка хвостовика с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента, где диаметр хвостовика имеет значение Dz.For each value of displacement y normals intersect said lateral profiled surface shank shut-regulating member at a distance z from the joint plane of the shank with a cylindrical sealing belt locking and regulating member, wherein the shank has a diameter value D z.

С учетом вышесказанного справедливы следующие соотношения:In view of the foregoing, the following relationships are true:

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

(здесь βz - угол, дополняющий до значения 180° угол наклона касательной к боковой профилированной поверхности хвостовика в точке, расположенной на расстоянии z от плоскости стыка хвостовика с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента и лежащей, соответственно, на окружности с диаметром Dz, относительно оси хвостовика в направлении отсчета координаты z).(here β z - angle complementary to the value of 180 ° angle of inclination of the tangent to the side of the profiled surface of the shank at a point situated at a distance z from the shank joint plane with a cylindrical sealing belt locking and regulating member and lying, respectively, on a circle with diameter D z , relative to the axis of the shank in the reference direction of the coordinate z).

Приравняв левые части выражений (23) и (24) с учетом соотношений (25), (26) и принимая во внимание то обстоятельство, чтоEquating the left-hand sides of expressions (23) and (24) taking into account relations (25), (26) and taking into account the fact that

cosβz=(1+tgβz)l/2,cosβ z = (1 + tgβ z ) l / 2 ,

получаемwe get

Figure 00000028
Figure 00000028

Последнее уравнение (27), устанавливающее связь между текущим потребным значением диаметра Dz хвостовика и координатой z, отсчитываемой вдоль оси хвостовика от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента, полностью совпадает с уравнением (3).The last equation (27), which establishes the relationship between the current required value of the shank diameter D z and the coordinate z, counted along the axis of the shank from the plane of its junction with the cylindrical sealing belt of the locking-regulating element, completely coincides with equation (3).

А поскольку уравнение (27) получено на основании соотношения (23), то идентичность уравнений (27) и (3) доказывает сформулированное выше положение о том, что при выполнении профиля боковой поверхности хвостовика запорно-регулирующего элемента на основании уравнения (3) обеспечивается высокая (с относительной погрешностью, не превышающей заданную допустимую величину δ) точность регулирования расхода рабочей жидкости посредством клапана во всем диапазоне изменения площади его проходного сечения.And since equation (27) is obtained on the basis of relation (23), the identity of equations (27) and (3) proves the above statement that when performing the profile of the lateral surface of the shank of the locking-regulating element on the basis of equation (3), a high (with a relative error not exceeding a predetermined allowable value δ) the accuracy of regulation of the flow rate of the working fluid through the valve in the entire range of changes in the area of its flow area.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема запорно-регулирующего клапана, на фиг.2 - расчетная схема для определения площади проходного сечения клапана.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a structural diagram of a shut-off and control valve, figure 2 is a design diagram for determining the area of the passage section of the valve.

