Клапаны осевого потока голландской фирмы Mokveld («Моквелд»), кажется, существовали всегда. И если система перекрытия потока «поршень-сепаратор» (триммер) совершенствуется постоянно под новые требования регулируемых сред, то реечный механизм передачи движения по принципу гаражного замка из двух реек не меняется уже более 60 лет. При этом корпус клапана отливается целиком и в таком виде обрабатывается, что создает определенные технологические неудобства и делает невозможным ремонт или техобслуживание на трубопроводе.
В 2015 году на выставке арматуры английская фирма «Гудвин» представила новый клапан осевого потока с приводом «рейка-шестерня-рейка», состоящий уже из 3 деталей, и корпус клапана из 3 частей, изготовленных методом штамповки, что позволяет легче обрабатывать и контролировать качество каждой, но также делает невозможным ремонт или техобслуживание самого клапана на трубопроводе. Были разработаны модели клапанов осевого потока с приводом от вертикального штока на поршень с помощью горизонтальной шестерни (прямозубой или эвольвентного сопряжения), эксцентрика и пальца (рычажного или другого привода). Такие модели не нашли практического применения, но закрепили приоритет авторов. Все перечисленные модели не позволяют производить ремонт или техобслуживание внутренней обтекаемой втулки с механизмом привода и запорного узла, включая уплотнения, без перемещения всего клапана из трубопровода. Эта возможность появилась с изобретением клапанов осевого потока, имеющих узел перекрытия, снимаемый с клапана без разрыва самого трубопровода, что позволяет быстро заменять его приготовленным для эксплуатации в мастерских.
Каждая модель клапана имеет недостатки привода перемещения поршня перекрытия, которые необходимо устранить или уменьшить, а для начала обозначить.
1. Реечный зубчатый привод Mokveld («Моквелд») при своей простоте конструкции требует очень прочных материалов и, соответственно, инструментов и станков высокой точности, что делает его дорогим, но не делает надежным. Трение скольжения в нескольких пазах под углом 45° двух реек прижимает каждую к внутренней поверхности своего канала движения, и общая результирующая сила трения скольжения требует повышенной мощности внешнего привода. Поршень перекрытия потока жестко связан с горизонтальной рейкой привода, чьи зубцы очень точно входят в зацепление с зубцами штока, и любая вибрация или дрожание поршня от воздействия турбулентного потока через триммер (сепаратор) передаются на зубья, увеличивая общую силу трения и износ зубчатой пары, что бывает причиной аварий. Шток может совершать только возвратно-поступательное движение, что требует сложной конструкции герметизации сальника и дополнительного усилия.
2. Реечный («рейка-шестерня-рейка») привод «Гудвин» имеет промежуточную шестерню, от радиуса которой зависят необходимое усилие привода и точность перемещения поршня перекрытия. При меньших размерах шестерни требуется большее усилие внешнего привода, радиальная реакция ее зубьев прижимает обе рейки к поверхностям каналов движения, увеличивая силу трения. Поршень перекрытия потока жестко связан с двойной горизонтальной рейкой привода, чьи зубцы очень точно входят в зацепление с зубцами широкой шестерни, и любая вибрация или дрожание поршня от воздействия турбулентного потока через триммер (сепаратор) передаются на зубья, увеличивая общую силу трения и износ узла. Шток может совершать только возвратно-поступательное движение, что требует сложной конструкции герметизации сальника и дополнительного усилия.
3. Реечный привод (вертикальный шток с горизонтальной шестерней и горизонтальная рейка — опытный образец испытывается в компании «ВАРК»). Радиальная реакция зубьев шестерни прижимает только одну горизонтальную рейку к поверхности канала движения, что уменьшает трение. Поршень перекрытия потока жестко связан с горизонтальной рейкой привода, чьи зубцы входят в зацепление с зубцами шестерни штока, и любая вибрация или дрожание поршня от воздействия турбулентного потока через триммер (сепаратор) передаются через шток прямо на привод. Шток с шестерней только вращается в сальнике, это требует достаточно простую конструкцию сальника и значительно меньшее усилие внешнего привода.
4. Предлагается модель, в которой поршень перекрытия соединен с поршнем привода, имеющим сквозное отверстие по диаметру вдоль поршня, а по сторонам этого отверстия наклоненные под 45° пазы квадратной формы. По этим пазам двигается каретка (ползун) с подшипниками на концах и отверстием с резьбой посередине, куда входит резьбовая часть вращающегося штока внешнего привода. При вращении штока каретка (ползун) движется по пазам поршня вверх/вниз, заставляя его перемещаться по горизонтали, двигает поршень перекрытия, закрывает/открывает клапан. Если ось поршня привода прикрепить к поршню перекрытия шаровым или карданным соединением, то радиальные колебания поршня под действием турбулентности потока не будут передаваться на поршень привода и затруднять его движение в канале. В зависимости от расстояния перемещения поршня перекрытия подбираются длина и диаметр поршня привода, и его поверхность скольжения в канале много больше поверхности реек зубчатого или шестеренчатого приводов. Поэтому удельное давление и сила трения будут меньше и в совокупности с вращением штока потребуют меньше усилий внешнего привода. Это позволит при закрытии сжимать пружину защитного кольца, предохраняющего сальник от износа абразивной составляющей среды в открытом состоянии.
Анализ конструкции, взаимодействия частей всех клапанов осевого потока и характера прохода рабочей среды позволил автору разработать модель клапана осевого потока с осевым приводом поршня перекрытия по преимуществам существующих моделей. После получения одобрения на выдачу патента ФИПС принцип работы такого клапана со схемой взаимодействия частей будет направлен в редакцию журнала «Вестник арматуростроителя» для ознакомления всеми заинтересованными компаниями.
