ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛАПАН С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ГЕРМЕТИЧНОСТИ Российский патент 2014 года по МПК F16K1/20 F16K1/22 F16K27/06 

Область техники, к которой относится изобретение

В общем данное изобретение относится к гидравлическим клапанам, в частности к гидравлическим клапанам с характеристиками настраиваемой герметичности.

Уровень техники

В установках или системах управления технологическими процессами часто используются такие поворотные клапаны как шаровые клапаны, дроссельные клапаны, клапаны с эксцентриковым диском, клапаны с эксцентриковой втулкой и т.д., предназначенные для управления потоком технологических текучих сред. Поворотные клапаны обычно содержат элемент управления потоком текучей среды (например, диск, шар и т.д.), располагаемый на пути прохождения текучей среды и подсоединяемый вращением к корпусу клапана с помощью стержня. Для управления потоком текучей среды через некоторые поворотные клапаны положение элемента управления потоком текучей среды может изменяться от закрытого положения, при котором элемент управления потоком текучей среды входит в герметичное сцепление с изолирующим слоем, окружающим отверстие для прохождения потока текучей среды, и наоборот, до полного открытия клапана или установки его в положение максимальной скорости потока, при котором элемент управления потоком текучей среды располагается на расстоянии от изолирующего слоя.

В общем случае увеличение степени сцепления между элементом управления потоком текучей среды и изолирующим слоем в том случае, когда поворотный клапан находится в закрытом положении, уменьшает утечку текучей среды через клапан и увеличивает крутящий момент вывинчивания, необходимый для перемещения элемента управления потоком текучей среды из закрытого положения в открытое положение. И наоборот, уменьшение степени сцепления между элементом управления потоком текучей среды и изолирующим слоем в том случае, когда поворотный клапан находится в закрытом положении, приводит к утечке текучей среды через клапан и уменьшает крутящий момент вывинчивания, необходимый для перемещения элемента управления потоком текучей среды из закрытого положения в открытое положение.

Раскрытие изобретения

Типичный гидравлический клапан содержит корпус клапана с отверстием для прохождения потока, позволяющим протекать через него потоку текучей среды. В дополнение к этому гидравлический клапан содержит изолирующий слой, окружающий отверстие для прохождения потока, и уплотняющий элемент с выходящим из него стержнем. Уплотняющий элемент перемещается относительно изолирующего слоя и отверстия для прохождения потока с целью управления потоком текучей среды, перемещаемой через отверстие для прохождения потока. Далее гидравлический клапан содержит опорную рабочую часть, подвижно соединенную с корпусом клапана и оборудованную проходом для вхождения стержня. Опорная рабочая часть удерживает стержень и уплотняющий элемент для получения возможности вращения стержня и уплотняющего элемента относительно корпуса клапана и изолирующего слоя и, по меньшей мере, одна опорная рабочая часть или корпус клапана включают, по меньшей мере, одно продолговатое отверстие для предоставления возможности движения опорной рабочей части относительно корпуса клапана для изменения степени сцепления уплотняющего элемента и изолирующего слоя в том случае, когда гидравлический клапан находится в закрытом положении.

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 изображен известный дроссельный клапан.

На ФИГ.2 изображен типичный дроссельный клапан с типичной регулируемой рабочей опорной частью и типичной характеристикой герметичности.

На ФИГ.3 изображен типичный дроссельный клапан из ФИГ.2 с типичной опорной рабочей частью, отрегулированной для установки в другое положение.

На ФИГ.4 изображен типичный корпус дроссельного клапана из ФИГ.2.

На ФИГ.5 изображена типичная опорная рабочая часть типичного дроссельного клапана из ФИГ.2.

Осуществление изобретения

Определенные примеры показаны в вышеуказанных фигурах и подробно описаны ниже. При описании этих примеров для идентификации таких же или тех же самых элементов используются аналогичные или идентичные справочные номера. Нет необходимости масштабировать фигуры, а определенные особенности или определенные проекции фигур для ясности и/или выразительности можно показать в увеличенном масштабе или схематически. Кроме того, в этой спецификации описано несколько примеров. Любые особенности из любого примера могут быть включены, заменены или иначе скомбинированы с другими особенностями, взятыми из других примеров.

