RU2382924C1

RU2382924C1 - Multipurpose valve

Info

Publication number: RU2382924C1
Application number: RU2009105320/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Николаевич Карелин (RU); Игорь Николаевич Карелин; Кирилл Викторович Парфенов (RU); Кирилл Викторович Парфенов
Original assignee: Игорь Николаевич Карелин
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-02-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to field of armature engineering and is provided for parametres regulation of flows of working mediums in equipment of gas, oil, chemical, energy, metallurgical and coal industry. Multipurpose valve contains casing with inlet and outlet fittings, drive, sphere rotary gate with passage opening and shutoff part, saddle of sphere rotary gate with thickening surfaces. In passage opening of sphere rotary gate there are located throttling elements. Eight equispaced by circumference of passage opening, throttling elements allows in section perpendicular to axis of passage opening shape of isoscales triangle with 90° vertex. Vertex is directed to axis of passage opening. Four of mentioned throttling elements are stationary. The other four are located between them with ability of displacement in the direction of axis of passage opening. Value of this displacement is equal to leg of triangle of immovable throttling element.

EFFECT: invention provides increasing of regulation reliability in abrasive-carrying flow of working medium ensured by de-turbulising operation of configuration of passage opening with ability of leak-free shutoff of valve independently of wear of throttling elements.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области арматуростроения и предназначено для регулирования параметров потоков рабочих сред в оборудовании газовой, нефтяной, химической, энергетической, металлургической и угольной промышленности.The invention relates to the field of valve engineering and is intended to control the parameters of the flow of working media in the equipment of gas, oil, chemical, energy, metallurgical and coal industries.

Известна конструкция регулирующего клапана втулочного типа, в котором неподвижное седло конической формы установлено на закручивающих лопатках, а сопрягающиеся конические участки втулки и седла снабжены защитными керамическими кольцами (см. патент RU 60665 U1, кл. F16K 5/06).There is a known design of a sleeve-type control valve in which a conical fixed seat is mounted on twisting vanes, and the mating conical sections of the sleeve and seats are provided with protective ceramic rings (see patent RU 60665 U1, class F16K 5/06).

Недостаток известной конструкции заключается в повышенном гидравлическом сопротивлении и низкой надежности при эксплуатации в загрязненных рабочих средах.A disadvantage of the known design is the increased hydraulic resistance and low reliability when operating in contaminated working environments.

Также известен клапан регулирующий в виде шарового крана с дросселирующими элементами, выполненными из объемного проницаемого пористого изделия с открытоячеистой структурой (например, из «металлорезины») с чередованием тонкостенных перегородок (см. патент RU 2277196 C2, кл. F16K 5/06).Also known is a control valve in the form of a ball valve with throttling elements made of a permeable volumetric porous product with an open-cell structure (for example, from "metal rubber") with alternating thin-walled partitions (see patent RU 2277196 C2, class F16K 5/06).

Недостатком известной конструкции является низкая прочность дросселирующих элементов и повышенное гидравлическое сопротивление проточной части изделия.A disadvantage of the known design is the low strength of the throttling elements and the increased hydraulic resistance of the flow part of the product.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с проходным каналом, шибер с уплотнительной поверхностью и отверстием и расположенным в нем шаровым запорным органом (см. патент RU 2313023 C1, кл. F16K 3/02).The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a locking and regulating device containing a housing with a passage channel, a gate with a sealing surface and a hole and a ball locking element located in it (see patent RU 2313023 C1, class F16K 3/02) .

Недостаток известной конструкции заключается в повышенном гидравлическом сопротивлении проточной части устройства, несимметричности регулируемого канала и отсутствием защиты уплотнительных поверхностей от абразивной эрозии. Это объясняется тем, что в проточной части изделия имеется внезапное расширение, несимметричность обусловлена габаритными размерами, а уплотнительные поверхности попадают под действие абразивосодержащего потока.A disadvantage of the known design is the increased hydraulic resistance of the flow part of the device, the asymmetry of the adjustable channel and the lack of protection of the sealing surfaces from abrasive erosion. This is due to the fact that in the flowing part of the product there is a sudden expansion, asymmetry is due to overall dimensions, and the sealing surfaces fall under the action of the abrasive-containing flow.

