RU2667301C1

RU2667301C1 - Ball valve

Info

Publication number: RU2667301C1
Application number: RU2017130883A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Макарьянц; Валерий Алексеевич Васильев; Владислав Александрович Карпов; Дмитрий Николаевич Омельченко; Татьяна Яковлевна Чеховская
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-09-18

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to any industry. Ball valve and the valve shaft are separate and connected to each other by a protrusion formed on the shaft of the valve interacting with the groove of the ball valve. In the seal of the ball valve, on the side of the outlet fitting, grooves are made. Spring-loaded bushing interacts with it, and the shaft seal is made in the form of a fluoroplastic cuff interacting on one side with a spring-loaded washer, on the other with a conical support ring. Shaft of the valve has bushings on its two sides. One is installed in the groove with the wall of the shaft seal and is tightened with a nut. Other interacts with the shaft protrusion. Rail interacts with the pinion shaft located in the drive housing, which also interacts with the additional rail, parallel to that specified initially. Racks in the working position interact with adjustable stops placed on one side of the drive, in which the grooves on the drive side are provided with a seal wall similar to the valve shaft seal, which is connected to the pinion shaft by means of a coupling. Valve and actuator housings are interconnected via thermo bridges via a spacer.EFFECT: invention is aimed at expanding the operational capabilities of the ball valve.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам арматуростроения и может быть использовано в ракетной технике для пуска или отсечки рабочего тела (РТ), а также в любой отрасли промышленности, использующей гидравлическую технику, где необходимо периодически перекрывать подачу жидкости.The invention relates to valve equipment and can be used in rocket technology for starting or cutting off the working fluid (RT), as well as in any industry using hydraulic equipment, where it is necessary to periodically shut off the fluid supply.

Известен шаровой кран (авторское свидетельство SU 1789813), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором размещен пневмопривод, выполненный в виде кольцевых поршней с центральными отверстиями, соединенных штоком, в котором закреплены опоры пробки, установленной в подпружиненных седлах, расположенных в указанных отверстиях поршней, причем вдоль корпуса выполнен продольный паз, в котором размещен шпиндель пробки, вдоль паза установлена зубчатая рейка, а на шпинделе - шестерня.Known ball valve (copyright certificate SU 1789813), comprising a housing with inlet and outlet nozzles, which houses a pneumatic actuator made in the form of annular pistons with central holes connected by a rod, in which are fixed the supports of the tube installed in the spring-loaded seats located in these holes pistons, and along the housing there is a longitudinal groove in which the plug spindle is placed, a gear rack is installed along the groove, and a gear on the spindle.

Недостатками вышеуказанного шарового крана являются:The disadvantages of the above ball valve are:

- сложность регулировки угла поворота пробки от управляющего давления на необходимый угол, т.к. на каждом отдельном шаровом кране в разных климатических условиях сила трения, возникающая между поршнем и корпусом, будет разная и при подаче одного и того же управляющего давления в управляющую полость скорость угла поворота и угол поворота пробки будет разный;- the difficulty of adjusting the angle of rotation of the tube from the control pressure to the required angle, because on each individual ball valve in different climatic conditions, the frictional force arising between the piston and the housing will be different and when the same control pressure is applied to the control cavity, the speed of the angle of rotation and the angle of rotation of the tube will be different;

- при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями патрубков входа и выхода шарового крана, находящегося в исходном положении (положение закрыт), возможно разрушение корпуса крана;- if the relative pressure of the working fluid (RT) is exceeded between the cavities of the inlet and outlet nozzles of the ball valve in its original position (closed position), the valve body may be destroyed;

- необходимость постоянной подачи управляющего давления в управляющую полость, т.к. упругие переходники работают как пружины и при сбросе управляющего давления поршень может сместиться от заданного положения.- the need for a constant supply of control pressure to the control cavity, because elastic adapters work like springs and when the control pressure is released, the piston can move from a given position.

