КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ Российский патент 2009 года по МПК F16K3/24 F16K39/04 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия и регулирования расхода транспортируемой среды.

Известен клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, при этом первый затвор, запорный, выполнен в виде штока со ступенчатым поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй, запорно-регулирующий затвор, выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, причем запорно-регулирующий затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, причем внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительной поверхности сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении ступенчатый поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка-плунжер своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла (патент РФ №2267682, МПК F16K 3/24,47/04, 17.05.2004).

Недостатком известного клапана является невозможность его использования при больших перепадах давления, когда одноступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.

Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены два затвора: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный со штоком, при этом клапан снабжен дополнительным затвором, седло которого закреплено в нижней части корпуса соосно со штоком, а запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды, и его седло закреплено в корпусе соосно со штоком, причем в полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором, при этом регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, а его ступени связаны со штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока (патент РФ №2162179, кл. F16K 1/44, 22.05.2000).

Недостатком известного клапана является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является запорно-регулирующий клапан, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный - выполнен в виде дополнительного штока с пазом, буртиком и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом, сопрягаемом с ним, отверстии корпуса, при этом его начало расположено во входном канале, причем дополнительный шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец разгрузочного затвора с буртиком и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения дополнительным штоком вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнен радиальный паз с расположенным в нем штоком с пазом на конце, в котором расположено, связанное с ним, короткое плечо Г-образного рычага, установленного на оси с возможностью поворота на ней, а на конце длинного плеча рычага выполнен упор, взаимодействующий с пазом дополнительного штока, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующего затворе (патент РФ №2253788, F16K 39/04, 1/12, 23.09.2003).

Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что одноступенчатое дросселирование регулируемого потока при больших перепадах давления приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.

Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышалась надежность и увеличивалась долговечность работы клапана.

Для достижения названного технического результата в корпусе клапана запорно-регулирующего с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный - выполнен в виде дополнительного штока с пазом, буртиком и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом, сопрягаемом с ним, отверстии корпуса, при этом его начало расположено во входном канале, причем дополнительный шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец разгрузочного затвора с буртиком и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения дополнительным штоком вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнен радиальный паз с расположенным в нем штоком с пазом на конце, в котором расположено, связанное с ним, короткое плечо Г-образного рычага, установленного на оси с возможностью поворота на ней, а на конце длинного плеча рычага выполнен упор, взаимодействующий с пазом дополнительного штока, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе.

Заявляемый запорно-регулирующий клапан отличается от прототипа тем, что запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, при этом седло за уплотнительным элементом выполнено с глухим днищем, перед которым расположена трубчатая часть с радиальными отверстиями, по размеру и количеству идентичными радиальным отверстиям в трубчатой части запорно-регулирующего затвора и отверстиям в трубчатой части седла, расположенным до уплотнительного элемента по ходу потока среды, также выполненным радиальными, а наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости с трубчатой частью седла, которая через канал сообщается с полостью над ступенью большего диаметра, при этом седло за уплотнительным элементом перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части запорно-регулирующего затвора, а трубчатая часть запорно-регулирующего затвора, в свою очередь, перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части седла перед глухим днищем, причем запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) всех радиальных отверстий в седле и затворе и соединяет (разъединяет) входной канал с выходным.

Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где показан продольный разрез клапана в закрытом положении.

Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены два затвора, связанные со штоком 4, перемещаемым приводом 5.

Первый затвор - разгрузочный - выполнен в виде дополнительного штока 6 с пазом 7, буртиком 8 и уплотнительной поверхностью 9 на конце 10. Дополнительный шток расположен в сквозном осевом, сопрягаемом с ним, отверстии 11 корпуса, при этом его начало 12 расположено во входном канале корпуса. Дополнительный шток установлен с возможностью осевого перемещения, а его подвижность ограничена крайними положениями перемещения. Конец дополнительного штока с уплотнительной поверхностью и буртиком расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора 13 (в сборе) с уплотнительным элементом 14, разгрузочным отверстием 15, уплотнительной поверхностью 16 и трубчатой частью 17 с радиальными отверстиями 18, расположенной за уплотнительной поверхностью по ходу потока транспортируемой среды. В одном крайнем положении дополнительный шток взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие, а в другом крайнем положении буртиком прижимает запорно-регулирующий затвор к корпусу.

Запорно-регулирующий затвор размещен в седле 19 с уплотнительным элементом 20 и трубчатой частью 21 с радиальными отверстиями 22, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока транспортируемой среды. Седло за уплотнительным элементом выполнено с глухим днищем 23, перед которым расположена трубчатая часть 24 с радиальными отверстиями 25, по размеру и количеству идентичными радиальным отверстиям в трубчатой части запорно-регулирующего затвора и радиальным отверстиям в трубчатой части седла, расположенным до уплотнительного элемента по ходу потока среды. Наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень 26 меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости 27 с трубчатой частью седла, которая через канал 28 сообщается с полостью 29 над ступенью 30 большего диаметра. Внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента и наружный диаметр ступени большего диаметра запорно-регулирующего затвора выполнены сопрягаемыми. Седло за уплотнительным элементом перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части запорно-регулирующего затвора, трубчатая часть которого, в свою очередь, перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части седла перед глухим днищем. Запорно-регулирующий затвор установлен с возможностью осевого перемещения штоком через разгрузочный затвор вдоль трубчатых частей седла от уплотнительного элемента, при этом он обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) всех радиальных отверстий в трубчатых частях седла и затворе. В одном крайнем положении он взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом седла и отделяет выходной от входного канала клапана.

