Клапан прямоточный, трехпозиционный с кулачковым приводом
Владельцы патента RU 2694714:
АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики" (АО "ЦНИИАГ") (RU)
Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком текущей среды в трубопроводах и быстроразъемных соединениях труб. Клапан содержит трубчатый корпус 1 с седлом 2 и затвором 3 с пружиной 4 и ползуном 5, размещенными в камере 6 с крышкой 7 внутри затвора 3. Наружная поверхность затвора 3 образована продольными ребрами 8, между которыми имеются каналы 9 для прохода жидкости. Механический привод затвора содержит кулачковый вал 10 с кулачками 11, закрепленными на охватывающей вал втулке 12, фиксируемый на нем с помощью штифта 13 и ручки управления 14, закрепленной в радиальном отверстии 15 кулачкового вала 10 на его конце, выходящем наружу из корпуса 1. Камера 6 в затворе может снабжаться упором 16 для ползуна 5. Кулачки 11 могут иметь плоские вершины 17. Ползун 5 может выполняться со штоком 18, выходящим на торец затвора 3 через отверстие с кольцевым уплотнением 19, поджатым к затвору 3 пружиной 4. Такие же кольцевые уплотнения 19 с пружинами 20, опертыми на втулку 12, могут устанавливаться на конусы кулачкового вала 10 для герметизации его стыка с корпусом 1. Конструкция клапана отличается уменьшенными массо-габаритными показателями, повышенной надежностью и теплостойкостью, а также дополнительными функциями. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к трубопроводной аппаратуре и предназначено для управления потоком текучей среды в трубопроводах и быстроразъемных трубопроводных соединениях (БРС).
Известны прямоточные клапаны, содержащие трубчатый корпус с седлом и затвором с механическим приводом управления затвора от входящего в корпус вала через зубчатую передачу (см. RU 2234018 и RU 2455543).
Недостатками указанных клапанов являются большие массогабаритные показатели и издержки производства, связанные со сложной конструкцией корпуса и дополнительных деталей, центрирующих затвор в корпусе, а также отсутствие фиксации затвора в закрытом и открытом положениях. Кроме того, они не могут выполнять дополнительную функцию обратного клапана, для которой необходимы пружины на затворах.
Известны прямоточные клапаны, содержащие корпус с седлом и подпружиненный затвор, широко применяемые в БРС (см. RU 2170873 и в книге О.Ф. Никитин, К.М. Холин «Объемные гидравлические и пневматические приводы» рис. 6.25 стр. 164. - М.: Машиностроение, 1981 г.)
Недостатком таких клапанов являются значительные массогабаритные показатели из-за наличия опорных элементов затворов и пружин и возможность привода затвора только из выходного отверстия корпуса, что не позволяет управлять клапанами после стыковки БРС для перекрытия потока жидкости по трубопроводу и затрудняет стыковку трубопроводов при наличии в них давления жидкости.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является клапан прямоточный с двумя седлами и подпружиненными затворами с механическим приводом управления с помощью кулачкового вала, выходящего наружу из корпуса (см. RU 2184295 и в книге Г.А. Никитин, А.А. Комаров «Распределительные и регулирующие устройства гидросистем» рис. 55 стр. 106. - М.: Машиностроение, 1965 г.).
Особенностью этого клапана является возможность управления от одного кулачкового вала двумя затворами, что расширяет его функциональные возможности.
Недостатки прототипа:
1. Высокие массогабаритные показатели, вызванные сложной конфигурацией корпуса и наличием у него крышек для удержания и управления затворов, пружин и опор кулачкового вала.
2. Недостаточная надежность из-за отсутствия фиксации клапанов в открытом положении в условиях вибраций корпуса, т.к. повороту кулачкового вала из открытого положения в закрытое мешает только сила трения на кулачке.
3. Невозможность повышения надежности и теплостойкости клапана без увеличения габаритов применением уплотнений с пружинным поджимом.
4. Недопустимость применения в БРС из-за увеличения объема жидкости, вытекающего при расстыковке БРС.
Техническая проблема, поставленная в настоящем изобретении, заключается в сохранении преимуществ прототипа при устранении указанных его недостатков путем применения в качестве опоры затвора его оребреной поверхности с каналами между ребер для протока жидкости, выполнения опоры пружины на кулачковый вал через ползун, управляющий положением одного или двух затворов, и использование съемных кулачков на кулачковом валу, а также применением уплотнений с пружинным поджимом.
Технический результат состоит в уменьшении массогабаритных показателей и издержек производства, повышении надежности и теплостойкости, а также расширении функциональных возможностей по числу рабочих позиций и применению в БРС.
