Осевая запорно-регулирующая арматура

Изобретение относится к трубопроводной регулирующей арматуре, предназначенной для отсечения потока и регулирования расхода или давления рабочей среды, и может найти применение в любых отраслях промышленности. Запорно-регулирующая арматура содержит прямолинейный трубчатый корпус (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками и радиальным отверстием (4), и запорно-регулирующее устройство (6), которое включает: полый корпус (7) запорно-регулирующего устройства, установленный коаксиально внутри трубчатого корпуса (1) и имеющий со стороны выходного патрубка (3) закрытую торцевую часть и радиальные отверстия (8) для выхода среды в полость трубчатого корпуса (1); запорно-регулирующий элемент в виде гильзы (9), установленной коаксиально внутри корпуса (7) запорно-регулирующего устройства с возможностью прохождения через ее полость среды и поступательного перемещения внутри корпуса запорно-регулирующего устройства вдоль его оси, при этом со стороны выходного патрубка (3) гильза (9) имеет закрытую торцевую часть и радиальные отверстия (10) для выхода среды в полость трубчатого корпуса, размещенные с возможностью совмещения с радиальными отверстиями (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства; и приводной элемент (12) для перемещения гильзы, размещенный в радиальном отверстии (4) трубчатого корпуса (1). Корпус (7) запорно-регулирующего устройства имеет первую область (7а), которая прилегает к стенке трубчатого корпуса (1), и вторую область (7b), которая размещена с зазором по отношению к стенке трубчатого корпуса (1), образующим канал для прохождения среды, при этом радиальные отверстия (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства выполнены в его второй области (7b). Приводной элемент (12) жестко связан с гильзой (9) или связан с внешней частью гильзы посредством зубчатой передачи. Изобретение направлено на повышение точности регулирования, снижение необходимой мощности для регулирования, уменьшение потерь давления в арматуре, упрощение конструкции, снижение износа элементов, уменьшение массогабаритных характеристик, а также повышение надежности работы и срока службы оборудования. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к трубопроводной запорно-регулирующей арматуре, предназначенной для отсечения потока и регулирования расхода или давления рабочей среды и может найти применение в трубопроводах различного назначения при перекачке различных типов сред в любых отраслях промышленности.

[03] Уровень техники

[04] Наиболее близким аналогом с точки зрения принципа регулирования расхода среды является запорно-регулирующая арматура, описанная в патенте США US 5490535, 13.02.1996. Указанное устройство содержит прямолинейный трубчатый корпус с входным и выходным патрубками и радиальным отверстием, а также запорно-регулирующее устройство. Запорно-регулирующее устройство содержит подвижный управляющий элемент, размещенный внутри корпуса с возможность осевого перемещения, неподвижную втулку, установленную внутри управляющего элемента и имеющий радиальные отверстия для выхода среды, а также с привод исполнительного элемента, размещенный в радиальном отверстии. При перемещении управляющего элемента вдоль оси корпуса обеспечивается регулирование потока рабочей среды путем открытия или перекрытия радиальных отверстий втулки.

[05] Указанный аналог имеет ряд недостатков, связанных с низкой надежностью, сложностью конструкции и технологией изготовления и невысокой точностью регулирования. Так, например, использование неподвижной втулки и массивного подвижного исполнительного элемента, расположенного вокруг нее, повышает общий вес и приводит к необходимости увеличения мощности для регулирования. Кроме того, такая конструкция является более сложной и трудоемкой в изготовлении.

[06] Раскрытие сущности изобретения

[07] Техническими проблемами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются сложность конструкции и технологии изготовления изделия, низкая надежность и долговечность оборудования, высокая мощность при регулировании, открытии и закрытие, низкое быстродействие и точность регулирования арматуры, а также большие потери давления.

[08] Технический результат изобретения заключается в повышении точности регулирования, снижении необходимой мощности для регулирования, уменьшении потерь давления в арматуре, упрощении конструкции, снижении износа элементов, уменьшении массогабаритных характеристик, а также повышении надежности работы и срока службы оборудования.

