Запірний клапан

1. Запірний клапан, який містить корпус із вхідним і вихідним каналами та запірний орган, який встановлений з можливістю опускання в сідло клапана і має шток, у верхній частини якого розташований сальник, який відрізняється тим, що кришка, яка встановлена зверху на корпусі, сполучена з корпусом через різьбове з'єднання, а сальник розміщений у кришці, у камері якої встановлені ущільнювальні елементи зворотного затвора, а барабанчик штока має конусну частину, що розташована з протилежної сторони запірного органа з можливістю сполучення з одним із ущільнювальних елементів зворотного затвора. 2. Клапан за п.1, який відрізняється тим, що сальник, який встановлений у кришці, виконаний плаваючим. 3. Клапан за п.1, який відрізняється тим, що в корпусі виконане різьбове гніздо. 4. Клапан за пп.1, 3, який відрізняється тим, що сідло клапана виконане у вигляді втулки, яка має різьбу на зовнішніх стінках, встановлена в різьбовому гнізді корпуса і служить затвором корпусу. 5. Клапан за п.4, який відрізняється тим, що втулка має внутрішню конусну поверхню. 6. Клапан за п.4, який відрізняється тим, що під втулкою встановлене кільце з терморозширюючого графіту. 7. Клапан за п.1, який відрізняється тим, що ущільнювальні елементи зворотного затвора містять металеву втулку та ущільнювальне кільце, на торцевій поверхні якого виконана конусна поверхня. 8. Клапан за пп.1, 7, який відрізняється тим, що на металевій втулці розміщене фторопластове ущільнення. 9. Клапан за пп.1, 7, який відрізняється тим, що у нижній торцевій частині металевої' втулки виконана конусна поверхня, яка сполучена з торцевою конусною поверхнею ущільнювального кільця. 10. Клапан за пп.1, 5, який відрізняється тим, що конусна поверхня голчастого золотника запірного органа сполучена з конусною поверхнею у втулці. 11. Клапан за п.1, який відрізняється тим, що запірний орган у вигляді золотника виконаний з головкою, яка з'єднана з циліндричним стрижнем, кінець якого входить у середину штока (шпинделя) та жорстко завапьцьований металом, 12. Клапан за пп.1, 11, який відрізняється тим, що на кінці штока (шпинделя) виконано гніздо, у якому встановлений стрижень золотника. 13. Клапан за пп.11, 12, який відрізняється тим, що гніздо має циліндричну форму відповідно до кінця стрижня. 14. Клапан за п.11, який відрізняється тим, що у середній частини стрижня виконана канавка для заповнення металом. СО CM о < D Корисна модель відноситься до запірної арматури, зокрема, до конструкції запірних клапанів та може бути використаний у системах магістральних трубопроводів, через які транспортують рідину чи газоподібне середовище. Відомий запірний клапан за авторським свідоцтвом №1556218, кл. F16K1/02, 31/143, заявл.04.11.1987р., опубл. 27.05.2000р. містить герметичний корпус із вхідним і вихідним патрубками, запірний орган у вигляді поршня, шток якого звязаний із приводом. Запірний орган взаємодіє із сідлом та виконаний з осьовим і радіальним каналами, розміщеними з можливістю взаємодії з вхідним і вихідним патрубками Поршень розміщений у проміжній камері корпуса, під поршнева порожнина якої сполучена з атмосферою, а порожній герметичний еластичний елемент у корпусі з'єднаний із над поршневою порожниною проміжної камери. 11023 Недоліками відомого запірного клапана є складність конструкції з наявністю великій кількості виконуваних каналів, що виключає герметичність під час пропуску потокового середовища. Відомий запірний клапан за авторським свідоцтвом №1613765, кл. F16K1/02, опубл.15.12.1990р. (див.фіг.2) містить корпус із вхідним і вихідним каналами та сідло. У порожнини корпуса розміщені запірний елемент, який представляє собою металевий циліндр із фаскою ц нижній основи, і шпиндель із сферичною опорною поверхнею, який зв'язаний з маховиком. У верхній основи запірного елемента по осі виконане конічне поглиблення, що контактує з опорною сферичною поверхнею шпинделя протягом усього часу роботи запірного пристрою, при цьому фаска у нижній основи запірного елемента точно сідає на поверхню фаски сідла. Недоліками відомого клапана є недостатня довговічність і надійність конструкції, тому що виявляються механічні руйнування поверхонь запірного елемента, низька пропускна здатність, що знижує діапазон проходження потоку середовища, яке транспортується. Відомий запірний клапан за патентом Німеччини №3017210, кл. F16K1M0, опубл. 