RU2334148C1

RU2334148C1 - Actuator valve

Info

Publication number: RU2334148C1
Application number: RU2006139440/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Андреев (RU); Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха (RU); Юрий Степанович Панчеха; Степан Юрьевич Панчеха (RU); Степан Юрьевич Панчеха
Original assignee: Александр Павлович Андреев; Юрий Степанович Панчеха; Степан Юрьевич Панчеха
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2008-09-20
Also published as: RU2006139440A

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: actuator valve incorporates a built-up body with inlet and outlet, a con-rod and com-rod seal. The said body houses a rotary ball lock with a shaped through bore and the said lock seats. The body inlet and outlet come widening, e.g. tapered, towards the rotary ball lock.

EFFECT: improved performances due to wider adjustment range, ease of manufacture and lower noise.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре, в частности к шаровым кранам.The invention relates to shutoff and control valves, in particular to ball valves.

Известен клапан регулирующий, содержащий составной корпус с входным и выходным патрубками, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, шток, уплотнение штока, причем в сквозном отверстии шарового поворотного затвора прикреплены элементы дросселеривания (см. патент РФ №1077581 А, МКИ F16K 5/10).A known control valve comprising a composite housing with inlet and outlet nozzles, a ball rotary valve with a through hole, a rod, a rod seal, and throttling elements are attached to the through hole of a ball rotary valve (see RF patent No. 1077581 A, MKI F16K 5/10) .

Недостатком данной конструкции является то, что при использовании для регулирования расхода рабочей среды не обеспечивается равномерность или заданная расходная характеристика, особенно в момент открытия, закрытия клапана (нелинейность).The disadvantage of this design is that when used to control the flow rate of the working medium, uniformity or a given flow characteristic is not provided, especially at the time of opening, closing the valve (non-linearity).

Известен клапан регулирующий (патент US 5937990 A, F16K 5/06, 1999), в котором сквозное отверстие шарового поворотного затвора выполнено профильным для обеспечения определенного закона регулирования. Однако площадь нормального сечения такого отверстия намного меньше площади входного, выходного отверстий корпуса, что существенно ограничивает функциональную способность регулирования ширины диапазона по расходу среды.Known control valve (patent US 5937990 A, F16K 5/06, 1999), in which the through hole of the ball rotary valve is made profile to ensure a certain regulation law. However, the normal sectional area of such an opening is much smaller than the area of the inlet and outlet openings of the housing, which significantly limits the functional ability to control the width of the range with respect to the flow rate of the medium.

Задачами изобретения являются: расширение функциональных возможностей за счет обеспечения более широкого диапазона регулирования, упрощение технологии изготовления, уменьшение шума.The objectives of the invention are: expanding functionality by providing a wider range of regulation, simplifying manufacturing techniques, reducing noise.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане регулирующем, содержащем составной корпус с входным и выходным отверстиями, шаровой поворотный затвор со сквозным отверстием, сложным по профилю, шток, уплотнение штока, седла шарового поворотного затвора, установленные в корпусе, входное и выходное отверстия корпуса выполнены расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, например коническими, кроме того:The problem is achieved in that in the control valve, comprising a composite housing with inlet and outlet openings, a ball rotary valve with a through hole, complex in profile, a rod, a rod seal, a ball valve seat, installed in the body, the input and output openings of the housing expanding in the direction of the ball rotary shutter, for example conical, in addition:

- одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора выполнены расширяющимися к центру шарового поворотного затвора;- one or more profile holes on the spherical surface of the ball rotary shutter are made expanding toward the center of the ball rotary shutter;

- одно или несколько профильных отверстий на сферической поверхности шарового поворотного затвора имеют округления или фаски по периметру с внутренней стороны со стороны шарового поворотного затвора.- one or more profile holes on the spherical surface of the ball rotary shutter have rounding or chamfering around the perimeter from the inside from the side of the ball rotary shutter.

