КЛАПАН И ЗАТВОР КЛАПАНА Российский патент 2011 года по МПК F16K47/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к управляющим клапанам и, более конкретно, к сферическому клапану с направляющим отверстием, обеспечивающему повышенную пропускную способность.

Уровень техники

Общеизвестно, что производственные предприятия, такие как нефтеперерабатывающие заводы, химические комбинаты и бумагоделательные или целлюлозные фабрики, для производства различных товаров широкого потребления используют многочисленные контуры управления технологическими процессами, соединенные между собой. Каждый из таких контуров сконструирован с возможностью удерживать некоторые важные меняющиеся параметры процесса (например, давление, величину потока или температуру) в пределах требуемого рабочего интервала, обеспечивая тем самым качество конечного продукта. Каждый контур указанного назначения воспринимает и создает внутри себя вариации нагрузки, влияющие на параметры процесса и на характер управления управляющими контурами внутри производства. Чтобы уменьшить влияние таких вариаций, параметры процесса детектируются датчиками или передающими устройствами и направляются на контроллер процесса. Указанный процессор обрабатывает полученную информацию и обеспечивает изменения или корректировки, относящиеся к производственному контуру. В результате меняющиеся параметры процесса после возникновения вариаций нагрузки возвращаются на уровень, на котором они должны находиться. Корректировки обычно происходят за счет изменения потока, проходящего через конечный управляющий элемент какого-то типа, например через управляющий клапан. Указанный клапан манипулирует протекающей текучей средой, такой как газ, пар, вода или химические соединения, чтобы компенсировать изменение нагрузки и удерживать регулируемые меняющиеся параметры процесса настолько близко к желаемому контрольному или заданному значению, насколько это возможно.

Очевидно, что для конкретных приложений могут оказаться селективно приемлемыми различающиеся конструкции управляющих клапанов. Так, в ситуации, в которой нужен быстродействующий клапан с узким диапазоном регулирования, можно применять поворотный клапан, например двустворчатый клапан. В альтернативном варианте, когда требуется прецизионное регулирование в широком диапазоне, можно использовать управляющий клапан со скользящим штоком. Таким образом, при проектировании процесса инженеру-технологу приходиться учитывать многочисленные технические условия и проектные ограничения. Выбор типа и размеров примененного клапана может сильно повлиять на его рабочие характеристики в системе управления процессом. В общем случае клапан, находясь в конкретном открытом положении, должен обладать возможностью обеспечить требуемую пропускную способность. Этот параметр соотносится с типом клапана через его индивидуальную характеристику.

Эта характеристика представляет собой соотношение между пропускной способностью клапана и его ходом в ситуации, когда перепад дифференциального давления в сечении клапана поддерживается на постоянном уровне. В этих конкретных условиях постоянного перепада давления поток, проходящий через клапан, зависит только от хода клапана и от индивидуальной конструкции его механизма. Данные параметры называют индивидуальной характеристикой расхода клапана, которая представляет собой индивидуальную функцию геометрии канала клапана и не изменяется до тех пор, пока перепад давления поддерживается на постоянном уровне. Большинство клапанов со скользящим штоком выполнено с возможностью выбора гнезд (клеток) или затворов и их взаимозаменяемости с целью корректировки специфической характеристики расхода. Знание специфической характеристики клапана полезно, однако для решения задач оптимизации процесса более важным фактором является интегральная характеристика расхода всего процесса с учетом клапана и всего остального оборудования в контуре. Интегральную характеристику расхода определяют как соотношение между расходом потока, проходящего через клапан, и входным параметром клапана при установке клапана в конкретной системе, причем при изменении перепада давления в сечении клапана естественным образом (т.е. без удерживания этого перепада на постоянном уровне).

Согласно приведенному выше описанию способа ее измерения интегральная характеристика расхода и, соответственно, интегральный коэффициент передачи представляют собой величины, реально характеризующие эти показатели для всего процесса. В типичном случае регулируемый коэффициент передачи клапана изменяют в соответствии с расходом потока. Например, коэффициент передачи емкости, находящейся под давлением, проявляет тенденцию к уменьшению в зависимости от пропускания. Таким образом, поскольку в настоящем аспекте клапан является частью замкнутого процесса, важно выбрать тип и размер клапана, обеспечивающие интегральную пропускную способность, уровень линейности которой достаточен, чтобы оставаться в конкретных границах коэффициента передачи во всем рабочем интервале системы. При слишком большом изменении коэффициента передачи в самом управляющем клапане ограничивается возможность его регулировки со стороны контроллера. В частности, если нижний конец интервала коэффициента передачи слишком занижен, недостаточная восприимчивость может привести к слишком большой изменчивости процесса во время нормальной работы.

