RU2217637C2

RU2217637C2 - Valve-distributor

Info

Publication number: RU2217637C2
Application number: RU2002101292A
Authority: RU
Inventors: П.В. Малина
Original assignee: Малина Петр Васильевич
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: main pipelines. SUBSTANCE: invention is designed to control flow of working medium in high-pressure mains at high flow rates. Proposed valve-distributor contains body with inlet and outlet holes, valve seats and shutoff member made in form of hollow of hollow cylindrical bushing and connected with drive and sealing units. Shutoff member is provided with projections. Said projections are made on its outer surface in plane of cross-section and are in contact with inner surface of body. End face surfaces of shutoff member and valve seats are made in form of reverse truncated cones. EFFECT: reduced forces required for shifting shutoff member, improved stability in operation. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в трубопроводных магистралях, преимущественно высокого давления при больших расходах рабочей средыThe invention relates to pipe fittings and is intended to control the flow of the working medium in the pipelines, mainly high pressure at high flow rates

Существующие распределители разделяются по конструкции запорного элемента на золотниковые, крановые и клапанные.Existing valves are divided by the design of the shut-off element into spool, valve and valve.

Золотниковые распределители работают при больших давлениях и расходах, но для таких распределителей характерно наличие утечек через диаметральный зазор между кольцевой расточкой корпуса и поясками золотника.Spool valves operate at high pressures and costs, but these valves are characterized by leaks through the diametrical gap between the annular bore of the housing and the spool belts.

Крановые распределители применяются в основном при небольших давлениях и расходах, запорным элементом у них служит конический или шаровой кран, который поворачивается в корпусе с уплотнениями вокруг оси. Недостаток: при больших давлениях возникают большие силы трения при открытии и закрытии крана.Crane valves are used mainly at low pressures and costs, the shutoff element is a conical or ball valve, which rotates in a housing with seals around the axis. Disadvantage: at high pressures, large friction forces arise when opening and closing the crane.

Клапанные распределители применяют в быстроразъемных соединениях трубопроводов и рукавов, а также в гидрозамках. Конструктивно запорным элементом у них является шар или конус. По сравнению с другими распределителями клапанные имеют более высокую герметичность, но имеют тот же недостаток, что и другие, при увеличении давления и расхода требуются большие усилия при переключении [К.М. Холин, О.Ф. Никитин. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М., Машиностроение, 1989 г., стр. 99-104].Valve dispensers are used in quick disconnect connections of pipelines and hoses, as well as in hydraulic locks. Structurally, the locking element is a ball or cone. Compared to other valves, valve valves have higher tightness, but have the same drawback as others, with an increase in pressure and flow rate, great efforts are required when switching [K.M. Kholin, O.F. Nikitin. The basics of hydraulics and volumetric hydraulic drives. M., Engineering, 1989, pp. 99-104].

Известен клапан (патент РФ № 2163318 от 20.02.2001), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана и запорный элемент, выполненный в виде диска.A known valve (RF patent No. 2163318 from 02.20.2001) containing a housing with inlet and outlet openings, a valve seat and a locking element made in the form of a disk.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу при отпирании и запирании больших усилий, необходимых для преодоления сил давления рабочей среды на запорный элемент. Указанное обстоятельство затрудняет использование клапана при больших давлениях рабочей среды и/или больших подачах, так как сила, действующая на клапан под действием давления рабочей среды, увеличивается прямо пропорционально давлению и площади запорного элемента.The disadvantage of this valve is the need for application to the locking element when unlocking and locking the large forces necessary to overcome the pressure forces of the working medium on the locking element. This circumstance makes it difficult to use the valve at high pressures of the working medium and / or high feeds, since the force acting on the valve under the influence of the pressure of the working medium increases in direct proportion to the pressure and area of the shut-off element.

Известен клапан (патент РФ № 2159857 от 27.11.2000) золотникового типа, содержащий цилиндрический запорный элемент, перекрывающий выходные отверстия. В указанной конструкции клапана не требуется приложение значительных механических усилий при отпирании и запирании клапана.Known valve (RF patent No. 2159857 from 11/27/2000) of the spool type, containing a cylindrical locking element that overlaps the outlet. The indicated valve design does not require the application of significant mechanical forces when unlocking and locking the valve.