Сущность изобретения заключается в выполнении входного и выходного отверстий расширяющимися в направлении шарового поворотного затвора, что расширяет возможности по регулированию.The essence of the invention is to make the inlet and outlet openings expanding in the direction of the ball rotary shutter, which expands the possibilities for regulation.

На фиг.1 показана конструкция клапана регулирующего с цельным шаровым поворотным затвором, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 показана конструкция клапана регулирующего с полым шаровым поворотным затвором, на фиг.4 - разрез А-А фиг.3, на фиг.5, 7 показаны фронтальные виды на шаровые поворотные затворы, на фиг.6, 8 - профильные разрезы фиг.5, 7.Figure 1 shows the design of a control valve with a one-piece ball rotary lock, figure 2 - section AA, figure 1, figure 3 shows the design of a control valve with a hollow ball butterfly valve, figure 4 - section AA figure 3, figure 5, 7 shows frontal views of the ball butterfly valves, figure 6, 8 - profile sections of figure 5, 7.

Клапан регулирующий содержит составной корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор (ШПЗ) 4 со сквозным отверстием (СО) 5, шток 6 с уплотнением 7, седло 8 ШПЗ 4. Входное (ВО) 2 и выходное (ВВО) 3 отверстия корпуса 1 выполнены расширяющимися в направлении ШПЗ 4 с диаметрами d₁, d₂, например коническими, тороидальными или сложного криволинейного профиля по определенному закону. СО 5 ШПЗ 4 выполнено сложным по профилю в осевом направлении, например, в открытом положении клапана: со стороны ВВО 3 (BO2) на сферической поверхности выполнено минимум одно профильное отверстие (ПО) 9, например, прямоугольной формы, может быть и несколько щелевых отверстий разных размеров и разного пространственного расположения, а со стороны BO2 (ВВО 3) в ШПЗ 4 выполнено цилиндрическое отверстие (ЦО) 10. Выполнение ПО 9 со стороны ВВО 3 предпочтительней, при этом уменьшается протечка между седлом 8 и ШПЗ 4, так как последний прижимается к седлу 8 за счет перепада давления на ШПЗ 4, а в противном случае все наоборот и ШПЗ 4 отжимается от седла 8. ЦО 10 ШПЗ 4 выполняют с диаметром D не более, чем наименьшие диаметры d₃ седел 8 ШПЗ 4, иначе не обеспечится условие герметизации ШПЗ 4 в закрытом положении клапана. ЦО 10 ШПЗ 4 поворотного затвора выполняют с диаметром не менее чем наименьшие диаметры d₁ расширяющихся BO 2 и ВВО 3, чтобы обеспечить пропускную способность клапана не меньшую, чем подводящий трубопровод или на входе в клапан. Площадь каждого из нормальных к оси сечений СО 5 ШПЗ 4 может иметь значение не менее чем наименьшая площадь нормальных сечений BO 2, ВВО 3 корпуса 1 (диаметр d₁).The control valve contains a composite housing 1 with inlet 2 and outlet 3 nozzles, a ball rotary lock (SHP) 4 with a through hole (CO) 5, a stem 6 with a seal 7, a seat 8 ShPZ 4. Inlet (IN) 2 and output (BBO) 3 openings of the housing 1 are made expanding in the direction of the ShPZ 4 with diameters d ₁ , d ₂ , for example, conical, toroidal or complex curved profile according to a certain law. СО 5 ШПЗ 4 is made complex along the profile in the axial direction, for example, in the open position of the valve: from the BBO 3 (BO2) side, at least one profile hole (PO) 9 is made on the spherical surface, for example, of a rectangular shape, there can be several slot holes different sizes and different spatial locations, and from the side of BO2 (BBO 3) in the SCZ 4 a cylindrical hole (CH) 10 is made. The execution of software 9 from the side of the BBO 3 is preferable, while the leakage between the seat 8 and the SCZ 4 is reduced, since the latter is pressed to saddle 8 mid m differential pressure SHPZ 4, and otherwise just the opposite and SHPZ 4 is pushed from the seat 8. 10 CH 4 SHPZ operate with a diameter D not more than a smallest diameter d ₃ saddles 8 SHPZ 4 otherwise provide conditions in sealing SHPZ 4 closed valve position. ЦО 10 ШПЗ 4 of a rotary shutter are made with a diameter of not less than the smallest diameters d _{1 of} expanding BO 2 and ВВО 3, in order to ensure the valve capacity not less than the supply pipe or at the valve inlet. The area of each of the sections normal to the axis of CO 5 SHPZ 4 may have a value not less than the smallest area of normal sections BO 2, BBO 3 of building 1 (diameter d ₁ ).