С другой стороны, опасно также сделать коэффициент передачи слишком большим. При слишком высоком значении данного коэффициента контур может перейти в осциллирующий или даже нестабильный режим, т.е. выбор размеров клапана становится важным критерием. Например, при попытках оптимизировать показатели производственного процесса посредством снижения его изменчивости размеры клапана обычно увеличивают. Повышение размеров клапана понижает управляемость процессом двумя путями. Прежде всего, завышенные размеры придают клапану слишком высокий коэффициент передачи, при котором он менее гибко реагирует на регулировку, проводимую контроллером. Наилучшие рабочие характеристики имеют место, когда основная часть коэффициента передачи в контуре обеспечивается контроллером. Если размеры клапана увеличены, делая его более пригодным для работы в этом интервале или около него, вполне возможно, что такой высокий коэффициент передачи может свидетельствовать о необходимости уменьшить коэффициент передачи контроллера, чтобы избежать проблем в контуре, связанных с нестабильностью. Это, конечно, проявится в нежелательной повышенной изменчивости процесса.

Поскольку увеличенные размеры клапана для конкретного приращения хода клапана приводят к непропорционально большому изменению потока, этот эффект может существенно повысить изменчивость процесса, которая связана с зоной нечувствительности, возникающей вследствие трения. Независимо от своей реальной индивидуальной характеристики клапан с сильно увеличенными размерами проявляет тенденцию к функционированию, более похожему на работу быстродействующего клапана. Это выражается в виде высокого значения интегрального коэффициента передачи процесса в более низких зонах подъема. В добавление к сказанному, клапан с увеличенными размерами стремится вывести пропускную способность системы на нужный уровень при относительно низкой величине хода, уменьшая при повышенных значениях наклон кривой расхода. При выборе клапана важно учитывать его индивидуальную характеристику и размер. Это обеспечит для конкретного приложения настолько широкий диапазон регулирования, насколько это возможно. Адекватную пропускную способность можно получить, просто выбрав более крупный управляющий клапан, однако увеличение его размеров может создать проблемы. Таким образом, для конкретного приложения сведение размеров корпуса клапана к минимуму обеспечивает ряд преимуществ.

Минимизация размеров клапана снижает стоимость как самого клапана, так и исполнительного механизма, производящего его регулировку. Кроме того, для некоторых приложений, требующих регулирования процесса, нужен клапан, обеспечивающий максимальный поток в двух направлениях (такое приложение часто называют "приложением с двусторонним потоком"). В типичном двустороннем клапане имеется вертикальная секция, в которой текучая среда проходит вверх. Поэтому поток в одном направлении обычно называют поднимающимся, а в другом - опускающимся. В большинстве приложений выбор клапана обусловлен предпочтительным направлением проходящего через него потока. Для приложений с двусторонним потоком пользуются спросом сферические клапаны с направляющим отверстием, т.к. их можно использовать независимо от направления потока. При скольжении затвора с направляющим отверстием вверх и вниз он опирается на нижнее звено (так называемую юбку), перемещаясь в корпусе клапана относительно его кольцевого седла независимым от направления потока образом. В некоторых случаях указанное кольцевое седло выполняет двойную функцию, играя роль опорной поверхности для юбки затвора и уплотнительной поверхности, сопрягаемой с уплотнительной поверхностью на затворе.