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения полной герметичности клапана в закрытом положении, кроме того, герметичность клапана значительно снижается при уменьшении качества обработки сопрягающихся элементов клапана.The disadvantage of this design is the inability to ensure complete tightness of the valve in the closed position, in addition, the tightness of the valve is significantly reduced while reducing the quality of processing of the mating elements of the valve.

Наиболее близким к настоящему изобретению является клапан-распределитель (SU 1599611 А1, кл. F 16 К 11/00, 15.10.1990), содержащий корпус с входным и выходными отверстиями, сёдла клапана, запорный элемент, выполненный в виде цилиндрической втулки и соединенный с приводом, а также и уплотнительные узлы.Closest to the present invention is a control valve (SU 1599611 A1, class F 16 K 11/00, 10/15/1990), comprising a housing with inlet and outlet openings, valve seats, a locking element made in the form of a cylindrical sleeve and connected to drive, as well as sealing units.

Недостатком указанного клапана является необходимость приложения к запорному элементу значительной силы при отпирании и запирании клапана, так как силы, приложенные к запорному элементу, сформированные давления рабочей среды в известной конструкции не уравновешены. Указанное обстоятельство может также приводить к тому, что в гидравлических системах, в которых используется известный клапан, могут возникать автоколебания при работе в режиме малых расходов. Такие автоколебания, проявляющиеся в виде “стука” или “гудения” клапана, приводят к возникновению в системе гидравлических ударов, и в ряде случаев, способны привести к разрушению системы.The disadvantage of this valve is the necessity of applying considerable force to the locking element when unlocking and locking the valve, since the forces exerted on the locking element, the generated pressure of the working medium in the known construction, are not balanced. This circumstance can also lead to the fact that in hydraulic systems in which a known valve is used, self-oscillations can occur during operation in the low-flow mode. Such self-oscillations, manifested in the form of “knocking” or “buzzing” of a valve, lead to hydraulic shock in the system and, in some cases, can lead to destruction of the system.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в снижении сил, необходимых для перемещения запорного элемента, с одновременным повышением устойчивости работы, так как в гидравлической системе, в которой установлен клапан, отсутствуют условия для возникновения автоколебаний при отпирании и запирании клапана. В клапане заявленной конструкции совмещаются преимущества тарельчатого и золотникового клапанов, т.е. обеспечивается повышенная герметичность клапана в закрытом положении одновременно с ликвидацией сил, действующих на привод запорного элемента в результате влияния давления рабочей среды. Кроме того, клапан заявленной конструкции не требует повышенного качества обработки деталей для обеспечения нормальной работы в связи с наличием в нем уплотнительных элементов, а также в связи с тем, что герметичность клапана в закрытом положении обеспечивается за счет приработки седла клапана и нижней кромки запорного элемента.The technical result achieved during the implementation of the invention is to reduce the forces required to move the locking element, while increasing the stability of operation, since in the hydraulic system in which the valve is installed, there are no conditions for self-oscillations during unlocking and locking of the valve. The valve of the claimed design combines the advantages of poppet and slide valves, i.e. provides increased tightness of the valve in the closed position simultaneously with the elimination of the forces acting on the actuator of the shut-off element as a result of the influence of the pressure of the working medium. In addition, the valve of the claimed design does not require high quality machining of parts to ensure normal operation due to the presence of sealing elements in it, and also due to the fact that the valve is tight in the closed position due to the running-in of the valve seat and the lower edge of the locking element.

Указанный технический результат достигается за счет того, что клапан-распределитель содержит корпус с входным и выходным отверстиями, сёдла клапана, запорный элемент, выполненный в виде полой цилиндрической втулки и соединенный с приводом, и что запорный элемент снабжен выступами, выполненными на его наружной поверхности в плоскости поперечного сечения и контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, а торцевые поверхности запорного элемента и сёдел клапана выполнены в виде обратных усеченных конусов, кроме того, указанные выступы расположены по торцам запорного элемента, и может быть снабжен опорными втулками, размещенными внутри полой цилиндрической втулки с обеих ее сторон, снабженными уплотнителями по их внешним сторонам, при этом опорные втулки жестко закреплены относительно корпуса.The specified technical result is achieved due to the fact that the control valve includes a housing with inlet and outlet openings, valve seats, a locking element made in the form of a hollow cylindrical sleeve and connected to the actuator, and that the locking element is provided with protrusions made on its outer surface in the cross-sectional plane and in contact with the inner surface of the housing, and the end surfaces of the locking element and the valve seats are made in the form of inverse truncated cones, in addition, the specified protrusion s are located at the ends of the locking element, and can be equipped with support sleeves located inside the hollow cylindrical sleeve on both sides, provided with seals on their outer sides, while the support sleeves are rigidly fixed relative to the housing.

