RU2379565C1

RU2379565C1 - Rotary multipurpose valve

Info

Publication number: RU2379565C1
Application number: RU2008134376/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Павлов (RU); Сергей Геннадьевич Павлов
Original assignee: Сергей Геннадьевич Павлов
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: valve can be used in the capacity of multipurpose member during pipeline transportation of gas, oil, water and other liquids and gaseous materials. In valve body nearby abutment lip it is implemented annular groove, connected by openings to inner cavity of valve. Valve seat is installed in cylindrical counterbore with restricted axial and radial clearances between abutment lip of casing and smooth cross-cut surface of reciprocal conjunctive flange. Seal face of seat matches to globular convex seal face of segment. Butt of seat is implemented as beveled. Self-sealings are installed at external surface of seat end, removed from abutment lip of casing, with sealing element at the butt, contacting to smooth face surface of abutment lip of body. Driving shaft is implemented end block with reduced cross-sectional area between mounting surfaces for installation of segment and is installed perpendicularly to central axis of valve and is shifted relative to valve axis. Into clearance between body and driving end of shaft it is installed sealing device, implemented with ability of continuous pressing to bearing sleeve. Into gap between casing and free end of shaft it is installed compaction, installed with ability of preload.

EFFECT: increasing of valve tightness at interlocking of flow, improvement of reliability, manufacturability and accuracy of manufacturing.

5 dwg

Description

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорно-регулирующего органа при трубопроводном транспорте газа, нефти, воды и других жидкостей и газообразных веществ.The invention relates to valve engineering and can be used as a shut-off and regulatory body in the pipeline transport of gas, oil, water and other liquids and gaseous substances.

Известен поворотный эксцентриковый клапан по US 3623696 A, F16K 5/20, 30.11.1971, включающий корпус с жестко установленным седлом, поворотный сегмент, установленный гибко на приводном валу или жестко на гибком валу. Однако этот клапан не обеспечивает надежной герметичности по причине нестабильности контакта уплотнительных поверхностей седла и золотника.Known rotary eccentric valve according to US 3623696 A, F16K 5/20, 11/30/1971, comprising a housing with a rigidly mounted seat, a rotary segment mounted flexibly on the drive shaft or rigidly on the flexible shaft. However, this valve does not provide reliable tightness due to the instability of the contact of the sealing surfaces of the seat and spool.

Известен поворотный эксцентриковый регулирующий клапан по US 4519579 А, F16K 5/06, 28.05.1985, содержащий полый корпус, кольцевое самоустанавливающееся седло, установленное в цилиндрической расточке корпуса с ограниченным осевым и радиальным зазорами, оснащенное самоуплотняющимися манжетами, сегмент, имеющий сферическую, выпуклую уплотнительную поверхность, совмещающуюся с уплотнительной поверхностью седла для блокирования потока при закрытии, установленный в корпусе для ограниченного эксцентричного движения в ответ на движение приводного вала, установленного перпендикулярно центральной оси клапана со смещением относительно оси клапана и выведенного из корпуса через уплотнительное устройство, установленное в зазор между корпусом и приводным концом вала, выполненное с возможностью постоянного поджатия к опорной втулке. Клапан приспособлен к движению потока в прямом и обратном направлении, а уплотнения седла улучшают герметизирующее действие от давления среды в различной степени в зависимости от направления потока.Known rotary eccentric control valve according to US 4519579 A, F16K 5/06, 05/28/1985, containing a hollow body, an annular self-aligning seat mounted in a cylindrical bore of the body with limited axial and radial clearance, equipped with self-sealing cuffs, a segment having a spherical, convex sealing a surface that aligns with the sealing surface of the seat to block flow during closure, mounted in the housing for limited eccentric movement in response to movement of the drive shaft mounted perpendicular to the Central axis of the valve with offset relative to the axis of the valve and removed from the housing through a sealing device installed in the gap between the housing and the drive end of the shaft, made with the possibility of constant compression to the supporting sleeve. The valve is adapted for forward and reverse flow, and seat seals improve the sealing effect of the medium pressure to varying degrees depending on the direction of flow.