Главное назначение юбки заключается в выполнении направляющей функции, посредством которой затвор стабилизируется внутри клапана, когда текучая среда оказывает на затвор боковое воздействие. Уменьшение штока клапана обеспечивает многочисленные преимущества, в числе которых можно отметить сведение к минимуму усилия, требуемого для перемещения затвора, т.к. уменьшается фрикционное воздействие на шток, оказываемое средствами его набивки и уплотнения. Кроме того, уменьшение штока облегчает герметизацию, поскольку вследствие уменьшения площади поверхности понижается нагрузка на уплотнение. Далее, из-за уменьшения рабочего трения сведение к минимуму размера штока клапана минимизирует размер исполнительного механизма, требуемого для перемещения затвора клапана. По этой же причине обеспечивается оптимальное время срабатывания затвора и улучшение всех рабочих характеристик клапана. Одна из индивидуальных проблем, связанных с использованием сферического клапана, имеющего направляющее отверстие, заключается в том, что в типичном случае затвор неполностью отодвигается от седла. В результате в полностью открытом положении материал юбки перекрывает канал, уменьшая величину потока. В добавление к понижению максимальной пропускной способности за счет уменьшения диаметра проточного участка указанное перекрывание приводит к гидродинамическому торможению. Таким образом, создаваемое юбкой перекрывание не позволяет обеспечить высокие свойства по пропусканию, достигнутые в клапанах другого типа, имеющих тот же размер входного и выходного отверстий.

Раскрытие изобретения

В одном из своих аспектов настоящее изобретение предлагает затвор клапана, выполненный с возможностью селективного перемещения между положением запирания и одним или более открытыми положениями с целью регулирования потока текучей среды, проходящего через клапан. Данный затвор состоит из коронки, по меньшей мере, одной ножки и выступа и имеет поверхностный рельеф. Коронка выполнена с возможностью входить в контакт с седлом клапана. От коронки отходит, по меньшей мере, одна ножка. Между ножками расположен выступ, отходящий от коронки. По меньшей мере, ножка или выступ снабжены поверхностным рельефом, обеспечивающим увеличение расхода текучей среды через клапан.

Согласно следующему аспекту коронка имеет верхнюю и нижнюю поверхности, причем ножка и выступ отходят от нижней поверхности.

Согласно другому аспекту коронка имеет периферийный участок, а юбка содержит ножки, взаимно смещенные по окружности вокруг периферийного участка.

Согласно еще одному аспекту ножки имеют боковые поверхности, которые образуют проемы, расположенные между ножками.

Согласно дальнейшему аспекту, по меньшей мере, одна из внутренних или боковых поверхностей ножек снабжена поверхностным рельефом.

Согласно другому аспекту поверхностный рельеф включает множество удлиненных углублений.

Согласно следующему аспекту поверхностный рельеф включает множество лунок.

Согласно еще одному аспекту удлиненные углубления сформированы, по меньшей мере, на одной ножке и расположены, по существу, на одинаковом расстоянии одно от другого.

Согласно дальнейшему аспекту выступ имеет участок наружной поверхности, по существу, в виде усеченного конуса с поверхностным рельефом, включающим, по меньшей мере, одно углубление.

Согласно следующему аспекту поверхностный рельеф на выступе включает множество, по существу, соосных углублений.

Согласно другому аспекту множество углублений, выполненных на выступе, содержит, по меньшей мере, одно удлиненное углубление, сформированное, по существу, в виде спирали вокруг участка наружной поверхности, имеющей форму усеченного конуса.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 в разрезе, на виде сбоку представляет сферический клапан с направляющим отверстием, содержащий затвор, который сконструирован согласно принципам настоящего изобретения.

Фиг.2 в перспективном изображении представляет один из вариантов затвора, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения.

Фиг.3 представляет затвор клапана, показанный на фиг.2, на виде с торца.

Фиг.4 в перспективном изображении представляет другой вариант затвора, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения.