Известен шаровой клапан (патент RU 2551711), содержащий корпус с входным, выходным переходниками с отверстием, шаровой затвор со шлицевым отверстием и проточкой, вал, уплотнение вала, нижнюю опору.Known ball valve (patent RU 2551711), comprising a housing with inlet, outlet adapters with a hole, a ball valve with a splined hole and a groove, a shaft, a shaft seal, a lower support.

Недостатками вышеуказанного шарового клапана являются:The disadvantages of the above ball valve are:

- при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями патрубков входа и выхода шарового клапана, находящегося в исходном положении (положение закрыт), возможно разрушение корпуса клапана;- if the relative pressure of the working fluid (RT) is exceeded between the cavities of the inlet and outlet nozzles of the ball valve in its original position (closed position), the valve body may be destroyed;

- сложность изготовления шарового затвора и манжеты.- the complexity of manufacturing a ball valve and cuff.

Наиболее близким по технической сущности является шаровой клапан (патент RU 2486395 - прототип), содержащий корпус с переходниками входа, выхода и дренажа, шаровой затвор с валом и нижней опорой, установленный в шарикоподшипники, уплотнение шарового затвора, уплотнение вала, подпружиненную рейку, взаимодействующую с зубчатым колесом вала и по торцу - со штоком привода, переходник дренажа, ось которого расположена под углом и проходит через центр шарового затвора.The closest in technical essence is a ball valve (patent RU 2486395 - prototype), comprising a housing with inlet, outlet and drainage adapters, a ball valve with a shaft and a lower support installed in ball bearings, a ball valve seal, a shaft seal, a spring-loaded rail interacting with the gear of the shaft and along the end - with the actuator stem, a drainage adapter, the axis of which is located at an angle and passes through the center of the ball valve.

Известный шаровой клапан имеет ограниченные эксплуатационные возможности, такие как:Known ball valve has limited operational capabilities, such as:

- невозможность использования клапана в качестве предохранительного, что также влияет на надежность и может привести к разрушению корпуса клапана шарового при превышении относительно заданного перепада давления рабочего тела (РТ) между полостями переходников входа и выхода, находящегося в исходном положении (положение закрыт);- the inability to use the valve as a safety valve, which also affects reliability and can lead to destruction of the ball valve body when the relative pressure of the working fluid (RT) is exceeded between the cavities of the input and output adapters in the initial position (closed position);

- не сохраняет своего текущего положения после сброса управляющего давления с привода;- does not maintain its current position after the control pressure is relieved from the actuator;

- в закрытом положении не обеспечивает герметичность полости переходника выход, т.к. рабочее тело свободно поступает из полости переходника выход в дренаж;- in the closed position does not ensure the tightness of the cavity of the adapter output, because the working fluid flows freely from the adapter cavity to the drain;

- повышенные габариты шарового клапана.- increased dimensions of the ball valve.

Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей клапана шарового, повышение надежности, обеспечение герметичности полости штуцера выход в закрытом положении, уменьшение габаритов.The objective of the invention is the expansion of the operational capabilities of the ball valve, improving reliability, ensuring the tightness of the nozzle cavity outlet in the closed position, reducing the size.