Запорно-регулирующий клапан (фиг.1) содержит корпус 1 с присоединительными входным 2 и выходным 3 каналами. В расточке корпуса 1 неподвижно установлены соосные седло 4 с уплотнительной фаской 5 и центральными цилиндрическим уплотняющим пояском 6, имеющим диаметр, не больший внутреннего диаметра уплотнительной фаски 5 седла 4, и проходным отверстием 7 и направляющая гильза 8 с отверстиями 9 со стороны входного канала 2. В направляющей гильзе 8 размещен запорно-регулирующий элемент 10 с соосными направляющей цилиндрической частью 11, буртом 12 с запорной фаской 13, ответным цилиндрическим уплотняющим пояском 14 и хвостовиком 15, выполненный с двумя диаметрально расположенными верхним 16 и нижним 17 штоками. При контакте запорной фаски 13 запорно-регулирующего элемента 10 и уплотнительной фаски 5 седла 4 ответный цилиндрический уплотняющий поясок 14 запорно-регулирующего элемента 10 образует с центральным цилиндрическим уплотняющим пояском 6 седла 4 золотниковую пару с гарантированным радиальным зазором и положительным перекрытием. Корпус 1 герметично закрыт крышкой 18, расположенной по отношению к запорно-регулирующему элементу 10 со стороны, противоположной седлу 4 клапана. Запорно-регулирующий элемент 10 установлен с образованием со стороны его бурта 12 входной полости 19, соединенной посредством отверстий 9, выполненных в направляющей гильзе 8, с присоединительным входным каналом 2 клапана, с образованием между боковой поверхностью 20 хвостовика 15 запорно-регулирующего элемента 10 и поверхностью центрального проходного отверстия 7 седла 4 канала 21, соединенного с присоединительным выходным каналом 3 клапана, и с образованием между поверхностями запорно-регулирующего элемента 10 и крышки 18 надклапанной полости 22, сообщенной посредством отверстия 23, выполненного в запорно-регулирующем элементе 10, с присоединительным выходным каналом 3.Shut-off and control valve (figure 1) contains a housing 1 with connecting input 2 and output 3 channels. In the bore of the housing 1, coaxial saddle 4 is fixedly mounted with a sealing chamfer 5 and a central cylindrical sealing girdle 6 having a diameter not larger than the inner diameter of the sealing chamfer 5 of the saddle 4, and a bore 7 and a guide sleeve 8 with holes 9 from the input channel 2 side. In the guide sleeve 8 there is a locking-regulating element 10 with a coaxial guide cylindrical part 11, a collar 12 with a locking chamfer 13, a reciprocal cylindrical sealing girdle 14 and a shank 15, made with two diameters spaced upper 16 and lower 17 rods. When the locking chamfer 13 of the locking and regulating element 10 and the sealing facet 5 of the seat 4 are in contact, the counter cylindrical sealing girdle 14 of the locking and regulating element 10 forms a spool pair with a guaranteed radial clearance and positive overlap with the central cylindrical sealing belt 6 of the saddle 4. The housing 1 is hermetically closed by a cover 18, located in relation to the locking and regulating element 10 from the side opposite to the valve seat 4. The locking and regulating element 10 is installed with the formation on the side of its collar 12 of the input cavity 19, connected through holes 9 made in the guide sleeve 8, with the connecting input channel 2 of the valve, with the formation between the side surface 20 of the shank 15 of the locking element 10 and the surface the Central passage 7 of the seat 4 of the channel 21, connected to the connecting output channel 3 of the valve, and with the formation between the surfaces of the locking and regulating element 10 and the cover 18 nadklapanny cavity 2 2 communicated through an opening 23 made in the locking-regulating element 10, with a connecting output channel 3.

Концы верхнего штока 16, расположенного со стороны надклапанной полости 22, и нижнего штока 17, расположенного со стороны выходного канала 3 клапана, через соответствующие уплотненные отверстия, выполненные в крышке 18 и корпусе 1, выходят за пределы корпуса 1 клапана в атмосферу.The ends of the upper stem 16, located on the side of the overvalve cavity 22, and the lower stem 17, located on the side of the outlet channel 3 of the valve, through the corresponding sealed holes made in the cover 18 and the housing 1, go beyond the valve body 1 into the atmosphere.

Поверхность контакта направляющей цилиндрической части 11 запорно-регулирующего элемента 10 и направляющей гильзы 8 уплотнена посредством уплотнения 24, предотвращающего перетечки рабочей жидкости по радиальному зазору между деталями 10 и 8 их входной полости 19 клапана в его надклапанную полость 22.The contact surface of the guide cylindrical part 11 of the locking and regulating element 10 and the guide sleeve 8 is sealed by means of a seal 24, which prevents the fluid from flowing over the radial clearance between parts 10 and 8 of their valve inlet cavity 19 into its valve body 22.

Диаметр Dн направляющей цилиндрической части 11 запорно-регулирующего элемента 10 выполнен меньше диаметра Dп.з его цилиндрического уплотняющего пояска 14, а диаметр Dш.в верхнего штока 16 запорно-регулирующего элемента 10 выполнен меньше диаметра Dш.н нижнего штока 17, и указанные диаметры во всем возможном диапазоне значений давления в выходном канале 3 клапана удовлетворяют системе неравенств (1) и (2).The diameter D n of the guide cylindrical part 11 of the locking and regulating element 10 is made smaller than the diameter D of the item c of its cylindrical sealing girdle 14, and the diameter D W. in the upper rod 16 of the locking and regulating element 10 is made smaller than the diameter D of the connecting rod of the lower rod 17, and the indicated diameters in the entire possible range of pressure values in the outlet channel 3 of the valve satisfy the system of inequalities (1) and (2).