Благодаря предложенной конструкции продольные силы, создаваемые давлением рабочей среды, уравновешивают друг друга и обеспечивается герметичность устройства и уменьшается усилие, необходимое для осуществления перемещения запорного устройства.Thanks to the proposed design, the longitudinal forces created by the pressure of the working medium balance each other and the tightness of the device is ensured and the force required to move the locking device is reduced.

На фиг. 1 представлен продольный разрез общего вида устройства.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a General view of the device.

На фиг. 2 представлен продольный разрез общего вида устройства (распределитель переключен на другое выходное отверстие).In FIG. 2 shows a longitudinal section of a general view of the device (the distributor is switched to another outlet).

На фиг. 3 представлено сечение по А-А общего вида.In FIG. 3 shows a section along aa of a general view.

Распределитель содержит корпус 1 с выполненным в нем входным отверстием 2, корпус левый 3 с выходным отверстием 4 и корпус правый 5 с выходным отверстием 6.The distributor comprises a housing 1 with an inlet 2 formed therein, a left housing 3 with an outlet 4 and a right housing 5 with an outlet 6.

Указание на выполнение входного отверстия в верхней части распределителя и выходных в нижней части являются условным и использовано для упрощения описания взаимного расположения элементов. Распределитель сохраняет работоспособность при любом его расположении в пространстве.Indication of the inlet at the top of the distributor and the outlet at the bottom are conditional and used to simplify the description of the relative position of the elements. The distributor remains operable at any location in space.

Запорный элемент клапан-золотник выполнен в виде полой цилиндрической втулки, состоящей из цилиндрических частей 7 и 8 и внутренней перегородки 9. Торцы запорного элемента выполнены в виде обратных усеченных конусов для поочередного кольцевого контакта с седлом 10 корпуса 3 и с седлом 11 корпуса 4, а внутренние диаметры запорного элемента левой части 7 и правой 8 одинаковы. Внутренняя цилиндрическая поверхность запорного элемента 7 охватывает выступающую часть 12 с уплотнительным кольцом 13 опорной втулки 14 и контактирует с седлом 10, закрывая проходное отверстие 15, а правая цилиндрическая поверхность запорного элемента 8 охватывает выступающую часть 16 опорной втулки 17 с уплотнительным кольцом 18, но не перекрывает проходное сечение 19 корпуса 5.The locking element of the valve-spool is made in the form of a hollow cylindrical sleeve, consisting of cylindrical parts 7 and 8 and the internal partition 9. The ends of the locking element are made in the form of reverse truncated cones for alternate ring contact with the seat 10 of the housing 3 and the seat 11 of the housing 4, and the inner diameters of the locking element of the left side 7 and right 8 are the same. The inner cylindrical surface of the locking element 7 covers the protruding part 12 with the sealing ring 13 of the supporting sleeve 14 and is in contact with the seat 10, closing the passage hole 15, and the right cylindrical surface of the locking element 8 covers the protruding part 16 of the supporting sleeve 17 with the sealing ring 18, but does not overlap bore 19 of the housing 5.

Привод может быть выполнен, например, в виде рычага 19, закрепленного с помощью оси 20 на кронштейне 21, связанного при помощи винтовой оси 22 с контрящей гайкой со штоком 23 и фиксирующегося пружиной сжатия 24, закрепленной другим концом на кронштейне 25.The drive can be made, for example, in the form of a lever 19, mounted using an axis 20 on an arm 21, connected by means of a screw axis 22 with a lock nut with a rod 23 and fixed by a compression spring 24, fixed at the other end to an arm 25.

Кронштейны 21 и 25 закреплены на разрезном фланце 26, который через шпильки 27 жестко связан с фланцем 28. Фланцы 26 и 28 и шпильки 27 жестко скрепляют и при помощи уплотнения 29 герметизируют всю конструкцию распределителя. А между фланцем 27 и корпусом 3 расположена заглушка 30 с уплотнительным кольцом 31, перекрывая технологическое отверстие.The brackets 21 and 25 are mounted on a split flange 26, which is rigidly connected through the studs 27 to the flange 28. The flanges 26 and 28 and the studs 27 are rigidly fastened and seal the entire design of the distributor with a seal 29. And between the flange 27 and the housing 3 is a plug 30 with a sealing ring 31, blocking the process hole.