В центральной части корпуса выполнен радиальный паз 31 с размещенным в нем штоком с пазом 32 на конце. В пазе штока расположено короткое плечо Г-образного рычага 33, установленного на оси 34 с возможностью поворота на ней, а на конце длинного плеча рычага выполнен упор 35, взаимодействующий с пазом дополнительного штока.

В корпусе выполнены отверстия 36, соединяющие входной и выходной каналы при открытом запорно-регулирующего затворе.

Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) дополнительный шток 6 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 9 прижимается к уплотнительному элементу 14 запорно-регулирующего затвора 13, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 15.

Запорно-регулирующий затвор 13 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 16 прижимается к уплотнительному элементу 20 седла 19, герметично перекрывая поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3.

При необходимости открытия клапана и регулирования расхода транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 вниз. При этом рычаг 33, коротким плечом связанный с пазом 32 штока 4, поворачивается на оси 34 и упором 35, расположенным в пазе 7 дополнительного штока 6, перемещает последний от уплотнительного элемента 14 запорно-регулирующего затвора 13, открывая разгрузочное отверстие 15 для прохода среды, находящейся в полости 29 над запорно-регулирующим затвором 13 для его разгрузки и в полости 27 для разгрузки уплотнительного элемента 20 седла 19 перед открытием запорно-регулирующего затвора 13. При дальнейшем движении дополнительный шток 6 буртиком 8 упирается в запорно-регулирующий затвор 13 (в сборе) и перемещает его вдоль трубчатых частей 21, 24 седла 19 от уплотнительного элемента 20, открывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 через отверстия 36, радиальные отверстия 22, полость 27 и далее через радиальные отверстия 18 и 25 в выходной канал 3. Регулирование расхода транспортируемой среды осуществляется перемещением штока 4 до необходимого положения и его остановкой. Каждому положению штока 4 соответствует определенное положение запорно-регулирующего затвора 13, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды через радиальные отверстия 22, 18 и 25, при этом перепад давления поровну распределяется между тремя ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующего затвора 13.

При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 вверх. При этом рычаг 33, коротким плечом связанный с пазом 32 штока 4, поворачивается на оси 34 и упором 35, расположенным в пазе 7 дополнительного штока 6, перемещает последний, который также под действием перепада давления на нем перемещается к уплотнительному элементу 14 запорно-регулирующего затвора 13, закрывая разгрузочное отверстие 15 и перемещая запорно-регулирующий затвор 13 к уплотнительному элементу 20 седла 19. Совместное перемещение дополнительного штока 6 и запорно-регулирующего затвора 13 продолжается до тех пор, пока запорно-регулирующий затвор 13 своей уплотнительной поверхностью 16 достигнет уплотнительного элемента 20 седла 19, герметично перекрывая его, а дополнительный шток 6 своей уплотнительной поверхностью 9 опустится на уплотнительный элемент 14, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 15 запорно-регулирующего затвора 13. Данное положение дополнительного штока 6 соответствует крайнему положению штока 4 и выключенному приводу.

Благодаря тому, что при открытии запорно-регулирующего затвора уплотнительный элемент седла находится в разгруженном состоянии, т.е. перепад давления на нем отсутствует, а общий перепад давления поровну распределяется между тремя ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и предназначено для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия и регулирования расхода транспортируемой среды. Благодаря тому, что при открытии запорно-регулирующего затвора уплотнительный элемент седла находится в разгруженном состоянии, т.е. перепад давления на нем отсутствует, а общий перепад давления поровну распределяется между тремя ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана. 1 ил.

Клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный - выполнен в виде дополнительного штока с пазом, буртиком и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом, сопрягаемом с ним отверстии корпуса, при этом его начало расположено во входном канале, причем дополнительный шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец разгрузочного затвора с буртиком и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения дополнительным штоком вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнен радиальный паз с расположенным в нем штоком с пазом на конце, в котором расположено связанное с ним короткое плечо Г-образного рычага, установленного на оси с возможностью поворота на ней, а на конце длинного плеча рычага выполнен упор, взаимодействующий с пазом дополнительного штока, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе, отличающийся тем, что запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, при этом седло за уплотнительным элементом выполнено с глухим днищем, перед которым расположена трубчатая часть с радиальными отверстиями, по размеру и количеству идентичными радиальным отверстиям в трубчатой части запорно-регулирующего затвора и отверстиям в трубчатой части седла, расположенным до уплотнительного элемента по ходу потока среды, также выполненным радиальными, а наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости с трубчатой частью седла, которая через канал сообщается с полостью над ступенью большего диаметра, при этом седло за уплотнительным элементом перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части запорно-регулирующего затвора, а трубчатая часть запорно-регулирующего затвора, в свою очередь, перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части седла перед глухим днищем, причем запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) всех радиальных отверстий в седле и затворе и соединяет (разъединяет) входной канал с выходным.