Дросельний вентиль

1. Дросельний вентиль (1, 25) з корпусом (2), що має впускний отвір (3) для текучого середовища під тиском впускання, з дроселем (4, 27) для регулювання текучого середовища до тиску випускання і з випускним отвором (5) для текучого середовища, а також з регулювальним елементом (11, 32) зовні на корпусі (2), з валом (13), встановленим з можливістю обертання, і поршнем (16), встановленим з можливістю осьового переміщення в кожусі (15) дроселя в формі труби, причому за допомогою регулювального елемента (11, 32) викликається обертання вала (13), і через обертання вала (13) - осьове переміщення поршня (16), а за допомогою осьового переміщення поршня (16) забезпечується регулювання прохідного перерізу дроселя (4, 27), який відрізняється тим, що містить встановлені на регулювальному елементі (11, 32) первинні магніти, встановлені на валу (13) вторинні магніти, а також встановлену на валу (13) гвинтову передачу (20) з тілами кочення, причому обертання регулювального елемента (11, 32) передається на вал (13) за допомогою магнітного зв'язку первинних магнітів з вторинними магнітами, а за допомогою гвинтової передачі (20) з тілами кочення перетворюється в осьове переміщення поршня (16). 2. Дросельний вентиль (1, 25) за п.1, який відрізняється тим, що містить перемикаючий шпиндель (21, 26), причому обертання регулювально 2 (19) 1 3 97264 4 11. Дросельний вентиль (1, 25) за будь-яким з пп.1-10, який відрізняється тим, що гвинтова передача (20) з тілами кочення відповідає стан дартам НАІК (NACE) і ISO для захисту від корозії в нафтовій і газовій промисловості. Винахід належить до дросельного вентилю з корпусом, який має впускний отвір для текучого середовища під тиском впускання, дросель, за допомогою якого можна регулювати текуче середовище до тиску випуску, і випускний отвір для текучого середовища, а також з регулювальним елементом зовні на корпусі, з валом, встановленим з можливістю обертання, і поршнем, встановленим з можливістю осьового переміщення всередині корпусу в кожусі дроселя і виконаним в формі труби, причому за допомогою регулювального елемента можна спричиняти обертання вала, а через обертання вала - осьове переміщення поршня, і через осьове переміщення поршня можна регулювати поперечний переріз дроселя. Дросельні вентилі вищезазначеного виду широко відомі у множині конструктивних різновидів, наприклад, із заявок заявника. Такі дросельні вентилі з можливістю регулювання прохідного перерізу дроселя розроблені внаслідок доброї у встановленому положенні можливості доступу для заміни швидкозношуваних деталей, а також із причини порівняно простого в механічному плані регулювального механізму, переважно, традиційно в кутовому компонуванні (кутовий тип вентиля "angle type valve"), зокрема, з протікаючим перпендикулярно осі поршня і напряму випуску текучим середовищем. Останнім часом також все більше знаходять застосування, зокрема, там, де небажана зміна напряму потоку, дросельні вентилі в осьовому компонуванні (осьовий тип вентиля "axial type valve"), зокрема, з можливістю співвісного переміщення поршня в напрямі впускання і випускання. До того ж, вони мають при однакових гідравлічних параметрах більш незначні зовнішні габаритні розміри, а внаслідок співвісного компонування менше навантаження на матеріал з боку протікаючого текучого середовища і, отже, - зменшений знос. У відомих дросельних вентилях обертовий вал механічно жорстко з'єднаний з регулювальним елементом, наприклад, через фланець. Обертальний рух вала перетворюється поза корпусом через ковзаючу одна по одній гвинтову різь, за принципом болта і гайки, в лінійний рух або безпосередньо поршня, - при кутовому компонуванні, - або перемикаючого шпинделя. При осьовому компонуванні перемикаючий шпиндель і поршень