Поставленная задача достигается тем, что в клапане шаровом, включающем в себя корпус, в котором перпендикулярно штуцерам входа-выхода выполнена проточка со стенкой под уплотнение вала клапана, шаровой затвор, уплотнение шарового затвора, подпружиненную втулку, рейку, привод, согласно изобретению шаровой затвор и вал клапана выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа, выполненного на валу клапана, взаимодействующего с пазом шарового затвора, при этом в уплотнении шарового затвора, со стороны выходного штуцера, выполнены проточки, с которым взаимодействует подпружиненная втулка, а уплотнение вала выполнено в виде фторопластовой манжеты, взаимодействующей с одной стороны с подпружиненной шайбой, с другой - с конусным опорным кольцом, причем на валу клапана с двух его сторон установлены втулки, одна из которых, установлена в проточке со стенкой уплотнения вала и поджата гайкой, другая взаимодействует с выступом вала, а рейка взаимодействует с валом-шестерней, размещенным в корпусе привода, который также взаимодействует с дополнительной рейкой, параллельно установленной относительно первоначально указанной, при этом рейки в рабочем положении взаимодействуют с регулируемыми упорами, размещенными с одной из сторон привода, в которых со стороны штуцеров привода выполнены проточки со стенкой под уплотнения, аналогичные уплотнению вала клапана, который связан с валом-шестерней посредством муфты, а корпуса клапана и привода соединены между собой через термомосты посредством проставки.The problem is achieved in that in a ball valve, which includes a housing in which, perpendicular to the input-output fittings, a groove is made with a wall under the valve shaft seal, ball valve, ball valve seal, spring-loaded sleeve, rail, actuator, according to the invention, a ball valve and the valve shaft is made separately and interconnected by means of a protrusion made on the valve shaft interacting with the groove of the ball valve, while in the seal of the ball valve, on the side of the outlet fitting, There are grooves with which the spring-loaded sleeve interacts, and the shaft seal is made in the form of a fluoroplastic cuff interacting on one side with a spring-loaded washer, and on the other with a tapered support ring, and on the valve shaft there are bushes installed on its two sides, one of which is installed in the groove with the shaft seal wall and preloaded by the nut, the other interacts with the shaft protrusion, and the rack interacts with the pinion shaft located in the drive housing, which also interacts with the additional rack, parallel installed relative to the originally specified, while the rails in the working position interact with adjustable stops located on one of the drive sides, in which grooves with a wall for seals are made on the side of the drive fittings, similar to the valve shaft seal, which is connected to the pinion shaft by means of a coupling , and the valve body and the actuator are interconnected via thermal bridges through spacers.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the drawings:

фиг. 1 - общий вид клапана шарового в разрезе;FIG. 1 is a sectional view of a ball valve;

фиг. 2 - вид А с фиг. 1;FIG. 2 is a view A from FIG. one;

фиг. 3 - разрез Б-Б с фиг. 1;FIG. 3 is a section BB of FIG. one;

фиг. 4 - вид В с фиг. 2.FIG. 4 is a view B of FIG. 2.

Клапан шаровой (фиг. 1) состоит из корпуса 1 со штуцерами входа 2 и выхода 3, двух термомостов 4, 5, проставки 6 и привода 7. В корпус 1 установлен шаровой затвор 8 с уплотнением шарового затвора, выполненного в виде уплотнительных колец 9, 10, взаимодействующие с валом клапана 11. Шаровой затвор 8 и вал клапана 11 выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа 12, выполненного на валу клапана 11, взаимодействующего с пазом 13 шарового затвора 8. Уплотнительное кольцо 10 зафиксировано в корпусе 1 стопорным кольцом 14. Уплотнительное кольцо 9, имеющее проточки 15, взаимодействует со стороны выходного штуцера 3 с подпружиненной втулкой 16, которая поджимается пружиной 17, взаимодействующей по торцу с гайкой 18. На валу клапана 11 установлена втулка 19 из бронзы, взаимодействующая с выступом 12 вала и корпусом 1 клапана.The ball valve (Fig. 1) consists of a housing 1 with fittings for input 2 and output 3, two thermal bridges 4, 5, spacers 6 and actuator 7. In the housing 1 there is a ball valve 8 with a ball valve seal made in the form of o-rings 9, 10, interacting with the shaft of the valve 11. The ball valve 8 and the shaft of the valve 11 are made separately and interconnected by a protrusion 12 made on the shaft of the valve 11, interacting with the groove 13 of the ball valve 8. The sealing ring 10 is fixed in the housing 1 by the locking ring 14. O-ring 9, and eyuschee bore 15 communicates with the output fitting 3 side with a spring loaded sleeve 16 which is urged by a spring 17, interacting at its end with a nut 18. The shaft 11 is mounted a valve sleeve 19 of bronze which interacts with the projection 12 of the shaft and the housing 1 of the valve.

