RU84938U1

RU84938U1 - AXIAL FLOW CONTROL VALVE

Info

Publication number: RU84938U1
Application number: RU2009103310/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Веремеев; Валерий Петрович Нефёдцев
Original assignee: Открытое акционерное общество "АТОММАШЭКСПОРТ"
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2009-07-20

Abstract

Регулирующий клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель, с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой, жестко соединенной с кольцевым седлом, зафиксированным в выходном патрубке с возможностью демонтажа последних, и размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке зубчато-реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, отличающийся тем, что цилиндрический поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего и ведомого штоков расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня.Axial flow control valve, comprising a housing with inlet and outlet nozzles and a cowl located inside the housing to form an annular channel, the outlet of which is blocked by a perforated cylindrical sleeve rigidly connected to the annular seat, fixed in the outlet nozzle with the possibility of dismantling the latter, and placed in a cylindrical sleeve with the possibility of axial movement inside it, a cylindrical piston mounted on a driven rod of a rack-and-pinion mechanism, a leading rod to which it is connected to the drive, characterized in that the cylindrical piston is made with discharge channels at the end, and the helical gearing of the gear-rack mechanism and the free ends of the driving and driven rods are located in the cavities formed for them, while the cavities of the helical gearing and the end of the driving rod are isolated from the pressure of the working medium, and the cavity of the end face of the driven rod is in communication with the cavity of the piston.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к области арматуростроения, в частности к регулирующим клапанам для газовых магистралей высокого давления.The proposed utility model relates to the field of valve engineering, in particular to control valves for high pressure gas lines.

Известен запорно-регулирующий клапан осевого потока, содержащий жестко соединенные между собой наружный корпус с седлом и внутренний корпус, образующие спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженный плунжер с уплотнительными элементами, размещенными во внутреннем корпусе с посадочным кольцевым зазором и механизмом осевого перемещения плунжера. (1).Known shut-off and control valve of the axial flow containing rigidly interconnected outer casing with a saddle and an inner casing, forming a straightened axisymmetric flow part, an unloaded plunger with sealing elements placed in the inner casing with a landing annular gap and the axial movement of the plunger. (one).

Недостатками конструкции является большая металлоемкость и масса клапана, что вызывает необходимость использования мощных приводов. Массивность элементов обуславливает их инерционность при открывании клапана, обуславливающую высокие ударные нагрузки, приходящиеся на уплотнительные поверхности затвора, трудности в осуществлении их плавной регулировки, что ведет к снижению герметичности и ресурса клапанов. Кроме того, клапан является узкодиапазонным по регулируемым параметрам из-за наличия уплотнительных элементов на плунжере, и ненадежен в условиях пуска и останова энергетических объектов.The design flaws are the large metal consumption and valve mass, which necessitates the use of powerful drives. The massiveness of the elements determines their inertia when the valve is opened, which causes high shock loads on the sealing surfaces of the shutter, difficulties in making them smooth adjustment, which leads to a decrease in the tightness and service life of the valves. In addition, the valve is narrow-range in terms of adjustable parameters due to the presence of sealing elements on the plunger, and is unreliable in conditions of starting and stopping power facilities.

Известен также регулирующий клапан осевого типа, содержащий разгруженный плунжер с уплотнительными поверхностями, размещенный во внутреннем корпусе с посадочным кольцевым зазором (2). На плунжере установлен металлический сильфон со складывающейся формой гофр, один конец которого герметично соединен с ним, а другой конец герметично соединен с внутренним корпусом, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера по направлению к седлу против направления движения рабочей среды, при этом средний диаметр сильфона больше среднего диаметра уплотнительной поверхности седла, а внутренняя полость сильфона сообщена с полостью высокого давления рабочей среды установленной байпасной линией, снабженной запорным клапаном, площадь проходного сечения которого больше площади посадочного кольцевого зазора.An axial type control valve is also known, which contains an unloaded plunger with sealing surfaces, located in the inner casing with a landing annular gap (2). A metal bellows with a folding corrugation shape is installed on the plunger, one end of which is hermetically connected to it, and the other end is hermetically connected to the inner casing, while compressing the bellows, the axial movement of the sealing surface of the plunger towards the seat against the direction of movement of the working medium, with an average diameter the bellows is larger than the average diameter of the sealing surface of the seat, and the inner cavity of the bellows is in communication with the high-pressure cavity of the working medium installed bypass iey provided with a check valve opening area is larger than a landing area of the annular gap.