[09] Указанный технический результат достигается в изобретении за счет того, что запорно-регулирующая арматура содержит прямолинейный трубчатый корпус с входным и выходным патрубками и радиальным отверстием, и запорно-регулирующее устройство с поступательно перемещающимся запорно-регулирующим элементом. Запорно-регулирующее устройство включает: полый корпус запорно-регулирующего устройства, установленный коаксиально внутри трубчатого корпуса и имеющий со стороны выходного патрубка закрытую торцевую часть и радиальные отверстия для выхода среды в полость трубчатого корпуса; полую гильзу, установленную коаксиально внутри корпуса запорно-регулирующего устройства с возможностью прохождения через ее полость среды и поступательного перемещения внутри корпуса запорно-регулирующего устройства вдоль его оси, при этом со стороны выходного патрубка гильза имеет закрытую торцевую часть и радиальные отверстия для выхода среды, размещенные с возможностью совмещения с радиальными отверстиями корпуса запорно-регулирующего устройства; и приводной элемент для перемещения гильзы, размещенный в радиальном отверстии трубчатого корпуса. При этом корпус запорно-регулирующего устройства имеет первую область, которая прилегает к стенке трубчатого корпуса и вторую область, которая размещена с зазором по отношению к стенке трубчатого корпуса, образующим канал для прохождения среды, причем радиальные отверстия корпуса запорно-регулирующего устройства выполнены в его второй области.

[010] Кроме того, для достижения технического результата предусмотрены частные варианты реализации изобретения, согласно которым:

[011] - в стенке трубчатого корпуса с внутренней стороны в месте расположения второй области корпуса запорно-регулирующего устройства выполнено углубление;

[012] - гильза прилегает к стенке корпуса запорно-регулирующего устройства, при этом между гильзой и корпусом регулирующего устройства размещены узлы уплотнения и подшипников скольжения;

[013] - в закрытой торцевой части гильзы выполнен разгрузочный канал (11) для выравнивания давления;

[014] - приводной элемент жестко связан с гильзой;

[015] - приводной элемент связан с гильзой посредством зубатой передачи;

[016] - корпус выполнен цельным.

[017] В отличие от аналогов, в которых осуществляется регулирование путем поступательного перемещения полого запорно-регулирующего элемента, в рассматриваемой конструкции использована подвижная гильза, расположенная внутри корпуса запорно-регулирующего устройства и перемещающаяся вдоль оси потока, что позволяет снизить массу конструкции и снизить мощность, необходимую для регулирования. При этом конструкция обеспечивает радиальный выход рабочей среды из гильзы в полость корпуса через совмещенные отверстия, что повышает точность регулирования, а также уменьшает потери давления за счет снижения сопротивления движению рабочей среды. Кроме того, это приводит к снижению степени износа как подвижных элементов устройства, так и уплотнений. В результате повышается надежность и долговечность оборудования, повышается точность регулирования и снижается мощность привода. Также конструкция устройства является простой в изготовлении и обслуживании.

[018] Краткое описание чертежей

[019] Изобретение поясняется фигурой, на которой показан схематичный вид заявленной арматуры в разрезе.

[020] Элементы конструкции обозначены на фигурах следующими позициями:

1 - корпус,

2 - входной патрубок корпуса,

3 - выходной патрубок корпуса,

4 - радиальное отверстие корпуса,

5 - углубление в стенке корпуса,

6 - запорно-регулирующее устройство,

7 - корпус запорно-регулирующего устройства,

7а - первая область корпуса запорно-регулирующего устройства,

7b - вторая область корпуса запорно-регулирующего устройства,

8 - радиальные отверстия корпуса запорно-регулирующего устройства,

9 - гильза,

10 - радиальные отверстия гильзы

11 - разгрузочный канал гильзы,

12 - приводной элемент гильзы,

13 - узел уплотнений.

[021] Осуществление изобретения

[022] Заявленное устройство представляет собой осевую запорно-регулирующую арматуру возвратно-поступательного действия.

[023] Арматура включает трубчатый корпус (1) и размещенное в нем запорно-регулирующее устройство (6).