Одно или несколько ПО 9 со стороны BBO 2 на сферической поверхности ШПЗ 4 выполнены так, что их нормальные к оси ШПЗ 4 проекции являются вписанными в окружность, равную наименьшему диаметру d₃ седел 8 или наибольшему диаметру ЦО 10 ШПЗ 4 со стороны ВО 2. Причем ПО 9 могут быть выполнены такой формы (прямоугольник, трапеция, криволинейный контур, набор круглых, щелевых отверстий разной ширины и длины и др.), чтобы обеспечить заданный закон регулирования (линейный, экспоненциальный, пропорциональный и др.). Одно или несколько ПО 9 со стороны BBO2 на сферической поверхности ШПЗ 4 могут быть выполнены расширяющимися к центру ШПЗ 4, например, коническими или сложного криволинейного профиля по определенному закону или, и имеют округления, фаски по периметру с внутренней стороны ШПЗ 4.One or more of PO 9 from the side of BBO 2 on the spherical surface of the ShPZ 4 is made so that their projections normal to the ShPZ axis 4 are inscribed in a circle equal to the smallest diameter d _{3 of the} seats 8 or the largest diameter of the CH 10 SHPZ 4 from the side of VO 2. Moreover PO 9 can be made of such a shape (rectangle, trapezoid, curvilinear contour, a set of round, slotted holes of different widths and lengths, etc.) to provide a given regulation law (linear, exponential, proportional, etc.). One or more PO 9 from the BBO2 side on the spherical surface of SCZ 4 can be made expanding towards the center of SCZ 4, for example, conical or of a complex curved profile according to a certain law or, and have rounding, chamfers around the perimeter from the inside of the SCZ 4.

В случае, если клапан имеет большой Ду (300...2000 мм) ШПЗ 4 обычно делают полыми в виде тонкостенной сферической оболочки 11 и вваренной изнутри трубной вставки 12, внутренний диаметр D которой образует ЦО 5 (см. фиг.3, 4).In the event that the valve has a large DN (300 ... 2000 mm), ShPZ 4 is usually made hollow in the form of a thin-walled spherical shell 11 and a pipe insert 12 welded from the inside, whose inner diameter D forms a central heating element 5 (see Figs. 3, 4) .

В данном случае ПО 9 выполняют в тонкостенной сферической оболочке 11 ШПЗ 4. ЦО 5 трубной вставки открыто в сторону ВО 2 и в сторону ПО 9.In this case, the software 9 is performed in the thin-walled spherical shell 11 of the ShPZ 4. The central heating pipe 5 of the pipe insert is open in the direction of VO 2 and in the direction of software 9.

Работа устройства.The operation of the device.

При повороте ШПЗ 4 по часовой стрелке ПО 9 входят проходят седло 8 и входят в зону ВВО 3, а рабочая среда начинает протекать от BO 2 к ЦО 10 и далее через ПО 9 к ВВО 3. В зависимости от угла поворота ШПЗ 4 изменяется расход рабочей среды, протекающий через ПО 9. Характеристика клапана (зависимость расхода среды от угла поворота ШПЗ 4) зависит от формы, количества, расположения ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4.When turning SHPZ 4 clockwise, PO 9 enters saddle 8 and enters BBO 3 zone, and the working medium begins to flow from BO 2 to CH 10 and then through PO 9 to BBO 3. Depending on the angle of rotation of SHP 4, the working flow rate changes the medium flowing through PO 9. The characteristic of the valve (the dependence of the flow rate of the medium on the angle of rotation of ShPZ 4) depends on the shape, quantity, location of PO 9 on the spherical surface of ShPZ 4.