Шток 23, одним концом связанный через винтовую ось 23 с рычагом 19, а другим концом - с внутренней перегородкой 9 запорного элемента при помощи законтренных гаек 32 в зависимости от положения рычага 19 перемещает клапан-золотник вдоль оси распределителя из крайнего левого положения, (фиг. 1) в крайнее правое (фиг.2).A rod 23, connected at one end through a screw axis 23 with a lever 19, and at the other end with an internal partition 9 of the locking element with the help of lock nuts 32, depending on the position of the lever 19, moves the valve valve along the axis of the distributor from the extreme left position (Fig. 1) to the far right (figure 2).

Запорный элемент снабжен выступами 33, выполненными на его наружной поверхности в плоскости поперечного сечения и контактирующими с внутренней поверхностью корпуса.The locking element is provided with protrusions 33 made on its outer surface in the plane of the cross section and in contact with the inner surface of the housing.

Седло 10 левого корпуса 3 распределителя выполнено так, что обеспечивает контакт с большей частью торцевой поверхности запорного элемента с рабочей средой со стороны входного отверстия, т.е. с рабочей средой в крайнем левом положении запорного органа контактирует практически вся крайняя торцевая поверхность части 7 клапана-золотника за исключением внутренней крайней левой поверхности, входящей в соприкосновение с седлом 10. Предпочтительным вариантом является обеспечение контакта внутренней кромки торцевой поверхности клапана с седлом корпуса на минимальной площади за счет выполнения указанной кромки и седла корпуса из твердых сплавов. Таким образом, обеспечивается кольцевой контакт меньшей части торцевой поверхности запорного элемента с поверхностью седла распределителя, охватывающего выходное отверстие. При этом торцевая поверхность запорного элемента, контактирующего с седлом, выполнена в виде усеченного обратного конуса.The saddle 10 of the left housing 3 of the distributor is designed to provide contact with most of the end surface of the locking element with the working medium from the inlet side, i.e. practically the entire extreme end surface of the valve spool part 7 is in contact with the working medium in the extreme left position of the shut-off valve, with the exception of the inner extreme left surface that is in contact with the seat 10. The preferred option is to ensure that the inner edge of the valve end surface contacts the housing seat on a minimum area due to the execution of the specified edges and saddles of the housing made of hard alloys. Thus, an annular contact of a smaller part of the end surface of the locking element with the surface of the distributor seat covering the outlet is provided. In this case, the end surface of the locking element in contact with the seat is made in the form of a truncated inverse cone.

Правая часть распределителя отличается только тем, что в корпусе 3 расположена опорная втулка 16, обеспечивающая свободное движение штока 23, связь между входным 2 и выходным 6 отверстиями и роль заглушки между корпусом 5 и фланцем 26. Клапан-золотник, перемещаясь в крайне правое положение при помощи штока 23 и рычага 19, контактирует торцевой частью 8 с седлом 11 корпуса 5 и перекрывает проходное сечение выходного отверстия 6. Крайняя часть опорной втулки 16 зафиксирована разрезным фланцем 26 и уплотнена герметично резиновым кольцом 33.The right part of the distributor differs only in that in the case 3 there is a support sleeve 16, which provides free movement of the rod 23, the connection between the input 2 and output 6 holes and the role of the plug between the body 5 and the flange 26. The valve valve, moving to the far right when using the rod 23 and the lever 19, in contact with the end part 8 with the seat 11 of the housing 5 and overlaps the bore of the outlet 6. The extreme part of the support sleeve 16 is fixed by a split flange 26 and sealed hermetically with a rubber ring 33.