Фиг.5 в перспективном изображении представляет еще один вариант затвора, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Фиг.1 иллюстрирует сферический клапан 2 с направляющим отверстием, причем клапану придана конфигурация, соответствующая движению потока вверх. В общем случае клапан 2 содержит корпус 4, выход 6, вход 8, затвор 10, снабженный юбкой, седло 12 и шток 13. Выход 6 и вход 8 обычно снабжены крепежной деталью, такой как фланец 11, предназначенной для установки сферического клапана 2 в трубопровод системы управления процессом. Между выходом 6 и входом 8 проходит канал 14, частично сформированный за счет ступенчатого отверстия 16. Затвор 10 клапана, снабженный юбкой, прикреплен к штоку 13, выполненному с возможностью перемещаться возвратно-поступательным образом посредством исполнительного механизма (не показан). В дополнение к сказанному, затвор 10 имеет уплотнительную поверхность 18, причем он с возможностью перемещения установлен в зоне ступенчатого отверстия 16, чтобы регулировать поток текучей среды, проходящий через канал 14. Седло 12 клапана содержит кольцевой корпус, расположенный внутри ступенчатого отверстия 16, и имеет посадочную поверхность 20. Когда затвор 10 находится в положении запирания (не показано), его уплотнительная поверхность 18 входит в контакт с посадочной поверхностью 20 седла 12. В представленном варианте седло 12 имеет криволинейную кромку 22. Кроме того, у корпуса 4 клапана имеется криволинейная кромка 24, расположенная у нижнего участка ступенчатого отверстия 16. Кромки 22, 24 описанного варианта помогают обеспечить плавность потока и, тем самым, максимальную пропускную способность сферического клапана 2. Следует иметь в виду, что седло 12 можно закрепить в корпусе 4 любым известным или желаемым образом.

Затвор 10, снабженный юбкой, содержит, по существу, кольцевой верхний участок (коронку) 26, юбку 28 и выступ 30 (показанный на фиг.2). Юбка 28 обычно представляет собой полый цилиндрический корпус, который состоит из нескольких ножек 36, образующих несколько проемов 38 (далее эта конструкция будет описана более подробно). Во время работы, пока затвор 10 клапана находится в открытом положении, показанном на фиг.1, протекающая через канал 14 текучая среда проходит от входа 8 вверх через ступенчатое отверстие 16 в седле 12 и через проемы 38, выполненные в затворе 10, к выходу 6. Выступ 30 выполняет функцию отводящего устройства, разделяющего и перемешивающего поток текучей среды при его прохождении через затвор 10. В альтернативной ситуации, в которой затвор 10 находится в положении запирания, уплотнительная поверхность 18 коронки 26 входит в контакт с посадочной поверхностью 20 седла 12, образуя с ней герметичное уплотнение. В таком положении затвор 10 предотвращает прохождение текучей среды через канал 14.

Далее со ссылками на фиг.2-5 будут подробно описаны различные варианты затвора 10 клапана, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения. В частности, на фиг.2 и 3 проиллюстрирован один из вариантов затвора 10, содержащий, как указывалось выше, коронку 26, юбку 28 и выступ 30. Коронка 26 представляет собой кольцевую пластину (по существу, плоскую), имеющую верхнюю поверхность 32 и нижнюю поверхность 34 с периферийным участком 26а. В представленном варианте указанный участок 26а образует уплотнительную поверхность 18 в виде поверхности, немного скошенной относительно верхней поверхности 32 и нижней поверхности коронки. В данном случае уплотнительная поверхность 18 представляет собой скошенную или закругленную уплотнительную поверхность, оптимизирующую линейное уплотнение с верхней кромкой седла 12 клапана.

Юбка 28 отходит от периферийного участка 26а нижней поверхности 34 коронки 26 и, как уже отмечалось, содержит несколько ножек 36, образующих несколько проемов 38. В данном варианте юбка 28 имеет четыре ножки 36, взаимно смещенные на равные расстояния по периметру вокруг периферийного участка 26а коронки 26. Таким образом, между ножками 36 юбки сформированы четыре проема 38. Однако следует иметь в виду, что в альтернативном варианте затвора 10 клапана может содержаться отличающееся от четырех (т.е. большее или меньшее) количество ножек 36. Дополнительно необходимо подчеркнуть, что в альтернативном варианте затвора 10 клапана расстояния между ножками 36 могут быть неодинаковыми. Кроме ножек 36, юбка 28 имеет внутреннюю поверхность 40, наружную поверхность 42 и несколько промежуточных поверхностей 44. Как показано на фиг.1, затвор 10 располагается в седле 12 так, чтобы в контакт с седлом скользящим образом приходила наружная поверхность 42. Из фиг.2 видно, что несколько промежуточных поверхностей 44 формируют ножки 36, образуя при этом у них верхние и нижние участки (соответственно 36а и 36b). В общем случае на виде сбоку верхние участки 36а имеют форму трапеции, а нижние участки 36b прямоугольны.