Боковая поверхность 20 хвостовика 15 запорно-регулирующего элемента 10 спрофилирована на основании уравнения (3), устанавливающего связь между текущим потребным значением диаметра Dz хвостовика 15 и координатой z, отсчитываемой вдоль оси хвостовика 15 от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском 14 запорно-регулирующего элемента 10 (фиг.2).The lateral surface 20 of the shank 15 of the locking and regulating element 10 is profiled based on equation (3), which establishes the relationship between the current required value of the diameter D z of the shank 15 and the coordinate z, measured along the axis of the shank 15 from the plane of its junction with the cylindrical sealing girdle 14 of the locking and regulating element 10 (figure 2).

Нижний шток 17 запорно-регулирующего элемента 10 является управляющим (силовым) и соединен (предпочтительно без зазора в осевом направлении) с выходным звеном управляющего привода клапана, например, со штоком гидроцилиндра управления (на чертежах управляющий привод и его выходное звено не показаны).The lower stem 17 of the locking and regulating element 10 is a control (power) and is connected (preferably without a gap in the axial direction) with the output link of the control valve actuator, for example, with the rod of the control hydraulic cylinder (the control drive and its output link are not shown in the drawings).

Верхний шток 16 запорно-регулирующего элемента 10 является измерительным и соединен с подвижным звеном датчика перемещения (на чертежах датчик перемещения и его подвижное звено не показаны).The upper rod 16 of the locking and regulating element 10 is measuring and connected to the movable link of the displacement sensor (in the drawings, the displacement sensor and its movable link are not shown).

Запорно-регулирующий клапан работает следующим образом.Shut-off valve operates as follows.

При закрытом проходном сечении клапана (при наличии контакта запорной фаски 13 запорно-регулирующего элемента 10 и уплотнительной фаски 5 седла 4) рабочая жидкость действует на запорно-регулирующий элемент 10 с результирующим усилием Рприж [см. выражение (4)], направленным в сторону седла 4.When the valve cross section is closed (if there is a contact between the locking chamfer 13 of the locking-regulating element 10 and the sealing chamfer 5 of the seat 4), the working fluid acts on the locking-regulating element 10 with the resulting force P nip [see expression (4)] directed towards the saddle 4.

Указанное усилие при любом значении давления р в выходном канале 3 клапана из диапазона от нуля до значения давления во входном канале 2 клапана (давления питания рnum) даже при неисправности управляющего привода клапана обеспечивает создание на поверхности контакта запорной фаски 13 запорно-регулирующего элемента 10 и уплотнительной фаски 5 седла 4 напряжений, достаточных для обеспечения герметичного разделения входного 2 и выходного 3 каналов клапана [см. неравенство (1)]. В то же время (в силу ограниченности максимального значения напряжений, обусловленных действием силы Рприж) даже при создании с помощью управляющего привода клапана дополнительного усилия, прижимающего запорно-регулирующий элемент 10 к седлу 4, величина напряжений на поверхности контакта запорной фаски 13 и уплотнительной фаски 5 не превосходит значение напряжений, допустимое из условия прочности контактирующих поверхностей.The specified force at any pressure value p in the valve outlet channel 3 from a range from zero to the pressure in the valve inlet channel 2 (supply pressure p num ) even if the control valve actuator fails, creates a locking facet 13 of the locking-regulating element 10 on the contact surface the sealing facet 5 of the seat 4 of the voltage sufficient to ensure a tight separation of the input 2 and output 3 channels of the valve [see inequality (1)]. At the same time (due to the limited maximum value of the stresses caused by the force F engraft) even when creating by the control actuator further efforts valve clamping locking and regulating member 10 to the seat 4, the amount of stress on the surface of locking chamfer contact 13 and the sealing lip 5 does not exceed the value of stresses admissible from the condition of the strength of the contacting surfaces.