Для обеспечения внешней герметичности корпуса 1 клапана шарового перпендикулярно штуцерам входа и выхода 2, 3 выполнена проточка 20 со стенкой 21 корпуса 1 под уплотнение вала клапана 11 в виде фторопластовой манжеты 22, которая по торцу со стороны шарового затвора 8 взаимодействует с конусным опорным кольцом 23, а с противоположной стороны - с подпружиненной шайбой 24, которая поджимается тарельчатыми пружинами 25, взаимодействующими по торцу со втулкой 26, установленной также в проточке 20 и поджатой гайкой 27. Вал 11 застопорен от перемещения вдоль своей оси шайбой стопорной 28. Для обеспечения необходимого люфта вала клапана 11 между гайкой 27 и шайбой стопорной 28 располагаются шайбы регулировочные 29. Для предотвращения отвинчивания гайки 27 на корпусе 1 установлена шайба стопорная 30.To ensure external tightness of the valve body 1 of the ball perpendicular to the inlet and outlet fittings 2, 3, a groove 20 is made with a wall 21 of the body 1 under the valve shaft seal 11 in the form of a fluoroplastic sleeve 22, which interacts with the conical support ring 23 at the end from the side of the ball valve 8, and on the opposite side - with a spring-loaded washer 24, which is pressed by a disk springs 25, interacting along the end with a sleeve 26, also installed in the groove 20 and preloaded nut 27. The shaft 11 is locked against movement along voey axis washer stopper 28. To ensure the required clearance 11 between the nut 27 and washer 28 of the locking valve shaft arranged adjusting washers 29. In order to prevent unscrewing of the nut 27 on the housing 1 is mounted the locking washer 30.

В корпусе привода 7 размещен вал-шестерня 31, взаимодействующий с рейкой 32, а также с дополнительной рейкой 33, параллельно установленной относительно указанной. Рейка 32 и дополнительная рейка 33 взаимодействуют с регулируемы упорами 34, 35, которые размещены с одной из сторон привода 7, а со стороны штуцеров 36, 37 в рейке 32 и дополнительной рейке 33 выполнены проточки 38, 39 со стенками 40, 41 под уплотнения, аналогичные уплотнению вала клапана 11, в виде фторопластовых манжет 42, 43, взаимодействующих с конусными опорными кольцами 44, 45 и тарельчатыми пружинами 46, 47, поджатые с двух сторон втулками 48, 49, при этом вал клапана 11 связан с валом-шестерней с помощью муфты 46.In the drive housing 7 there is a pinion shaft 31 interacting with a rack 32, as well as with an additional rack 33, parallel mounted relative to the specified. Rail 32 and additional rail 33 interact with adjustable stops 34, 35, which are placed on one side of the actuator 7, and from the fittings 36, 37 in rail 32 and additional rail 33, grooves 38, 39 are made with walls 40, 41 for seals, similar to the sealing of the valve shaft 11, in the form of fluoroplastic cuffs 42, 43, interacting with conical support rings 44, 45 and disk springs 46, 47, pressed on both sides by bushings 48, 49, while the valve shaft 11 is connected to the pinion shaft by couplings 46.

Внутри штуцеров привода установлены плоские фильтры 50, 51 и шайбы дроссельные 52, 53, которые поджаты гайкой 54, 55.Inside the drive fittings, flat filters 50, 51 and throttle washers 52, 53 are installed, which are pressed by a nut 54, 55.

