RU2751825C1

RU2751825C1 - Rotary valve

Info

Publication number: RU2751825C1
Application number: RU2020139364A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Гусев
Original assignee: Смирнов Роман Иванович; Ермолаев Владимир Викторович; Уваров Алексей Андреевич; Игорь Александрович Гусев
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-07-19

Abstract

FIELD: pipeline accessories.SUBSTANCE: invention relates to pipeline fittings and is intended for use in the designs of shut-off and control valves in the oil, gas, chemical, energy and other industries. The rotary valve contains a body with coaxial nozzles, a gate consisting of two spool valves with profile channels, each of which is made in the form of a smooth transition from a round hole to a sector hole in the contact zone of the spool valves, while the cross-sectional area of the mentioned channels along their length is the same, a spindle with a flywheel and a bevel gear at the end interacting with two gear rings transmitting torque to two spool valves, moreover, when the spindle rotates due to a bevel gear, two gear rings and two spool rotate in different directions, changing the area of the flow section of the valve, while in order to ensure a small coefficient of hydraulic resistance equal to no more than 0.3, it is necessary to perform the length L of the gate equal to two diameters of the circular opening of the channel.EFFECT: invention is aimed at creating a rotary valve with a small coefficient of hydraulic resistance instead of two: a shut-off valve and a control valve while ensuring a high service life and maintainability.5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в конструкциях запорных, регулирующих клапанов в нефтяной, газовой, химической, энергетической и других отраслях.The invention relates to pipeline fittings and is intended for use in the design of shut-off, control valves in the oil, gas, chemical, energy and other industries.

Из уровня техники известны различные решения поворотных клапанов, наиболее распространенным из которых является шаровой клапан, см. авторское свидетельство на изобретение SU 1596162, МПК F16K 5/10, 30.09.199. Известный запорно-регулирующий кран содержит корпус, в котором на опорных цапфах, одной из которых служит «приводная ось» (шпиндель), установлена шаровая запорная пробка, внутри которой размещен регулирующий орган с приводным шпинделем. Пробка выполнена со сферической внутренней поверхностью, а регулирующий орган выполнен в виде шара с проходным отверстием, равным проходному отверстию в пробке, и установлен с зазором относительно сферической внутренней поверхности пробки. Шаровые краны как вид запорной трубопроводной арматуры получили широкое распространение благодаря таким преимуществам как минимальные габариты и полнопроходность.From the prior art, various solutions of rotary valves are known, the most common of which is a ball valve, see inventor's certificate SU 1596162, IPC F16K 5/10, 09/30/199. The known shut-off and control valve contains a housing in which on the supporting pins, one of which is a "drive axle" (spindle), a ball stop plug is installed, inside which a control body with a drive spindle is located. The plug is made with a spherical inner surface, and the regulating body is made in the form of a ball with a through hole equal to the through hole in the plug, and is installed with a gap relative to the spherical inner surface of the plug. Ball valves as a type of shut-off pipeline valves have become widespread due to such advantages as minimal dimensions and full bore.

Однако известное решение не лишено недостатков, в частности:However, the known solution is not without its drawbacks, in particular:

- расходная характеристика шарового клапана не является линейной и его сложно настроить на заданный расход рабочей среды;- the flow characteristic of the ball valve is not linear and it is difficult to adjust it to a given flow rate of the working medium;

- при повороте пробки в промежуточное положение рабочая среда протекает как через центральное отверстие в пробке, так и вокруг нее, т.е. между пробкой и корпусом клапана, что негативно сказывается на ресурсе клапана;- when the plug is turned to an intermediate position, the working medium flows both through the central hole in the plug and around it, i.e. between the plug and the valve body, which negatively affects the valve resource;

- обработать твердую уплотнительную сферическую поверхность, как на пробке, так и на седле гораздо сложнее, чем плоскую поверхность;- machining a solid spherical sealing surface, both on the plug and on the seat, is much more difficult than a flat surface;

- при повреждении уплотнительной сферической поверхности, как на пробке, так и на седле эти детали не ремонтируются.- if the sealing spherical surface is damaged, both on the plug and on the seat, these parts are not repaired.

Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является использование одного поворотного клапана с малым коэффициентом гидравлического сопротивления вместо двух: запорного клапана и регулирующего клапана при обеспечении высокого срока эксплуатации и ремонтопригодности.The problem to be solved by this technical solution is the use of one rotary valve with a low coefficient of hydraulic resistance instead of two: a shut-off valve and a control valve, while ensuring a high service life and maintainability.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата поворотный клапан содержит корпус с соосными патрубками, затвор, состоящий из двух золотников с профильными каналами, каждый из которых выполнен в виде плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию в зоне контактирования золотников, при этом площадь поперечного сечения упомянутых каналов по их длине выполнена одинаковой, шпиндель с маховиком и конической шестерней на конце, взаимодействующей с двумя зубчатыми венцами, передающими крутящий момент двум золотникам, причем при вращении шпинделя за счет конической зубчатой передачи вращаются два зубчатых венца и два золотника в разных направлениях, меняя площадь проходного сечения клапана, при этом для обеспечения малого коэффициента гидравлического сопротивления равным не более 0,3 необходимо выполнить длину L затвора, равной двум диаметрам круглого отверстия канала.To solve the problem and achieve the technical result, the rotary valve contains a body with coaxial pipes, a valve consisting of two spools with profile channels, each of which is made in the form of a smooth transition from a round hole to a sector hole in the contact area of the spools, while the cross-sectional area of the channels mentioned along their length is made the same, the spindle with a flywheel and a bevel gear at the end, interacting with two gear rims transmitting torque to two spools, and when the spindle rotates due to the bevel gear transmission, two gear rings and two spools rotate in different directions, changing the flow area of the valve, while in order to ensure a small hydraulic resistance coefficient equal to not more than 0.3, it is necessary to make the length L of the shutter equal to two diameters of the round hole of the channel.

Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:Other embodiments of the invention are also possible, according to which it is necessary that:

- корпус был бы выполнен разборным, у которого один из патрубков закреплен на корпусе посредством резьбы, причем установочный диаметр этого патрубка превышает соответствующие размеры золотников в сборе с венцами с возможностью обеспечения сборочно-разборочных работ;- the body would be made collapsible, in which one of the pipes is fixed to the body by means of a thread, and the installation diameter of this pipe exceeds the corresponding dimensions of the spools assembled with rims with the possibility of ensuring assembly and disassembly operations;

- упомянутые венцы были бы установлены на золотниках по внешней поверхности и связаны с ним, посредством шпонок;- the aforementioned crowns would be installed on the spools along the outer surface and connected to it by means of dowels;

- клапан был бы выполнен с узлами уплотнения по шпинделю и корпусу;- the valve would be made with spindle and body sealing assemblies;

- упомянутые золотники были бы выполнены одинаковыми.- the spools mentioned would be the same.

Указанные признаки изобретения являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, касающегося расширения технических возможностей и улучшения технико-эксплуатационных характеристик, а именно использование вместо двух: запорного клапана и регулирующего клапана, одного поворотного клапана с малым коэффициентом гидравлического сопротивления и высоким сроком эксплуатации и ремонтопригодности. При этом патентуемый клапан обладает малым коэффициентом гидравлического сопротивления равным 0,3, что характерно для запорной арматуры при условии равенства площадей S=F и строительной длине затвора L=2D, причем расходная характеристика клапана близка к линейной, что широко распространено для регулирующих клапанов.These features of the invention are essential and interconnected by a causal relationship with the formation of a set of essential features sufficient to achieve a technical result related to expanding technical capabilities and improving technical and operational characteristics, namely the use of one rotary valve instead of two: a shut-off valve and a control valve valves with a low coefficient of hydraulic resistance and a long service life and maintainability. At the same time, the patented valve has a low coefficient of hydraulic resistance equal to 0.3, which is typical for shut-off valves, provided that the areas S = F and the gate construction length L = 2D are equal, and the flow characteristic of the valve is close to linear, which is widespread for control valves.

Применение конфигурации данной проточной части затвора позволяет достигнуть применение запорной арматуры в качестве регулирующей и оптимизировать массогабаритные характеристики клапана, а также применение плоского торцевого уплотнения в виде основного делает клапан более технологичным и ремонтопригодным по сравнению с шаровыми клапанами.The use of the configuration of this flowing part of the valve makes it possible to achieve the use of shut-off valves as control valves and to optimize the weight and size characteristics of the valve, as well as the use of a flat mechanical seal as the main one makes the valve more processable and maintainable in comparison with ball valves.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 - общий вид с продольным разрезом;in fig. 1 is a general view with a longitudinal section;

на фиг. 2 - общий вид затвора, состоящего из двух золотников, одни из которых выполнен с продольным разрезом;in fig. 2 - General view of the shutter, consisting of two spools, one of which is made with a longitudinal section;

на фиг. 3-продольный разрез затвора в положении «открыто»;in fig. 3-longitudinal section of the shutter in the "open" position;

на фиг. 4 - продольный разрез затвора в положении «закрыто».in fig. 4 is a longitudinal section of the shutter in the "closed" position.