12.11.1981р. містить корпус з наскрізним проточним каналом, який йде від входу до виходу. У корпусі встановлений нахилений шпиндель, який зв'язаний із запірним органом, який взаємодіє з сідлом при переміщенні шпинделя відносно корпусу, при цьому запірний орган входить у виїмку сідла, упираючись одною точкою, а другою точкою опори являється нижня частина запірного органу. Недоліком відомого клапана являється ненадійність фіксації' запірного органа у сідлі корпуса, що призводить до небажаного його переміщення та зменшує зону контакту із сідлом. Відомий запірний клапан за патентом Німеччини №3707109, кл. F16К1 \36, опубл. 15.09.1988р.містить корпус із вхідним і вихідним каналами для проходу середовища та запірним органом, який перекриває прохідний переріз клапана при переміщенні шпинделя із запірним органом, який має посадку на сідло. Шпиндель приводиться до руху з допомогою маховика, а у запірному органі у зоні його контакту із сідлом з боку ущільнювача виконана кільцева проточка, а циліндрична частина шпинделя жорстке посаджена у запірному органі. Недоліком відомого клапана є ненадійність з'єднання шпинделя із запірним органом через колихання його головки у прохідному перерізі клапана, що здійснює додаткову деформацію ущільнювача. Відомий запірний муфтовий клапан (див. інформаційний лист "Клапани запірні муфтові із ковкого чавуну PN16", ВАТ "Запорізький арматурний завод", вид. 1999р.) містить корпус з вхідним і вихідним каналами та кришку, яка з'єднана частково із горловиною корпуса по різьбі. В корпусі під прямим кутом встановлений шпиндель , який вгвинчується у різьбу в кришці та він зв'язаний у верхній частини з маховиком, а у нижній частини - із золотником, тобто верхня частина золотника затягнута на шпиндель. Ущільнення шпинделя - сальникове та підтягання сальникового ущільнення призводиться накидною гайкою, яка встановлена у кришці та розташована на сальниковому ущільненні, яке розміщене на шпинделі. Золотник при опусканні сидить у сідлі корпуса, а між корпусом і кришкою розміщена прокладка. З обертанням маховика забезпечується поступальний рух шпинделя, який з переміщенням піднімає або опускає золотник на сідло, що забезпечує тим самим повне відкриття або закриття прохідного переріза у сідлі корпуса. Дану конструкцію приймаємо за прототип. Недоліками прототипу являються: - не надійне з'єднання чавунного золотника із шпинделем при затягуванні, при цьому спостерігається колихання золотника на шпинделі, - збільшена концентрація напруження при виконані шестигранних муфт корпуса, при цьому не зніжується кількість механічних пошкоджень у час встановлення клапанів на трубопроводах. В основу корисної моделі поставлена задача розробки 2-х варіантів запірного клапана, який забезпечує удосконалення конструкції, підвищення її надійності і довговічності шляхом поліпшення умов герметизації за рахунок зняття тиску потоку робочого середовища на сальник, який плаває, при відкритті основного запірного органа та за рахунок обтічній форми корпусу із зниженою концентрацію напруження та виконання на головці золотника циліндричного стрижня, який входить у виконане циліндричне гніздо в шпинделі, виключаючи колихання і кутове зсування золотника, що поліпшує експлуатаційні характеристики клапана. Рішення поставленої задачі забезпечує 1-ий варіант запірного клапана, який містить корпус із вхідним і вихідним каналами та запірний орган, який встановлений з можливістю опускання в сідло клапана і має шток, у верхній частини якого розташований сальник, за рахунок того, що кришка, яка встановлена зверху на корпусі з'єднана з корпусом через нарізне