Клапан

Полезная модель относится к области трубопроводного арматуростроения и может быть использована для повышения вибростойкости клапана при перекрывании высокоскоростных потоков рабочих сред.

Клапан, содержащий корпус с каналом, седло, входной и выходной патрубки, центрированный в канале корпуса золотник, содержащий внутреннее «донышко» с подпятником, шток с опорной пятой, зафиксированный в золотнике и касающийся подпятника «донышка» золотника. Подпятник имеет выпуклую верхнюю сферическую поверхность, поверхность опорной пяты штока плоская, верхняя поверхность штока выполнена сферической, а шток зафиксирован в золотнике резьбовой втулкой, имеющей сферическую вогнутую, сопрягаемую с верхней сферической поверхностью штока поверхность, причем центры всех трех сферических поверхностей расположены на продольной оси канала и находятся в одной точке.

В частном случае изготовления поверхность опорной пяты штока выполнена в виде вогнутой сферической поверхности, радиус которой равен или больше радиуса сферической поверхности подпятника, а центр также расположен на продольной оси канала клапана. При подобном выполнении соединения штока с золотником сохраняется угловая подвижность последнего, при этом отсутствуют приводящие к радиальной вибрации вертикальные зазоры в узле соединения штока с золотником.

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к трубопроводному арматуростроению, и может быть использована в энергетической, химической и других отраслях промышленности для перекрытия высокоскоростных потоков рабочей среды.

Известен клапан сильфонный запорный НГ 26524 - 010МАЭ-13 (Номенклатурный каталог. Трубопроводная арматура для атомных станций. Машиностроительная корпорация.. СПЛАВ, 2002 г. с.13), содержащий корпус с седлом, входной и выходной патрубки, шток с выпуклой поверхностью вращения опорной пяты, касающейся плоского «донышка» золотника, в котором центрированный с некоторьм (вертикальным) зазором в корпусе клапана с помощью наплавленных направляющих золотник прикреплен к штоку с помощью поперечного штифта.

Недостатком данного клапана является ограниченная угловая подвижность золотника, приводящая к погрешности установки его в седле трубопроводной арматуры, в результате чего (при посадке золотника на седло) возможны протечки среды. Для компенсации этой ограниченной угловой подвижности поперечный штифт устанавливается в штоке с (горизонтальным) зазором. В пределах меньшего из этих двух (вертикального и горизонтального) зазоров при высокоскоростном течении турбулентного потока среды при посадке золотника на седло клапана возникает радиальная вибрация золотника, что ведет к разрушению уплотняющих поверхностей золотника и седла, т.е. к потере герметичности клапана.

Клапан сильфонный У26372М-025 (Арматура трубопроводная и приводные устройства: Промышленный каталог в двух книгах. Книга 1. СПб: 1998 г. Редакционно-издательский комплекс АО «Знамя труда»), содержащий корпус с седлом, входной и выходной патрубки, шток с выпуклой поверхностью вращения опорной пяты, касающейся плоского «донышка» золотника, золотник с уплотняющей поверхностью.

Недостатком данного клапана является радиальная вибрация золотника, возникающая при высокоскоростном течении турбулентной среды, и связанная с наличием вертикальных зазоров в узле соединения золотника со штоком. Эти зазоры задают и ограничивают угловую подвижность золотника при посадке его на уплотняющую поверхность седла. В пределах этих зазоров возникают радиальные вибрации золотника при перекрывании высокоскоростного турбулентного потока среды, приводящие к разрушению уплотняющих поверхностей как золотника так и седла клапана, и к потере герметичности клапана;

Наиболее близким к предлагаемому конструктивному решению является клапан сильфонный угловой запорный цапковый ИУСЮ (Арматура XXI. Номенклатурный каталог-справочник по трубопроводной арматуре, выпускаемой в СНГ. Часть 2. Москва 2001 г., с.246), содержащий корпус с седлом, входной и выходной патрубки, шток с выпуклой поверхностью вращения опорной пяты, касающейся плоского «донышка» золотника, в котором центрированный в канале корпуса вентиля золотник свободно соединен со штоком с помощью завальцовки.

Высокоскоростное течение турбулентной среды, обтекающей золотник, при уменьшении проходного сечения клапана во время посадки золотника на седло, принимает струйный характер (И.Е.Идельчик. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов. - М.: Машиностроение, 1983 г. - с.6-9.). Это приводит к локальной неравномерности давления текущей среды вокруг поверхности золотника, следствием чего является возможность возникновения вибрации золотника.

Недостатком данного вентиля является радиальная вибрация золотника, связанная с наличием вертикальных зазоров в узле соединения золотника со штоком. Меньшие из этих зазоров и (а также) зазоров между центрирующей поверхностью золотника и каналом корпуса задают и ограничивают угловую подвижность золотника при посадке его на седло клапана. В пределах меньшего из этих зазоров и становятся возможными чисто радиальные (без угловых) смещения золотника, приводящие к радиальной вибрации при перекрывании высокоскоростного потока среды и разрушению уплотняющих поверхностей при посадке золотника на седло.

Техническая задача, которая решалась при разработке данной полезной модели - снижение радиальных вибраций золотника, увеличение срока службы уплотняющих поверхностей золотника и седла клапана при перекрывании высокоскоростных потоков рабочей среды.

