СЛАБОДЕФОРМИРУЕМАЯ СБОРКА КОЛЬЦА СЕДЛА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КЛАПАНА Российский патент 2010 года по МПК F16K3/24 F16K1/42 

Область техники

Настоящее изобретение относится к клапанам, устанавливаемым в потоке текучей среды, и более конкретно к слабодеформируемым сборкам кольцевого седла для использования в подобных клапанах.

Уровень техники

Системы управления процессом часто используют различные клапаны, такие как поворотные клапаны (в том числе шаровые вентили и двухстворчатые клапаны) и/или клапаны с перемещающимся со скольжением штоком (такие как, например, шаровые клапаны), для управления потоками рабочих текучих сред. Обычно посадочная часть подобных клапанов со скользящим штоком содержит кольцевое седло, уплотнительную прокладку для создания уплотнения между кольцевым седлом и корпусом клапана, запорный элемент (например, в форме пробки) и камеру, которая может направлять движение запорного элемента, обеспечивать желательные характеристики потока, уменьшать шумы или турбулентность потока, предотвращать кавитацию и т.д.

При функционировании клапана запорный элемент может линейно перемещаться посредством штока в направлении кольцевого седла или от него, чтобы изменять поток текучей среды, протекающей через клапан. Чтобы закрыть клапан и перекрыть поток текучей среды через клапан, запорный элемент (пробку) прижимают к кольцевому седлу. Для обеспечения полного перекрытия уплотнительные поверхности кольцевого седла и запорного элемента должны быть, по существу, свободными от деформации.

Во многих известных клапанах со скользящим штоком, в том числе в шаровых клапанах кольцевое седло крепится болтами к корпусу клапана. Однако когда кольцевое седло установлено в корпус клапана и болты затянуты, кольцевое седло часто оказывается деформированным, что ограничивает возможность герметичной посадки запорного элемента на кольцевое седло. Например, кольцевое седло может быть деформировано таким образом, что его отверстие потеряет круглую форму или круговую симметрию; оно может и иным способом утратить настройку по положению или потерять правильную форму относительно запорного элемента.

Чтобы скорректировать деформации кольцевого седла, имеющие место при его креплении болтами к корпусу клапана, кольцевое седло после его установки в корпус клапана может быть подвергнуто механической обработке с целью восстановления его способности обеспечить герметичный контакт с запорным элементом. Однако после подобной механической обработки кольцевого седла такое кольцевое седло и корпус клапана образуют согласованную пару, что исключает возможность замены посадочного узла клапана в полевых условиях или осуществления его технического обслуживания.

На фиг.1 представлено перспективное изображение, с пространственным разделением деталей, известной сборки кольцевого седла.

На фиг.2 - сборка кольцевого седла по фиг.1 показана в осевом сечении.

На фиг.3 приведено перспективное изображение, с пространственным разделением деталей, примера слабодеформируемой сборки кольцевого седла.

На фиг.4 представлена сборка кольцевого седла по фиг.3.

На фиг.5 - сборка кольцевого седла по фиг.3 и 4 представлена в осевом сечении.

На фиг.6 представлен другой пример сборки кольцевого седла.

На фиг.7-9 представлены примеры составных фиксаторов, которые могут быть использованы в представленных примерах сборки кольцевого седла.

На фиг.10 приведен пример клапана, в котором могут быть использованы предлагаемые варианты сборки кольцевого седла.

Раскрытие изобретения

В одном из вариантов сборка кольцевого седла для использования в клапане, устанавливаемом в потоке текучей среды, содержит кольцевое седло, имеющее округлую наружную поверхность, и заплечик, который выступает, по меньшей мере, из части указанной наружной поверхности и имеет первую поверхность, сконфигурированную с возможностью формирования уплотнения относительно корпуса клапана, и вторую поверхность, расположенную, по существу, напротив первой поверхности. Сборка кольцевого седла содержит также фиксатор седла, выполненный с возможностью прикрепления к корпусу клапана и приложения усилия ко второй поверхности для удерживания первой поверхности с образованием уплотнения относительно корпуса клапана.

