RU2445540C1

RU2445540C1 - Unloaded disc valve

Info

Publication number: RU2445540C1
Application number: RU2010138115/06A
Authority: RU
Inventors: Степан Юрьевич Панчеха (RU); Степан Юрьевич Панчеха
Original assignee: Степан Юрьевич Панчеха
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: unloaded disc valve comprises a casing with a seat, a spindle joined to a controlling element in the form of a slide valve of disc type by means of an axis installed in the spindle hole perpendicularly to its geometrical axis, a unit of spindle sealing, an unloading device in the form of a thrust bearing joined to the spindle. The area S in the normal section of the spindle end perceiving pressure of the medium is arranged as larger than the area SC of the normal section of windows for working fluid passage in the seat. The axis is connected to the slide valve via a device of slide valve self-installation in the plane of its geometrical axis. The unloading device is arranged with the possibility of fine adjustment of the axial position of the spindle. There are elastic elements installed between side surfaces of the slide valve ledge and spindle surfaces facing them.

EFFECT: invention makes it possible to improve the load and to increase tightness at high pressures of working medium, due to self-installation and accurate positioning of slide valve and seat friction surfaces.

5 dwg

Description

Известен разгруженный дисковый клапан (см.патент РФ 2079028, F16K 39/04, оп.10.05.92), содержащий корпус с седлом, шпиндель, связанный с регулирующим элементом в виде золотника дискового типа, связанного посредством оси, узел уплотнения шпинделя, разгрузочное устройство в виде упорного подшипника, связанного со шпинделем, при этом площадь в поперечном сечении конца шпинделя, воспринимающего входное давление, больше или равна площади регулирующего элемента в поперечном сечении.Known unloaded disk valve (see patent of the Russian Federation 2079028, F16K 39/04, op.10.05.92), comprising a housing with a seat, a spindle connected to a control element in the form of a disk-type spool connected by an axis, a spindle seal assembly, an unloading device in the form of a thrust bearing associated with the spindle, wherein the cross-sectional area of the end of the spindle receiving the inlet pressure is greater than or equal to the cross-sectional area of the control element.

Недостатком данной конструкции является то, что не обеспечивается разгрузка золотника, т.к. усилие, которое действует на золотник никак не связано ни с площадью регулирующего элемента, ни с площадью окон в регулирующем элементе, а связано только с площадью окон для прохода среды в седле и равно произведению значения входного давления на площадь этих окон. Кроме того, золотник имеет подвижность относительно оси, скрепляющей его со шпинделем, этого недостаточно для точного позиционирования его уплотнительной поверхности относительно уплотнительной поверхности седла, необходимо или высокоточное изготовление деталей, что очень сложно, или выполнять сопряжение золотника с осью с большими зазорами, что чревато разбиванием и повреждением поверхностей сопряжения деталей (золотник, ось, шпиндель) от вибрационной нагрузки при пульсации потока.The disadvantage of this design is that the unloading of the spool is not provided, because the force that acts on the spool is in no way connected either with the area of the regulating element or with the area of the windows in the regulating element, but is only connected with the area of the windows for passage of the medium in the saddle and is equal to the product of the input pressure and the area of these windows. In addition, the spool has mobility with respect to the axis fastening it to the spindle, this is not enough to accurately position its sealing surface relative to the sealing surface of the saddle, it is necessary either to produce precision parts, which is very difficult, or to pair the spool with an axis with large gaps, which is fraught with breaking and damage to the surfaces of the mating parts (spool, axis, spindle) from vibration load during flow pulsation.

Задачами изобретения являются: улучшение разгрузки и повышение герметичности при высоких давлениях рабочей среды, за счет самоустановки и точного позиционирования поверхностей трения золотника и седла.The objectives of the invention are: to improve unloading and increase tightness at high pressures of the working medium, due to self-installation and accurate positioning of the friction surfaces of the spool and seat.