Примеры, описанные в этой работе, имеют отношение к поворотным клапанам с характеристиками регулируемой герметичности, которые увеличивают периоды технического обслуживания для замены изношенного изолирующего слоя и/или снижают степень срочности замены изношенного или бракованного изолирующего слоя. Помимо этого, характеристики регулируемой герметичности типичных клапанов, описанных в данной работе, дают возможность отрегулировать крутящий момент вывинчивания, повышая тем самым общий контроль работы, устойчивость и/или точность функционирования систем управления технологическими процессами с текучими средами, к которым подсоединен поворотный клапан, и/или приспособить величину крутящего момента вывинчивания для настройки устройства позиционирования или силового привода, подсоединенного к клапану.

Типичные поворотные клапаны, описанные в данной работе, содержат оборудованный стержнем уплотняющий элемент, который протягивается через проход опорной рабочей части (например, колпачка клапана), подвижно подсоединенный к корпусу клапана. Для предоставления возможности опорной рабочей части двигаться относительно корпуса клапана и вдоль пути прохождении потока текучей жидкости через корпус клапана последний определяет положение продолговатого отверстия, в котором позиционируется часть опорной рабочей части. Для дальнейшего предоставления опорной рабочей части возможности перемещаться относительно корпуса клапана и вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана опорная рабочая часть определяет положение множества проходов или отверстий с завышенными размерами или отверстиями, в которые могут входить крепежные детали для присоединения опорной рабочей части к корпусу клапана. В частности, размер и/или форма продолговатого отверстия, в которое входит рабочая опорная часть, и размер и/или форма проходов с завышенными размерами или отверстиями относительно стержня соответствующей крепежной детали делает возможным перемещение опорной рабочей части относительно корпуса клапана и, как следствие, перемещение уплотняющего элемента с целью изменения степени сцепления между уплотняющим элементом и изолирующим слоем, который окружает отверстие для прохождения потока в том случае, когда поворотный клапан находится в закрытом положении.

На ФИГ.1 представлен известный дроссельный клапан 100, который содержит корпус 102, определяющий положение отверстия 104 и просверленного отверстия 106. Элемент управления потоком текучей среды или диск 108, по меньшей мере, частично позиционируется в пределах отверстия 104 для образования сцепления со сборкой изолирующего слоя 110 (например, кольца гнезда клапана и т.д.), включающей мягкое уплотнение 112 (например, резиновый изолирующий слой, синтетический изолирующий слой). Кроме того, элемент управления потоком текучей среды 108 подсоединяется к оси 114 с помощью множества штифтов 116 (например, первичное соединение), расположенных на противоположных концах элемента управления потоком текучей среды 108. Как показано на ФИГ. 1, это соединение прикрепляет как верхнюю часть 118, так и нижнюю часть 120 элемента управления потоком текучей среды 108 к дроссельному клапану 100, сохраняя, посредством этого, положение элемента управления потоком текучей среды 108 вдоль оси 122 дроссельного клапана.

В то время, когда элемент управления потоком текучей среды 108 входит в сцепление со сборкой изолирующего слоя 110 для управления потоком текучей среды через отверстие 104, скорость потока текучей среды через дроссельный клапан 100 управляется положением элемента управления потоком текучей среды 108 относительно сборки изолирующего слоя 110. Положение элемента управления потоком текучей среды 108 может меняться от закрытого положения или от условия, при котором элемент управления потоком текучей среды 108 входит в уплотняющее сцепление со сборкой изолирующего слоя 110, до полностью открытого положения или до положения, соответствующего максимальной скорости потока текучей среды, в котором элемент управления потоком текучей среды 108 располагается на расстоянии от сборки изолирующего слоя 110 и/или по существу располагается параллельно потоку текучей среды, проходящему через отверстие 104.