сполучення, а сальник розміщений у кришці до упора, у камері якої встановлені ущільнювальні елементи зворотного затвора, а барабанчик штока має конусну частину, що розташована з протилежної сторони запірного органа з можливістю сполучення з одним з ущільнювальних елементів зворотного затвора. При цьому сальник, який встановлений у кришці виконаний плаваючім. Для утворення затвора корпуса і спрощення конструкції, у корпусі виконане різьбове гніздо, а сідло виконане у вигляді втулки, яка має різьблення на зовнішніх стінках і встановлена в різьбовому гнізді корпуса. Різьбова втулка має внутрішню конусну поверхню. Для герметизації затвора корпуса, під різьбовою втулкою встановлене кільце з терморозширюючого графіту. Для утворення зворотного затвора, його ущільнювальні елементи містять металеву втулку та ущільнювальне кільце. Для з'єднання кришки з корпусом, зовнішні поверхні виступаючого патрубка корпуса і внутрішні 11023 поверхні у нижній частини кришки мають різьблення. Для герметизації на металевій втулці розміщене фторопластове ущільнення. Для прилягання ущільнювальних елементів зворотного затвора, на торцевій поверхні ущільнювального кільця виконана конусна поверхня під кутом 30°, а нижній торцевій частини металевій втулки виконана конусна поверхня під кутом 30°, при цьому конусна поверхня металевій втулці сполучена з торцевою конусною поверхнею ущільнювального кільця. Для спрощення конструкції і створення герметизації, на кінці запірного органа виконаний голчастий золотник з конусною поверхнею, який сполучається в процесі закриття затвора корпуса з конусною поверхнею в укрученій у корпус різьбовою втулкою. За 2-им варіантом запірний клапан містить корпус з вхідним і вихідним каналами та сідлом у проточний частини, відносно якого рухоме встановлений золотник із шпинделем, а накидна гайка встановлена у кришці та розташована на сальниковому ущільненні, яке розміщене на шпинделі, при цьому золотник має циліндричний стрижень, який з'єднаний із його головкою, причому кінець стрижня входить у всередину шпинделя та жорстке завальцований металом. Для надійності з'єднання та поліпшення експлуатації, на кінці шпинделя виконане гніздо, у якому встановлений стрижень золотника, при цьому гніздо має циліндричну форму. Для міцності завальцювання, у середній частини стрижня золотника виконана канавка для заповнення металом. Для зниження концентрації напруження, зовнішні крайки вхідного і вихідного каналів корпусу мають круглу форму. Для зменшення гідравлічного опору та створення малого ходу золотника, верхня частина корпусу розташована під кутом 45° до вісі вхідного і вихідного каналів, а шпиндель у корпусі встановлений під кутом 45° до вісі вхідного і вихідного каналів. Технічний результат, який досягається при використанні корисної моделі: За 1-им варіантом виконання: - забезпечена довговічність клапана за рахунок застосування сальника, який плаває та не піддається механічним впливам і не вимагає стискання для досягнення герметичності, - підвищена надійність сальника, який плаває, за рахунок того, що зворотний затвор знімає тиск потоку робочого середовища із сальника, який плаває, при повному відкритті основного запірного органа корпуса, - забезпечена герметичність клапана за рахунок утворення затвора корпуса за допомогою посадки в різьбове гніздо корпуса різьбовій втулки, зменшені витрати на капітальний ремонт під час експлуатації. За 2-им варіантом виконання: - підвищена довговічність клапана, поліпшені міцні характеристики, знижений коефіцієнт гідравлічного опору у 10-20 разів за рахунок спрямуван ня потоку ближче до прямоточностІ, що зменшує зони опору та спрощує конструкцію, - зменшені витрати металу за рахунок виконання різній товщини корпусу клапана, який має оригінальну округлену форму з обтічними лініями та більш надійну стійкість, - заощаджувані енергоресурси, на кожний кілограм прокату метала витрачається менш електроенергії та використання лиття робить технологічне масовим виробництво клапанів, - зменшена концентрація напруженості у конструкції клапана, зовнішні крайки вхідного і вихідного каналів мають круглу форму , при цьому після лиття корпуса під час охолодження металу утворюються рівномірно розподілені концентри на круглих муфтах корпусу клапана, що знижує механічні пошкодження та підвищує строк служби. Запірний клапан, що заявляється, пояснюється нижчеподаним описом і кресленнями, де: ФІГ-1, Фіг.2 - загальний вид запірного клапану, 1-ий варіант виконання, Фіг.