Недостатком клапана является сложность конструкции запорного органа, снабженного герметизирующим металлическим сильфоном, поддержание работоспособности которого требует дополнительного обслуживания оборудования байпасной линии. Нарушения и сбои в работе байпасной линии и сильфона приводят к недостаточной герметичности клапана, особенно при высоких давлениях регулируемой среды. Кроме того, наличие байпасной линии ведет к увеличению числа уплотнений в клапане, что снижает его надежность.The disadvantage of the valve is the complexity of the design of the shut-off element equipped with a sealing metal bellows, the maintenance of which requires additional maintenance of the bypass line equipment. Violations and malfunctions in the bypass line and bellows lead to insufficient valve tightness, especially at high pressures of the controlled medium. In addition, the presence of a bypass line leads to an increase in the number of seals in the valve, which reduces its reliability.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели регулирующему клапану осевого потока является регулирующий клапан, содержащий корпус и внутренний корпус-обтекатель, формирующие кольцевой проходной канал, соединенный с входным и выходным патрубками, и расположенный во внутреннем корпусе реечный механизм перемещения запирающего элемента, выполненного в виде поршня, расположенного внутри гильзы с отверстиями, с возможностью в одном режиме сообщения полости входного патрубка с полостью выходного патрубка, а в другом положении - перекрытия упомянутых отверстий гильзы, которая установлена в корпусе и выходном патрубке и поджата установочным элементом - седлом, с возможностью демонтажа последних, при этом ведомый шток, с установленным с возможностью демонтажа поршнем, соединен с ведущим штоком зубчато - реечного механизма и расположен, посредством уплотнителей, в направляющей втулке, выполненной из бронзы, имеющей со свободной стороны ведущего штока полость со смазкой.(3). Кроме того, поршень и гильза могут быть выполнены из алюминия, с упрочнением рабочих поверхностей плазменным электролитическим оксидированием, или из титановых сплавов, или из стали.The closest in purpose, technical nature and the achieved result to the axial flow control valve declared as a utility model is a control valve comprising a housing and an inner cowling body forming an annular passage channel connected to the inlet and outlet nozzles and located in the rack housing a mechanism for moving a locking element made in the form of a piston located inside a sleeve with holes, with the possibility of input cavity in one mode of communication th branch pipe with a cavity of the outlet pipe, and in a different position - overlapping the mentioned holes of the sleeve, which is installed in the housing and the outlet pipe and is preloaded by a mounting element - a saddle, with the possibility of dismantling the latter, while the driven rod, with the piston installed with the possibility of dismantling, is connected to the leading rod of the rack and pinion mechanism and is located, by means of gaskets, in the guide sleeve made of bronze, which has a lubricated cavity on the free side of the leading rod (3). In addition, the piston and sleeve can be made of aluminum, with hardening of the working surfaces by plasma electrolytic oxidation, or from titanium alloys, or from steel.

Недостатком известного клапана является отсутствие разгрузки на ведомом и ведущем штоках зубчато-реечного механизма. Перемещение ведомого штока в замкнутой полости направляющей втулки, где он расположен посредством уплотнителей, обуславливает увеличение нагрузки на привод, особенно при высоких давлениях регулируемой среды, а ведущий шток, перемещающийся в полости, не изолированной от давления рабочей среды, получает дополнительные нагрузки от последней, затрудняя работу привода. При этом, усилие на штоке зависит от величины давления рабочей среды в выходном патрубке, т.е. нагрузка на привод является величиной зависимой от давления рабочей среды, что приводит к преждевременному износу деталей привода и снижению надежности и долговечности.A disadvantage of the known valve is the lack of unloading on the driven and leading rods of the rack and pinion mechanism. The movement of the driven rod in the closed cavity of the guide sleeve, where it is located by means of seals, causes an increase in the load on the drive, especially at high pressures of the controlled medium, and the leading rod moving in the cavity not isolated from the pressure of the working medium receives additional loads from the latter, making it difficult drive operation. In this case, the force on the rod depends on the pressure of the working medium in the outlet pipe, i.e. the load on the drive is a value dependent on the pressure of the working medium, which leads to premature wear of the drive parts and a decrease in reliability and durability.