Через некоторое время мягкий изолирующий слой 112 из сборки изолирующего слоя 110 может износиться, например, по причине рабочих условий (например, характеристик текучей среды) и/или в результате взаимодействия с элементом управления потоком текучей среды 108, посредством чего снижаются или теряются функциональные возможности уплотнения и/или характеристики мягкого изолирующего слоя 112. В частности, по мере износа мягкого изолирующего слоя 112 между элементом управления потоком текучей среды 108 и мягким изолирующим слоем 112 может образоваться зазор 124, который позволит текучей среде протекать через дроссельный клапан 100 даже тогда, когда элемент управления потоком текучей среды 108 находится в закрытом положении так, как показано в ФИГ. 1. Для восстановления характеристик клапана 100 его следует отцепить от подсоединенной к нему системы текучей среды (которая не показана) и заменить сношенный мягкий изолирующий слой 112.

На ФИГ.2 показан типичный дроссельный клапан, гидравлический клапан или поворотный клапан 200, который включает корпус клапана 202, определяющий положение отверстия для прохождения потока или первого отверстия для прохождения потока 204 и продолговатого отверстия или второго отверстия для прохождения потока 206 (которое наиболее четко показано на ФИГ.4). Уплотняющий элемент или элемент управления потоком текучей среды 208 позиционируется, по меньшей мере, частично в пределах отверстия для прохождения потока 204 и оснащен гнездом 209 для вхождения в сцепление с изолирующим слоем или установочной поверхностью 210 (например, с эластичным изолирующим слоем и/или гибким изолирующим слоем), которая окружает отверстие прохождения потока 204. В противоположность элементу управления потоком текучей среды 108 на ФИГ.1, верхняя и нижняя части которого 118 и 120 подсоединены или поддерживаются рабочей частью 102 дроссельного клапана 100, дроссельный клапан 200 на ФИГ. 2 содержит стержень 212, который выходит из него или подсоединяется только к верхней части 214 уплотняющего элемента 208. Соединение верхней части 214 уплотняющего элемента 208 со стержнем 212 позволяет уплотняющему элементу 208 перемещаться через опорную рабочую часть или сборку колпачка клапана 218 относительно отверстия прохождении потока 204 вдоль пути прохождения потока текучей среды через отверстие для прохождения потока 204 так, как будет рассмотрено ниже. Однако в других примерах нижняя часть 216 уплотняющего элемента 208 может, двигаясь, подсоединиться к корпусу клапана 202 через другой стержень (который не показан).

Опорная рабочая часть 218 определяет место расположения прохода 220 для вхождения стержня 212, который может вращаться внутри прохода 220. Кроме того, опорная рабочая часть 218 включает переходную муфту 222, продолговатую часть 224 и конечную часть или часть 226, располагаемую в продолговатом отверстии 206. Кроме того, часть 228 (ФИГ.3), расположенная рядом с конечной частью 226 опорной рабочей части 218, может располагаться в пределах выемки 230 (ФИГ.3), определяемой корпусом клапана 202. Как правило, размер конечной части 226 меньше размера продолговатого отверстия 206, при котором между опорной рабочей частью 218 и корпусом клапана 202 существует зазор 231, предназначенный для осуществления регулирования положения опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202 продольно пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана 202. Тогда как продольное отверстие 206 отображается на ФИГ.4 как отверстие овальной или разрезной формы, продольное отверстие 206 может иметь другую подходящую форму. В качестве альтернативы отверстие 206 может быть круговым, но больше обычного размера по сравнению с конечной частью 226 опорной рабочей части 218 для осуществления относительного перемещения между опорной рабочей частью 218 и корпусом клапана 202.

Для поддержания положения опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202 корпус клапана 202 включает упорный диск или плечевое соединение 232, сконфигурированное под образование сцепления с соответствующей поверхностью 234 опорной рабочей части 218. В некоторых примерах поверхность 236 плечевого соединения 232, в основном, может быть параллельной оси 238, проходящей через отверстие прохождения потока 204 (например, параллельной пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана 202).

Для подвижного соединения опорной рабочей части 218 с корпусом клапана 202 опорная рабочая часть 218 определяет положение множества проходов 241 (ФИГ.5), а корпус клапана 202 - положение множества нарезных отверстий 242 (ФИГ.4), через которые выполняется позиционирование соответствующих крепежных деталей (не показаны). Для получения возможности отрегулировать положение опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202 множество проходов 241 (ФИГ.5) создаются размером больше обычного по сравнению со стержнем (не показан) соответствующих крепежных деталей. Тогда как форма множества проходов 241 изображается на ФИГ.5 как круговая, множество проходов 241 (ФИГ.5), в основном, могут иметь любую другую приемлемую форму для получения возможности отрегулировать положение опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202, такую как, например, разрезная форма, овальная форма и т.д.