[024] Корпус (1) выполнен прямолинейным и имеет входной (2) и выходной (3) патрубки. Под входным и выходным патрубками в рамках настоящей заявки подразумеваются части корпуса с входным и выходным отверстиями, соответственно. В средней части корпуса (1) сверху выполнено радиальное отверстие (4) для передачи движения запорно-регулирующему устройству (6). Корпус (1), предпочтительно, выполняется цельным, что обеспечивает повышение надежности и упрощает сборку устройства. При этом возможно также выполнение корпуса сборной конструкции.

[025] Запорно-регулирующее устройство (6) включает корпус (7) запорно-регулирующего устройства, подвижную гильзу (9) и приводной элемент (12).

[026] Корпус (7) запорно-регулирующего устройства выполнен в виде полого элемента, установленного коаксиально внутри трубчатого корпуса (1) арматуры. При этом корпус запорно-регулирующего устройства (7) имеет со стороны входного патрубка (2) (левая часть на фигуре) открытый торец для прохождения перекачиваемой среды, а со стороны выходного патрубка (3) (правая часть на фигуре) закрытый торец, через который среда не проходит. Указанный корпус (7), предпочтительно, состоит из двух областей: первой области (7а), которая прилегает к стенке трубчатого корпуса (1) и второй области (7b), которая размещена с зазором по отношению к стенке трубчатого корпуса (1). При этом во второй области (7b) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства выполнены радиальные отверстия (8). Таким образом, зазор между трубчатым корпусом (1) и корпусом (7) запорно-регулирующего устройства во второй области (7b) образует канал для прохождения среды. Для формирования указанного зазора в стенке трубчатого корпуса (1) может быть выполнено кольцевое углубление (5), формирующее канал для выхода среды. Углубление (5) может иметь, например, сферический или любой другой профиль. В другом возможном варианте реализации изобретения для формирования указанного зазора вторая область (7b) корпуса (7) регулирующего устройства может быть выполнена сужающейся (например, конической).

[027] Гильза (9) выполнена в виде полого элемента, установленного коаксиально внутри корпуса (7) запорно-регулирующего устройства. При этом гильза (9), так же как и корпус (7) запорно-регулирующего устройства, имеет со стороны входного патрубка (2) открытую торцевую часть для прохождения перекачиваемой среды, а со стороны выходного патрубка (3) - закрытую торцевую часть, через которую среда не проходит.

[028] Внешняя поверхность гильзы (9) прилегает к стенке корпуса (7) запорно-регулирующего устройства, при этом между ними размещен узел уплотнений и подшипников скольжения (13) для герметизации радиального отверстия (4) корпуса (1), и обеспечения возможности поступательного перемещения гильзы (9) внутри корпуса (7) запорно-регулирующего устройства вдоль его оси. Узел уплотнения и подшипников скольжения (13) может включать в себя отдельные уплотнения и подшипники или единый корпус уплотнений и подшипников.

[029] Гильза в месте контакта со второй областью (7b) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства также содержит радиальные отверстия (10) для выхода среды, которые имеют возможность совмещения с радиальными отверстиями (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства. Радиальные отверстия (10) и (8) могут иметь различную форму и конфигурацию и выполняются, например, в виде пазов, щелевых отверстий, окон, перфорации и т.д.

[030] В закрытой торцевой части гильзы (9) предпочтительно, выполнен разгрузочный канал или отверстия (11), обеспечивающие выравнивание давления при регулировании потока среды.

[031] Приводной элемент (12) установлен в радиальном отверстии (4) корпуса (1) для передачи поступательного движения гильзе (9). Указанный элемент, в частности, может представлять собой выступ, жестко связанный с гильзой (9). Возможно также выполнение указанного элемента в виде зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с зубчатым участком, выполненным на внешней части гильзы (9). Могут использоваться и другие известные специалисту механизмы для передачи поступательного движения от элемента (12) к гильзе (9). Приводной элемент (12) может приводиться в движение за счет ручного и других видов исполнительных механизмов.

[032] Заявленная арматура работает следующим образом.

[033] В открытом положении радиальные отверстия (10) гильзы (9) полностью совмещены с радиальными отверстиями (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства и перекачиваемая среда проходит от входного патрубка (2), через полость гильзы (9), радиальные отверстия (10) и (8) и канал, образованный зазором между второй областью (7а) корпуса (7) регулирующего устройства, к выходному патрубку (3).