Недостатком данного клапана является недостаточная герметичность контакта между седлом и сегментом при блокировании потока, направленного с тыльной стороны сегмента, например, когда за клапаном атмосферное давление. В этом случае седло внутренним давлением отжимается от сегмента, а необходимая герметичность затвора должна достигаться дополнительным прогибом вала под воздействием давления, который может не обеспечить надежную герметичность затвора.The disadvantage of this valve is the insufficient tightness of the contact between the seat and the segment when blocking the flow directed from the back of the segment, for example, when atmospheric pressure is behind the valve. In this case, the seat is squeezed out of the segment by internal pressure, and the necessary tightness of the shutter must be achieved by additional deflection of the shaft under the influence of pressure, which may not ensure reliable tightness of the shutter.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение герметичности клапана при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, повышение надежности, а также технологичности и точности изготовления клапана.The objective of the proposed technical solution is to increase the tightness of the valve when blocking the flow in both forward and reverse directions, increasing reliability, as well as manufacturability and accuracy of valve manufacturing.

Это достигается тем, что клапан поворотный запорно-регулирующий, содержащий полый корпус, кольцевое самоустанавливающееся седло, установленное в цилиндрической расточке корпуса с ограниченным осевым и радиальным зазорами, оснащенное самоуплотняющимися манжетами, сегмент, имеющий сферическую, выпуклую уплотнительную поверхность, совмещающуюся с уплотнительной поверхностью седла для блокирования потока при закрытии, установленный в корпусе для ограниченного эксцентричного движения в ответ на движение приводного вала, установленного перпендикулярно центральной оси клапана и смещенного относительно оси клапана, и выведенного из корпуса через уплотнительное устройство, установленное в зазор между корпусом и приводным концом вала, выполненное с возможностью постоянного поджатия к опорной втулке, согласно изобретению в корпусе клапана около опорного выступа выполнена кольцевая канавка, соединенная отверстиями с внутренней полостью клапана, а седло клапана установлено в цилиндрической расточке между опорным выступом корпуса и гладкой торцовой поверхностью ответного присоединительного фланца, при этом торцевая поверхность седла выполнена скошенной, причем манжеты установлены на наружной поверхности конца седла, удаленного от опорного выступа корпуса, с уплотнительным элементом на торце, контактирующем с гладкой торцовой поверхностью опорного выступа корпуса, приводной вал выполнен цельным с уменьшенной площадью поперечного сечения между посадочными поверхностями под установку сегмента, при этом в зазор между корпусом и свободным концом вала установлено уплотнение, выполненное с возможностью предварительного натяга.This is achieved by the fact that the valve is a rotary locking and regulating valve, comprising a hollow body, an annular self-aligning seat installed in a cylindrical bore of the body with limited axial and radial clearance, equipped with self-sealing cuffs, a segment having a spherical, convex sealing surface that is combined with the sealing surface of the seat for blocking the flow at closing, mounted in the housing for limited eccentric movement in response to the movement of the drive shaft installed perpendicular to the central axis of the valve and displaced relative to the axis of the valve, and withdrawn from the housing through a sealing device installed in the gap between the housing and the drive end of the shaft, made with the possibility of constant compression to the support sleeve, according to the invention, an annular groove is made in the valve body near the support ledge, connected by openings to the internal cavity of the valve, and the valve seat is installed in a cylindrical bore between the support protrusion of the body and the smooth end surface of the response of the connecting flange, while the end surface of the seat is tapered, and the cuffs are mounted on the outer surface of the end of the seat, remote from the support protrusion of the body, with a sealing element at the end in contact with the smooth end surface of the support protrusion of the body, the drive shaft is made integral with a reduced transverse area sections between the seating surfaces for the installation of the segment, while a seal is made in the gap between the housing and the free end of the shaft th preload.

Наличие в корпусе клапана около опорного выступа кольцевой канавки, соединенной отверстиями с внутренней полостью клапана, обеспечивает под давлением среды центрирование седла относительно центральной оси клапана и его прижатие к контактной поверхности сегмента при движении потока в обратном направлении, что повышает герметичность клапана.The presence in the valve body near the support protrusion of an annular groove connected by openings to the valve’s internal cavity provides centering of the seat relative to the valve’s central axis and pressure against the segment’s contact surface when the flow moves in the opposite direction, which increases the valve tightness.

Установка седла в цилиндрической расточке между опорным выступом корпуса и гладкой торцовой поверхностью ответного присоединительного фланца гарантирует более высокую надежность, кроме этого, позволяет упростить монтаж клапана в трубопроводе.The installation of a seat in a cylindrical bore between the support protrusion of the body and the smooth end surface of the mating connecting flange guarantees higher reliability, in addition, it simplifies the installation of the valve in the pipeline.