Задачей изобретения является повышение надежности работы клапана за счет детурбулизирующего действия конфигурации проходного отверстия.The objective of the invention is to increase the reliability of the valve due to the deturbing effect of the configuration of the passage opening.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане запорно-регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, привод, шаровой поворотный затвор с проходным отверстием и запорной частью, седла шарового поворотного затвора с уплотнительными поверхностями, в проходном отверстии шарового поворотного затвора размещены восемь равномерно расположенных по окружности проходного отверстия элементов дросселирования, имеющих в сечении, перпендикулярном оси проходного отверстия, форму равнобедренного треугольника с 90° вершиной, обращенной к оси проходного отверстия, четыре из которых неподвижны, а другие четыре размещены между ними с возможностью перемещения в направлении оси проходного отверстия и величина перемещения равна катету треугольника неподвижного элемента дросселирования, кроме того:This object is achieved by the fact that in the valve locking and regulating, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, an actuator, a ball rotary valve with a through hole and a locking part, seats of a ball rotary valve with sealing surfaces, eight evenly spaced valves are located in the through hole of the ball valve along the circumference of the passage opening of the throttling elements, having a cross section perpendicular to the axis of the passage opening, the shape of an isosceles triangle with a 90 ° vertex, o rotated to the axis of the bore, four of which are stationary, and the other four are placed between them with the possibility of movement in the direction of the axis of the bore and the amount of movement is equal to the leg of the triangle of the fixed throttling element, in addition:

- корпус и шаровой поворотный затвор снабжены совпадающими каналами с шариками для перемещения элементов дросселирования, причем в положении полного перекрытия проходного отверстия шарового поворотного затвора шарики в каналах занимают положение, обеспечивающее возможность поворота шарового затвора до герметичного перекрытия клапана;- the housing and the ball rotary shutter are equipped with matching channels with balls for moving the throttling elements, and in the position of the complete closure of the through hole of the ball rotary shutter, the balls in the channels occupy a position that allows the ball shutter to rotate until the valve is sealed;

- привод клапана снабжен автоматическим переключателем привода элементов дросселирования на привод шарового поворотного затвора и обратно;- the valve actuator is equipped with an automatic switch of the drive of throttling elements to the actuator of the ball rotary valve and vice versa;

- шаровой поворотный затвор снабжен с обеих сторон проходного отверстия концентричными ему кольцевыми канавками на расстоянии от края проходного отверстия не менее ширины кольцевой канавки, а запорная часть шарового поворотного затвора с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми керамическими элементами, уплотнительные поверхности которых идентичны уплотнительным поверхностям седел.- the ball rotary valve is provided on both sides of the passage with concentric annular grooves at a distance from the edge of the passage of the hole not less than the width of the annular groove, and the locking part of the ball of the butterfly valve on both sides is equipped with replaceable annular ceramic elements, the sealing surfaces of which are identical to the sealing surfaces of the seats.

Сущность изобретения заключается в том, что элементы дросселирования треугольной формы в прямоточном запорно-регулирующем клапане выполняют также функцию детурбулизирующего устройства, подобно спрямляющим сеткам и решеткам в аэродинамике, что позволяет снизить гидросопротивление проточной части и эрозионный износ деталей клапана. При этом регулирующее устройство размещено внутри проходного отверстия шарового запорного устройства.The essence of the invention lies in the fact that the throttling elements of a triangular shape in a direct-flow shut-off and control valve also perform the function of a deturbing device, similar to straightening grids and gratings in aerodynamics, which allows to reduce the flow resistance and erosion of valve parts. In this case, the regulating device is placed inside the through hole of the ball locking device.

На фиг.1 показан разрез А-А клапана фиг.2, на фиг.2 - разрез В-В фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2, на фиг.4 - вид Г (конфигурация проходного отверстия в положении клапана «открыто»).Figure 1 shows a section aa of the valve of figure 2, figure 2 shows a section bb of figure 1, figure 3 shows a section bB of figure 2, figure 4 is a view of D (passage configuration holes in the valve position "open").