В другом примере осуществления сборка кольцевого седла содержит, по существу, цилиндрический компонент, имеющий первый конец, выполненный с возможностью образования герметичного контакта с запорным компонентом клапана, и второй конец, выполненный с возможностью образования уплотнения относительно корпуса клапана. Данная сборка содержит также фиксатор, выполненный с возможностью прикрепления к корпусу клапана и приложения усилия к наружной поверхности, по существу, цилиндрического компонента для удерживания первого конца, по существу, цилиндрического компонента с формированием цилиндрическим компонентом уплотнения относительно корпуса клапана.

Еще в одном варианте сборка кольцевого седла содержит кольцевое седло и фиксатор седла, выполненный с возможностью закрепления кольцевого седла относительно корпуса клапана при, по существу, отсутствии деформации кольцевого седла в закрепленном состоянии.

Предлагается также способ уменьшения деформации, возникающей в кольцевом седле при его прикреплении к корпусу клапана. Данный способ включает ввод кольцевого седла внутрь корпуса клапана, введение фиксатора седла во взаимодействие с кольцевым седлом и прикрепление фиксатора седла к корпусу клапана посредством резьбовых крепежных деталей для закрепления кольцевого седла относительно корпуса клапана без создания существенных деформаций в кольцевом седле.

Осуществление изобретения

В описанных далее примерах слабодеформируемой сборки кольцевого седла для того чтобы обеспечить герметичное прикрепление кольцевого седла к корпусу клапана, используются конструктивные элементы в виде фиксатора седла и кольцевого седла. В отличие от известной сборки предлагаемый вариант сборки кольцевого седла выполнен таким образом, что фиксатор седла прикладывает герметизирующее усилие к конструктивному элементу, ассоциированному с наружной поверхностью кольцевого седла и расположенному, по существу, точно напротив уплотнительной поверхности и/или уплотнительной прокладки, ассоциированной с кольцевым седлом. Предлагаемые варианты фиксатора седла обеспечивают приложение сжимающего усилия к кольцевому седлу таким образом, что деформация кольцевого седла после его установки внутрь корпуса клапана существенно уменьшается или устраняется. Как следствие, отпадает необходимость в дополнительной механической обработке кольцевого седла, а это делает возможным последующую замену и техническое обслуживание сборки кольцевого седла в полевых условиях.

Перед тем как представить пример выполнения предлагаемой слабодеформируемой сборки кольцевого седла, будет описан со ссылками на фиг.1 и 2 пример выполнения известной сборки кольцевого седла. На фиг.1 представлено перспективное изображение с пространственным разделением деталей сборки 100 кольцевого седла. Как показано на фиг.1, в корпусе 102 клапана (для большей наглядности показана только его часть) выполнено множество резьбовых отверстий 104. В кольцевом седле 106, выполненном в виде единой детали, имеется множество сквозных отверстий 108, которые соответствуют резьбовым отверстиям 104. Болты 110 могут проходить через сквозные отверстия 108 и ввинчиваться в резьбовые отверстия 104 для того, чтобы закрепить (т.е. зафиксировать) кольцевое седло 106 относительно корпуса 102 клапана. Между уплотнительной поверхностью 114 корпуса 102 клапана и кольцевым седлом 106 зажимается спиральная уплотнительная прокладка 112 с образованием уплотнения между названными деталями. На кольцевое седло 106 известным образом может быть установлена камера клапана (не изображена).

На фиг.2 известный вариант сборки 100 кольцевого седла клапана по фиг.1 представлен в осевом сечении. Как можно видеть из фиг.2, болты 110 проведены через часть кольцевого седла 106, смещенную в радиальном направлении относительно той его части, которая контактирует с уплотнительной прокладкой 112. Кроме того, чтобы обеспечить сжатие уплотнительной прокладки 112 между кольцевым седлом 106 и корпусом 102 клапана, уплотнительная поверхность 114 сконфигурирована таким образом (например, снабжена углублением), что перед установкой кольцевого седла 106 верхняя поверхность уплотнительной прокладки 112 выступает над поверхностью 118 корпуса 102 клапана. Другими словами, перед тем как уплотнительная прокладка 112 будет сжата, ее толщина превышает глубину углубления, образованного поверхностью 114. Когда кольцевое седло 106 прикрепляется болтами к корпусу 102 клапана, уплотнительная прокладка 112 сжимается под действием той части кольцевого седла 106, которая смещена радиально внутрь относительно болтов 110 (т.е. не лежит с ними в одной радиальной зоне). В результате такого выполнения на часть кольцевого седла 106, расположенную над уплотнительной прокладкой 112, действует изгибающий момент. Этот изгибающий момент может привести к деформации кольцевого седла 106, что может препятствовать герметичному контакту кольцевого седла 106 с неизображенным запирающим элементом, например с пробкой, если кольцевое седло 106 не будет подвергнуто дополнительной механической обработке.