Выполнение ВО 2 и ВВО 3 корпуса 1 расширяющимися в направлении ШПЗ 4 диаметры d₁, d₂, например, коническими, тороидальными или сложного криволинейного профиля по определенному закону, увеличивает диаметр и площадь проходного сечения потока среды в зоне контакта седел 8 с ШПЗ 4, что позволяет при необходимости обеспечить достаточную площадь нормального сечения ПО 9, не ограничивающую пропускную способность клапана (не менее чем площадь отверстий с наименьшим диаметром d₁ расширяющихся ВО 2 и ВВО 3). Этим обеспечивается пропускная способность клапана не меньшая, чем подводящий трубопровод или на входе в клапан.The implementation of the VO 2 and VVO 3 of the housing 1 expanding in the direction of the ShPZ 4 diameters d ₁ , d ₂ , for example, conical, toroidal or complex curved profile according to a certain law, increases the diameter and the area of the flow cross section of the medium flow in the contact zone of the seats 8 with ShPZ 4, which allows, if necessary, to ensure a sufficient normal cross-sectional area of PO 9 that does not limit the valve capacity (not less than the area of the openings with the smallest diameter d _{1 of} expanding VO 2 and VVO 3). This ensures that the valve capacity is not less than the supply pipe or at the valve inlet.

Выполнение СО 5 ШПЗ 4 сложным по профилю (в открытом положении клапана: со стороны ВВО 3 (BO 2) на сферической поверхности в виде минимум одного или нескольких профильных отверстия (ПО) 9, а со стороны BO2 (ВВО 3) в виде цилиндрического отверстия (ЦО) 10 позволяет с одной стороны упростить технологию профилирования сложных по профилю ПО 9, так как толщина материала ШПЗ 4 и высота ПО 9 в данном случае небольшая, за счет того, что за ПО 9 начинается ЦО 10. С другой стороны наличие ЦО 10 значительного диаметра D, равного минимальному диаметру седел 8 d₃ или наибольшему диаметру ВО 2, ВВО 3 - d₂ (d₂ может быть равно d₃), обеспечивает низкое гидравлическое сопротивление на входе в ПО 9 и малые потери напора среды в ШПЗ 4 и в клапане в целом.The implementation of СО 5 ШПЗ 4 is difficult in profile (in the open position of the valve: from the BBO 3 (BO 2) side on the spherical surface in the form of at least one or several profile holes (PO) 9, and from the BO2 (BBO 3) side in the form of a cylindrical hole (ЦО) 10 allows, on the one hand, to simplify the technology of profiling software 9, which are complex in profile, since the thickness of the SHP 4 material and the height of the software 9 are small in this case, due to the fact that the central heating station 10 begins. large diameter D, equal to the minimum diameter of the seats 8 d ₃ or more Shem diameter VO 2, VZV 3 - d ₂ (d ₂ may be equal to d _3), provides a low flow resistance in the inlet 9 IN and low loss of pressure in the medium SHPZ 4 and the valve as a whole.