Сущность изобретения состоит в том, что клапан прямоточный трехпозиционный с кулачковым приводом содержит трубчатый корпус с седлом и подпружиненным затвором с механическим приводом с помощью кулачкового вала, выходящего наружу из корпуса к управляющей ручке через кольцевые уплотнения перпендикулярно оси корпуса. Согласно изобретению, наружная поверхность затвора образована продольными ребрами, а внутри затвора выполнена снабженная крышкой камера, в которой расположен кулачковый вал и пружина затвора, опертая через ползун на кулачок этого вала.
В частных случаях реализации:
- ползун размещен в камере затвора с возможностью упора в ее торец в закрытом положении клапана;
- кулачок кулачкового вала выполнен съемным с возможностью неподвижной фиксации на валу через охватывающую вал втулку, например с помощью штифта;
- кулачковый вал выполнен с двумя оппозитно расположенными кулачками, а ползун снабжен штоком, выходящим на торец затвора клапана через отверстие с кольцевым уплотнением;
- кольцевые уплотнения кулачкового вала и штока ползуна снабжены пружинами осевого поджима;
- пружина затвора клапана оперта на кольцевое уплотнение штока ползуна;
- вершина кулачка выполнена плоской;
- ручка управления кулачковым валом закреплена в радиальном отверстии на его конце с возможностью поворота вокруг оси этого отверстия и выполнена из пружинной проволоки.
На фиг. 1 представлена конструкция клапана в первой позиции кулачкового вала с функцией обратного клапана.
На фиг. 2 - разрез по А-А по фиг. 1.
На фиг. 3 - разрез по Б-Б по фиг. 1.
На фиг. 4 - состояние деталей в процессе сборки клапана.
На фиг. 5 - клапан во второй позиции кулачкового вала с функцией открытого состояния.
На фиг. 6 - клапан в третьей позиции кулачкового вала с функцией закрытого состояния.
На фиг. 7 - конструкция клапана для БРС в позиции закрытого состояния.
На фиг. 8 - клапан на фиг. 7 в позиции открытого состояния.
Клапан содержит трубчатый корпус 1 с седлом 2 и затвором 3 с пружиной 4 и ползуном 5, размещенных в камере 6 с крышкой 7 внутри затвора 3. Наружная поверхность затвора 3 образована продольными ребрами 8, между которыми имеются каналы 9 для протока жидкости. Механический привод затвора содержит кулачковый вал 10 с кулачками 11, закрепленными на охватывающей вал втулке 12, фиксируемой на нем с помощью штифта 13, и ручки управления 14, закрепленной в радиальном отверстии 15 кулачкового вала 10 на его конце, выходящем наружу из корпуса 1. Камера 6 в затворе 3 может снабжаться упором 16 для ползуна 5. Кулачки 11 могут иметь плоские вершины 17 (фиг. 3). Ползун 5 может выполняться со штоком 18 (фиг. 7), выходящим на торец затвора 3 через отверстия с кольцевым уплотнением 19, поджатым к затвору 3 пружиной 4. Такие же кольцевые уплотнения 19 с пружинами 20, опертыми на втулку 12, могут устанавливаться на концы кулачкового вала 10 для герметизации его стыка с корпусом 1 (фиг. 2).
В случае использования клапана в БРС (фиг. 7, 8) шток 18 может упираться в затвор 21, пристыкованного к корпусу 1 клапана 22.
Сборка деталей клапана в корпусе 1 (фиг. 4) производится с помощью оправки 23, заменяющей кулачковый вал 10 до момента установки затвора 3 в корпус 1 до упора в седло так, что оправка 23 располагается против кольцевых уплотнений 19.
После этого оправка 23 выдавливается из втулки 12 кулачковым валом 10, а втулка 12 фиксируется на валу 10 с помощью штифта 13. Затем на затвор 3 устанавливается крышка 7.
Съемность кулачка 11 вместе со втулкой 12 с кулачкового вала 10 обеспечивает установку его в корпус 1 через минимальные отверстия с кольцевыми уплотнениями 19 без обычно используемых крышек с дополнительными уплотнениями, что существенно снижает габариты корпуса 1. Применение в стыках кулачкового вала 10 с корпусом 1 кольцевых уплотнений 19 с пружинами 20 осевого поджима обеспечивает клапану повышенные надежность и теплостойкость, т.к. упругие свойства таких пружин мало зависят от времени хранения и температуры. Выполнение опоры пружины 4 на кольцевое уплотнение 19 на штоке 18 позволяет ее использовать одновременно для поджима этого кольца и затвора 3, что сокращает число деталей клапана и издержки его производства. Выполнение ручки управления 14 из пружинной проволоки, проходящей через радиальное отверстие 15 на конце кулачкового вала 10, обеспечивает возможность ее поворота вокруг оси этого отверстия на 90° или 180° от вертикального положения, что снижает радиальный габарит клапана. Фиксация ручки 14 в отверстии 15 кулачкового вала 10 осуществляется благодаря тому, что ручка 14 из пружинной проволоки перед монтажом в цилиндрическое отверстие имеет начальный изгиб, который выпрямляется после монтажа и создает силы прижима в зоне контакта, фиксирующие положение ручки. При повороте ручки управления 14 на 180° она дополнительно фиксирует положение позиции «закрыто» кулачкового вала 10 за счет касания своими концами корпуса 1.