Клапан запорно-регулирующий содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор 4 с проходным отверстием 5 и запорной частью 20, седла 6 шарового поворотного затвора 4 с уплотнительными поверхностями 7. В проходном отверстии 5 шарового поворотного затвора 4 размещены четыре неподвижных 8 и четыре подвижных элемента дросселирования 9, которые в сечении, перпендикулярном оси проходного отверстия 5, имеют форму равнобедренного треугольника с 90° вершиной, обращенной к оси проходного отверстия 5. Для элементов дросселирования 8, 9 могут быть использованы керамические или другие коррозионно-эрозионностойкие материалы. В каналах 10, 11 корпуса 1 и шарового поворотного затвора 4 размещены шарики 12, которые приводятся в движение приводом 13 клапана через привод 14 элементов дросселирования и толкатели 15 до положения элементов дросселирования 9 «закрыто». Для переключения привода 14 элементов дросселирования 9 на привод 17 шарового поворотного затвора 4 и обратно в приводе 13 клапана имеется автоматический переключатель 16 приводов. Шаровой поворотный затвор 4 снабжен с обеих сторон проходного отверстия 5 концентричными ему кольцевыми канавками 18 на расстоянии от края проходного отверстия 5 не менее ширины кольцевой канавки 18, а запорная часть 20 шарового поворотного затвора 4 с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми керамическими элементами 19, уплотнительные поверхности которых идентичны уплотнительным поверхностям 7 седел 6.The locking and regulating valve comprises a housing 1 with inlet 2 and output 3 nozzles, a ball rotary valve 4 with a through hole 5 and a locking part 20, a seat 6 of a ball rotary valve 4 with sealing surfaces 7. Four stationary ones are located in the passage opening 5 of a ball rotary valve 4 8 and four movable throttling elements 9, which in the cross section perpendicular to the axis of the bore 5 have the shape of an isosceles triangle with a 90 ° vertex facing the axis of the bore 5. For throttling elements 8, 9, ceramic or other corrosion-erosion-resistant materials can be used. In the channels 10, 11 of the housing 1 and the ball valve 4, balls 12 are placed, which are driven by the valve actuator 13 through the actuator 14 of the throttling elements and pushers 15 to the position of the throttling elements 9 "closed". To switch the actuator 14 of the throttling elements 9 to the actuator 17 of the ball valve 4 and back in the valve actuator 13 there is an automatic switch 16 of the actuator. The ball rotary shutter 4 is provided on both sides of the bore 5 with annular concentric grooves 18 at a distance from the edge of the bore 5 not less than the width of the annular groove 18, and the locking part 20 of the ball rotary shutter 4 is provided on both sides with replaceable annular ceramic elements 19, sealing surfaces which are identical to the sealing surfaces 7 of the seats 6.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

В положении клапана «открыто» работает привод 14 элементов дросселирования 9. Винтовой механизм привода 14 элементов дросселирования 9 перемещает толкатели 15 и шарики 12, которые по каналам 10 корпуса 1 и каналам 11 шарового поворотного затвора 4 перемещают подвижные элементы дросселирования 9 до положения «закрыто» проходного отверстия 5 шарового поворотного затвора 4. При этом шарики 12 в каналах 10 и 11 занимают положение, позволяющее разомкнуть цепи шариков 12 и каналы 10 и 11 поворотом шарового поворотного затвора 4. При достижении подвижными элементами дросселирования 9 положения «закрыто» автоматический переключатель 16 привода 13 клапана переключает привод 14 элементов дросселирования 9 на червячный механизм привода 17 шарового поворотного затвора 4, поворачивающий шаровой поворотный затвор 4 в положение «закрыто». В области наибольшего перекрытия шарового поворотного затвора 4 кольцевые канавки 18 через себя перепускают поток агрессивной рабочей среды из входного патрубка 2 в выходной патрубок 3, снижая перепад давления на шаровом поворотном затворе 4 и защищая от повреждения потоком сменные кольцевые керамические элементы 19 запорной части 20 шарового поворотного затвора 4.In the open position, the actuator 14 of the throttling elements 9 is operating. The screw mechanism of the actuator 14 of the throttling elements 9 moves the pushers 15 and balls 12, which move the movable throttling elements 9 to the closed position through the channels 10 of the housing 1 and the channels 11 of the ball rotary shutter 4 the passage hole 5 of the ball rotary shutter 4. In this case, the balls 12 in the channels 10 and 11 occupy a position that allows you to open the chain of balls 12 and the channels 10 and 11 by turning the ball rotary shutter 4. When the movable cients 9 throttling position "closed" switch circuit 16 switches the valve actuator 13, the actuator 14 throttling elements 9 on the worm drive mechanism 17 rotating ball shutter 4 rotates the rotary ball valve 4 to "closed". In the area of the greatest overlap of the ball rotary valve 4, the annular grooves 18 pass the aggressive medium flow from the inlet pipe 2 into the outlet pipe 3 through themselves, reducing the pressure drop across the ball rotary valve 4 and protecting the replaceable annular ceramic elements 19 of the locking part 20 of the ball rotary valve from flow damage shutter 4.