Таким образом, промежуточные поверхности 44 и ножки 36 образуют проемы 38, имеющие на виде сбоку форму, по существу, перевернутых букв V или U, как это показано на фиг.2. Конкретно, каждая из промежуточных поверхностей 44 состоит из верхнего участка 44а и пары противостоящих друг другу нижних участков 44b. Верхний участок 44а переходит в осевом направлении, в сторону коронки 26, в закругленный участок 44с. Нижние участки 44b находятся, по существу, на одинаковом расстоянии друг от друга и расположены на противоположных сторонах проемов 38. С верхними участками 44а они соединяются на промежуточном участке 44а. В результате в каждом проеме 38 за счет верхних участков 44а и нижних участков 44b промежуточных поверхностей 44 образуются соответственно, по существу, треугольный верхний участок и квадратный нижний участок.

Далее, как видно из фиг.3, нижние участки 44b промежуточных поверхностей 44 выполняют функцию боковых стенок каждой из ножек 36. Более конкретно, нижние участки 36b каждой ножки 36 сходятся в радиальном направлении от наружной поверхности 42 юбки 28 по направлению к внутренней поверхности 40 юбки. При такой конфигурации каждая ножка 36 имеет в сечении, по существу, форму усеченного кругового сектора, как это показано на фиг.3. Однако следует иметь в виду, что в альтернативном варианте затвора 10 клапана, не показанном на чертеже, ножки 36 могут, вообще говоря, иметь любую форму сечения. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что, хотя в описанном варианте ножки 36 имели сечения в виде усеченного кругового сектора, в другой модификации затвора 10 клапана пересекающиеся промежуточные поверхности 44 могут формировать ножки 36 с сечениями в виде полных круговых секторов.

Как показано на фиг.2 и 3, выступ 30 имеет куполообразное тело, отходящее от нижней поверхности коронки 26 и, по существу, соосное с юбкой 28. Более конкретно, указанный выступ 30 имеет участок 30а в виде усеченного конуса, накрытый полусферическим участком 30b. Промежуточные поверхности 44 юбки 28 снабжены поверхностным рельефом в форме удлиненных углублений 46. В частности, каждая промежуточная поверхность, проиллюстрированная на фиг.2 и 3, содержит три удлиненных углубления 46, расположенные на одинаковом расстоянии одно от другого. В общем случае указанные углубления проходят линейным и непрерывным образом от нижнего участка 44b на одной из сторон каждого проема 38 и далее, через смежный промежуточный участок 44d, вдоль верхнего участка 44а, включая закругленный участок 44с, через следующий промежуточный участок 44d и, наконец, через нижний участок 44b на другой стороне проема 38. В добавление к сказанному, участок 30а выступа 30, имеющий форму усеченного конуса, снабжен поверхностным рельефом в форме соосных углублений 48. В варианте, показанном на фиг.2 и 3, на указанном участке 30а имеются девять таких углублений, расположенных вокруг выступа 30 на одинаковом расстоянии одно от другого в осевом направлении.

Как отмечалось выше, когда затвор 10 клапана находится в открытом положении, как это показано на фиг.1, текучая среда проходит от входа 8 к выходу 6 через седло 12 и проемы 38 затвора 10. При такой конфигурации удлиненные углубления 46, сформированные в промежуточных поверхностях 44 затвора 10 согласно данному варианту, располагаются, по существу, перпендикулярно потоку текучей среды. В результате в потоке у промежуточной поверхности 44 за счет указанных углублений образуется турбулентность. Турбулентность, созданная благодаря описанному поверхностному рельефу, позволяет понизить жидкостное трение и торможение (имеется в виду гидродинамическое торможение) вдоль поверхности затвора 10 и максимизировать скорость и объем потока текучей среды вдоль затвора 10 и, таким образом, через соответствующий клапан 2. В добавление к сказанному, соосные углубления 48 расположены, по существу, на одинаковом расстоянии по отношению к потоку текучей среды, проходящему через затвор 10. При такой конфигурации указанные углубления 48 согласно данному варианту затвора 10 позволяют отвести поток текучей среды более плавно, тем самым дополнительно понижая в нем уровень трения и торможения.