Во время работы положение уплотняющего элемента 208 может изменяться от закрытого положения и/или условия, при котором уплотняющий элемент 208 входит в герметичное сцепление с изолирующим слоем 210 и полностью открывается или переходит в положение максимальной скорости потока текучей среды в том случае, когда уплотнительный элемент 208 находится на расстоянии от изолирующего слоя 210 и/или, в основном, располагается параллельно потоку текучей среды, проходящему через отверстие для прохождения этого потока 204.

Со временем изолирующий слой 210 может износиться, например, по причине рабочих условий и/или в результате взаимодействия с уплотнительным элементом 208, посредством чего снижаются или теряются функциональные возможности уплотнения или характеристики изолирующего слоя 210. В частности, по мере износа изолирующего слоя 210 между уплотнительным элементом 208 и изолирующим слоем 210 может образоваться зазор 224, который позволит текучей среде протекать через дроссельный клапан 200 даже тогда, когда элемент управления потоком текучей среды 208 находится в закрытом положении так, как показано в ФИГ. 2. Однако в отличие от дроссельного клапана 100 на ФИГ. 1 положение опорной рабочей части 218 может быть отрегулировано относительно положения корпуса клапана 202, в результате чего изменяется степень сцепления между уплотнительным элементом 208 и изолирующим слоем 210 и уменьшается и/или устраняется зазор 244 так, как показано на ФИГ.2.

Для регулирования положения опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202 ослабляются многочисленные крепежные детали, а инструмент (не показан) позиционируется, например, в пределах диафрагмы 246 доступного извне регулирующего устройства 248, которое с помощью резьбового соединении входит в сцепление с отверстием 250, положение которого определяется корпусом клапана 202. Доступность регулирующего устройства 248 извне позволяет проводить дополнительную регулировку положения опорной рабочей части 218 относительно корпуса клапана 202 в рабочих условиях. Инструмент, который вставляется в отверстие 246, затем поворачивается (например, по часовой стрелке или против часовой стрелки) для перемещения конечной части 252 регулирующего устройства 248 с целью образования сцепления с поверхностью 254 опорной рабочей части 218 в направлении, обычно указанном стрелкой 256. Перемещение опорной рабочей части 218 через регулирующее устройство 248 в направлении, обычно указанном стрелкой 256, уменьшает размер зазора 244 и создает расположенный напротив зазор 258 (ФИГ. 3) между поверхностью 254 и корпусом клапана 202. По мере того как опорная рабочая часть 218 перемещается в направлении, которое обычно представлено стрелкой 256, уплотнительный элемент 208 движется в направлении изолирующего слоя 210 и, в конечном счете, должен войти с ним в сцепление так, как показано на ФИГ. 3, главным образом, для предотвращения прохождения потока текучей среды через отверстие для прохождении ее потока 204 в том случае, когда уплотнительный элемент 208 находится в закрытом положении. После регулирования положения опорной рабочей части 218, например, для получения возможности образования сцепления между уплотнительным элементом 208 и изолирующим слоем 210 вновь выполняется затягивание множества крепежных деталей для закрепления опорной рабочей части 218 на корпусе клапана 202. Такой подход увеличивает периоды технического обслуживания, во время которых следует заменить изношенный изолирующий слой, и/или снижает степень срочности замены изношенного или бракованного изолирующего слоя.