Техническим результатом, обусловленным заявляемым в качестве полезной модели усовершенствованием конструкции регулирующего клапана осевого потока, является снижение нагрузки на привод и повышение надежности и долговечности конструкции.The technical result due to the claimed improvement of the axial flow control valve design as a utility model is to reduce the load on the drive and increase the reliability and durability of the structure.

Для достижения указанного технического результата в регулирующем клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и, размещенный внутри корпуса обтекатель, выполненный заодно целое с корпусом с образованием кольцевого канала, выходная часть которого перекрыта перфорированной отверстиями цилиндрической гильзой, жестко соединенной с кольцевым седлом, зафиксированным в выходном патрубке, с возможностью демонтажа последних, и, размещенный в цилиндрической гильзе с возможностью осевого перемещения внутри нее, цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом, согласно полезной модели, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление зубчато-реечного механизма и свободные торцы ведущего и ведомого штока расположены в сформированных для них полостях, при этом, полость косозубого зацепления зубчато-реечного механизма и полость торца ведущего штока изолированы от давления рабочей среды, а полость торца ведомого штока сообщена с полостью поршня.To achieve the specified technical result in a control valve comprising a housing with inlet and outlet nozzles and a cowl located inside the housing, integrally formed with the housing to form an annular channel, the outlet of which is blocked by a perforated cylindrical sleeve rigidly connected to the annular seat fixed in output pipe, with the possibility of dismantling the latter, and, located in a cylindrical sleeve with the possibility of axial movement inside it, a cylindrical a piston mounted on the driven rod of the rack mechanism, the leading rod of which is connected to the drive, according to the utility model, the piston is made with discharge channels at the end, and the helical gearing of the rack and pinion mechanism and the free ends of the leading and driven rod are located in the cavities formed for them, with this, the helical cavity of the gear-rack mechanism and the cavity of the end of the drive rod are isolated from the pressure of the working medium, and the cavity of the end of the driven rod is in communication with the cavity of the piston.

Размещение косозубого зацепления зубчато-реечного механизма и торца ведущего штока в сформированных для них, изолированных от давления рабочей среды, полостях предотвращает воздействие последней на зубчато-реечный механизм и привод, и формирование разгрузочной камеры торца ведомого штока, сообщенной с разгрузочной камерой поршня, обеспечивает снижение усилия на приводе в результате уменьшения сопротивления при перемещении штока с поршнем. При этом, ни поршень, ни ведомый, ни ведущий штоки не испытывают усилия от действия дифференциального давления на них, т.е. независимо от величины давления рабочей среды усилие на приводе остается постоянным и минимальным. А уменьшение нагрузки на привод повышает надежность срабатывания клапана, снижает износ элементов косозубого зацепления, что повышает надежность и долговечность конструкции клапана.The placement of the helical gearing of the rack-and-pinion mechanism and the end face of the driving rod in the cavities formed for them, isolated from the pressure of the working medium, prevents the latter from acting on the rack-and-pinion mechanism and drive, and the formation of the discharge chamber of the end face of the driven rod in communication with the discharge chamber of the piston reduces efforts on the drive as a result of a decrease in resistance when moving the rod with the piston. At the same time, neither the piston, nor the driven, nor the leading rods experience forces from the action of differential pressure on them, i.e. regardless of the pressure of the working medium, the force on the drive remains constant and minimal. And reducing the load on the actuator increases the reliability of valve operation, reduces wear of helical gearing elements, which increases the reliability and durability of the valve design.

Пример выполнения заявляемого регулирующего клапана осевого потока приведен на чертежах.An example implementation of the inventive control valve axial flow shown in the drawings.

На фиг.1 приведен общий вид клапана в разрезе.Figure 1 shows a General view of the valve in section.

На фиг 2 представлен эскиз зубчато-реечного механизма в разрезе.Figure 2 presents a sketch of a gear rack mechanism in section.