При смещении запорно-регулирующего элемента 10 относительно седла 4 под действием управляющего привода клапана (на чертежах управляющий привод клапана не показан) на величину, меньшую перекрытия цилиндрических уплотняющих поясков 14 и 6 соответственно запорно-регулирующего элемента 10 и седла 4, давление в пространстве между запорно-регулирующим элементом 10 и седлом 4 на участке, ограниченном указанными цилиндрическими уплотнительными поясками 14 и 6 и входом в зазор между запорной фаской 13 запорно-регулирующего элемента 10 и уплотнительной фаской 5 седла 4, поднимается до величины, равной или близкой к давлению рпит во входном канале клапана (поскольку зазор между цилиндрическими уплотнительными поясками 14 и 6 обладает большим гидравлическим сопротивлением). При этом результирующая сила, действующая со стороны рабочей жидкости, на запорно-регулирующий элемент 10 уменьшается по величине от значения Рприж, определяемого по формуле (4), до значения Рзакр, определяемого по формуле (8), но при любом значении давления р в выходном канале 3 клапана из диапазона от нуля до значения давления во входном канале 2 клапана (давления питания рпит) остается направленной в сторону седла 4 (то есть в сторону закрытия проходного сечения клапана) и достаточной по величине для преодоления соответствующих сил сопротивления и перемещения запорно-регулирующего в направлении седла до соприкосновении с ним [см. неравенство (2)].When the locking and regulating element 10 relative to the seat 4 under the control of the valve actuator (the valve actuator is not shown in the drawings) is less than the overlap of the cylindrical sealing belts 14 and 6, respectively, of the locking and regulating element 10 and the seat 4, the pressure in the space between the locking the regulating element 10 and the saddle 4 in the area limited by the specified cylindrical sealing bands 14 and 6 and the entrance to the gap between the locking chamfer 13 of the locking and regulating element 10 and the sealing Chamfer 5 of seat 4 rises to a value equal to or close to the pressure pit in the valve inlet channel (since the gap between the cylindrical sealing belts 14 and 6 has a large hydraulic resistance). In this case, the resulting force acting on the side of the working fluid on the shut-off-regulating element 10 decreases in value from the value of R pzh , determined by the formula (4), to the value of P close determined by the formula (8), but at any pressure p in the outlet channel 3 of the valve from a range from zero to the pressure in the inlet channel 2 of the valve (supply pressure p pit ) remains directed towards the seat 4 (that is, towards the closing of the valve bore) and sufficient in size to overcome the corresponding forces the phenomena and movements of the locking-regulating in the direction of the saddle until it comes into contact with it [see inequality (2)].

Уменьшение результирующей силы гидростатического давления рабочей жидкости на запорно-регулирующий элемент 10 после отрыва запорной фаски 13 запорно-регулирующего элемента 10 от уплотнительной фаски 5 седла 4 облегчает последующее смещение запорно-регулирующего элемента 10 в направлении открытия проходного сечения клапана и при прочих равных условиях способствует снижению времени, необходимого для открытия проходного сечения.Reducing the resulting force of hydrostatic pressure of the working fluid on the locking and regulating element 10 after tearing off the locking chamfer 13 of the locking and regulating element 10 from the sealing chamfer 5 of the seat 4 facilitates the subsequent displacement of the locking and regulating element 10 in the direction of opening the valve passage section and, all other things being equal, helps to reduce the time required to open the bore.

При смещении запорно-регулирующего элемента 10 относительно седла 4 под действием управляющего привода клапана (на чертежах управляющий привод клапана не показан) на величину, равную или большую перекрытия цилиндрических уплотняющих поясков 14 и 6 соответственно запорно-регулирующего элемента 10 и седла 4, открывается проходное сечение клапана, которое представляет собой боковую поверхность усеченного конуса, образованную нормалями к боковой профилированной поверхности 20 хвостовика 15 запорно-регулирующего элемента 10, проведенными из точек кромки цилиндрического уплотнительного пояска 6 седла 4, ближней к уплотнительной фаске 5 последнего (см. фиг.2). Поскольку боковая поверхность 20 хвостовика 15 спрофилирована на основании уравнения (3), то во всем диапазоне изменения площади проходного сечения предлагаемого запорно-регулирующего клапана обеспечивается относительная погрешность регулирования расхода, не превышающая заданную допустимую величину 8.When the locking and regulating element 10 is moved relative to the seat 4 under the action of the control valve actuator (the valve is not shown in the drawings) by an amount equal to or greater than the overlap of the cylindrical sealing belts 14 and 6, respectively, of the locking and regulating element 10 and saddle 4, the passage section opens valve, which is the lateral surface of the truncated cone, formed by the normals to the lateral profiled surface 20 of the shank 15 of the locking and regulating element 10, made from ek edge of the cylindrical sealing rib 6 of the saddle 4, proximal to the sealing lip of the last 5 (see FIG. 2). Since the lateral surface 20 of the shank 15 is profiled on the basis of equation (3), then in the entire range of the change in the passage area of the proposed shut-off and control valve, a relative error in the flow control is provided that does not exceed a predetermined allowable value of 8.