[034] При включении исполнительного механизма приводной элемент (12) перемещает гильзу (9) вдоль оси корпуса (7) (на фигуре влево) и проходное сечение начинает уменьшаться, регулируя расход рабочей среды. В закрытом положении радиальные отверстия (10) и (8) закрываются полностью стенками гильзы (9) или корпуса (7), что приводит к перекрытию потока рабочей среды. При этом узел уплотнения (13) препятствует утечке среды через радиальное отверстие (4) и поверхности контакта гильзы (9) с корпусом (7) запорно-регулирующего устройства. При возникновении избыточного давления обеспечивается его выравнивание через разгрузочный канал или отверстие (11).

[035] Предложенная конструкция обладает следующими преимуществами:

[036] - упрощается конструкция за счет упрощения формы корпуса и других элементов;

[037] - снижаются массогабаритные размеры, в частности, за счет применения подвижной гильзы, установленной внутри корпуса запорно-регулирующего устройства (а не снаружи, как в ближайшем аналоге) и улучшенной конструкцией клапана;

[038] - упрощается сборка и эксплуатация арматуры за счет более простой формы корпуса;

[039] - увеличивается надежность работы и срок службы оборудования за счет упрощения конструкции и того, что рабочая среда протекает осесимметрично клапану, по обтекаемым каналам и не соприкасается с поверхностью уплотнений;

[040] - увеличивается точность регулирования, уменьшается мощность при регулировании за счет обтекаемых внутренних форм разгруженного регулирующего устройства и использования в качестве регулирующего элемента гильзы, приводимой в движение через радиальное отверстие без использования шпинделей и других дополнительных элементов.

1. Запорно-регулирующая арматура, содержащая прямолинейный трубчатый корпус (1) с входным (2) и выходным (3) патрубками и радиальным отверстием (4), и запорно-регулирующее устройство (6), имеющее запорно-регулирующий элемент, выполненный с возможностью поступательного осевого перемещения, отличающаяся тем, что запорно-регулирующее устройство (6) включает:

- полый корпус (7) запорно-регулирующего устройства, установленный коаксиально внутри трубчатого корпуса (1) и имеющий со стороны выходного патрубка (3) закрытую торцевую часть и радиальные отверстия (8) для выхода среды в полость трубчатого корпуса (1),

- запорно-регулирующий элемент в виде гильзы (9), установленной коаксиально внутри корпуса (7) запорно-регулирующего устройства с возможностью прохождения через ее полость среды и поступательного перемещения внутри корпуса запорно-регулирующего устройства вдоль его оси, при этом со стороны выходного патрубка (3) гильза (9) имеет закрытую торцевую часть и радиальные отверстия (10) для выхода среды в полость трубчатого корпуса, размещенные с возможностью совмещения с радиальными отверстиями (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства; и

- приводной элемент (12) для перемещения гильзы, размещенный в радиальном отверстии (4) трубчатого корпуса (1),

при этом корпус (7) запорно-регулирующего устройства имеет первую область (7а), которая прилегает к стенке трубчатого корпуса (1) и вторую область (7b), которая размещена с зазором по отношению к стенке трубчатого корпуса (1), образующим канал для прохождения среды, при этом радиальные отверстия (8) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства выполнены в его второй области (7b),

причем приводной элемент (12) жестко связан с гильзой (9) или связан с внешней частью гильзы посредством зубчатой передачи.

2. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что в стенке трубчатого корпуса (1) с внутренней стороны в месте расположения второй области (7b) корпуса (7) запорно-регулирующего устройства выполнено углубление (5).

3. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что гильза (9) прилегает к стенке корпуса (7) запорно-регулирующего устройства, при этом между гильзой (9) и корпусом (7) регулирующего устройства размещены узлы уплотнений и подшипников скольжения (13).

4. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что в закрытой торцевой части гильзы (9) выполнен разгрузочный канал (11) для выравнивания давления.

5. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что корпус (1) выполнен цельным.