З - кришка клапана, Фіг.4 - корпус клапана, Фіг.5 - запірний орган із штоком, Фіг.6 - голчастий золотник запірного органа, Фіг. 7 - металева втулка, Фіг.8 - ущільнювальне кільце, Фіг.9 - сідло клапана (різьбова втулка), Фіг.10 - вид А по фіг.9, Фіг. 11, Фіг.12 - загальний вид запірного клапану, 2-ий варіант виконання, Фіг. 13 - внутрішній фрагмент клапана, Фіг.14 - вид золотника, Фіг.15 - винесення І за фіг. 13. За корисною моделлю, у 1-ому варіанті виконання, запірний газовий клапан містить металевий корпус 1 із вхідним і вихідним каналами 2 і 3 для входу і виходу потоку робочого середовища, наприклад, газу (див.фіг.1, фіг.2). У корпусі 1 розміщений запірний орган 4 і сідло 5, яке виконане у вигляді втулки з різьбленням А, розміщеним на її зовнішніх стінках, при цьому втулка 5 має внутрішню конусну поверхню (див.фіг.1, фіг.2, фіг.9, фіг.10). Під різьбовою втулкою 5 встановлене ущільнювальне кільце 6 з терморозширюючого графіту (див.фіг.2). Запірний орган 4 має шток 7. Для спрощення конструкції в корпусі 1 виконане різьбове гніздо S для посадки в нього різьбовій втулки 5, яка служить затвором корпуса. Корпус 1 клапана має виступаючий патрубок 9, зовнішні поверхні якого виконані з різьбленням Б (див.фіг.4). На виступаючий патрубок 9 корпуса 1 зверху нагвинчена кришка 10, тому що внутрішні поверхні в її нижній частини мають різьблення В (див.фіг.З). Через кришку 10 проходить вихідний із корпуса шток 7, на хвостовику 11 якого встановлена рукоятка 12 маховика, що підгортається гайкою 13 (див.фіг.2). У верхній частини штока 7 і в кришці 10 розташований сальник, який плаває І складається з кілець ущільнень з різнорідного матеріалу 11023 захисне фторопластове кільце 14 та кругле гумове кільце 15. Кільця 14 і 15 сальника, який плаває, встановлені у кришці 10 до упора. У камері кришці 10 встановлене додатково ущільнювальне фторопластове кільце 16 і металева втулка 17, що розташовуються на горизонтальній поверхні виступаючого патрубка 9 корпуса 1 (див.фіг.2, фіг.7, фіг.8). Ущільнювальне кільце 16 і металева втулка 77 є складовою частиною зворотного затвора корпуса. На металевій втулці 17 міститься фторопластове ущільнення у вигляді кільця 18, яке також є складовою частиною зворотного затвора клапана (див.фіг.2, фіг.7). На торцевій поверхні ущільнювального кільця 16 виконана конусна поверхня Д під кутом 30° (див.фіг.8). У нижній торцевій частині металевій втулки 17 виконана конусна поверхня Г під кутом 30°, тому що при установці металевій втулки 17 на ущільнювальне кільце 16 їхні конусні поверхні Д та Г сполучені одна з одною (див.фіг.2, фіг.7, фіг.8). На штоку 7 клапана виконаний циліндричний різьбовий барабанчик 19 (див.фіг.1, фіг.2, фіг.5). Барабанчик 19 штока 7 з'єднаний із запірним органом 4, який має голчастий золотник 20 (див.фіг.5, фіг.6). Голчастий золотник 20 має конусну поверхню, що сполучається з конусною поверхнею в різьбовій втулці 5 (див.фіг.2, фіг.6, фіг.9, фіг. 10). Барабанчик 19 штока 7 має конусну частину 21, що розташована з протилежної сторони запірного органа 4 і при підйомі штока 7 барабанчик 19 доходить до упора, його конусна частина 21, сполучаючись з поверхнею Е ущільнювального кільця 16, складає тим самим зворотний затвор, що закривається, утворює «замок», при цьому тиск потоку робочого газу не впливає на кільця 14 і 75 сальника, який плаває у кришці 10 (див.фіг.2, фіг.5, фіг.8). У центрі різьбової втулки 5 виконане гніздо 22 у вигляді шестигранника (див.