Из положения клапана «закрыто» червячный привод шарового поворотного затвора 17 поворачивает шаровой поворотный затвор 4 в положение «открыто». При этом каналы 10 корпуса 1 и соответствующие каналы 11 шарового поворотного затвора 4 совпадают и шарики 12 в каналах 10, 11 вновь замыкаются в единые цепи. Автоматический переключатель приводов 16 привода клапана 13 переключает привод 17 шарового поворотного затвора 4 на привод 14 элементов дросселирования 9, позволяющий изменять площадь проходного отверстия 5 шарового поворотного затвора 4 перемещением подвижных элементов дросселирования 9, причем на открытие - с помощью давления регулируемой среды либо другим принудительным способом.From the “closed” position of the valve, the worm actuator of the ball rotary shutter 17 rotates the ball rotary shutter 4 to the “open” position. In this case, the channels 10 of the housing 1 and the corresponding channels 11 of the ball rotary shutter 4 coincide and the balls 12 in the channels 10, 11 are again closed in a single circuit. An automatic switch of the actuators 16 of the valve actuator 13 switches the actuator 17 of the ball rotary valve 4 to the actuator 14 of the throttling elements 9, which allows you to change the area of the through hole 5 of the ball rotary shutter 4 by moving the movable elements of the throttling 9, and to open it using pressure controlled medium or other forced method .

Повышению надежности заявляемого запорно-регулирующего клапана способствуют факторы, реализованные в предлагаемом техническом решении:The reliability of the inventive shut-off and control valve is facilitated by factors implemented in the proposed technical solution:

- восемь элементов дросселирования в форме треугольных зубцов, расположенных на периферии проходного отверстия клапана, выполняют функцию спрямляющей решетки для снижения турбулентности регулируемого потока рабочей среды и его эрозионной агрессивности;- eight throttling elements in the form of triangular teeth located on the periphery of the valve bore, perform the function of a straightening grid to reduce the turbulence of the controlled flow of the working medium and its erosive aggressiveness;

- каждый зубец в сечении, параллельном оси проходного отверстия, имеет хорошо обтекаемую форму;- each tooth in a section parallel to the axis of the passage opening has a well streamlined shape;

- материальное исполнение зубцов: керамические или другие эрозионно-коррозионностойкие материалы или покрытия;- material design of teeth: ceramic or other erosion-corrosion-resistant materials or coatings;

- прямоточность клапана обусловлена отсутствием элементов, изменяющих траекторию движения потока;- direct valve is due to the absence of elements that change the path of the flow;

- клапан симметричный, т.е. его работа не связана с направлением движения регулируемого потока;- the valve is symmetrical, i.e. his work is not related to the direction of movement of the regulated flow;

- герметичное перекрытие клапана при положении элементов дросселирования «закрыто» обеспечивается шаровым поворотным затвором, внутри которого размещены эти элементы дросселирования;- tight valve closure when the position of the throttling elements is “closed” is provided by a ball rotary shutter, inside which these throttling elements are placed;

- шаровой поворотный затвор снабжен износостойкими сменными кольцевыми керамическими элементами и разгрузочными кольцевыми канавками.- the ball butterfly valve is equipped with wear-resistant removable annular ceramic elements and discharge annular grooves.