Далее со ссылками на фиг.4 будет описан другой вариант затвора 10 клапана, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения. Как и в конструкции, описанной выше со ссылками на фиг.1-3, в данном случае затвор 10 содержит коронку 26, юбку 28 и выступ 30. Конструкция и конфигурация затвора 10, представленного на фиг.4, такие же, как в описанном выше устройстве, за исключением характера поверхностного рельефа на промежуточных поверхностях 44 и выступе 30. В этом варианте каждая из промежуточных поверхностей 44 снабжена поверхностным рельефом в форме удлиненных углублений 50. В частности, в проиллюстрированном варианте выполнено три таких углубления. Они расположены на одинаковом расстоянии одно от другого и, как описанные выше углубления 46, проходят по длине промежуточных поверхностей. Однако в данном случае углубления 50 имеют волнообразную форму. В одном из вариантов углубления 50, по существу, могут иметь сходство с синусоидой или каким-то другим подобным профилем. Кроме того, на фиг.4 показан выступ 30, снабженный поверхностным рельефом в форме углубления 52. Указанное углубление 52 представляет собой одно удлиненное углубление, выполненное в виде спирали. Таким образом, выступ 30 представленного варианта, по существу, напоминает винтовую конструкцию. В другом варианте углубление 52 может иметь вид нескольких углублений, находящихся на одинаковом расстоянии одно от другого, причем каждая из них представляет собой спираль. Такие углубления придают выступу характер многозаходного винта. Аналогично варианту, описанному со ссылками на фиг.2 и 3, вариант затвора 10 клапана, представленный на фиг.4, максимизирует поток текучей среды, проходящий через клапан 2. Функция углублений 50, выполненных на промежуточных поверхностях 44, и углубления 52, выполненного на выступе 30, заключается в создании турбулентности в слое тонкой пленки вдоль поверхности затвора 10 клапана. Это позволяет понизить жидкостное трение и торможение и в то же время максимизировать скорость текучей среды и пропускную способность.

Далее со ссылками на фиг.5 будет описан еще один вариант затвора 10 клапана, сконструированного согласно принципам настоящего изобретения. Как и в конструкциях, описанных выше со ссылками на фиг.2-3 и 4, в данном случае затвор 10 содержит коронку 26, юбку 28 и выступ 30. Конструкция и конфигурация затвора 10, представленного на фиг.5, такие же, как в описанных выше устройствах, за исключением характера поверхностного рельефа на промежуточных поверхностях 44 и выступе 30. Конкретно, каждая из промежуточных поверхностей 44 и выступ 30 снабжена поверхностным рельефом в форме множества углублений в виде лунок 54. В данном случае указанные лунки 54 расположены случайным образом. Однако в альтернативном варианте их можно разместить в соответствии с одним или несколькими предварительно выбранными распределениями или конфигурациями. Кроме того, возможен вариант с заменой лунок 54 выступами. Аналогично вариантам, описанным выше со ссылками на фиг.2-3 и 4, вариант затвора 10 клапана, представленный на фиг.5, максимизирует поток текучей среды, проходящий через клапан 2. Функция описанных углублений 54, расположенных на промежуточных поверхностях 44 и на выступе 30, заключается в создании турбулентности в слое тонкой пленки вдоль поверхности затвора 10 клапана. Это позволяет понизить жидкостное трение и торможение и, тем самым, максимизировать скорость текучей среды и пропускную способность

В связи с приведенными положениями необходимо иметь в виду, что настоящее изобретение ограничено только прилагаемой формулой, но не вариантами, представленными в данном описании. В частности, хотя описанные варианты поверхностного рельефа затвора 10 клапана представляют собой комбинацию удлиненных углублений 46 и соосных углублений 48 (см. фиг.2 и 3), комбинацию удлиненных волнообразных углублений 50 и спирального углубления 52 (см. фиг.4) или комбинацию углублений в виде лунок 54 (см. фиг.5), альтернативные варианты затвора 10 могут быть получены с применением поверхностных рельефов в форме углублений любой другой конфигурации, а также, в порядке альтернативы, выступов или каких-то других структурных элементов, сформированных на поверхностях или в поверхностях. В дополнение к сказанному, в альтернативных вариантах затвор 10 может иметь поверхностный рельеф в форме описанных в настоящем документе различных углублений, скомбинированных одно с другим или с другими (неописанными) формами. Например, структуры поверхностного рельефа могут быть сформированы из других отделенных друг от друга (прерывистых) элементов, подобных системе лунок, описанной выше, или иметь ориентации направлений, противоположные приведенным. Кроме того, хотя в настоящем описании местами для основного размещения углублений выбраны промежуточные поверхности 44 и выступ 30, другие варианты представленного затвора 10 могут содержать углубления непосредственно на внутренней поверхности 40 юбки 28, на нижней поверхности 34 коронки 26 или на любой другой поверхности затвора 10, имеющей возможность предсказуемо контактировать с проходящей текучей средой. В порядке альтернативы, в затворе 10 можно выполнить профилированную поверхность только на выступе 30 или только на промежуточных поверхностях 44. Наконец, в альтернативном варианте предусмотрена возможность выполнить профилированную поверхность затвора 10, на выбор, на нижней поверхности 34 коронки 26, на внутренней поверхности 40 юбки 28 или на обеих указанных поверхностях, не затрагивая промежуточные поверхности 44 или выступ 30.