Следует отметить, что в известной сборке 100 кольцевого седла типа показанной на фиг.1 и 2 обычно используется именно спиральная уплотнительная прокладка 112, которая обеспечивает поддержание натяжения в болтах 110 и тем самым предотвращает ослабление их затягивания с потерей герметичности сопряжения уплотнительной прокладки 112, корпуса 102 клапана и кольцевого седла 106. Однако подобные спиральные уплотнительные прокладки имеют относительно высокую стоимость и имеют непредсказуемые характеристики сжатия, что дополнительно обостряет отмеченную выше проблему деформации кольцевого седла.

На фиг.3 приведено перспективное изображение, с пространственным разделением деталей примера слабодеформируемой сборки 300 кольцевого седла согласно одному из вариантов изобретения. В данном варианте сборка 300 кольцевого седла содержит корпус 302 клапана (для большей наглядности показана только его часть), плоскую листовую уплотнительную прокладку 304, кольцевое седло 306, фиксатор 308 седла и резьбовые крепежные детали 310.

В варианте сборки 300 по фиг.3 корпус 302 клапана имеет множество распределенных по окружности отверстий 314, которые могут быть выполнены резьбовыми для ввинчивания в них резьбовых крепежных деталей 310, и уплотнительную поверхность 316, которая может быть выполнена заглубленной относительно поверхности 318 и спрофилирована таким образом, чтобы формировать уплотнение совместно с уплотнительной прокладкой 304 и кольцевым седлом 306. Хотя уплотнительная прокладка 304 представлена в форме плоской уплотнительной прокладки, вместо нее могут применяться и уплотнительные прокладки других типов.

Видно также, что кольцевое седло 306 представляет собой, по существу, цилиндрический компонент, первый конец 320 которого выполнен с возможностью образования уплотнения совместно с уплотнительной прокладкой 304 и уплотнительной поверхностью 316 корпуса 302 клапана. Второй конец 322 кольцевого седла 306 сконфигурирован с возможностью формирования герметичного сопряжения с запирающим элементом, таким как пробка (не изображена). У кольцевого седла 306 имеется такой конструктивный элемент, как, например, заплечик 324, который выступает, по меньшей мере, из части округлой наружной поверхности 326 кольцевого седла 306. Заплечик 324 выполнен с возможностью взаимодействия с фиксатором 308 седла для того, чтобы удерживать первый конец 320 кольцевого седла 306 с образованием уплотнения (герметичного сопряжения) с корпусом 302 клапана.

Фиксатор 308 седла имеет, по существу, форму кольца и снабжен множеством сквозных отверстий 328, через которые проходят крепежные детали 310, чтобы вступить во взаимодействие с резьбовыми отверстиями 314 для прикрепления фиксатора 308 седла и кольцевого седла 306 к корпусу 302 клапана. На фиг.4 сборка 300 кольцевого седла клапана по фиг.3 показана в собранном виде.

На фиг.5 вариант сборки 300 кольцевого седла клапана по фиг.3 и 4 представлен в осевом сечении. Как можно видеть из фиг.5, у заплечика 324 кольцевого седла 306 имеется первая поверхность 330, которая контактирует с уплотнительной прокладкой 304 (более наглядно показанной на фиг.3) с образованием уплотнения относительно корпуса 302 клапана. У заплечика 324 имеется также вторая поверхность 332, расположенная точно напротив его первой поверхности 330. Когда кольцевое седло 306 и фиксатор 308 седла закреплены на корпусе 302 клапана путем затягивания резьбовых крепежных деталей 310, введенных в отверстия 314, округлая внутренняя часть 334 фиксатора 308 седла упирается во вторую поверхность 332 заплечика 324. Способность фиксатора 308 седла смещаться (например, разворачиваться) относительно кольцевого седла 306 при установке кольцевого седла 306 и фиксатора 308 седла приводит к тому, что, по существу, все усилие, приложенное к кольцевому седлу 306 через поверхность 332, сосредоточено напротив поверхности 330, уплотнительной прокладки 304 и поверхности 316.