Описание работыWork description

В исходном положении клапан шаровой нормально закрыт. Рабочее тело поступает в штуцер входа 2 корпуса 1. За счет усилия прижатия пружины 17, воздействующей на подпружиненную втулку 16 и уплотнительное кольцо 9, шаровой затвор 8 плотно прилегает к уплотнительному кольцу 10. При подаче управляющего давления в штуцер 37 рейка 33 перемещается из одного крайнего положения в другое и упирается в регулируемый упор 34, а рейка 32 от регулируемого упора 35 перемещается в сторону штуцера 36. Перемещаясь, рейка 33 входит в зацепление с валом-шестерней 31 и поворачивает его. Момент вращения от вала-шестерни 31 через муфту 46 передается на вал клапана 11 вместе с шаровым затвором 8. Шаровой затвор 8 поворачивается и проходное сечение клапана открывается. Рабочее тело поступает из полости штуцера вход 2 в полость штуцера выход 3. После сброса управляющего давления со штуцера 37 шаровой затвор 8 остается в заданном положении за счет сил трения, возникающих между уплотнительными кольцами 9, 10 и шаровым затвором 8, а также между фторопластовыми манжетами 22, 42, 43 и корпусами клапана 1 и привода 7.In the initial position, the ball valve is normally closed. The working fluid enters the inlet fitting 2 of the housing 1. Due to the pressing force of the spring 17 acting on the spring-loaded sleeve 16 and the sealing ring 9, the ball valve 8 fits snugly onto the sealing ring 10. When the control pressure is applied to the fitting 37, the rail 33 moves from one extreme position in another and abuts against an adjustable emphasis 34, and the rack 32 from the adjustable emphasis 35 moves towards the fitting 36. Moving, the rail 33 engages with the pinion shaft 31 and rotates it. The torque from the pinion shaft 31 is transmitted through the coupling 46 to the valve shaft 11 together with the ball valve 8. The ball valve 8 is rotated and the valve bore is opened. The working fluid enters from the nozzle cavity 2 into the nozzle cavity 3. After the control pressure is released from the nozzle 37, the ball valve 8 remains in the set position due to the friction forces arising between the sealing rings 9, 10 and the ball valve 8, as well as between the fluoroplastic cuffs 22, 42, 43 and valve bodies 1 and actuator 7.

При подаче управляющего давления в штуцер 36 рейка 32, перемещаясь из одного крайнего положения в другое, упирается в регулируемый упор 35, а рейка 33 от упора перемещается в сторону штуцера 37, перемещаясь, рейка 32 входит в зацепление с валом-шестерней 31 и поворачивает его. Момент вращения от вала-шестерни 31 через муфту 46 передается на вал клапана 11 вместе с шаровым затвором 8. Шаровой затвор 8 поворачивается, и проходное сечение клапана перекрывается. Рабочее тело не поступает из полости штуцера вход 2 в полость штуцера выход 3. После сброса управляющего давления со штуцера 36, шаровой затвор 8 остается в заданном положении за счет сил трения, возникающих между уплотнительными кольцами 9, 10 и шаровым затвором 8, а также между фторопластовыми манжетами 22, 42, 43 и корпусами клапана 1 и привода 7.When applying control pressure to the fitting 36, the rack 32, moving from one extreme position to another, abuts against an adjustable stop 35, and the rack 33 moves from the stop towards the fitting 37, while moving, the rack 32 engages with the pinion shaft 31 and rotates it . The moment of rotation from the pinion shaft 31 is transmitted through the sleeve 46 to the valve shaft 11 together with the ball valve 8. The ball valve 8 is rotated and the passage section of the valve is closed. The working fluid does not enter from the nozzle cavity 2 into the nozzle cavity 3. After the control pressure is released from the nozzle 36, the ball valve 8 remains in the set position due to the friction forces arising between the sealing rings 9, 10 and the ball valve 8, as well as between fluoroplastic cuffs 22, 42, 43 and valve bodies 1 and actuator 7.

Плоский фильтр 50, 51 предохраняет клапан шаровой от попадания инородных частиц во внутренние полости привода.The flat filter 50, 51 protects the ball valve from the ingress of foreign particles into the internal cavities of the actuator.