Благодаря указанной профилировке боковой поверхности 20 хвостовика 15 обеспечивается плавное расширение канала 21, образованного указанной поверхностью и поверхностью центрального проходного отверстия 7 седла 4, в направлении к выходному каналу 3, что способствует снижению вероятности возникновения при работе клапана кавитации отрывного типа, ведущей к наиболее интенсивному кавитационному износу элементов клапана (см.: Бочаров Ю.А., Денисюк А.К. Совершенствование проточной части клапанных распределителей для гидросистем кузнечно-штамповочных машин ударного действия / Кузнечно-штамповочное производство. - 1974. - №5. - С.31-33).Thanks to the specified profiling of the side surface 20 of the shank 15, the channel 21 formed by the indicated surface and the surface of the central passage 7 of the seat 4 is smoothly expanded towards the outlet channel 3, which reduces the likelihood of a tear-off cavitation valve during operation leading to the most intense cavitation wear of valve elements (see: Bocharov Yu.A., Denisyuk A.K. Improving the flow part of valve distributors for hydraulic forging and stamping Impact / forging and stamping machines full-time production -. 1974. - №5 -. S.31-33).

Так как к началу открытия проходного сечения клапана запорная фаска 13 запорно-регулирующего элемента 10 оказывается смещенной относительно уплотнительной фаски 5 седла 4 на расстояние, равное величине перекрытия цилиндрических уплотняющих поясков 14 и 6, то площадь канала, образованного фасками 13 и 5, после открытия проходного сечения клапана значительно превышает площадь указанного проходного сечения. Благодаря этому фаски 13 и 5 заведомо располагаются вне зоны кавитационных процессов, возможных в проточной части клапана при его работе, и не подвергаются кавитационному износу, что способствует повышению их долговечности.Since, by the beginning of the opening of the valve’s cross-section opening, the locking chamfer 13 of the locking-regulating element 10 is shifted relative to the sealing chamfer 5 of the seat 4 by a distance equal to the overlap of the cylindrical sealing belts 14 and 6, the area of the channel formed by the chamfers 13 and 5 after opening the the cross section of the valve significantly exceeds the area of the specified bore. Due to this, the chamfers 13 and 5 are deliberately located outside the zone of cavitation processes that are possible in the flow part of the valve during its operation and are not subject to cavitation wear, which contributes to an increase in their durability.

В штатных условиях работы клапана изменение положения его запорно-регулирующего элемента 10 происходит в строгом соответствии с изменением положения выходного звена управляющего привода клапана (на чертежах управляющий привод и его выходное звено не показаны), соединенного с нижним штоком 17 запорно-регулирующего элемента 10.Under normal operating conditions of the valve, a change in the position of its locking and regulating element 10 occurs in strict accordance with a change in the position of the output link of the valve control actuator (the control actuator and its output link are not shown in the drawings) connected to the lower stem 17 of the locking and regulating element 10.

При нарушении связи между нижним штоком 17 и выходным звеном управляющего привода клапана и смещении указанного звена в направлении уменьшения площади проходного сечения клапана запорно-регулирующий элемент 10 под действием на него со стороны рабочей жидкости силы Рзакр [см. выражение (8), неравенство (2)] смещается в направлении своего седла 4 до упора в него или до упора штока 17 в выходное звено управляющего привода (в зависимости от того, в какое положение переместилось это звено).If the connection between the lower stem 17 and the output link of the valve control actuator is broken and the specified link is displaced in the direction of decreasing the passage area of the valve, the locking and regulating element 10 is subjected to the action of a force P closed by it from the working fluid side [see expression (8), inequality (2)] is shifted in the direction of its saddle 4 until it stops against it or until the rod 17 stops against the output link of the control drive (depending on the position this link has moved to).