У фиксатора 308 седла может иметься также снабженный фаской кольцевой участок 336, наличие которого может облегчить перемещение (например вращение, покачивание или разворот) фиксатора 308 седла в направлении заплечика 324 кольцевого седла 306. Такое перемещение фиксатора 308 седла относительно кольцевого седла 306 может облегчить приложение уплотняющего усилия со стороны фиксатора 308 седла к кольцевому седлу точно в зоне нахождения уплотнительной прокладки 304 и перпендикулярно ей. В отличие от известной сборки 100 кольцевого седла клапана, показанной на фиг.1, в предложенном варианте приложения фиксатором 308 седла усилия к кольцевому седлу 306 и удерживания этого седла не возникает никакого изгибающего момента и, следовательно, никакой деформации, искажающей форму кольцевого седла 306. Такое, по существу, полное устранение изгибающего момента и деформации кольцевого седла позволяет избежать необходимости в операции дополнительной механической обработки после установки седла и делает возможным проведение последующей замены или технического обслуживания кольцевого седла 306 в полевых условиях.

На фиг.6 представлена сборка 600 кольцевого седла согласно другому варианту. Эта сборка во многих отношениях аналогична сборке 300 кольцевого седла. Она содержит корпус 602 клапана (изображен частично), кольцевое седло 604, уплотнительную прокладку 606 (например, плоскую листовую уплотнительную прокладку), фиксатор 608 и множество резьбовых крепежных деталей 610. В отличие от корпуса 302 клапана сборки 300 кольцевого седла клапана корпус 602 клапана содержит такой конструктивный элемент, как заплечик 614, выполненный с возможностью контактировать с округлой наружной частью фиксатора 608 и служить для нее опорой.

Когда фиксатор 608 и кольцевое седло 604 закреплены на корпусе 602 клапана с помощью резьбовых крепежных деталей 610, округлая внутренняя часть 616 фиксатора 608 прикладывает усилие к первой поверхности 618 заплечика 620 кольцевого седла, которая заходит, по меньшей мере, на часть наружной округлой поверхности 622 кольцевого седла 604. Усилие, приложенное к указанной первой поверхности 618, обеспечивает прижатие второй поверхности 624 к уплотнительной прокладке 606 с образованием уплотнения относительно корпуса 602 клапана.

Способность фиксатора 608 смещаться (например, разворачиваться вокруг заплечика 614) относительно кольцевого седла 604 при установке кольцевого седла 604 и фиксатора 608 приводит к тому, что, по существу, все усилие, приложенное к заплечику 620 кольцевого седла 604, сосредоточено напротив уплотнительной прокладки 606. В результате при установке кольцевого седла 604 и фиксатора 608 в корпус 602 клапана не возникает никакого изгибающего момента и, следовательно, никакой деформации кольцевого седла 604.

На фиг.7, 8 и 9 представлены примеры выполнения составных (многоэлементных) фиксаторов кольцевого седла, т.е. фиксаторов, состоящих из секций или сегментов. Более конкретно фиг.7 и 8 иллюстрируют фиксаторы, состоящие из двух и четырех секций соответственно, тогда как на фиг.9 представлен фиксатор из 12 сегментов, в котором каждой используемой резьбовой крепежной детали соответствует отдельная секция (отдельный сегмент). Составные фиксаторы по фиг.7-9 могут быть использованы в качестве описанных выше фиксаторов 308 и 608. Такие фиксаторы могут быть эффективно использованы в применениях, когда внутренний диаметр канала клапана (например, отверстия в верхней части корпуса клапана, к которой может быть прикреплен колпачок) меньше, чем наружный диаметр фиксатора в сборе. В этом случае части фиксатора можно по отдельности провести через отверстие клапана и собрать внутри корпуса клапана.