В случае превышения перепада давления рабочего тела шарового клапана в исходном (закрытом) положении между штуцерами входа 2 и выхода 3 сверх допустимого шаровой затвор 8 перемещается вдоль паза 13 и оси корпуса в направлении штуцера выхода 3, при этом смещая уплотнительное кольцо 9, втулку 16 и сжимая пружину 17. Между шаровым затвором 8 и уплотнительным кольцом 10 образуется щель, через которую, а также через проточки 15 происходит сброс рабочего тела в полость штуцера выход 3. Перепад давления между штуцерами входа 2 и выхода 3 клапана шарового уменьшается. При снижении перепада давления до допустимого значения под действием усилия пружины 17 шаровой затвор 8 прижимается к уплотнительному кольцу 10, щель уменьшается, сброс рабочего тела прекращается.If the differential pressure of the working fluid of the ball valve is exceeded in the initial (closed) position between the inlet 2 and outlet 3 fittings, in excess of the permissible ball valve 8, moves along the groove 13 and the housing axis in the direction of the outlet 3 fitting, while shifting the sealing ring 9, the sleeve 16 and compressing the spring 17. Between the ball valve 8 and the sealing ring 10, a gap is formed through which, as well as through the grooves 15, the working fluid is discharged into the cavity of the nozzle outlet 3. The differential pressure between the nozzles of the inlet 2 and the outlet 3 of the ball valve nshaetsya. When the pressure drop is reduced to an acceptable value under the action of the force of the spring 17, the ball valve 8 is pressed against the sealing ring 10, the gap decreases, the discharge of the working fluid stops.

Предлагаемое техническое решение позволяет расширить эксплуатационные возможности клапана шарового и повысить его надежность за счет использования клапана в исходном (закрытом) положении в качестве предохранительного в результате того, что шаровой затвор и вал клапана выполнены раздельно и соединены между собой посредством выступа, выполненного на валу клапана, взаимодействующего с пазом шарового затвора для перемещения под действием сил, возникающих при превышении относительно заданного перепада рабочего давления между штуцерами входа и выхода, обеспечить герметичность полости штуцера выхода в закрытом положении, а также сохранить текущее положение шарового затвора после сброса управляющего давления в полости привода за счет сил трения, возникающих между фторопластовыми манжетами и корпусами клапана и привода, а также между уплотнительными кольцами и шаровым затвором, уменьшить габариты клапана за счет расположения зубчатой передачи внутри корпуса привода.The proposed solution allows to expand the operational capabilities of the ball valve and increase its reliability due to the use of the valve in the initial (closed) position as a safety valve due to the fact that the ball valve and valve shaft are made separately and interconnected by means of a protrusion made on the valve shaft, interacting with the groove of the ball valve to move under the action of forces arising when the relative pressure difference between the fittings is exceeded relative to a given of the inlet and outlet, to ensure the tightness of the cavity of the outlet fitting in the closed position, as well as to maintain the current position of the ball valve after the control pressure in the actuator cavity has been relieved due to the friction forces arising between the fluoroplastic cuffs and valve and actuator bodies, as well as between the sealing rings and the ball valve , reduce the size of the valve due to the location of the gear inside the drive housing.

Claims

A ball valve comprising a housing in which, perpendicular to the inlet / outlet fittings, a groove is made with a wall for the valve shaft seal, ball valve, ball valve seal, spring-loaded sleeve, rail, actuator, characterized in that the ball valve and valve shaft are made separately and are connected between by means of a protrusion made on the valve shaft interacting with the groove of the ball valve, while grooves are made in the seal of the ball valve from the outlet side, with which the spring interacts a bushing, and the shaft seal is made in the form of a fluoroplastic cuff interacting on one side with a spring loaded washer, and on the other with a tapered support ring, and on the valve shaft there are bushes installed on both sides, one of which is installed in the groove with the valve shaft seal wall and tightened by a nut, the other interacts with the protrusion of the shaft, and the rack interacts with the pinion shaft located in the drive housing, which also interacts with an additional rack parallel to the original but indicated, while the rails in the working position interact with adjustable stops placed on one of the drive sides, in which grooves with a wall for seals are made on the side of the drive fittings, similar to the valve shaft seal, which is connected to the pinion shaft by means of a coupling, and the body valves and actuators are interconnected via thermal bridges by means of spacers.