Скошенная торцевая поверхность седла позволяет исключить эффект «прилипания» торцовой поверхности седла к обработанной поверхности ответного фланца и обеспечить воздействие давления для надежного блокирования прямого потока технологической среды.The chamfered end surface of the saddle eliminates the effect of “sticking” the end surface of the saddle to the machined surface of the counterflange and provides a pressure effect to reliably block the direct flow of the process medium.

Установка манжет на наружной поверхности конца седла, удаленного от опорного выступа корпуса клапана, с уплотнительным элементом на торце, контактирующем с гладкой торцовой поверхностью опорного выступа корпуса позволяет обеспечить подвижность седла при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, и, как следствие, герметичность и надежность клапана.The installation of cuffs on the outer surface of the end of the seat, remote from the support protrusion of the valve body, with a sealing element at the end in contact with the smooth end surface of the support protrusion of the body allows for seat mobility when blocking flow in both forward and reverse directions, and, as a result , tightness and reliability of the valve.

Цельный приводной вал с уменьшенным поперечным сечением между посадочными поверхностями под установку сегмента позволяет значительно увеличить жесткость конструкции вал-сегмента, при этом проходное сечение клапана уменьшается незначительно, что повышает надежность предложенной конструкции. Сквозная установка вала в корпусе повышает технологичность и точность изготовления клапана. Наличие уплотнений по обоим концам вала, то есть при установке уплотнения и в зазоре между корпусом и свободным концом вала, выполненного с возможностью предварительного натяга, исключает возможность возникновения осевой нагрузки на вал от давления технологического продукта, что также повышает надежность клапана.A one-piece drive shaft with a reduced cross-section between the seating surfaces for installing the segment can significantly increase the rigidity of the shaft-segment design, while the valve bore is reduced slightly, which increases the reliability of the proposed design. Through-shaft installation in the housing increases the manufacturability and accuracy of valve manufacturing. The presence of seals at both ends of the shaft, that is, when installing the seal and in the gap between the housing and the free end of the shaft, made with the possibility of preload, eliminates the possibility of axial load on the shaft from the pressure of the process product, which also increases the reliability of the valve.

На фиг.1 изображен предлагаемый клапан. На фиг.2 - поперечный разрез клапана. На фиг.3 - продольный разрез клапана. На фиг.4 - кольцевое седло с уплотнительными элементами в открытом положении. На фиг.5 - кольцевое седло с уплотнительными элементами в закрытом положении.Figure 1 shows the proposed valve. Figure 2 - cross section of the valve. Figure 3 is a longitudinal section of a valve. In Fig.4 - an annular seat with sealing elements in the open position. Figure 5 - annular seat with sealing elements in the closed position.

Клапан содержит полый корпус 1 с кольцевой канавкой 8, отверстиями 9 и опорным выступом 10, ответные присоединительные фланцы 2 и 3, седло 4 со скошенной торцовой поверхностью 13, установленное в цилиндрической расточке корпуса 1, с самоуплотняющимися манжетами 5 и 6, установленными на наружной поверхности конца седла, и упругим уплотнительным элементом на торце 7, сегмент 11 со сферической, выпуклой поверхностью, установленный на приводном валу 12, регулировочную планку 22, привод 23. Для предотвращения утечек технологического продукта в зазор между корпусом 1 и приводным концом вала 12 установлено уплотнение 17, поджимаемое пружиной сжатия 18, обеспечивающей постоянное поджатие уплотнения к опорной втулке 19. В зазор между корпусом 1 и свободным концом вала 12 установлено уплотнение 20, прижимаемое к подшипниковой втулке 16 заглушкой 21, обеспечивающей предварительный натяг уплотнения 20.The valve comprises a hollow body 1 with an annular groove 8, holes 9 and a supporting protrusion 10, mating flanges 2 and 3, a seat 4 with a beveled end surface 13, mounted in a cylindrical bore of the body 1, with self-sealing cuffs 5 and 6 mounted on the outer surface the end of the saddle, and with an elastic sealing element at the end 7, a segment 11 with a spherical, convex surface mounted on the drive shaft 12, an adjustment bar 22, drive 23. To prevent leakage of the technological product into the gap between the housing 1 and the drive end of the shaft 12 has a seal 17, which is pressed by a compression spring 18, which provides a constant compression of the seal to the support sleeve 19. In the gap between the housing 1 and the free end of the shaft 12, a seal 20 is pressed against the bearing sleeve 16 by a plug 21, which provides a preload seals 20.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