забезпечені відповідно вхідними у взаємне зачеплення косозубими нарізками, що роблять можливим зміну напряму лінійного руху. У рамках морського нафто- і газодобування перші етапи обробки, наприклад, стиснення здобутого газу, все частіше переноситься безпосередньо до місця здобичі на морському дні. Ця тенденція супроводжується зростаючою потребою у відповідних для підводного застосування компонентах таких, як дросельні вентилі. Ці компоненти повинні бути такими, що не забруднюють, не тільки внаслідок захисту навколишнього середовища, зокрема вони мають забезпечувати захист протікаючого текучого середовища (нафта, газ) від навколишньої морської води, і запобігати виходу текучого середовища у зовнішнє середовище. Більше того, вони повинні також перешкоджати при всіх обставинах проникненню викликаючої сильну корозію і заповненої мікроорганізмами морської води в сам вентиль, або в регулюючі елементи. Нарешті, небажаний також будь-який контакт, зокрема, електроніки регулювальних елементів, з текучим середовищем, що транспортується, також дуже агресивного внаслідок забруднення, зокрема, сірководнем. Такий захист елементів дросельного вентиля як від протікаючого текучого середовища, так і від зовнішнього середовища, з одного боку, а, з іншого боку, абсолютну відсутність викидів можна забезпечити з відомими концепціями дросельних вентилів тільки при значно збільшених витратах на ущільнення, а також при підвищених вимогах до якості матеріалів і поверхонь. Крім того, з боку користувачів існують частково упередження відносно використання під водою неметалічних ущільнювальних систем і ущільнювальних засобів. У ЕР 0308878 АІ і ЕР 0681130 АІ описані запірні вентилі з кульовою обертовою головкою, в FR 2536825 АІ - з лінійно переміщуваним, що приводиться в рух регулюючою різзю поршнем, у яких відповідно обертовий вал з'єднаний в корпусі вентиля з регулювальним елементом поза корпусом за допомогою електромагнітного зв'язку. Таким чином, протікаюче текуче середовище відділене від зовнішнього середовища без необхідності ущільнення рухомих елементів, що пронизують корпус. Задача винаходу полягає в створенні дросельного вентиля для підводного застосування, зокрема, для нафто- і газовидобутку з великими поперечними перерізами труб. Виходячи з відомих дросельних вентилів, в рамках винаходу пропонується, що дросельний вентиль має встановлені на регулювальному елементі первинні магніти, встановлені на валу вторинні магніти, а також встановлену на валу гвинтову передачу з тілами кочення, причому обертання регулювального елемента за допомогою електромагнітного зв'язку первинних магнітів з вторинними магнітами передається на вал і перетворюється за допомогою гвинтової передачі з тілами кочення в осьове переміщення поршня. Як відомо з рівня техніки згідно з публікацією DE 8712878 U1, регулювальний елемент і внутрішня порожнина корпусу повністю відділені одне від одного за допомогою електромагнітного зв'язку, без необхідності ущільнення рухомих деталей. Обертовий вал, а при осьовій конфігурації, крім того, - перемикаючий шпиндель, повністю 5 оточені протікаючим текучим середовищем, і внаслідок цього гідростатично урівноважені в осьовому напрямі. Переносимі за допомогою електромагнітного зв'язку від регулювального елемента на обертовий вал регулюючі моменти незначні і, зокрема, не досягають відомих, необхідних для підводного застосування типових для великогабаритних компонентів величин. При використанні гвинтової передачі з тілами кочення втрата потужності при переведенні обертального руху вала в поступальний рух і, також, як проте, при істотно незміненому конструктивному принципі - необхідний на валу регулюючий момент, - істотно меншають. Гвинтові передачі з тілами кочення - це, відомі, зокрема, системи приводу з галузі