При растормаживании выходного звена управляющего привода (например, из-за исчезновения питания данного привода) запорно-регулирующий элемент 10 под действием на него со стороны рабочей жидкости силы Рзакр [см. выражение (8), неравенство (2)] смещается в направлении своего седла 4 до упора в него, перемещая вместе с собой выходное звено управляющего привода. В результате, проходное сечение запорно-регулирующего клапана закрывается, что позволяет предотвратить аварийные ситуации, связанные с отказом управляющего привода.When braking the output link of the control drive (for example, due to the disappearance of the power supply of the drive), the locking-regulating element 10 under the action of the force P closed on it by the working fluid [see expression (8), inequality (2)] is shifted in the direction of its saddle 4 to the stop in it, moving with it the output link of the control drive. As a result, the bore of the shut-off and control valve is closed, which helps to prevent emergency situations associated with a failure of the control drive.

Таким образом, реализация изобретения обеспечивает повышенную надежность герметичного закрытия проходного сечения запорно-регулирующего клапана в нештатных ситуациях (например, при нарушении связи штока запорно-регулирующего элемента с выходным звеном управляющего привода клапана) и высокую точность регулирования расхода рабочей жидкости с помощью его во всем диапазоне изменения площади проходного сечения клапана.Thus, the implementation of the invention provides increased reliability of hermetic closure of the bore of the shut-off and control valve in emergency situations (for example, if the rod of the shut-off-control element breaks with the output link of the valve control actuator) and high accuracy of controlling the flow rate of the working fluid using it over the entire range changes in the flow area of the valve.

Запорно-регулирующий клапан может быть использован в гидроприводах управления ковочными и штамповочными прессами.The shut-off and control valve can be used in hydraulic actuators for forging and stamping presses.

Литературные источникиLiterary sources

1. Регулирующий клапан: Авторское свидетельство СССР № 1543170. МКИ F16К 47/02. Заявлено 31.03.1987. Опубликовано 15.02.1990.1. Control valve: USSR author's certificate No. 1543170. MKI F16K 47/02. Stated March 31, 1987. Published 02/15/1990.

2. Запорно-регулирующий клапан: Патент РФ № 2103583. МКИ F16К 39/02. Заявлено 01.04.1996. Опубликовано 27.01.1998.2. Shut-off and control valve: RF Patent No. 2103583. MKI F16K 39/02. Stated April 1, 1996. Published on January 27, 1998.

Claims (2)

1. Запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с присоединительными входным и выходным каналами, в расточке которого выполнено седло с уплотнительной фаской и центральным цилиндрическим уплотняющим пояском, имеющим диаметр, не больше внутреннего диаметра уплотнительной фаски седла, и проходным отверстием и размещен запорно-регулирующий элемент с соосными направляющей цилиндрической частью, буртом с запорной фаской, ответным цилиндрическим уплотняющим пояском и хвостовиком, связанный с двумя диаметрально расположенными штоками, концы которых через уплотненные отверстия выходят в противоположные стороны за пределы корпуса клапана, при этом корпус клапана герметично закрыт крышкой, расположенной по отношению к запорно-регулирующему элементу со стороны, противоположной седлу клапана, а запорно-регулирующий элемент установлен с образованием со стороны его бурта входной полости, соединенной с присоединительным входным каналом клапана, с образованием между поверхностями хвостовика запорно-регулирующего элемента и центрального проходного отверстия седла канала, соединенного с присоединительным выходным каналом клапана, и с образованием между поверхностями запорно-регулирующего элемента и крышки надклапанной полости, сообщенной с присоединительным выходным каналом, отличающийся тем, что диаметр направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента выполнен меньше диаметра его цилиндрического уплотняющего пояска, а диаметр верхнего штока запорно-регулирующего элемента, расположенного со стороны надклапанной полости, выполнен меньше диаметра нижнего штока, расположенного со стороны выходного канала клапана, и указанные диаметры во всем возможном диапазоне значений давления в выходном канале клапана удовлетворяют следующей системе неравенств:1. Shut-off and control valve, comprising a housing with connecting inlet and outlet channels, in the bore of which a seat is made with a sealing chamfer and a central cylindrical sealing girdle having a diameter not larger than the inner diameter of the seat bevel, and a bore and a shut-off control element is placed with a coaxial guide cylindrical part, a collar with a locking chamfer, a reciprocal cylindrical sealing girdle and a shank, connected with two diametrically located rods, to the ends of which through the sealed holes extend in opposite directions beyond the valve body, while the valve body is hermetically sealed with a cover located in relation to the locking and regulating element from the side opposite the valve seat, and the locking and regulating element is installed to form an inlet the cavity connected to the connecting inlet channel of the valve, with the formation between the surfaces of the shank of the locking-regulating element and the Central passage bore of the channel seat, connected to the connecting outlet channel of the valve, and with the formation between the surfaces of the locking-regulating element and the cover of the valvular cavity in communication with the connecting output channel, characterized in that the diameter of the guide cylindrical part of the locking-regulatory element is smaller than the diameter of its cylindrical sealing girdle, and the diameter of the upper the rod of the locking and regulating element located on the side of the supravalvular cavity is made smaller than the diameter of the lower rod located with Rhone outlet valve, and said diameters throughout the possible range of values of pressure in the outlet channel of the valve system satisfy the following inequalities:
Figure 00000029
Figure 00000029
Figure 00000030
Figure 00000030
где Dн - диаметр направляющей цилиндрической части запорно-регулирующего элемента;where D n - the diameter of the guide cylindrical part of the locking and regulating element; dк.н, Dк.в - соответственно наружний и внутренний диаметры поверхности контакта запорной фаски запорно-регулирующего элемента и уплотнительной фаски седла;d kn , D kv - respectively the outer and inner diameters of the contact surface of the locking chamfer of the locking-regulating element and the sealing chamfer of the saddle; Dш.н, Dш.в - диаметры соответственно нижнего и верхнего штоков запорно-регулирующего элемента;D sh.n , D sh.v - diameters of the lower and upper rods of the locking and regulating element, respectively; Dп.з - диаметр цилиндрического уплотняющего пояска запорно-регулирующего элемента;D pz - the diameter of the cylindrical sealing belt locking element; Pпит - постоянное давление (давления питания) во входном канале клапана;P pit - constant pressure (supply pressure) in the valve inlet; р - давление в выходном канале клапана (0≤p≤pпит);p is the pressure in the outlet channel of the valve (0≤p≤p pit ); σmin, σmax - значения соответственно минимального (из условия обеспечения герметичности) и максимального (из условия прочности) допустимых напряжений на поверхности контакта запорной фаски запорнорегулирующего элемента и уплотнительной фаски седла (σmin>пит);σ min , σ max are the values of the minimum (from the condition of tightness) and maximum (from the condition of strength) allowable stresses on the contact surface of the locking facet of the locking element and the sealing facet of the saddle (σ min > pit ); R - усилие, которое необходимо приложить к запорно-регулирующему элементу для перемещения его в направлении седла до соприкосновении с ним из положения, при котором проходное сечение клапана открыто.R is the force that must be applied to the locking and regulating element in order to move it in the direction of the saddle until it contacts it from the position at which the valve cross-section is open.
2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность хвостовика запорно-регулирующего элемента спрофилирована на основании следующего уравнения, устанавливающего связь между текущим потребным значением диаметра Dz хвостовика и координатой z, отсчитываемой вдоль оси хвостовика от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента2. The valve according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the shank of the locking-regulating element is profiled based on the following equation establishing the relationship between the current required value of the diameter D z of the shank and the coordinate z measured along the axis of the shank from the plane of its junction with the cylindrical sealing belt locking element
Figure 00000031
Figure 00000031
где Dn.c - диаметр центрального цилиндрического уплотняющего пояска седла;where D nc is the diameter of the Central cylindrical sealing belt of the saddle; Dz - текущее потребное значение диаметра хвостовика;D z - the current required value of the diameter of the shank; z - координата, отсчитываемая вдоль оси хвостовика от плоскости его стыка с цилиндрическим уплотняющим пояском запорно-регулирующего элемента;z is the coordinate measured along the axis of the shank from the plane of its junction with the cylindrical sealing belt of the locking and regulating element; А0 - начальное значение площади проходного сечения между хвостовиком запорно-регулирующего элемента и центральным цилиндрическим уплотняющим пояском седла, равное площади кольца, наружный диаметр которого равен диаметру уплотняющего пояска седла, а внутренний - диаметру цилиндрического уплотняющего пояска запорно-регулирующего элемента;And 0 is the initial value of the cross-sectional area between the shank of the locking and regulating element and the Central cylindrical sealing belt of the saddle, equal to the area of the ring, the outer diameter of which is equal to the diameter of the sealing belt of the saddle, and the inner diameter of the cylindrical sealing belt of the locking and regulating element; σ - допустимая величина относительной погрешности регулирования расхода рабочей жидкости;σ is the allowable value of the relative error in the regulation of the flow rate of the working fluid; Δ - максимальное абсолютное значение погрешности установки запорно-регулирующего элемента клапана в требуемую позицию.Δ is the maximum absolute value of the error in the installation of the locking and regulating element of the valve in the desired position.
RU2006146789/06A 2006-12-26 2006-12-26 Multi-purpose valve RU2334906C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006146789/06A RU2334906C1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Multi-purpose valve