Регулирование давления жидкостей и газов осуществляется изменением их расхода частичным или полным перекрытием проходного сечения седла 4 сегментом 11 путем поворота приводного вала 12. В ручном режиме регулирование осуществляется ступенчато поворотом вала 12 приводом 23 на нужный угол с фиксацией на регулировочной планке 22. Автоматический программный привод обеспечивает плавное регулирование расхода и давления во всем диапазоне регулирования. Приводной вал 12 установлен перпендикулярно центральной оси корпуса 1 со смещением «х», а сегмент 11 на валу 12 с эксцентриситетом «х». Благодаря такой конструкции сегмент 11 при повороте вала 12 совершает одновременно с вращательным движением вокруг оси вала 12 и ограниченное поступательное движение относительно центральной оси корпуса 1, обеспечивающее стабильный контакт уплотнительных поверхностей сегмента 11 и седла 4 при блокировании потока. Чтобы обеспечить герметичность контакта между седлом 4 и сегментом 11 нужно обеспечить четкое совмещение их контактных поверхностей и достаточное удельное давление в контакте. Четкое совмещение контактных поверхностей обеспечивается подвижностью седла 4, установленного в корпусе 1 с ограниченным осевым и радиальным зазорами. Герметичность обеспечивается предварительным натягом в контакте уплотнительных поверхностей с дальнейшим повышением удельного давления по мере нарастания перепада давления при закрытом клапане. Седло 4 имеет наружный диаметр немного меньше внутреннего диаметра цилиндрической расточки в корпусе 1, но не больше, чем зазор, который может герметично перекрывать манжета 5 или 6. Длина седла 4, оснащенного манжетами 5 и 6 и упругим уплотнительным элементом 7, немного меньше или равна расстоянию между опорным выступом 10 корпуса 1 и торцевой поверхностью присоединительного фланца 3. В пределах радиального зазора и упругой деформации элемента 7 седло 4 в момент контакта с сегментом 11 при закрытии клапана самоустанавливается относительно контактной поверхности сегмента 11 и герметично перекрывает поток. Перекрытие потока осуществляется в следующем порядке. Сегмент 11 сначала вступает в контакт с упругим уплотнительным элементом 7, частично деформирует его и двигает седло 4, совмещая их контактные уплотнительные поверхности и прижимая седло 4 к торцевой поверхности фланца 3. Деформируясь от воздействия сегмента 11, упругий уплотнительный элемент 7 усиливает контакт с торцевой поверхностью опорного выступа 10 корпуса 1. Поток перекрыт. Перепад давления на клапане растет. Под действием усилия, создаваемого давлением, упругий уплотнительный элемент 7 деформируется сильнее, седло 4 приближается к сегменту 11 и вступает в контакт с его уплотнительной поверхностью, воспринимая дальнейшее возрастание усилия от действия перепада давления на закрытом клапане. Повышение перепада давления улучшает герметизирующее действие клапана. При блокировании потока, набегающего на выпуклую сферическую поверхность сегмента 11 (прямое направление потока), давление среды через скошенную торцевую поверхность 13 седла 4, минуя манжету 6, распространяется в зазор между седлом 4 и корпусом 1 и запирается манжетой 5. Усилие, прижимающее седло 4 к сегменту 11, определяется произведением площади поперечного сечения тела седла 4 между манжетами 5 и 6, умноженной на значение перепада давления.The pressure regulation of liquids and gases is carried out by changing their flow rate by partially or completely blocking the passage section of the saddle 4 by segment 11 by turning the drive shaft 12. In manual mode, the control is carried out stepwise by turning the shaft 12 of the drive 23 to the desired angle with fixing on the adjustment bar 22. The automatic program drive provides stepless flow and pressure control over the entire control range. The drive shaft 12 is mounted perpendicular to the central axis of the housing 1 with an offset of "x", and the segment 11 on the shaft 12 with an eccentricity of "x". Due to this design, the segment 11 during rotation of the shaft 12 performs simultaneously with the rotational movement around the axis of the shaft 12 and a limited translational movement relative to the central axis of the housing 1, which ensures stable contact between the sealing surfaces of the segment 11 and the seat 4 when blocking the flow. To ensure the tightness of the contact between the seat 4 and the segment 11, it is necessary to ensure a clear combination of their contact surfaces and a sufficient specific pressure in the contact. A clear combination of contact surfaces is provided by the mobility of the saddle 4, mounted in the housing 1 with limited axial and radial clearances. Tightness is ensured by a preload in contact of the sealing surfaces with a further increase in specific pressure as the pressure drop increases with the valve closed. The seat 4 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the cylindrical bore in the housing 1, but no more than the gap that can seal the sleeve 5 or 6. The length of the seat 4, equipped with cups 5 and 6 and the elastic sealing element 7, is slightly less than or equal to the distance between the support protrusion 10 of the housing 1 and the end surface of the connecting flange 3. Within the radial clearance and elastic deformation of the element 7, the seat 4 at the moment of contact with the segment 11 when closing the valve is self-installing relative to the contour the surface of segment 11 and hermetically shut off the flow. Overlapping the stream is carried out in the following order. The segment 11 first makes contact with the elastic sealing element 7, partially deforms it and moves the seat 4, combining their contact sealing surfaces and pressing the saddle 4 against the end surface of the flange 3. Deforming from the action of segment 11, the elastic sealing element 7 enhances contact with the end surface support ledge 10 of the housing 1. The flow is blocked. The pressure drop across the valve is increasing. Under the action of the pressure created, the elastic sealing element 7 deforms more strongly, the seat 4 approaches the segment 11 and comes into contact with its sealing surface, perceiving a further increase in the force from the action of the pressure drop across the closed valve. The increase in differential pressure improves the sealing effect of the valve. When blocking the flow running onto the convex spherical surface of segment 11 (forward flow direction), the pressure of the medium through the beveled end surface 13 of the seat 4, bypassing the sleeve 6, extends into the gap between the seat 4 and the housing 1 and is locked by the sleeve 5. The force pressing the seat 4 to segment 11, is determined by the product of the cross-sectional area of the body of the saddle 4 between the cuffs 5 and 6, multiplied by the value of the differential pressure.