Регулирующий клапан осевого типа содержит корпус 1 с входным 2 и выходным патрубком 3 и обтекатель 4, формирующие проходной кольцевой канал 5, на выходе из которого установлена гильза 6 с радиальными отверстиями 7, закрепленная седлом 8 и втулкой 9 в выходном патрубке. Внутри гильзы, с возможностью осевого перемещения, установлен поршень 10. Полость 11 поршня 10 сообщается с полостью выходного патрубка 3 посредством отверстий 12, выполненными в торце поршня, что обеспечивает выравнивание давления с обеих сторон поршня, тем самым разгружая его. Механизм перемещения поршня включает привод 13, и зубчато-реечный механизм, содержащий ведущий шток 14, посредством косозубого зацепления 15 взаимодействующий с ведомым штоком 16. Косозубое зацепление ведомого и ведущего штоков ограничено втулкой 17, зафиксированной в полости обтекателя 4. Во втулке 17 с высокой точностью выполнены два перпендикулярных отверстия 18 и 19, причем вертикальное отверстие 18 выполнено соосно отверстию 20, выполненному в корпусе 1. В отверстии 18 расположен ведущий шток 14. В отверстии 19 расположен ведомый шток 16. Полость отверстия 19 между подвижным уплотнением 21 и неподвижным уплотнением 22 и полость отверстий 18 и 20 образуют полость 23 косозубого зацепления, в которой также размещен и торец 24 ведущего штока 14, и которая изолирована уплотнительными элементами 25 и 26 от давления рабочей среды. Полость 27 отверстия 19, расположенная со стороны свободного торца 28 ведомого штока 16, изолирована пробкой 29 и уплотнением 30 от полости входного патрубка 2 и соединена каналами 31 и 32 с полостью поршня 11.The axial-type control valve comprises a housing 1 with an inlet 2 and an outlet pipe 3 and a cowl 4, forming an annular passage channel 5, at the outlet of which a sleeve 6 with radial holes 7 is mounted, fixed by a seat 8 and a sleeve 9 in the outlet pipe. A piston 10 is mounted inside the sleeve, with the possibility of axial displacement. The cavity 11 of the piston 10 communicates with the cavity of the outlet pipe 3 by means of holes 12 made in the end face of the piston, which ensures pressure equalization on both sides of the piston, thereby relieving it. The piston movement mechanism includes a drive 13, and a rack-and-pinion mechanism containing a leading rod 14, through helical gearing 15 interacting with the driven rod 16. The helical gearing of the driven and leading rods is limited by a sleeve 17 fixed in the cavity of the fairing 4. In the sleeve 17 with high accuracy two perpendicular holes 18 and 19 are made, the vertical hole 18 being made coaxially with the hole 20 made in the housing 1. A leading rod 14 is located in the hole 18. A driven rod 16 is located in the hole 19. the holes 19 between the movable seal 21 and the stationary seal 22 and the cavity of the holes 18 and 20 form a helical cavity 23, in which the end face 24 of the drive rod 14 is also located, and which is isolated by the sealing elements 25 and 26 from the pressure of the working medium. The cavity 27 of the hole 19, located on the side of the free end 28 of the driven rod 16, is isolated by a plug 29 and a seal 30 from the cavity of the inlet pipe 2 and is connected by channels 31 and 32 to the piston cavity 11.

Работает клапан следующим образом.The valve operates as follows.

Регулируемая среда, поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через отверстия 7 гильзы 6 поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 10, посредством ведомого штока 16 и ведущего штока 14, смещается приводом 13 в правое положение, перекрывая отверстия 7 гильзы 6.The adjustable medium enters the inlet pipe 2 and, passing through the annular channel 5 formed by the housing 1 and the fairing 4, through the openings 7 of the sleeve 6 enters the output pipe 3. If necessary, reduce the volume of the controlled medium (when closing the valve), the piston 10, by means of a follower rod 16 and the leading rod 14, is shifted by the actuator 13 to the right position, blocking the holes 7 of the sleeve 6.

Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 7 в гильзе 6. При полностью перекрытых отверстиях гильзы клапан закрыт.The volume of the controlled fluid passing is determined by the number of openings 7 in the sleeve 6. With completely closed openings of the sleeve, the valve is closed.