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для регулирования потока среды при взаимодействии затвора клапана с его седлом. Затвор (10) клапана содержит коронку (26), выполненную с возможностью входить в контакт с седлом клапана, юбку (28), отходящую от периметра коронки для направления затвора клапана через седло клапана, и выступ (30), отходящий от коронки (26) и расположенный, по существу, соосно с юбкой (28). На выступе (30) имеется поверхностный рельеф (48), усиливающий проходящий через клапан поток текучей среды при нахождении клапана в одном или более открытых положениях. Юбке (28) придана, по существу, цилиндрическая форма, и она имеет, по меньшей мере, внутреннюю поверхность и наружную поверхность. Затвор клапана выполнен с возможностью селективного перемещения между положением запирания и одним или более открытыми положениями с целью регулирования потока текучей среды через клапан. Имеется конструктивный вариант выполнения затвора клапана, а также имеется и сам клапан. Группа изобретений позволяет уменьшить жидкостное трение и торможение текучей среды клапана и, тем самым, максимизировать скорость текучей среды и пропускную способность клапана. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Затвор клапана, выполненный с возможностью селективного перемещения между положением запирания и одним или более открытыми положениями с целью регулирования потока текучей среды через клапан, при этом затвор клапана содержит:
коронку, выполненную с возможностью входить в контакт с седлом клапана,
юбку, отходящую от периметра коронки для направления затвора клапана через седло клапана, причем юбке придана, по существу, цилиндрическая форма, и она имеет, по меньшей мере, внутреннюю поверхность и наружную поверхность,
выступ, отходящий от коронки и расположенный, по существу, соосно с юбкой, и
поверхностный рельеф, имеющийся на выступе и обеспечивающий увеличение расхода текучей среды через клапан.

2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что поверхностный рельеф обеспечивает образование зон турбулентности текучей среды, непосредственно примыкающих к выступу, чтобы существенно понизить гидродинамическое торможение затвора клапана и тем самым увеличить пропускную способность клапана.

3. Затвор по п.1, отличающийся тем, что юбка содержит, по меньшей мере, одну ножку, отходящую от коронки.

4. Затвор по п.1, отличающийся тем, что юбка сформирована в виде полого цилиндра, отходящего от периметра коронки.

5. Затвор по п.3, отличающийся тем, что коронка имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем ножка и выступ отходят от нижней поверхности.

6. Затвор по п.3, отличающийся тем, что коронка имеет периферийный участок, а юбка содержит ножки, взаимно смещенные по окружности вокруг периферийного участка.

7. Затвор по п.6, отличающийся тем, что ножки имеют боковые поверхности, которые образуют проемы, расположенные между ножками.

8. Затвор по п.7, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна из внутренних или боковых поверхностей ножек снабжена поверхностным рельефом.

9. Затвор по п.3, отличающийся тем, что поверхностный рельеф включает множество удлиненных углублений.

10. Затвор по п.1, отличающийся тем, что поверхностный рельеф включает множество лунок.

11. Затвор по п.9, отличающийся тем, что удлиненные углубления сформированы, по меньшей мере, на одной ножке и расположены, по существу, на одинаковом расстоянии одно от другого.

12. Затвор по п.1, отличающийся тем, что выступ имеет участок наружной поверхности, по существу, в виде усеченного конуса с поверхностным рельефом, включающим, по меньшей мере, одно углубление.