Распределитель работает следующим образом: во входное отверстие 2 подается рабочая жидкость, которая, омывая левую 7 и правую 8 части клапана-золотника, через проходное сечение 18 поступает в выходное отверстие 6. Так как внутренние диаметры левой 7 и правой 8 частей клапана-золотника одинаковы и торцевые площади омываются рабочей жидкостью одинаково, то запорный орган полностью разгружен от гидравлических сил и удерживается в крайне правом положении за счет усилия пружины 24, передаваемого через рычаг 19 на шток 23.The dispenser operates as follows: a working fluid is supplied to inlet 2, which, washing the left 7 and right 8 parts of the spool valve, enters outlet 6 through the bore 18, since the inner diameters of the left 7 and right 8 parts of the spool valve are the same and the end areas are washed with the working fluid in the same way, the shut-off element is completely unloaded from hydraulic forces and is held in the extreme right position due to the force of the spring 24 transmitted through the lever 19 to the rod 23.

При изменении направления рабочей жидкости, фиг. 2, в выходное отверстие 4 перемещается рычаг 19, к которому прикладывается усилие только на преодоление сил сопротивления уплотнительных колец 13 и 17 и усилие пружины 24, которое возникает за счет кривизны траектории конца пружины. Рычаг 19 через шток 23 перемещает правую часть 8 клапана-золотника до соприкосновения с седлом 11, тем самым перекрывая проходное сечение 18, а левая часть 7 одновременно открывает проходное отверстие 14 для попадания рабочей жидкости в выходное отверстие 4.When changing the direction of the working fluid, FIG. 2, a lever 19 is moved into the outlet 4, to which a force is applied only to overcome the resistance forces of the sealing rings 13 and 17 and the force of the spring 24, which occurs due to the curvature of the trajectory of the end of the spring. The lever 19 through the rod 23 moves the right part 8 of the valve valve until it contacts the seat 11, thereby blocking the passage section 18, and the left part 7 simultaneously opens the passage hole 14 for the working fluid to enter the outlet 4.

Важной особенностью распределителя, конструкция которого позволяет уравновесить запорный элемент - клапан-золотник, является:An important feature of the distributor, the design of which allows you to balance the shut-off element - valve-spool, is:

- независимость мощности, необходимой для закрытия одного проходного сечения и открытия другого с заданной скоростью независимо от давления рабочей среды;- independence of the power required to close one passage section and open another at a given speed regardless of the pressure of the working medium;

- при подаче рабочих сред в обратном порядке, т.е. в выходные отверстия клапана-распределителя подавать рабочее тело (жидкость, газ) , во входном получается смеси жидкостей или газа, устройство будет работать как смеситель при любых давлениях подаваемых жидкостей или газов;- when supplying working media in the reverse order, i.e. to supply a working fluid (liquid, gas) to the outlet openings of the distributor valve, a mixture of liquids or gas is obtained in the inlet, the device will work as a mixer at any pressure of the supplied liquids or gases;

- герметичность конструкции;- tightness of the structure;

- компактность и надежность конструкции.- compact and reliable design.

В связи с этим распределитель обеспечивает стабильность рабочих характеристик при любом давлении среды, что является важным преимуществом заявленного распределителя перед другими известными конструкциями.In this regard, the distributor ensures the stability of performance at any pressure of the medium, which is an important advantage of the claimed distributor over other known designs.

Важной особенностью клапана, конструкция которого позволяет уравновесить запорный элемент, является независимость мощности, необходимой для закрытия клапана с заданной скоростью от давления рабочей среды. В связи с этим клапан обеспечивает стабильность рабочих характеристик при любом давлении среды, что является важным преимуществом заявленного клапана перед клапанами известных конструкций.An important feature of the valve, the design of which allows you to balance the locking element, is the independence of the power required to close the valve at a given speed from the pressure of the working medium. In this regard, the valve provides stability of performance at any pressure of the medium, which is an important advantage of the claimed valve over valves of known designs.

Claims

1. The distributing valve, comprising a housing with inlet and outlet openings, valve seats, a locking element made in the form of a hollow cylindrical sleeve and connected to the actuator, and sealing nodes, characterized in that the locking element is provided with protrusions made on its outer surface in the plane of the cross section and in contact with the inner surface of the housing, the end surfaces of the locking element and valve seats are made in the form of inverse truncated cones.

2. The control valve according to claim 1, characterized in that the protrusions are located at the ends of the locking element.

3. The control valve according to claim 1, characterized in that it is equipped with support sleeves located inside the hollow cylindrical sleeve on both sides thereof.

4. The control valve according to claim 3, characterized in that the support sleeves are provided with seals on their outer sides.

5. The control valve according to claim 3 or 4, characterized in that the support bushings are rigidly fixed relative to the housing.