УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗАПОРНЫХ КЛАПАНОВ И ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКУЮ СИСТЕМУ Российский патент 2015 года по МПК F16K3/30 F16J15/16 

Изобретение относится к уплотнительной системе, в частности для промышленных предохранительных клапанов, более конкретно, для промышленных запорных клапанов.

Предохранительные клапаны, в частности запорные клапаны, являются сложными системами, содержащими множество компонентов, и, в общем, их приводят в действие посредством механического привода.

Более того, они, в целом, содержат, по меньшей мере, один основной корпус, по меньшей мере, одно гнездо или уплотнительное гнездо и, по меньшей мере, одну пластину.

В отдельных типах запорных клапанов, известных из уровня техники, уплотнение гнезда на пластине получают посредством контакта металл-металл.

Тем не менее, этот тип уплотнения не избавлен от недостатков, главным образом из-за контакта металл-металл между гнездом и пластиной, который может привести к полному заеданию клапана, зачастую с непоправимым ущербом, и происходит это и из-за высоких давлений, оказываемых гнездом на пластину, и из-за возможных неотфильтрованных загрязнений, или любой грязи, попадающей между гнездом и пластиной.

Чтобы частично уменьшить давление, действующее между гнездом и пластиной, и чтобы избежать контакта металл-металл, который может привести к заеданию клапана, как было отмечено ранее, на рынке имеются запорные клапаны, в которых между гнездом и пластиной применяют элемент, выполненный из термопластичного материала, который предназначен для того, чтобы обеспечивать уплотнение клапана и при этом допускать относительное перемещение между гнездом и пластиной, требуемое для открытия и закрытия самого клапана.

Как известно из уровня техники, упомянутый уплотнительный элемент, в целом, состоит из вставки, выполненной из термопластичного материала, установленной на металлической части, называемой уплотнительным гнездом, и приспособленной для герметичного закрытия корпуса клапана и пластины, как было отмечено.

Несмотря на то, что запорные клапаны со вставкой, выполненной из термопластичного материала, относящейся к уплотнительному гнезду, очень широко распространены на рынке, это техническое решение имеет некоторые недостатки.

Среди этих недостатков, например, один заключается в том, что уплотнение не является оптимальным, если оно выполнено исключительно с применением термопластичного материала, установленного на металлическом уплотнительном гнезде. Действительно, чтобы получить хорошее уплотнение, термопластичный материал может контактировать с пластиной, отличающейся поверхностью, почти полностью избавленной от шероховатостей. По этой причине, металлическая поверхность пластины должна быть точно обработана механически, в частности, отполирована, что включает в себя значительное увеличение стоимости производства.

Потребность в такой механической обработке и контроле допусков на этапе изготовления частей значительно увеличивает стоимость производства, делая, тем самым, клапаны, оборудованные уплотнительными элементами, выполненными из термопластичного материала, намного более дорогими, и, таким образом, возникает риск того, что производственные дефекты повлияют на качество уплотнения самого клапана.

Также, если уплотнение клапана обеспечивают исключительно наличием вставки, выполненной из термопластичного материала, то она подвергается износу и деформациям из-за смещений между гнездом и пластиной, возникающих, например, вследствие открытия и закрытия клапана.

Не последний недостаток, присущий запорным клапанам известного типа, оборудованных уплотнительной вставкой, выполненной из термопластичного материала, заключается в том, что они ненадежны в силу высоких значений давления, причем под высоким давлением полагают значения давления, превосходящие 5,5 МПа (55 бар). Это происходит из-за того факта, что уплотнение, получаемое при использовании вставки, выполненной из термопластичного материала, не является оптимальным, особенно вследствие вышеупомянутого износа.