13. Затвор по п.12, отличающийся тем, что поверхностный рельеф на выступе включает множество, по существу, соосных углублений.

14. Затвор по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно углубление, выполненное на выступе, содержит, по меньшей мере, одно удлиненное углубление, сформированное, по существу, в виде спирали вокруг участка наружной поверхности, имеющей форму усеченного конуса.

15. Затвор клапана, выполненный с возможностью селективного перемещения между положением запирания и одним или более открытыми положениями с целью регулирования потока текучей среды через клапан, при этом затвор клапана содержит:
юбку, образующую проемы, формирующие канал для текучей среды, проходящей через клапан, и
выступ, расположенный внутри юбки, при этом для увеличения расхода текучей среды через клапан выступ снабжен первым поверхностным рельефом, выполненным в соответствии с первым профилем.

16. Затвор по п.15, отличающийся тем, что первый поверхностный рельеф, выполненный в соответствии с первым профилем, включает множество, по существу, соосных углублений.

17. Затвор по п.15, отличающийся тем, что первый поверхностный рельеф, выполненный в соответствии с первым профилем, включает множество лунок.

18. Затвор по п.15, отличающийся тем, что первый поверхностный рельеф, выполненный в соответствии с первым профилем, включает винтообразное углубление.

19. Затвор по п.15, отличающийся тем, что юбка представляет собой, по существу, цилиндрическую юбку, имеющую наружную поверхность, внутреннюю поверхность и промежуточные поверхности, расположенные между внутренней и наружной поверхностями.

20. Затвор по п.19, отличающийся тем, что каждая из промежуточных поверхностей образует один из проемов.

21. Затвор по п.20, отличающийся тем, что для увеличения расхода текучей среды через клапан каждая из промежуточных поверхностей снабжена вторым поверхностным рельефом, выполненным в соответствии со вторым профилем.

22. Затвор по п.21, отличающийся тем, что второй поверхностный рельеф включает, по меньшей мере, одно удлиненное углубление.

23. Затвор по п.22, отличающийся тем, что второй поверхностный рельеф включает множество удлиненных углублений, расположенных, по существу, на одинаковом расстоянии одно от другого.

24. Клапан, содержащий:
корпус клапана, образующий канал для текучей среды,
седло клапана, расположенное внутри корпуса клапана,
затвор клапана, расположенный внутри корпуса клапана, выполненный с возможностью перемещения между положением запирания и одним или более открытыми положениями и содержащий коронку, юбку и выступ, причем:
коронка имеет периферийный участок для обеспечения уплотнительного контакта с седлом клапана, когда затвор клапана находится в положении запирания,
юбка отходит от периферийного участка коронки и образует, по меньшей мере, один проем для прохождения текучей среды, когда затвор клапана находится в одном или более открытых положениях,
выступ расположен, по существу, соосно с юбкой и снабжен поверхностным рельефом для увеличения расхода текучей среды через клапан, когда затвор клапана находится в одном или более открытых положениях.

25. Клапан по п.24, отличающийся тем, что поверхностный рельеф на выступе включает множество, по существу, соосных углублений.

26. Клапан по п.24, отличающийся тем, что поверхностный рельеф на выступе включает, по меньшей мере, одно спиральное углубление.

27. Клапан по п.24, отличающийся тем, что поверхностный рельеф на выступе включает множество лунок.

28. Клапан по п.24, отличающийся тем, что юбка снабжена поверхностным рельефом, включающим, по меньшей мере, одно удлиненное углубление, образованное рядом, по меньшей мере, с одним проемом.

29. Клапан по п.24, отличающийся тем, что юбка имеет внутреннюю стенку, наружную стенку и, по меньшей мере, одну промежуточную стенку, расположенную между внутренней стенкой и наружной стенкой, причем, по меньшей мере, одна промежуточная стенка образует, по меньшей мере, один проем и имеет поверхностный рельеф.

30. Клапан по п.24, отличающийся тем, что поверхностный рельеф обеспечивает образование зон турбулентности текучей среды, непосредственно примыкающих, по меньшей мере, к юбке или к выступу, чтобы существенно понизить гидродинамическое торможение затвора клапана, причем понижение гидродинамического торможения увеличивает пропускную способность клапана.