Выполнение ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4 расширяющимися к центру ШПЗ 4, например, коническими или сложного криволинейного профиля по определенному закону обеспечивает плавный вход потока среды в зону регулирования, что снижает до минимуму процесс турбулизации потока среды, гидравлическое сопротивление. В результате, значительно повышается коэффициенты расхода и пропускной способности клапана (основные гидро-газодинамические показатели арматуры) и существенно снижается уровень шума (определяется турбулентными процессами). Предварительное гидрогазодинамическое моделирование процесса с помощью программы Star-CD позволяет очень точно подобрать профиль, углы наклона, радиусы ПО 9 для обеспечения нависшего коэффициенты расхода и пропускной способности клапана.The execution of software 9 on the spherical surface of SCZ 4 expanding toward the center of SCZ 4, for example, by conical or complex curvilinear profiles according to a certain law, provides a smooth entry of the medium flow into the regulation zone, which minimizes the process of turbulization of the medium flow and hydraulic resistance. As a result, the coefficients of flow and throughput of the valve (the main hydro-gas-dynamic parameters of valves) are significantly increased and the noise level is significantly reduced (determined by turbulent processes). Preliminary hydro-gas-dynamic simulation of the process using the Star-CD program allows you to very accurately select the profile, tilt angles, and PO 9 radii to provide an impending flow coefficient and valve throughput.

Выполнение ПО 9 на сферической поверхности ШПЗ 4 с округления или фасками по периметру с внутренней стороны ШПЗ 4 снижает турбулентность входящего в ПО 9 потока среды, что повышает коэффициенты расхода и пропускной способности клапана и снижает уровень шума, что в сочетании с расширяющимися ПО 9 еще более снижает турбулентность потока среды входящего в ПО 9 ШПЗ 4.The execution of software 9 on the spherical surface of SHPZ 4 with rounding or chamfers around the perimeter from the inside of ShPZ 4 reduces the turbulence of the medium flow entering the PO 9, which increases the flow rates and throughput of the valve and reduces the noise level, which in combination with expanding PO 9 is even more reduces the turbulence of the medium flow included in the software 9 SHPZ 4.

Выполнение одного или нескольких ПО 9 со стороны ВВО 3 на сферической поверхности ШПЗ 4 так, что их нормальные к оси ШПЗ 4 проекции являются вписанными в окружность, равную диаметру D ЦО 10 ШПЗ 4 удобно с технологической точки зрения, т.к. формообразование ПО 9 удобно при обработке, например, на фрезерном, эрозионном станке, при этом есть возможность выхода инструмента в зону ЦО 10, а инструмент не ломается, а из-за небольшой толщины перемычки ШПЗ 4, в которой, например, фрезеруют ПО 9. В результате упрощается технология получения ПО 9, гораздо сложнее получить ПО 9 в цельном ШПЗ 4. ЦО 10 можно получить путем сверления, растачивания на токарном станке.The execution of one or more software 9 from the side of the VVO 3 on the spherical surface of the ShPZ 4 so that their projections normal to the ShPZ 4 axis are inscribed in a circle equal to the diameter D of the central heating unit 10 ShPZ 4 is convenient from a technological point of view, because The shaping of software 9 is convenient when processing, for example, on a milling, erosion machine, while it is possible for the tool to exit into the zone of the central heating 10, and the tool does not break, but because of the small thickness of the SHPZ 4 jumper, in which, for example, software 9 is milled. As a result, the technology for obtaining software 9 is simplified; it is much more difficult to obtain software 9 in a single-core factory. 4. Central heating 10 can be obtained by drilling, boring on a lathe.

Данный регулирующий клапан может быть использован в системах гидравлики, пневматики, в отраслях промышленности, энергетики.This control valve can be used in hydraulics, pneumatics, industries, and energy.

Claims

1. The control valve, comprising a composite housing with inlet and outlet openings, a ball rotary valve with a through hole, complex in profile, a stem, a rod seal, a ball valve seat, installed in the housing, characterized in that the inlet and outlet openings of the housing are made expandable in the direction of the ball rotary shutter, for example, conical.

2. The control valve according to claim 1, characterized in that the area of each of the sections normal to the axis of the cross section of the through-hole profile of a ball rotary valve has a value of not less than the smallest area of normal sections of the input and output openings of the housing.

3. The control valve according to claim 1, characterized in that one or more profile holes on the spherical surface of the ball valve is made expanding toward the center of the ball valve.

4. The control valve according to claim 1, characterized in that one or more profile holes on the spherical surface of the ball rotary shutter have rounding or chamfering around the perimeter from the inside of the ball rotary shutter.