Открывание клапана производится приводом 13, задающим движение ведущему штоку 14, соединенному посредством косозубого зацепления 15 с ведомым штоком 16, который перемещает в левое положение поршень 10. При этом давление рабочей среды в полости 11 поршня 10 равно давлению в выходном патрубке 3 за счет наличия отверстий 12 в торце поршня, сообщающих указанные полости. Поршень полностью разгружен.The valve is opened by the actuator 13, which sets the motion of the drive rod 14, connected by helical gearing 15 to the driven rod 16, which moves the piston 10 to the left position. The pressure of the working medium in the cavity 11 of the piston 10 is equal to the pressure in the outlet pipe 3 due to the presence of holes 12 at the end of the piston communicating these cavities. The piston is completely unloaded.

Давление рабочей среды в полости 27, сформированной для торца 28 ведомого штока 16, равно давлению в полости 11 за счет наличия каналов 31 и 32, сообщающих указанные полости; а, значит, и давлению в полости выходного патрубка 3. Шток полностью разгружен.The pressure of the working medium in the cavity 27 formed for the end face 28 of the driven rod 16 is equal to the pressure in the cavity 11 due to the presence of channels 31 and 32 communicating these cavities; and, therefore, the pressure in the cavity of the outlet pipe 3. The rod is completely unloaded.

Полость 23 косозубого зацепления 15 изолирована от давления рабочей среды посредством уплотнительных элементов 21, 22, 25, 26, благодаря чему на торец 24 ведущего штока 14 не действует усилие от давления рабочей среды при перемещении поршня.The cavity 23 of the helical gearing 15 is isolated from the pressure of the working medium by means of sealing elements 21, 22, 25, 26, due to which the force 24 of the working rod 14 does not act on the pressure of the working medium when moving the piston.

Следовательно, при перемещении поршня клапана не возникает нагрузок на поршень и элементы зубчато-реечного механизма, а, соответственно, и на привод, вызванных наличием дифференциального давления рабочей среды на указанные элементы. И, соответственно, усилие на приводе не зависит от величины этого давления.Therefore, when moving the piston of the valve, there are no loads on the piston and elements of the rack-and-pinion mechanism, and, accordingly, on the actuator, caused by the presence of differential pressure of the working medium on these elements. And, accordingly, the force on the drive does not depend on the magnitude of this pressure.

Таким образом, выполнение регулирующего клапана осевого потока с разгруженным поршнем и ведомым штоком поршня и с изолированными от давления рабочей среды полостями косозубого зацепления и торца ведомого штока, обеспечивает снижение нагрузок на привод и повышает надежность и долговечность клапана.Thus, the execution of the axial flow control valve with an unloaded piston and a driven piston rod and with helical cavity cavities and the driven shaft end face isolated from the pressure of the medium ensures reduction of the drive loads and increases the reliability and durability of the valve.

Источники информации, принятые во внимание при анализе уровня техники:Sources of information taken into account when analyzing the prior art:

1. «Арматура ядерных энергетических установок». Д.Ф.Гуревич и др. Атомиздат, 1978, стр.90, рис.4.7.1. "Armature of nuclear power plants." D.F. Gurevich et al. Atomizdat, 1978, p. 90, Fig. 4.7.

2. Описание к патенту РФ на изобретение №2267680 «Клапан осевого потока» по Кл. F16K 1/12, опубликовано 01.10.2006 г.2. Description of the patent of the Russian Federation for the invention No. 2267680 "Axial flow valve" according to Cl. F16K 1/12, published 01.10.2006

3. Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.20083. RF patent No. 77007 for utility model "Control valve" according to Cl. F16K 3/14, published 10/10/2008

Claims

Axial flow control valve, comprising a housing with inlet and outlet nozzles and a cowl located inside the housing to form an annular channel, the outlet of which is blocked by a perforated cylindrical sleeve rigidly connected to the annular seat, fixed in the outlet nozzle with the possibility of dismantling the latter, and placed in a cylindrical sleeve with the possibility of axial movement inside it, a cylindrical piston mounted on a driven rod of a rack-and-pinion mechanism, a leading rod to which it is connected to the drive, characterized in that the cylindrical piston is made with discharge channels at the end, and the helical gearing of the gear-rack mechanism and the free ends of the driving and driven rods are located in the cavities formed for them, while the cavities of the helical gearing and the end of the driving rod are isolated from the pressure of the working medium, and the cavity of the end face of the driven rod is in communication with the cavity of the piston.