На фиг.10 приведен пример шарового клапана 1000, в котором может быть использован рассмотренный пример сборки кольцевого седла. Клапан 1000 содержит сборку 1002 кольцевого седла, которая может быть прикреплена к корпусу 1004 клапана, например, как это было описано выше. Однако должно быть понятно, что приведенный пример сборки кольцевого седла может иметь более широкое применение, т.е. использоваться и в клапанах других типов.

Хотя выше были описаны различные варианты изобретения, его объем не ограничивается ими и распространяется на все варианты, охватываемые прилагаемой формулой изобретения либо непосредственно, либо с учетом доктрины эквивалентов.

Изобретение относится к клапанам, устанавливаемым в потоке текучей среды, для того чтобы обеспечить герметичное прикрепление кольцевого седла к корпусу клапана. Вариант слабодеформируемой сборки кольца седла клапана содержит кольцевое седло, имеющее округлую наружную поверхность и заплечик, выступающий, по меньшей мере, из части этой округлой поверхности. Заплечик имеет первую поверхность, сконфигурированную с возможностью формирования уплотнения с корпусом клапана, и вторую поверхность, расположенную напротив первой поверхности. Предложенная сборка содержит также фиксатор седла, выполненный с возможностью прикрепления к корпусу клапана и с возможностью приложения усилия ко второй поверхности для удерживания первой поверхности с формированием уплотнения с корпусом клапана. Фиксатор седла снабжен множеством сквозных отверстий. Они обеспечивают возможность прикрепления указанного фиксатора к корпусу клапана посредством резьбовых крепежных деталей. Имеются варианты исполнения сборки. Предлагаемые варианты фиксатора седла обеспечивают приложение сжимающего усилия к кольцевому седлу таким образом, что деформация кольцевого седла после его установки внутрь корпуса клапана существенно уменьшается. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сборка кольцевого седла клапана для использования в клапане, устанавливаемом в потоке текучей среды, содержащая
кольцевое седло, имеющее округлую наружную поверхность и заплечик, который выступает, по меньшей мере, из части указанной наружной поверхности и имеет первую поверхность, сконфигурированную с возможностью формирования уплотнения относительно корпуса клапана, и вторую поверхность, расположенную, по существу, напротив первой поверхности; и
фиксатор седла, выполненный с возможностью прикрепления к корпусу клапана и приложения усилия ко второй поверхности для удерживания первой поверхности с образованием уплотнения относительно корпуса клапана, причем фиксатор седла снабжен множеством сквозных отверстий, обеспечивающих возможность прикрепления указанного фиксатора к корпусу клапана посредством резьбовых крепежных деталей.

2. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор седла выполнен с возможностью смещения относительно кольцевого седла при установке кольцевого седла и фиксатора седла внутрь корпуса клапана.

3. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что указанные первая и вторая поверхности выполнены с возможностью их установки в согласованное положение с уплотнительной прокладкой и уплотнительной поверхностью корпуса клапана.

4. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор седла выполнен составным.

5. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что первая поверхность выполнена с возможностью образования уплотнения с плоской листовой уплотнительной прокладкой.

6. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор седла имеет округлую внутреннюю часть, выполненную с возможностью приложения усилия к заплечику, и округлую наружную часть, выполненную с возможностью опоры на часть корпуса клапана.

7. Сборка по п.1, отличающаяся тем, что указанная часть корпуса клапана представляет собой другой заплечик.

8. Сборка кольцевого седла, содержащая
по существу, цилиндрический компонент, имеющий первый конец, выполненный с возможностью образования герметичного контакта с запорным компонентом клапана, и второй конец, выполненный с возможностью образования уплотнения относительно корпуса клапана; и фиксатор, выполненный с возможностью прикрепления к корпусу клапана и приложения усилия к наружной поверхности, по существу, цилиндрического компонента для удерживания первого конца, по существу, цилиндрического компонента с формированием цилиндрическим компонентом уплотнения относительно корпуса клапана.

9. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен с возможностью смещения относительно, по существу, цилиндрического компонента при установке указанного компонента и фиксатора внутрь корпуса клапана.

10. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что, по существу, цилиндрический компонент снабжен конструктивным элементом, выступающим по окружности, по меньшей мере, из части наружной поверхности указанного компонента и выполненным с возможностью взаимодействия с фиксатором.

11. Сборка по п.10, отличающаяся тем, что конструктивный элемент представляет собой заплечик, имеющий первую поверхность, сконфигурированную для формирования уплотнения относительно корпуса клапана, и вторую поверхность, расположенную напротив первой поверхности и сконфигурированную для взаимодействия с фиксатором.

12. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен составным.

13. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что фиксатор снабжен множеством отверстий, выполненных с возможностью приема крепежных деталей для прикрепления фиксатора к корпусу клапана.

14. Сборка по п.13, отличающаяся тем, что крепежные детали имеют резьбовые части, выполненные с возможностью взаимодействия с резьбовыми отверстиями в корпусе клапана.

15. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что фиксатор имеет форму кольца, внутренний диаметр которого больше, чем наружный диаметр, по существу, цилиндрического компонента.

16. Сборка по п.8, отличающаяся тем, что фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с поверхностью корпуса клапана, смещенной в радиальном направлении относительно наружной поверхности, по существу, цилиндрического компонента.

17. Сборка кольцевого седла клапана, содержащая
кольцевое седло и фиксатор седла, выполненный с возможностью закрепления кольцевого седла относительно корпуса клапана при, по существу, отсутствии деформации кольцевого седла в закрепленном состоянии, причем фиксатор седла снабжен множеством сквозных отверстий, обеспечивающих возможность прикрепления указанного фиксатора к корпусу клапана посредством резьбовых крепежных деталей.

18. Сборка по п.17, отличающаяся тем, что фиксатор седла выполнен составным.

19. Сборка по п.17, отличающаяся тем, что фиксатор седла выполнен с возможностью смещения относительно кольцевого седла при закреплении кольцевого седла относительно корпуса клапана с помощью фиксатора седла.

20. Способ уменьшения деформации, возникающей в кольцевом седле при его прикреплении к корпусу клапана, включающий
ввод кольцевого седла внутрь корпуса клапана,
введение фиксатора седла во взаимодействие с кольцевым седлом и
прикрепление фиксатора седла к корпусу клапана посредством резьбовых крепежных деталей для закрепления кольцевого седла относительно корпуса клапана без создания существенных деформаций в кольцевом седле.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что фиксатор седла является многоэлементным компонентом.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что привинчивание фиксатора седла к корпусу клапана включает смещение фиксатора седла относительно кольцевого седла в процессе привинчивания.

23. Способ по п.20, отличающийся тем, что введение фиксатора седла во взаимодействие с кольцевым седлом включает введение фиксатора седла во взаимодействие с кольцевым седлом по округлой наружной поверхности кольцевого седла.

24. Клапан, содержащий
корпус клапана;
кольцевое седло, имеющее первую округлую поверхность, формирующую уплотнение относительно корпуса клапана, и вторую округлую поверхность, расположенную напротив первой округлой поверхности;
фиксатор седла, взаимодействующий со второй округлой поверхностью и удерживающий кольцевое седло с формированием уплотнения относительно корпуса клапана; и
множество резьбовых крепежных деталей, проведенных через фиксатор седла в отверстия, имеющиеся в корпусе клапана, для прикрепления фиксатора седла и кольцевого седла к корпусу клапана.

25. Клапан по п.24, отличающийся тем, что дополнительно содержит плоскую листовую кольцевую уплотнительную прокладку, зажимаемую между первой округлой поверхностью и корпусом клапана для формирования уплотнения совместно с корпусом клапана.

26. Клапан по п.24, отличающийся тем, что наружный диаметр фиксатора седла выбран большим, чем внутренний диаметр той части корпуса клапана, которая связана с колпачком клапана.

27. Клапан по п.26, отличающийся тем, что фиксатор седла выполнен составным.

28. Клапан по п.24, отличающийся тем, что первая и вторая округлые поверхности расположены на заплечике кольцевого седла.

29. Клапан по п.24, отличающийся тем, что корпус клапана является корпусом шарового клапана.