фіг.9, фіг. 10). Запірний газовий клапан, що заявляється працює так: При вивертанні штока 7 запірний орган 4 при поступальному русі переміщається нагору і виходить із гнізда 22 втулки 5, відкриваючи можливість для проходження потоку робочого газу через вхідний І вихідний канали 2 і 3. Тим самим забезпечується керування манометрами на магістральних газопроводах за рахунок проходження потоку робочого газу з регулюванням і обмеженим рухом штока 7 із запірним органом 4, який має голчастий золотник 20, при цьому при повному підйомі запірного органа 4 здійснюється короткочасний тиск потоку робочого газу на кільця 14 і 15 сальника, який плаває, до моменту, коли при вивертанні штока 7 конусна частина 21 на барабанчику 19 штока 7 сполучається з ущільнювальним елементом зворотного затвора, наприклад, ущільнювальним кільцем 16, утворюючи «замок». 8 При цьому зворотний затвор, який складається з металевій втулки 17, фторопластового кільця 18, ущільнювального кільця 16 і конусної частини 21 на барабанчику 19, постійно знімає тиск потоку робочого газу, тобто зняття тиску на сальник, який плаває, здійснюється за рахунок закриття зворотного затвора. У 2-ому варіанті виконання, запірний прямоточний муфтовий клапан із ковкого чавуну PN16 містить литий корпус 23, який виконаний з вхідним і вихідним каналами 24 І 25 та сідлом 26, встановленим у проточній частини клапана (див.фіг.1, фіг. 12). Верхня циліндрична частина корпусу 23 розташована під кутом 45° до вісі вхідного і вихідного каналів 24 і 25, а кришка 27 нагвинчується на корпус 23, при цьому шпиндель 28 із золотником 29 встановлений під кутом 45° до вісі вхідного і вихідного каналів 24 і 25 (див.фіг. 11 ,фіг. 12). При поступальному русі шпинделя 28 з допомогою маховика ЗО, золотник 29 піднімається і опускається на сідло 26, тим самим відкриваючі або зачиняючи прохідний переріз у сідлі корпусу. У кришці 27 встановлена накидна гайка 31, яка розташована на сальниковім ущільненні 32 , яке розміщене на шпинделі 28 (див.фіг.12, фіг. 13). Головка золотника 29 з'єднана з циліндричним стрижнем 33, кінець якого входить у всередину шпинделя 28 та жорстке завальцований там металом 34 (див.фіг.14, фіг.15). На кінці шпинделя 28 виконане гніздо 35 циліндричній форми, у яке входить стрижень 33 золотника 29 (див.фіг.15). У середній частини стрижня 33 виконана канавка 36, яка заповнюється металом 34. Зовнішні крайки муфт 37 вхідного і вихідного каналів 24 і 25 виконані круглої форми. Протилежно стрижню 33 золотник 29 має шайбу 38 та гайку 39, які встановлені на короткому стрижні 40 (див.фіг.13, фіг. 14) Запірний клапан, що заявляється у 2-ому варіанті працює так: З обертанням маховика ЗО забезпечується поступальний рух шпинделя 28, який переміщується і тим самим піднімає або опускає золотник 29, тобто він забезпечує повне відкриття або закриття прохідного перерізу у сідлі 26 корпусу 23. Тому що поворот шпинделя 28 полегшений, потоку робочого середовища ніщо не заважає проходить через канали 24 і 25, а тиск робочого середовища на вказані поверхні створює зусилля, яке направлене у протилежних напрямках, що полегшує поворот шпинделя 28 у закритому положенні. Запірний іспапан, що заявляється, дозволяє: У 1-ому варіанті виконання - підвищити надійність при експлуатації, тому що зворотний затвор клапана служить для зняття тиску потоку робочого газу на сальник, який плаває (плаваюче чепцеве ущільнення), тобто сальник, який плаває, не вимагає додаткового стискання і не відбувається його розгерметизація при підйомі запірного органа, - знизити кількість ремонтів і трудомісткість при виготовленні клапана, у конструкцію якого 10 11023 входять прості по виготовленню елементи зворотного затвора. У 2-ому варіанті виконання: - використовувати клапан на трубопроводах в якості запірного пристрою для періодичного включення або відключення частини трубопроводу, - досягти легкості та плавності підйому золотника і перевірити на герметичність затвор клапану шляхом подання рідини під золотник тиском 16кг\см2. ФІг.1 ІЗ 'Ріг. 11 11023 12 Фіг. З 8