Изобретение поясняется конкретным примером выполнения поворотного клапана, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.The invention is illustrated by a specific example of a rotary valve, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving a given set of essential features of a given technical result.

Согласно изобретению, поворотный клапан, выполняющий запорно-регулирующую функцию, содержит корпус 1 с соосными патрубками 2 и 3. Корпус 1 выполнен разборным, у которого патрубок 3 закреплен на корпусе 1 посредством резьбы 4, причем установочный диаметр этого патрубка превышает соответствующие размеры золотников 5, 6 в сборе с венцами 7, 8 с возможностью обеспечения сборочно-разборочных работ.According to the invention, a rotary valve performing a shut-off and regulating function comprises a body 1 with coaxial pipes 2 and 3. The body 1 is collapsible, in which the pipe 3 is fixed to the body 1 by means of a thread 4, and the installation diameter of this pipe exceeds the corresponding dimensions of the spools 5, 6 assembled with crowns 7, 8 with the ability to provide assembly and disassembly work.

В корпусе 1 размещен затвор, состоящий из двух золотников 5 и 6, выполненных с профильными каналами 9 и 10 соответственно, каждый из которых выполнен в виде плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию в зоне контактирования золотников 5 и 6 по торцевой поверхности с секторными отверстиями. При этом упомянутые золотники 5,6, а также и площадь поперечного сечения проходного канала по их длине, выполнены одинаковыми, т.е. площадь S круглого отверстия равна площади F секторного отверстия (S=F). Золотники 5 и 6 выполнены из высокопрочного материала, в частности металлическими или керамическими.In the body 1 there is a shutter consisting of two spools 5 and 6, made with profile channels 9 and 10, respectively, each of which is made in the form of a smooth transition from a round hole to a sector hole in the contact zone of the spools 5 and 6 along the end surface with sector holes ... In this case, the mentioned spools 5,6, as well as the cross-sectional area of the passage channel along their length, are made the same, i.e. the area S of the circular hole is equal to the area F of the sector hole (S = F). The spools 5 and 6 are made of high-strength material, in particular metal or ceramic.

В корпусе 1 также размещен шпиндель 11 с установленными на концах маховиком 12 и конической шестерней 13, при этом шпиндель 11 расположен в корпусе с возможностью взаимодействия упомянутой конической шестерни 13 с двумя зубчатыми венцами 7 и 8, закрепленными на упомянутых золотниках, и обеспечения поворота последних в противоположных направлениях относительно продольной оси с возможностью изменения площади проходного сечения клапана. Причем упомянутые венцы 7, 8 установлены на золотниках 5 и 6 по внешней поверхности посредством шпонок.The housing 1 also houses a spindle 11 with a flywheel 12 and a bevel gear 13 installed at the ends, while the spindle 11 is located in the housing with the possibility of interaction of the said bevel gear 13 with two gear rims 7 and 8 fixed on the said spools, and ensuring the rotation of the latter in opposite directions with respect to the longitudinal axis with the possibility of changing the area of the flow area of the valve. Moreover, the mentioned rims 7, 8 are installed on spools 5 and 6 along the outer surface by means of dowels.

С целью повышения эксплуатационных характеристик (увеличения срока эксплуатации, надежности, качества выполнения своих функций) корпус 1 выполнен с узлами уплотнения 14 по шпинделю 11, золотникам 5, 6 и патрубкам 2, 3.In order to improve operational characteristics (increase the service life, reliability, quality of performance of its functions), the body 1 is made with seal assemblies 14 along the spindle 11, spools 5, 6 and branch pipes 2, 3.

Устройство поворотного клапана функционирует следующим образом.The rotary valve device operates as follows.