Клапан работает следующим образом. В первой позиции (фиг. 1, 3) кулачкового вала 10 его кулачек 11 и ручка управления 14 ориентированы поперек оси корпуса 1. При этом пружина 4 герметично прижимает затвор 3 к своему седлу 2, а ползун 5 - к втулке 12. В случае превышения давления жидкости со стороны седла 2 над давлением со стороны кулачкового вала 10, затвор 3 отжимается от седла 2 и перемещается к кулачку 11 до контакта его упора 16 в ползун 5, обеспечивая пропуск жидкости вокруг затвора 3. В случае обратного перепада давления клапан герметичен, т.к. затвор дополнительно прижимается к седлу, т.е. работает в режиме обратного клапана.
Во второй позиции кулачкового вала 10 (фиг. 5), которую он занимает после поворота ручки управления 14 на 90° так, что кулачек 11 обращен к крышке 7, клапан постоянно открыт, т.к. затвор 3 удерживается кулачком на максимально удаленном от седла 2 расстоянии. При этом плоская вершина 17 кулачка 11 надежно фиксирует кулачковый вал 10, т.к. поворот этого вала в начале его хода сопровождается дополнительным поджимом пружины 4.
В третьей позиции кулачкового вала 10 (фиг. 6), которую он занимает после поворота ручки управления 14 из позиции два на 180°, кулачек 11 через ползун 5, упирающийся в упор 16, поджимает затвор 3 к седлу 2, препятствуя его отжиму даже при перепаде давления на затворе 3 со стороны седла 2. В случае комплектации клапана вторым, оппозитно установленным кулачком и штоком 18 для использования клапана в БРС (фиг. 7) при ориентировании ручки управления 14 и кулачков 11 поперек оси корпуса 1 клапан закрыт за счет поджима затвора 3 к седлу 2 пружиной 4, а его шток 18 не выступает за торец затвора 3 и не открывает затвор 21 пристыкованного клапана 22. При повороте ручки управления 14 на 90° (фиг. 8) один из кулачков 11, упираясь в крышку 7, отводит затвор 3 от седла 2, преодолевая усилие пружины 4. При этом второй кулачек 11 перемещает ползун 5 со штоком 18 за пределы торца корпуса 1 и, упираясь в затвор 21 пристыкованного клапана 22, открывает и этот клапан. При последующем повороте ручки управления на 90° пружина 4 восстанавливает исходное положение затвора 3 и штока 18. Применения клапана в БРС обеспечивает получение минимального объема потери жидкости при расстыковке и возможность перекрывать поток жидкости в состыкованном положении клапанов БРС, т.е. выполнять дополнительную функцию. Из вышеизложенного следует, что предложенная конструкция клапана отличается от прототипа существенно уменьшенными массо-габаритными показателями и издержками производства, повышенными показателями по надежности и термостойкости, а также дополнительными функциями.
1. Клапан прямоточный, трехпозиционный с кулачковым приводом, содержащий трубчатый корпус с седлом и подпружиненным затвором с механическим приводом с помощью кулачкового вала, выходящего наружу из корпуса к управляющей ручке через кольцевое уплотнение перпендикулярно оси корпуса, отличающийся тем, что наружная поверхность затвора образована продольными ребрами, а внутри затвора выполнена снабженная крышкой камера, в которой расположены кулачковый вал и пружина затвора, опертая через ползун на кулачок этого вала.
2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что ползун размещен в камере затвора с возможностью упора в ее торец в закрытом положении клапана.
3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кулачок кулачкового вала выполнен съемным с возможностью неподвижной фиксации на валу через охватывающую вал втулку, например, с помощью штифта.
4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кулачковый вал выполнен с двумя оппозитно расположенными кулачками, а ползун снабжен штоком, выходящим на торец затвора клапана через отверстие с кольцевым уплотнением.
5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые уплотнения кулачкового вала и штока ползуна снабжены пружинами осевого поджима.
6. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что пружина затвора клапана оперта на кольцевое уплотнение штока ползуна.
7. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что вершина кулачка выполнена полоской.
8. Клапан по п. 1, отличающееся тем, что ручка управления кулачковым валом закреплена в радиальном отверстии на его конце с возможностью поворота вокруг оси этого отверстия и выполнена из пружинной проволоки.