застосування в металообробних машинах: для переведення з обертального руху в поступальний рух використовують кульки або різьбові обкатувальні штоки ("ролики"), щонайменше, поступально переміщуваний конструктивний елемент. Більш незначний опір коченню обкатувальних елементів в порівнянні з тертям ковзання між різзю, робить можливим перетворення, що має дуже незначні втрати. Коефіцієнти корисної дії приводів з роликовою гвинтовою передачею і приводів з кульковою гвинтовою передачею по суті ідентичні. З одного боку, роликові гвинтові передачі (роликовий ходовий гвинт "roller screw") будують значно компактніше, ніж приводи з кульковою гвинтовою передачею, і перші роблять можливим, з іншого боку, як перетворення поступального руху в обертальний, так і навпаки. З одного боку, запропонований дросельний вентиль може мати перемикаючий шпиндель, причому обертання регулювального елемента перетворюється за допомогою гвинтової передачі з тілами кочення спочатку в лінійний рух перемикаючого шпинделя, а також мати косозубу рейкову передачу, за допомогою якої лінійний рух перетворюється в осьове переміщення поршня. Напрям втікаючого і витікаючого потоку орієнтовані в такому дросельному вентилі з осьовим компонуванням в одному напрямі і співвісно відносно поршня. Альтернативно в запропонованому дросельному вентилі обертання регулювального елемента за допомогою роликової різьбової передачі може перетворюватися безпосередньо в осьове переміщення поршня. Згідно з винаходом роликова різьбова передача застосовується для цього способу, зокрема, в дросельному вентилі з кутовим компонуванням. У переважній формі виконання запропонований дросельний вентиль має елемент приводу для регулювання поперечного перерізу дроселя, що приводиться в дію за допомогою електродвигуна. У цьому випадку запропонований дросельний вентиль найбільш підходить, зокрема, для використання в автоматично керованих системах. Альтернативно регулювальний елемент запропонованого дросельного вентиля може приводитися в рух також пневматично, гідравлічно або навіть вручну за допомогою маховичка або перевідного важеля. 97264 6 У такому запропонованому дросельному вентилі, що приводиться в рух за допомогою електромотора, регулювальний елемент може бути виконаний, зокрема, як статор, а вал - як ротор елемента приводу, і також первинні магніти - як електромагніти, а вторинні магніти - як постійні магніти. Конструкція запропонованого дросельного вентиля істотно спрощується за рахунок інтеграції регулювального елемента і вала в привід, що приводиться в дію за допомогою електродвигуна. Істотно меншають також як габарити, так і витрати на виготовлення і виробничі витрати запропонованого дросельного вентиля. У найбільш переважній формі виконання запропонований дросельний вентиль має пружинний елемент, який натягається при обертанні регулювального елемента, починаючи від початкового положення поршня, і за допомогою якого поршень може повертатися в початкове положення. Тим самим, запропонований дросельний вентиль має запобіжник при відмові приводу. Широко відомі дросельні вентилі із запобіжником виходу з ладу мають регулювальні пристрої, що лінійно зсуваються. Запобіжник виходу з ладу можна виконувати в таких вентилях просто шляхом розміщення гвинтової пружини. Для магнітного зв'язку потрібний регулювальний пристрій, що обертається в обох напрямах, тобто зміна напряму експлуатації, яка в протилежність регулюючій різі з гвинтовою різзю і гайкою, забезпечується гвинтовою передачею з тілами кочення, зокрема, діюче на перемикаючий шпиндель осьове зусилля переводиться за допомогою тіл кочення в крутний момент, передається на корпус гвинтової передачі і приводить його в обертання. У такому запропонованому дросельному вентилі з осьовим компонуванням в перемикаючому