Поставленная задача достигается тем, что в разгруженном дисковом клапане, содержащем корпус с седлом, шпиндель, связанный с регулирующим элементом в виде золотника дискового типа посредством оси, установленной в отверстии шпинделя перпендикулярно его геометрической оси, узел уплотнения шпинделя, разгрузочное устройство в виде упорного подшипника, связанного со шпинделем, площадь S в нормальном сечении конца шпинделя, воспринимающего давление среды, выполнена большей, чем площадь S_c нормального сечения окон для прохода рабочей среды в седле, а ось связана с золотником через устройство самоустановки золотника в плоскости ее геометрической оси, а разгрузочное устройство выполнено с возможностью точной регулировки осевого положения шпинделя, причем между боковыми поверхностями выступа золотника и поверхностями шпинделя, обращенными к ним, установлены упругие элементы.The task is achieved by the fact that in the unloaded disk valve containing a housing with a seat, a spindle connected to the regulating element in the form of a disk-type spool by means of an axis installed in the spindle bore perpendicular to its geometric axis, the spindle seal assembly, an unloading device in the form of a thrust bearing, associated with the spindle, the area S in the normal section of the end of the spindle receiving the pressure of the medium is made larger than the area S _{c of the} normal section of the windows for the passage of the working medium in the axis is connected to the spool through the spool self-adjusting device in the plane of its geometric axis, and the unloading device is capable of fine adjustment of the axial position of the spindle, and elastic elements are installed between the side surfaces of the spool protrusion and the spindle surfaces facing them.

Сущность изобретения заключается в том, что правильно рассчитывается площадь конца шпинделя в поперечном сечении для обеспечения разгрузки золотника и обеспечивается самоустановка золотника для точного позиционирования поверхностей трения золотника и седла, а также снижение вредного воздействия вибрации золотника от пульсаций потока при работе.The essence of the invention lies in the fact that the spindle end area in cross section is correctly calculated to ensure unloading of the spool and self-installation of the spool for accurate positioning of the friction surfaces of the spool and seat, as well as reducing the harmful effects of spool vibration from flow pulsations during operation, is ensured.

На фиг.1 показан фронтальный разрез клапана, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3, 4, 5 - увеличенное изображение места сопряжения золотника со шпинделем с различным исполнением.In Fig.1 shows a frontal section of the valve, Fig.2 is a view A in Fig.1, Fig.3, 4, 5 is an enlarged image of the interface of the spool with a spindle with various designs.

Разгруженный дисковый клапан содержит корпус К1 с седлом С2, которое имеет отверстия (окна) О3 для прохода рабочей среды. Шпиндель Ш4 связан с регулирующим элементом в виде золотника ЗО5 дискового типа посредством оси ОС6 с геометрической осью ГО7, установленной соответственно в отверстиях О8, О9 ЗО5 и Ш4 перпендикулярно геометрической оси ГО10 Ш4. Узел уплотнения УУ11 Ш4 выполнен в плавающей крышке ПК12, установленной в К1 с уплотнением. Разгрузочное устройство РУ13 выполнено в виде упорного подшипника, установленного в бугеле Б14, прикрепленном к К1, и связанного с выступом В15 Ш4. Площадь S в нормальном сечении конца Ш4, воспринимающего давление рабочей среды Р, выполнена больше площади S_c нормального сечения О3 для прохода рабочей среды С2. ОС6 связана с ЗО5 через устройство самоустановки УС16 ЗО5 в плоскости ГО7 ОС6, выполненное, например, в виде сферического подшипника скольжения (фиг.3), в котором внутреннее или наружное сферическое кольцо выполняют разрезным для обеспечения условия сборки, сферического подшипника качения (фиг.4), с телами качения в виде шариков.The unloaded disk valve comprises a housing K1 with a seat C2, which has openings (windows) O3 for the passage of the working medium. The spindle Ш4 is connected to the regulating element in the form of a spool ZO5 of a disk type by means of the ОС6 axis with the geometrical axis ГО7 installed in holes О8, О9 ЗО5 and Ш4 perpendicular to the geometrical axis ГО10 Ш4. The seal assembly UU11 Ш4 is made in a floating cover PK12 installed in K1 with a seal. The unloading device RU13 is made in the form of a thrust bearing installed in the yoke B14, attached to K1, and connected with the protrusion B15 Sh4. The area S in the normal section of the end Ш4, which receives the pressure of the working medium P, is made larger than the area S _{c of the} normal section O3 for the passage of the working medium C2. OS6 is connected to ZO5 through a self-alignment device US16 ZO5 in the GO7 OS6 plane, made, for example, in the form of a spherical plain bearing (Fig. 3), in which the inner or outer spherical ring is split to provide an assembly condition for the spherical rolling bearing (Fig. 4 ), with rolling bodies in the form of balls.