При блокировании обратного потока давление среды через отверстия 9 и кольцевую канавку 8, минуя манжету 5, распространяется в зазор между седлом 4 и корпусом 1 и запирается манжетой 6. Усилие, прижимающее седло 4 к сегменту 11, определяется произведением площади торцевой поверхности манжеты 5, умноженной на значение перепада давления на закрытом клапане.When blocking the return flow, the pressure of the medium through the openings 9 and the annular groove 8, bypassing the cuff 5, extends into the gap between the seat 4 and the housing 1 and is locked by the cuff 6. The force pressing the saddle 4 to the segment 11 is determined by the product of the area of the end surface of the cuff 5 multiplied the value of the differential pressure across the closed valve.

Такое решение гарантирует герметичность клапана при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, позволяет повысить его надежность, технологичность и точность изготовления.This solution ensures valve tightness when blocking the flow in both forward and reverse directions, and improves its reliability, manufacturability and manufacturing accuracy.

Claims

Rotary shut-off valve, comprising a hollow body, an annular self-aligning seat mounted in a cylindrical bore of the body with limited axial and radial clearance, equipped with self-sealing cuffs, a segment having a spherical convex sealing surface that is aligned with the sealing surface of the seat to block flow during closing, installed in a housing for limited eccentric movement in response to the movement of a drive shaft mounted perpendicular to the center the axis of the valve and displaced relative to the axis of the valve, and withdrawn from the housing through a sealing device installed in the gap between the housing and the drive end of the shaft, made with the possibility of constant pressure to the supporting sleeve, characterized in that in the valve body near the supporting protrusion an annular groove is made, connected by openings to the internal cavity of the valve, and the valve seat is installed in a cylindrical bore between the support protrusion of the body and the smooth end surface of the mating connection flange, while the end surface of the saddle is made beveled, and the cuffs are installed on the outer surface of the end of the saddle, remote from the support protrusion of the housing, with a sealing element on the end in contact with the smooth end surface of the support protrusion of the housing, the drive shaft is made integral with a reduced cross-sectional area between seating surfaces for installation of the segment, while a seal is made in the gap between the housing and the free end of the shaft, made with the possibility of pre-tensioning a.