шпинделі може бути встановлений пружинний елемент, що розтягується при лінійному русі шпинделя. При відмові приводу пружинний елемент діє спочатку безпосередньо на перемикаючий шпиндель, а через косозубе зачеплення опосередковано на поршень, а також через гвинтову передачу з тілами кочення - опосередковано на регулювальний елемент. У такій конструктивній формі пружинний елемент можна розміщувати, зокрема, безпосередньо всередині корпусу. Зусилля для натягнення гвинтової пружини повинне перенестися в такому випадку регулювальним пристроєм через магнітний зв'язок і гвинтову передачу з тілами кочення на перемикаючий шпиндель. Відповідно, як магнітний зв'язок, так і гвинтова передача з тілами кочення повинні бути розраховані для передачі відповідних зусиль і моментів. Крім того, гвинтова пружина, що насаджується на перемикаючий шпиндель, оскільки вона розміщена у внутрішній частині корпусу, знаходиться в контакті з протікаючим через дросельний вентиль текучим середовищем. Тому вибір матеріалу для гвинтової пружини (як і для всіх елементів у внутрішній частині корпусу) в цьому відношенні обмежений, щоб вони не вступали в реакцію з текучим середовищем, зокрема, не могли роз'їдатися текучим середовищем. 7 Альтернативно в такому запропонованому дросельному вентилі з осьовим компонуванням або кутовим компонуванням, пружинний елемент може бути встановлений на регулювальному елементі і натягатися при обертанні регулювального елемента. При відмові приводу пружинний елемент діє в цьому випадку безпосередньо на регулювальний елемент, а через гвинтову передачу з тілами кочення, а також при необхідності через косозубе зачеплення - на поршень. У цій конструктивній формі пружинний елемент з регулювальним елементом звичайно розміщують поза корпусом. У цьому випадку можна використати гвинтову пружину або спіральну пружину. Крім того, альтернативно пружинний елемент в межах корпусу можна з'єднати безпосередньо з поршневим штоком. В одному з таких запропонованих дросельних вентилів із запобіганням на випадок виходу з ладу за допомогою пружинного елемента поперечний переріз дроселя може бути відкритий в початковому положенні поршня максимально. Такий запропонований дросельний вентиль застосовують, наприклад, як запобіжний вентиль насоса в паралельному контурі між впусканням і випусканням компресора. Альтернативно, в залежності від необхідності, в окремих випадках можна передбачати повне закриття поперечного перерізу дроселя в початковому положенні поршня, або в будь-якому визначеному проміжному положенні. Гвинтова передача з тілами кочення запропонованого дросельного вентиля переважно задовольняє стандартам HAIK (NACE) та ISO для захисту від корозії в нафтопромисловості і газовій індустрії. Гвинтову передачу з тілами кочення не треба захищати з використанням засобів, що дорого коштують, в такому випадку від протікаючого текучого середовища, що істотно спрощує конструкцію і знижує вимоги до матеріалу і виробничих допусків. Наприклад, для цього рухомі елементи роликової гвинтової передачі можуть бути виконані з керамічного матеріалу. Індикатор положення запропонованого дросельного вентиля можна настроювати, наприклад, безконтактно за допомогою постійних магнітів і електромагнітного датчика в одному з переміщуваних елементів. Таким чином, ефективно уникають механічної погрішності магнітного зв'язку. Далі наводиться опис винаходу на двох прикладах виконання. На кресленнях показані: Фіг.1 - перший дросельний вентиль, згідно з винаходом, Фіг.2 - другий дросельний вентиль, згідно з винаходом, і Фіг.3 - фрагмент дросельних вентилів, згідно з винаходом. Показаний на Фіг.1 перший запропонований дросельний вентиль 1 має корпус 2 з впускним отвором 3 для не зображеного текучого середовища під тиском впускання, з дроселем 