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006146789/06A RU2334906C1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Multi-purpose valve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2334906C1 true RU2334906C1 (en) 2008-09-27

Family

ID=39929032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006146789/06A RU2334906C1 (en) 2006-12-26 2006-12-26 Multi-purpose valve

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2334906C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552211C1 (en) * 2014-05-05 2015-06-10 Валерий Владимирович Бодров Multi-purpose valve
RU171256U1 (en) * 2016-08-03 2017-05-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "МКТ-АСДМ" UNLOADED THROTTLE KIT
CN107822242A (en) * 2017-11-10 2018-03-23 泉州信息工程学院 A kind of blast massages safety helmet device
RU2738387C2 (en) * 2015-11-05 2020-12-11 Фишер Контролз Интернешнел Ллс Balanced valve regulator and method of reduction of rod forces on valve stem

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2552211C1 (en) * 2014-05-05 2015-06-10 Валерий Владимирович Бодров Multi-purpose valve
RU2738387C2 (en) * 2015-11-05 2020-12-11 Фишер Контролз Интернешнел Ллс Balanced valve regulator and method of reduction of rod forces on valve stem
RU171256U1 (en) * 2016-08-03 2017-05-25 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "МКТ-АСДМ" UNLOADED THROTTLE KIT
CN107822242A (en) * 2017-11-10 2018-03-23 泉州信息工程学院 A kind of blast massages safety helmet device
CN107822242B (en) * 2017-11-10 2023-10-27 泉州信息工程学院 Wind pressure massage safety helmet device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9057448B2 (en) Internal relief valve for a valve actuator
US9103465B2 (en) Dual piston actuator and method of use
US11236845B2 (en) Valve trim apparatus having multiple fluid flow control members
US11187344B2 (en) Quick change valve trim assembly
GB2133506A (en) Stem connection for gate valve
RU2334906C1 (en) Multi-purpose valve
EP2733402B1 (en) Pressure balanced spring loaded overtravel sealing apparatus
EP2923126B1 (en) Apparatus and method for reducing actuator thrust requirements in a control valve
US9404513B2 (en) Servo valve
US11149859B2 (en) Close only expansive gate valve
GB2253467A (en) Gate valve with hydraulic actuator.
EP1592906B1 (en) Bushing-less stem guided control valve
US5143348A (en) Easy-opening, high pressure gate valve
US10072766B2 (en) Valve
KR101617924B1 (en) Pilot-type electromagnetic valve
US7201188B2 (en) Fluted reciprocating ball valve
US20230265928A1 (en) Integrated equalizaton valve
RU96924U1 (en) VALVE AND CONTROL VALVE
US3125122A (en) Throttling valve
RU208659U1 (en) SHUT-OFF AND CONTROL VALVE
RU2552211C1 (en) Multi-purpose valve
RU2786299C1 (en) Shut-off and control valve
RU184903U1 (en) LATCH
DE102007037280A1 (en) Minimum pressure valve, has outer valve piston with valve plate driven in outside opening position, which releases flow cross sections and releases fluid flow generated from flow restrictor via main spring
WO1995016155A1 (en) Valve

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151227