При этом восемь одинаковых треугольных зубцов в проходном отверстии в положении клапана «открыто» обеспечивают максимальную площадь прохода клапана по сравнению с неравновеликими треугольными зубцами, а диаметр шарового поворотного затвора, как показал расчет, должен составлять не менее двух диаметров проходного отверстия. Это обеспечивает возможность поворота шарового поворотного затвора, т.е. выход шарикового канала шарового поворотного затвора вне сменного кольцевого керамического элемента.At the same time, eight identical triangular teeth in the passage opening in the open position of the valve provide the maximum area of the valve passage in comparison with unequal triangular teeth, and the diameter of the ball rotary shutter, as shown by the calculation, should be at least two diameters of the passage hole. This makes it possible to rotate the ball rotary shutter, i.e. the output of the ball channel of the ball rotary shutter outside the removable annular ceramic element.

Claims

1. Клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, привод, шаровой поворотный затвор с проходным отверстием и запорной частью, седла шарового поворотного затвора с уплотнительными поверхностями, причем в проходном отверстии шарового поворотного затвора размещены элементы дросселирования, отличающийся тем, что восемь равномерно расположенных по окружности проходного отверстия элементов дросселирования имеют в сечении, перпендикулярном оси проходного отверстия, форму равнобедренного треугольника с 90° вершиной, обращенной к оси проходного отверстия, четыре из которых неподвижны, а другие четыре размещены между ними с возможностью перемещения в направлении оси проходного отверстия, и величина перемещения равна катету треугольника неподвижного элемента дросселирования.1. The shut-off and control valve, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, an actuator, a ball rotary shutter with a bore and a shutter, a ball valve seat with sealing surfaces, and throttling elements are placed in the bore of the ball rotary valve, characterized in that The eight throttling elements evenly spaced around the circumference of the passage opening have, in a section perpendicular to the axis of the passage opening, an isosceles triangle with 90 ° ershinoy facing the axis of the passage opening, four of which are fixed, and the other four are located between them movable in the direction of the orifice axis and the amount of displacement of a leg of the triangle is equal to the fixed member throttling.

2. Клапан запорно-регулирующий по п.1, отличающийся тем, что корпус и шаровой поворотный затвор снабжены совпадающими каналами с шариками для перемещения элементов дросселирования, причем в положении полного перекрытия проходного отверстия шарового поворотного затвора шарики в каналах занимают положение, обеспечивающее возможность поворота шарового затвора до герметичного перекрытия клапана.2. The locking and regulating valve according to claim 1, characterized in that the casing and the ball rotary shutter are provided with matching channels with balls for moving the throttling elements, and in the position of the complete closure of the passage opening of the ball rotary shutter, the balls in the channels occupy a position that allows the ball to rotate shutter to tight shutoff of the valve.

3. Клапан запорно-регулирующий по п.2, отличающийся тем, что привод клапана снабжен автоматическим переключателем привода элементов дросселирования на привод шарового поворотного затвора и обратно.3. The shut-off valve according to claim 2, characterized in that the valve actuator is equipped with an automatic switch for actuating the throttling elements to the actuator of the ball valve and vice versa.

4. Клапан запорно-регулирующий по п.3, отличающийся тем, что шаровой поворотный затвор снабжен с обеих сторон проходного отверстия концентричными ему кольцевыми канавками на расстоянии от края проходного отверстия не менее ширины кольцевой канавки, а запорная часть шарового поворотного затвора с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми керамическими элементами, уплотнительные поверхности которых идентичны уплотнительным поверхностям седел. 4. The locking and regulating valve according to claim 3, characterized in that the ball rotary valve is provided with concentric annular grooves on both sides of the passage opening at a distance from the edge of the passage opening not less than the width of the annular groove, and the locking part of the ball valve on both sides is provided interchangeable annular ceramic elements, the sealing surfaces of which are identical to the sealing surfaces of the seats.