В качестве альтернативы для снижения степени сцепления между уплотнительным элементом 208 и изолирующим слоем 210 и/или для уменьшении величины крутящего момента вывинчивания, необходимого для перемещения уплотнительного элемента 208 из закрытого положения в открытое положение, ослабляется множество крепежных деталей, а инструмент вставляется, например, в отверстие 246 и поворачивается таким образом, чтобы конечная часть 252 регулирующего устройства 248 перемещалась в сторону от поверхности 254 в направлении, которое обычно показано стрелкой 260. Как только конечная часть 252 регулирующего устройства 248 оказывается на расстоянии от поверхности 254, обслуживающий персонал может захватить и передвинуть, например, опорную рабочую часть 218 вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана 202 в направлении, которое обычно показано стрелкой 260. Когда опорная рабочая часть 218 оказывается в нужном положении, опорная рабочая часть 218 повторно подсоединяется к корпусу клапана 202. Как обсуждалось ранее, перемещение опорной рабочей части 218 двигает уплотнительный элемент 208 относительно изолирующего слоя 210, снижая посредством этого степень герметичного сцепления между уплотнительным элементом 208 и изолирующим слоем 210 в том случае, когда дроссельная заслонка 200 находится в закрытом положении.

Хотя в данной работе описаны определенные типичные способы, инструменты и производственные образцы, объем притязаний настоящего изобретения ими не ограничен. Напротив, настоящее изобретение охватывает все методы, инструменты и производственные образцы, которые либо буквально, или согласно теории эквивалентов объективно попадают в рамки прилагаемой формулы изобретения.

(57) Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена в качестве гидравлических клапанов с характеристиками настраиваемой герметичности для управления потоком текучих сред в установках или системах управления технологическими процессами. Гидравлический клапан содержит корпус клапана. Корпус клапана состоит из первого отверстия и второго отверстия. Первое отверстие включает установочную поверхность с седлом элемента управления потоком текучей среды. Упомянутый элемент управления, по меньшей мере, частично расположен в пределах корпуса клапана. Второе отверстие предназначено для приема концевой части сборки колпачка клапана и имеет размер, обеспечивающий образование зазора между указанной концевой частью и корпусом клапана. Этот зазор позволяет регулировать положение сборки колпачка клапана относительно корпуса клапана вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана и регулировать положение указанной концевой части и элемента управления потоком текучей среды в пределах второго отверстия корпуса относительно указанной установочной поверхности. Имеется конструктивный вариант выполнения гидравлического клапана. Группа изобретений направлена на повышение герметичности за счет обеспечения подрегулировки размещения элементов клапана относительно седла при открытии и закрытии клапана. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Корпус клапана, состоящий из:
первого отверстия, включающего установочную поверхность, входящего в сцепление с седлом элемента управления потоком текучей среды, который, по меньшей мере, частично позиционируется в пределах корпуса клапана; и
второго отверстия, предназначенного для приема концевой части сборки колпачка клапана и имеющего размер, обеспечивающий образование зазора между указанной концевой частью и корпусом клапана, позволяющего регулировать положение сборки колпачка клапана относительно корпуса клапана вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана, и позволяющий регулировать положение указанной концевой части и элемента управления потоком текучей среды в пределах второго отверстия относительно указанной установочной поверхности.

2. Корпус клапана по п.1, отличающийся тем, что для осуществления регулирования положения элемента управления потоком текучей среды относительно установочной поверхности он обладает возможностью регулирования степенью сцепления между седлом клапана и установочной поверхностью.

3. Корпус клапана по п.1, отличающийся тем, что сборка колпачка клапана подсоединена к корпусу клапана с помощью резьбовых крепежных деталей.

4. Корпус клапана по п.1, отличающийся тем, что сборка колпачка клапана определяет положение множества проходов для вхождения одной из множества крепежных деталей для подсоединения сборки колпачка клапана к корпусу клапана.

5. Корпус клапана по п.4, отличающийся тем, что множество проходов имеет размер, позволяющий регулировку положения сборки для колпачка клапана относительно корпуса клапана и вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана.

6. Корпус клапана по п.1, дополнительно содержащий доступное снаружи регулирующее устройство, предназначенное для регулирования в рабочих условиях положения сборки колпачка клапана относительно корпуса клапана и вдоль пути прохождения потока текучей среды через корпус клапана.

7. Корпус клапана по п.6, отличающийся тем, что регулирующее устройство с помощью резьбового соединения входит в сцепление с отверстием, положение которого определено в корпусе клапана.

8. Корпус клапана по п.1, отличающийся тем, что второе отверстие включает диск, входящий в сцепление с соответствующей поверхностью части сборки колпачка клапана.