РУ13 выполнено с УРОП17 Ш4 с помощью, например, регулировочных винтов, регулировочной гайки, клинового механизма и др., для обеспечения точного сопряжения поверхностей трения ЗО5 и С2. Между боковыми поверхностями БП18 выступа ЗО5 и поверхностями П19 Ш4, обращенными к ним, установлены упругие элементы УЭ20 в виде тарельчатых пружин, шайб Гровера, колец из металлорезины MP (спрессованные спирали проволоки). УС16 может быть выполнено и так, как показано на фиг.5: ОС6 имеет тороидальную проточку ТП21 (радиус R образующей окружности тора), а О8 ЗО5 выполнено с тороидальным выступом ТВ22 (радиус R образующей окружности тора), наименьший диаметр D которого выполнен равным или большим наибольшего диаметра D1 гладкой части ОС6 из условия сборки ОС6. Этот самый простой вариант исполнения УС 16 и имеет наименьшую площадь контакта сопряжения ОС6 - ЗО5, его применение оправдано при относительно невысоких рабочих давлениях, чтобы не создавать значительные контактные давления в сопряжении, которые могут привести к деформации и износу поверхностей трения сопряжения. Применение сферического подшипника трения обеспечивает значительно большую площадь контакта сопряжения ОС6 - ЗО5 и снижение удельных контактных давлений. Поэтому контактные напряжения и напряжения смятия в данном случае значительно ниже, но коэффициент трения, при этом, 0,1…0,05, что затрудняется самоустановка ЗО5 при больших усилиях трения в подшипнике при больших нагрузках на него. Применение сферического подшипника качения обеспечивает значительное снижение коэффициента трения в сопряжении до 0,001 и быструю самоустановку ЗО5 даже при высоких удельных контактных давлениях и больших нагрузках на него.RU13 is made with UROP17 Ш4 using, for example, adjusting screws, an adjusting nut, a wedge mechanism, etc., to ensure accurate mating of friction surfaces ZO5 and C2. Between the lateral surfaces БП18 of the protrusion ЗО5 and the surfaces П19 Ш4 facing them, elastic elements UE20 are installed in the form of cup springs, Grover washers, MP metal rings (compressed wire spirals). US16 can also be performed as shown in Fig. 5: OS6 has a toroidal groove TP21 (radius R of the torus circumference), and О8 ЗО5 is made with a toroidal protrusion TB22 (radius R of the torus circumference), the smallest diameter D of which is equal to or large of the largest diameter D1 of the smooth part of OS6 from the condition of assembly of OS6. This is the simplest version of the CSS 16 and has the smallest contact area of the OS6 - ZO5 interface, its use is justified at relatively low working pressures so as not to create significant contact pressure in the interface, which can lead to deformation and wear of the friction surfaces of the interface. The use of a spherical friction bearing provides a significantly larger contact area for conjugation OS6 - ZO5 and a decrease in specific contact pressures. Therefore, the contact stresses and shear stresses in this case are much lower, but the friction coefficient, at the same time, is 0.1 ... 0.05, which makes it difficult to self-install ZO5 at high friction forces in the bearing at high loads on it. The use of a spherical rolling bearing provides a significant reduction in the friction coefficient in the interface to 0.001 and quick self-installation of ZO5 even at high specific contact pressures and high loads on it.

Работа устройстваDevice operation

На Ш4 действует усилие PS со стороны рабочей среды, которое воспринимается РУ13, где Р - давление рабочей среды, S - площадь нормального сечения Ш4 в зоне УУ11, плюс усилие трения F_T в УУ11. На ЗО5 действует усилие со стороны рабочего давления: при открытом положении - близкое к 0, при закрытом положении - максимальное и равное PS_C, где S_c - площадь ОЗ С2 в нормальном сечении. При любом положении ЗО5 относительно С2 не возникает усилия, прижимающего его к С2. Площадь S выбирают из условия зависимости (PS≥F_T+PS_C). Прижим ЗО5 к С2 с заданным усилием для обеспечения заданного уровня герметичности (протечки) затвора в закрытом положении осуществляется УРОП17 Ш4, например, за счет перемещения регулировочными винтами РУ13 относительно Б14, при этом перемещается Ш4 через В15 Ш4.On Ш4, the force PS acts on the part of the working medium, which is perceived by RU13, where P is the pressure of the working medium, S is the normal cross-sectional area Ш4 in the УУ11 zone, plus the friction force F _T in УУ11. On ZO5 there is a force from the working pressure: in the open position it is close to 0, in the closed position it is maximum and equal to PS _C , where S _c is the area of the OZ C2 in the normal section. At any position of ZO5 relative to C2, there is no force pressing it to C2. Area S is selected from the dependence condition (PS≥F _T + PS _C ). Clamp ZO5 to C2 with a given force to ensure a given level of shutter tightness (leakage) in the closed position is performed by УРОП17 Ш4, for example, by moving the RU13 adjusting screws relative to B14, while Ш4 moves through В15 Ш4.