4, за допомогою якого можна регулювати текуче середовище до тиску випуску, і з випускним отвором 5 97264 8 для текучого середовища. Корпус 2 складається з литого корпусу 6 вентиля, пригвинченого зовні на корпус 6 вентиля корпусу 7 регулювального пристрою 8, а також з привареного зовні до корпусу 6 вентиля навпроти регулювального пристрою 8 корпусу 9 запобіжного пристрою 10. Дросельний вентиль 1 має надітий в формі горщика на регулювальний пристрій 8 обертовий регулювальний елемент 11, що фіксується також згвинченим з регулювальним пристроєм 8 кожухом 12 в формі горщика. У той час, як через весь корпус 2 дросельного вентиля 1 протікає по суті текуче середовище, цей кожух 12 заповнений робочою рідиною, що задовольняє екологічним вимогам, зокрема, стійкою до морської води. Всередині регулювального пристрою 8 дросельний вентиль 1 має обертовий вал 13 в формі труби. Дросель 4 жорстко встановлений в корпусі 6 вентиля за допомогою перемичок 14. Він має забезпечений радіальними отворами кожух 15 дроселя в формі труби і поршень 16, встановлений з можливістю осьового переміщення в кожусі. Не зображені отвори кожуха 15 дроселя почергово закриваються або відкриваються при переміщенні поршня 16. Таким чином, регулюється ефективний поперечний переріз дроселя дросельного вентиля 1. На регулювальному елементі 11 як первинні магніти 17, а на валу 13 - як вторинні магніти 18 відповідно встановлено по декілька постійних магнітів. Вал 13 згвинчений з опорним корпусом 19 гвинтової передачі 20 з тілами кочення, що перетворює обертання вала 13 в лінійний рух перемикаючого шпинделя 21. Гвинтова передача 20 з тілами кочення виконана по суті з стійкого до нафти і до газу матеріалу. Перемикаючий шпиндель 21 проходить всередині корпусу 2 дросельного вентиля 1 від корпусу 7 регулювального пристрою 8 через корпус 6 вентиля і дросель 4 в корпус 9 запобіжного пристрою 10. У дроселі 4 перемикаючий шпиндель 21 косозубий і утворює, входячи в зачеплення з таким же косозубим в цьому випадку поршнем 16, рейкову передачу 22, що перетворює лінійний рух перемикаючого шпинделя 21 в перпендикулярне йому осьове переміщення поршня 16. Запобіжний пристрій 10 складається по суті з пружинного елемента 23, на кресленні в формі гвинтової пружини, який фіксує максимально відкритим прохідний переріз дроселя в представленому робочому положенні дросельного вентиля 1. Осьове переміщення поршня 16 з робочого положення зменшує прохідний переріз дроселя і в той же час зміщає з'єднану з перемикаючим шпинделем 21 притискну пластину 24 в запобіжному пристрої 10 до пружинного елемента 23. При зменшенні крутного моменту на регулювальному елементі 11 при певній величині зусилля пружини запобіжний пристрій 10 самостійно відкриває прохідний переріз дроселя до робочого положення. Показаний на Фіг.2 другий дросельний вентиль 25 згідно з винаходом відповідає в основних рисах конструкції і, включаючи конструктивні де 9 талі, першому дросельному вентилю 1. Тому ідентичні елементи і вузли позначені на Фіг.2 у відповідності до Фіг.1. Далі описуються відмінності з першим дросельним вентилем 1. У другому дросельному вентилі 25 перемикаючий шпиндель 26 проходить аж до дроселя 27 і закінчується в ньому. Запобіжний пристрій 28 встановлений не навпроти регулювального пристрою 29 в корпусі вентиля 30, а жорстко з'єднаний з кожухом 31, фіксуючим регулювальний елемент 32. Цей регулювальний елемент 32 пригвинчений до обертового вала 33, що проходить через запобіжний пристрій 28 і закінчується у фланці 34 для закріплення не зображеного елемента приводу. Запобіжний пристрій 28, знову ж, складається по суті з пружинного елемента 23 в формі гвинтової пружини, фіксуючого максимально відкритим прохідний переріз дроселя. Притискна пластина 35 в запобіжному пристрої 28 