Указанная задача решается за счет того, что в клапане, содержащем корпус с каналом, седло, входной и выходной патрубки, центрированный в канале корпуса золотник, содержащий внутреннее «донышко» с подпятником, шток с опорной пятой, зафиксированный в золотнике и касающийся подпятника «донышка» золотника, причем подпятник имеет выпуклую верхнюю сферическую поверхность, поверхность опорной пяты штока плоская, верхняя поверхность штока выполнена сферической, и шток зафиксирован в золотнике резьбовой втулкой, имеющей сферическую вогнутую, сопрягаемую с верхней

сферической поверхностью штока поверхность, а центры всех трех сферических поверхностей расположены на продольной оси канала и находятся в одной точке.

В частном случае изготовления поверхность опорной пяты штока выполнена в виде вогнутой сферической поверхности, радиус которой равен или больше радиуса сферической поверхности подпятника, а центр также расположен на продольной оси клапана.

На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого клапана в разрезе.

На фиг.2 показан сильфонный угловой запорный цапковый клапан ИУСЮ 491241, выбранный в качестве прототипа.

На фиг.3 представлена конструкция предлагаемого клапана в разрезе с вогнутой сферической поверхностью опорной пяты штока.

Клапан состоит из корпуса 1, седла 2, золотника 3 с внутренней резьбой, центрированного в канале 4 корпуса 1 клапана. Шток 5 плоской поверхностью 6 опорной пяты 7 касается выпуклой сферической поверхности 8 подпятника 9 золотника 3. Верхняя поверхность 10 штока 5 представляет собой выпуклую сферическую поверхность, параллельную выпуклой сферической поверхности 8 подпятника 9. Верхняя выпуклая сферическая поверхность 10 составного штока 5 сопрягается с ответной вогнутой сферической поверхностью 11 ограничительной резьбовой втулки 12, образуя шаровой шарнир, и с помощью регулировочной упорной шайбы 13 и стопорного кольца 14 фиксирует составной шток 5 с необходимым зазором скольжения в золотнике 3, перекрывающем проточный канал 15. Центры (вращения) всех трех сферических поверхностей 8, 10 и 11 находятся в одной точке, расположенной на продольной оси клапана. Зазор между сопрягаемыми сферическими поверхностями 10 и 11 не превышает минимально необходимого для скользящей посадки золотника 3.

Возможно изготовление поверхности 6 опорной пяты 7 штока 5 в виде вогнутой сферической поверхности, сопрягаемой со сферической поверхностью 8 подпятника 9 золотника 3 со скользящей посадкой. При этом радиус этой вогнутой сферической поверхности 6 равен или больше радиуса выпуклой сферической поверхности 8 подпятника 9. Центры вращения всех сферических поверхностей 6, 8, и 10, 11 расположены на продольной оси клапана и в случае равенства радиусов поверхностей 6 и 8 находятся в одной точке.

Клапан работает следующим образом. При поступательном движении штока 5 вниз по каналу 4 корпуса 1 происходит перемещение золотника 3 в нижнее положение и закрывается

проточный канал 15 клапана, обрамленный седлом 2. Компенсация неизбежно возникающих осевых перекосов при посадке золотника 3 на уплотняющую поверхность седла 2 происходит за счет угловой подвижности золотника 3, обеспечиваемой выпуклой сферической поверхностью 8 подпятника 9 и плоской поверхностью 6 опорной пяты 7 штока 5.

Ограничение угловой подвижности (и осевых перемещений) золотника 3 относительно штока 5 осуществляется с помощью имеющих общий центр вращения сопрягаемых выпуклой 10 и вогнутой 11 сферических поверхностей, образующих сопрягаемую пару (сферический шарнир) и зазоров между наплавленной центрирующей поверхностью золотника 3 и каналом 4 корпуса 1 клапана. Зазор между сопрягаемыми сферическими поверхностями 10 и 11 позволяет полностью скомпенсировать неизбежные перекосы золотника 3 при его посадке на уплотняющую поверхность седла 2.

При выполнении опорной пяты 7 штока 5 со сферической вогнутой поверхностью 6, фиг.3, радиус которой совпадает или больше радиуса сферической поверхности 8 подпятника 9, в соединении штока 5 и золотника 3 образуется второй сферический шарнир. Следствием этого является дополнительное исключение радиальных смещений золотника относительно штока (вибростойкость) при полном сохранении угловой подвижности, что позволяет использовать такое соединение при максимально высоких скоростях потока перекрываемой среды.

Отсутствие вертикального зазора в узле соединения золотника со штоком приводит к тому, что отсутствуют и возможные радиальные смещения золотника относительно штока. Таким образом, отсутствие вертикального зазора в узле соединения золотника со штоком позволяет решить поставленную задачу, а именно снизить радиальные вибрации золотника и увеличить срок службы уплотняющих поверхностей золотника и седла клапана при перекрывании высокоскоростных потоков рабочей среды.

1. Клапан, содержащий корпус с каналом, седло, входной и выходной патрубки, центрированный в канале корпуса золотник, содержащий внутреннее “донышко” с подпятником, шток с опорной пятой, зафиксированный в золотнике и касающийся подпятника “донышка” золотника, отличающийся тем, что подпятник имеет выпуклую верхнюю сферическую поверхность, поверхность опорной пяты штока плоская, верхняя поверхность штока выполнена сферической и шток зафиксирован в золотнике резьбовой втулкой, имеющей сферическую вогнутую, сопрягаемую с верхней сферической поверхностью штока поверхность, причем центры всех трех сферических поверхностей расположены на продольной оси канала и находятся в одной точке.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что поверхность опорной пяты штока выполнена в виде вогнутой сферической поверхности, радиус которой равен или больше радиуса сферической поверхности подпятника, а центр также расположен на продольной оси клапана.