Выполнение ОС6, связанной с ЗО5 через УС 16 305 в плоскости ГО7 ОС6, обеспечивает точное сопряжение поверхностей трения ЗО5 и Ш4 с минимальным зазором 0,05…0,005 мм (операцию регулировки делают при рабочем давлении среды), при этом протечка через вышеуказанный зазор в закрытом положении минимальна. ЗО5 может слегка отклоняться вправо-влево, вперед-назад, компенсируя погрешности изготовления деталей клапана, обеспечивая параллельность поверхностей трения ЗО5, С2 и равномерность зазора между ними. При этом силы трения, износ сопряжения ЗО5, С2, мощность привода - минимальны.The implementation of OS6, associated with ZO5 through US 16 305 in the plane GO7 OS6, provides exact matching of the friction surfaces ZO5 and Sh4 with a minimum clearance of 0.05 ... 0.005 mm (the adjustment operation is done at the operating pressure of the medium), while leakage through the above gap is closed position is minimal. ZO5 can slightly deviate from right to left, back and forth, compensating for errors in the manufacture of valve parts, ensuring the parallelism of the friction surfaces of ZO5, C2 and the uniformity of the gap between them. In this case, the friction forces, wear of the interface ЗО5, С2, and drive power are minimal.

Установка между БП18 выступа ЗО5 и П19 Ш4 обращенными к ним УЭ20 предотвращает отрицательное воздействие вибрации от пульсации потока среды и повреждение (разбивание) поверхностей сопряжения УС 16 (ОС6, ЗО5, Ш4), т.к. ЗО5 установлен с двумя степенями свободы относительно Ш4.The installation between the BP18 of the protrusion ZO5 and P19 Ш4 with the UE20 facing them prevents the negative impact of vibration from the pulsation of the medium flow and damage (breaking) of the interface surfaces of the US 16 (OS6, ZO5, Sh4), because ZO5 is installed with two degrees of freedom relative to W4.

Таким образом, при повышенных давлениях рабочей среды обеспечивается высокая герметичность затвора в закрытом положении и низкий момент трения при открытии и закрытии клапана за счет эффективной разгрузки ЗО5 и его точной самоустановки по поверхности трения С2. ЗО5 полностью разгружен и прижимается к С2 с заданным усилием устройством УРОП17 Ш4, например, регулировочными винтами.Thus, at elevated pressures of the working medium, a high tightness of the shutter in the closed position and a low friction moment when opening and closing the valve are ensured due to the effective unloading of ZO5 and its accurate self-installation on the friction surface C2. ZO5 is completely unloaded and pressed against C2 with a predetermined force by the UROP17 Ш4 device, for example, by adjusting screws.

Данный клапан может быть использован как устройство для регулирования потока рабочей среды при больших перепадах давления среды для ТЭС, АЭС.This valve can be used as a device for regulating the flow of the working medium at large pressure drops of the medium for thermal power plants and nuclear power plants.

Claims

Разгруженный дисковый клапан, содержащий корпус с седлом, шпиндель, связанный с регулирующим элементом в виде золотника дискового типа посредством оси, установленной в отверстии шпинделя перпендикулярно его геометрической оси, узел уплотнения шпинделя, разгрузочное устройство в виде упорного подшипника, связанного со шпинделем, отличающийся тем, что площадь S в нормальном сечении конца шпинделя, воспринимающего давление среды, выполнена большей, чем площадь S_с нормального сечения окон для прохода рабочей среды в седле, а ось связана с золотником через устройство самоустановки золотника в плоскости ее геометрической оси, а разгрузочное устройство выполнено с возможностью точной регулировки осевого положения шпинделя, причем между боковыми поверхностями выступа золотника и поверхностями шпинделя, обращенными к ним, установлены упругие элементы. An unloaded disk valve comprising a housing with a seat, a spindle connected to a regulating element in the form of a disk-type spool by means of an axis installed in the spindle bore perpendicular to its geometrical axis, a spindle seal assembly, an unloading device in the form of a thrust bearing associated with the spindle, characterized in that the area S in the normal section of the end of the spindle receiving the pressure of the medium is made larger than the area S _{from the} normal section of the windows for the passage of the working medium in the saddle, and the axis is connected with the spider through the spool self-adjusting device in the plane of its geometric axis, and the unloading device is made with the ability to precisely adjust the axial position of the spindle, and elastic elements are installed between the side surfaces of the spool protrusion and the spindle surfaces facing them.