пригвинчена до опорного корпусу 36 роликової гвинтової передачі 37: ролики 38 встановлені в роликовій гвинтовій передачі 37 з можливістю обертання. Пружинний елемент 23 надає осьове зусилля на притискну пластину 35. Ролики 38 роликової гвинтової передачі 37 перетворюють це осьове зусилля в крутний момент на вал 33. Всередині опорного корпусу 36 призматична шпонка 39 перешкоджає провертанню відносно корпусу 40 гвинтової передачі. Напрямний стрижень 41 перешкоджає повороту притискної пластини 35 навколо вала 33. Запобіжний пристрій 28 другого дросельного вентиля 25 заповнений тією ж задовольняючою екологічним вимогам робочою рідиною, як і кожух 31. Напрямний стрижень 41 запобігає небажаному обертальному руху притискної пластини 35, опорного корпусу 36 і корпусу 40 гвинтової передачі. На Фіг.2, дросельний вентиль 25, що відкривається у разі неполадки, зокрема, у разі відмови діючого ззовні регулюючого моменту на регулювальний елемент 32, показаний в повністю відкритому положенні. При закритті дросельного вентиля 25 обертання регулювального елемента 32 перетворюється одночасно через вал 33, роликову гвинтову передачу 37 і притискну пластину 35 в осьове скорочення пружинного елемента 23. У разі неполадки пружинний елемент 23 прикладає через притискну пластину 35 осьове зусилля на роликову гвинтову передачу 37 і спричиняє за допомогою неї обертальний рух вала 33 і регулювального елемента 32, щоб знов відкрити дросельний вентиль. Розміщені на кресленні поза корпусом елементи запобіжного пристрою 28 не знаходяться в контакті з протікаючим в дросельному вентилі текучим середовищем і тому їх можна розраховувати простіше і виготовляти дешевше в порівнянні з дросельним вентилем 1. На Фіг.3 детально показана гвинтова передача 20 з тілами кочення з дросельних вентилів 1 і 25 згідно з Фіг.1 і 2. Гвинтова передача 20 з тілами кочення розміщена в опорному корпусі 42, що спирається на підшипниках кочення 43 по осі і радіально (на кресленні не зображено) на корпус 2 і безпосередньо з'єднаний з вторинним магні 97264 10 том 18. Обертальний рух опорного корпусу 42 і в цьому випадку також передається за допомогою призматичної шпонки 44 на корпус 45 гвинтової передачі 20 з тілами кочення. Тіла 46 кочення гвинтової передачі 20 з тілами кочення перетворюють обертання корпусу 45 гвинтової передачі в лінійний рух перемикаючого шпинделя 21. Гвинтова передача 20 з тілами кочення застопорена в опорному корпусі 42 за допомогою загвинченої гайки 47. Гвинтова передача 20 з тілами кочення виконана внаслідок високого коефіцієнта корисної дії як роликова гвинтова передача. Роликова гвинтова передача може забезпечувати також високі швидкості закриття, необхідні для запобігання передачі гідравлічних ударів. На кресленнях показані: 1. Дросельний вентиль 2. Корпус 3. Впускний отвір 4. Дросель 5. Випускний отвір 6. Корпус вентиля 7. Корпус 8. Регулювальний пристрій 9. Корпус 10. Запобіжний пристрій 11. Регулювальний елемент 12. Кожух 13. Вал 14. Перемичка 15. Кожух дроселя 16. Поршень 17. Первинний магніт 18. Вторинний магніт 19. Опорний корпус 20. Гвинтова передача з тілами кочення 21. Перемикаючий шпиндель 22. Рейкова передача 23. Пружинний елемент 24. Притискна пластина 25. Дросельний вентиль 26. Перемикаючий шпиндель 27. Дросель 28. Запобіжний пристрій 29. Регулювальний пристрій 30. Корпус вентиля 31. Кожух 32. Регулювальний елемент 33. Вал 34. Фланець 35. Притискна пластина 36. Опорний корпус 37. Роликова гвинтова передача 38. Ролик 39. Призматична шпонка 40. Корпус гвинтової передачі 41. Стрижень 42. Опорний корпус 43. Тіло кочення 44. Призматична шпонка 45. Корпус гвинтової передачі 46. Тіло кочення 47. Гайка 11 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 97264 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601