9. Корпус клапана по п.1, отличающийся тем, что второе отверстие включает в себя продолговатое отверстие.

10. Гидравлический клапан, состоящий из:
корпуса клапана, имеющего отверстие для прохождение потока текучей среды и второе отверстие, которое проходит через указанный клапан;
изолирующего слоя, окружающего отверстие для прохождения потока;
элемента управления потоком текучей среды с выходящим из него стержнем, причем элемент управления потоком текучей среды подвижен относительно изолирующего слоя и отверстия для прохождения потока для управления прохождением потока текучей среды через отверстие для прохождения такого потока; и
сборки колпачка клапана, подвижно подсоединенной к корпусу клапана, оборудованной проходом для вхождения стержня и удерживающей стержень и элемент управления потоком текучей среды для возможности их вращения относительно корпуса клапана и изолирующего слоя, при этом концевая часть сборки колпачка клапана расположена во втором отверстии, имеющем размер, обеспечивающий образование зазора между указанной концевой частью и корпусом клапана и обеспечивающий возможность перемещения указанной концевой части внутри второго отверстия относительно корпуса клапана для изменения степени сцепления между элементом управления потоком текучей среды и изолирующим слоем в закрытом положении гидравлического клапана.

11. Гидравлический клапан по п.10, отличающийся тем, что сборка колпачка клапана содержит муфту, которая оборудована множеством проходов для вхождения одной из множества крепежных деталей для подвижного присоединения сборки колпачка клапана к корпусу клапана.

12. Гидравлический клапан по п.11, отличающийся тем, что множество проходов имеет размер, позволяющий регулирование положения концевой части сборки колпачка клапана относительно корпуса клапана для изменения степени сцепления между элементом управления потоком текучей среды и изолирующим слоем в закрытом положении гидравлического клапана.

13. Гидравлический клапан по п.10, отличающийся тем, что гидравлический клапан содержит дроссельный клапан.

14. Гидравлический клапан по п.10, дополнительно содержащий доступное извне регулирующее устройство для регулирования в рабочих условиях положения сборки колпачка клапана относительно корпуса клапана для изменения степени сцепления между элементом управления потоком текучей среды и изолирующим слоем в закрытом положении гидравлического клапана.

15. Клапан по п.14, отличающийся тем, что регулирующее устройство с помощью резьбового соединения входит в сцепление с отверстием, определяемым положением корпуса клапана.

16. Гидравлический клапан, состоящий из:
корпуса клапана с отверстием для прохождения потока текучей среды;
изолирующего слоя, окружающего отверстие для прохождения потока;
уплотнительного элемента с выходящим из него стержнем, выполненного с возможностью перемещения относительно изолирующего слоя и отверстия для прохождения потока для управления прохождением потока текучей среды через отверстие для прохождения потока;
опорной рабочей части, подвижно подсоединенной к корпусу клапана, оборудованной проходом для вставки стержня, удерживающей стержень и уплотнительный элемент для возможности их вращения относительно корпуса клапана и изолирующего слоя; и
средств для изменения степени сцепления между уплотнительным элементом и изолирующим слоем в закрытом положении гидравлического клапана, охватывающих продолговатое отверстие в корпусе клапана, которое принимает концевую часть опорной рабочей части и образует зазор между указанной концевой частью и корпусом клапана для обеспечения возможности перемещения указанной концевой части в пределах указанного продолговатого отверстия относительно изолирующего слоя и вдоль отверстия для прохождения потока текучей среды.

17. Гидравлический клапан по п.16, отличающийся тем, что указанное продолговатое отверстие имеет овальную форму.

18. Гидравлический клапан по п.16, отличающийся тем, что опорная рабочая часть определяет положение множества проходов для вхождения одной из множества крепежных деталей для подвижного соединения сборки колпачка клапана к корпусу клапана.

19. Гидравлический клапан по п.18, отличающийся тем, что множество проходов имеет размер, позволяющий регулировать положение опорной рабочей части относительно корпуса клапана для изменения степени сцепления между уплотнительным элементом и изолирующим слоем в закрытом положении гидравлического клапана.