В процессе сборки поворотного клапана производят установку в корпусе 1 золотника 5 с зубчатым венцом 7 на внешней поверхности, далее размещают шпиндель 11 с конической шестерней 13. Затем устанавливают в корпусе золотник 6 с зубчатым венцом 8, при этом между корпусом 1 и золотниками 5 и 6 размещены узлы уплотнений 14. После этого фиксируют в корпусе 1 указанные выше конструктивные элементы патрубком 3, связанным с корпусом 1 посредством резьбы 4 с последующей фиксацией этого патрубка 3 в корпусе 1 любым известным способом, например стопорным винтом. На шпиндель 11 устанавливают маховик 12, поворотом которого осуществляется поворот конической шестерни 13, далее поворот зубчатых венцов 7 и 8 в противоположные стороны и как, следствие, золотников 5 и 6 из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот. При этом золотники 5 и 6 контактируют своими торцевыми поверхностями плавно изменяя проходное отверстие на участке секторных отверстий золотников 5 и 6 в зоне их контакта из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот. Золотники 5, 6 с профильными каналами 9 и 10 обладают пониженным гидравлическим сопротивлением за счет выполнения плавного перехода от круглого отверстия к секторному отверстию, при выполнении условия, что площадь S круглого отверстия профильного канала равна площади F его секторного отверстия (S=F), а площадь поперечного сечения проходного канала по всей его длине величина постоянная.In the process of assembling the rotary valve, a spindle 5 with a gear 7 on the outer surface is installed in the housing 1, then the spindle 11 with a bevel gear 13 is placed. seals 14 are placed thereafter, the above structural elements are fixed in the housing 1 with a branch pipe 3 connected to the housing 1 by means of a thread 4, followed by fixing this branch pipe 3 in the housing 1 by any known method, for example, a locking screw. A flywheel 12 is installed on the spindle 11, by turning which the bevel gear 13 is rotated, then the gear rims 7 and 8 are rotated in opposite directions and, as a consequence, the spools 5 and 6 from the "open" position to the "closed" position and vice versa. In this case, the spools 5 and 6 contact with their end surfaces smoothly changing the orifice in the section of the sector openings of the spools 5 and 6 in the zone of their contact from the "open" position to the "closed" position and vice versa. Spools 5, 6 with profile channels 9 and 10 have a reduced hydraulic resistance due to a smooth transition from a round hole to a sector hole, provided that the area S of the circular hole of the profile channel is equal to the area F of its sector hole (S = F), and the cross-sectional area of the passage channel along its entire length is constant.

Патентуемая конструкция клапана обладает малым коэффициентом гидравлического сопротивления равным 0,3 что характерно для запорной арматуры при условии равенства площадей S=F и строительной длине затвора L=2D, где D - диаметр круглого отверстия. При этом расходная характеристика поворотного клапана близка к линейной, что широко распространено для регулирующих клапанов.The patented valve design has a low coefficient of hydraulic resistance equal to 0.3, which is typical for shut-off valves, provided that the areas S = F and the valve body length L = 2D are equal, where D is the diameter of the round hole. At the same time, the flow characteristic of the rotary valve is close to linear, which is widespread for control valves.

Использование изобретения позволяет применять в технологических линиях один клапан вместо двух с высокими эксплуатационными характеристиками. Применение в конструкции поворотного клапана принципа основного плоского уплотнения за счет обеспечение контактирования золотников 5 и 6 по торцевой поверхности из положения «открыто» в положение «закрыто» способствовало улучшению ремонтопригодности и повышению технологичности деталей клапана и клапана в целом.The use of the invention allows one valve to be used in technological lines instead of two with high performance characteristics. The use of the principle of the main flat seal in the design of the rotary valve by ensuring the contact of spools 5 and 6 along the end surface from the "open" position to the "closed" position improved the maintainability and improve the manufacturability of valve parts and the valve as a whole.

Claims

1.The rotary valve contains a body with coaxial pipes, a shutter consisting of two spools with profile channels, each of which is made in the form of a smooth transition from a round hole to a sector hole in the contact area of the spools, while the cross-sectional area of the said channels along their length is made is the same, a spindle with a flywheel and a bevel gear at the end, interacting with two gear rims transmitting torque to two spools, and when the spindle rotates due to the bevel gear transmission, two gear rings and two spools rotate in different directions, changing the flow area of the valve, when Moreover, to ensure a small hydraulic resistance coefficient equal to not more than 0.3, it is necessary to make the length L of the gate equal to two diameters of the round channel opening.

2. A rotary valve according to claim 1, characterized in that the body is collapsible, in which one of the nozzles is fixed to the body by means of a thread, and the mounting diameter of this nozzle exceeds the corresponding dimensions of the spools assembled with rims with the possibility of ensuring assembly and disassembly operations.

3. A rotary valve according to claim 1, characterized in that said rims are mounted on spools along the outer surface and are connected to it by means of keys.

4. A rotary valve according to claim 1, characterized in that it is made with sealing assemblies along the spindle and the body.

5. A rotary valve according to claim 1, characterized in that said spools are identical.