На рынке представлены решения, которые улучшают уплотнение клапана даже при более высоких значениях давления, при этом в качестве основного элемента уплотнения эти решения включают в себя само металлическое гнездо, возможно содержащее уплотнительный элемент, выполненный из термопластичного материала, непосредственно установленного на пластине. Примеры используемых материалов следующие: политетрафторэтилены (ПТФЭ) (с различными соединениями), нейлон, полиэфирэфиркетоны и аналогичные термопластичные полимеры высокой жесткости.

Даже если это решение является улучшающим с точки зрения уплотнения при высоких давлениях, оно не является полностью удовлетворительным для преодоления вышеотмеченных недостатков.

Более того, высокая стоимость производства вследствие таких причин, как повышение твердости заполняющих материалов на поверхности гнезда и пластины, в сочетании с усиленной обработкой поверхностей и гнезда, и пластины, создало условия для поиска новых решений.

Следовательно, показано, как известные из уровня техники решения по изготовлению уплотнения гнезда на пластине в запорных клапанах, подвержены недостаткам, ограничивающим область их применения.

Поэтому основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительную систему для промышленных запорных клапанов, которая решает вышеотмеченные задачи, оставшиеся нерешенными системами известного типа.

В рамках объема этой задачи цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительную систему, способную гарантировать уплотнение даже для высоких рабочих давлений, превосходящих 5,5 МПа (55 бар), и даже до 15 МПа (150 бар) и выше, при низкой стоимости производства.

Другая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительную систему, избавленную от вопросов, возникающих вследствие наличия примесей или, в целом, загрязнений в жидкости, которые в долгосрочном плане подвергают опасности правильную работу клапана и уплотнения гнезда на сфере.

Также цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительную систему, приспособленную для высоких давлений, при низкой стоимости производства самой системы и клапана, содержащего такую систему.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить уплотнительную систему, которая, в отношении уплотнений при высоких давлениях, гарантирует уменьшение величин момента, необходимых для открытия/закрытия клапана, с вытекающим из этого преимуществом, заключающимся в том, что можно использовать менее мощные приводы, тем самым, дополнительно экономить при функционировании и производстве.

Эта задача и эти и другие цели, которые станут более очевидными из подробного описания настоящего изобретения, приведенного в этом документе в виде неограничивающего примера, достигаются посредством уплотнительной системы для промышленных запорных клапанов, содержащей, по меньшей мере, одно гнездо, предназначенное для того, чтобы его вставляли в охватывающий корпус запорного клапана, и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, выполненный из термопластичного материала, предназначенный для того, чтобы получать жидкостное уплотнение между упомянутым гнездом и пластиной упомянутого клапана, отличающейся тем, что она также содержит, по меньшей мере, дополнительный резиновый уплотнительный элемент на поверхности упомянутого гнезда, направленный в сторону упомянутой пластины.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания, данного в виде неограничивающего примера, показанного на сопровождающих чертежах, на которых:

на фиг.1 показана схема системы в соответствии с настоящим изобретением в первой конфигурации и в соответствии с первым вариантом осуществления;

на фиг.2 показана схема системы в соответствии с настоящим изобретением в конфигурации, показанной на фиг.1, в соответствии со вторым вариантом осуществления;

на фиг.3 показана схема системы в соответствии с настоящим изобретением в соответствии со вторым вариантом осуществления и в первой конфигурации;

на фиг.4 показана схема системы в соответствии с настоящим изобретением в конфигурации, показанной на фиг.3, в соответствии со вторым вариантом осуществления.

В частности, как показано на фиг.1, уплотнительная система 1 в соответствии с настоящим изобретением содержит гнездо 20 для примыкания к пластине 30, и приспособленное для того, чтобы взаимодействовать с корпусом 10 клапана. Как известно из уровня техники, гнездо 20 взаимодействует с корпусом 10 клапана, поэтому, между упомянутым гнездом 20 и упомянутым корпусом 10 клапана преимущественно могут быть выполнены, например, спиральная пружина 40 и уплотнительное кольцо 50.

Порядок работы вышеупомянутых предохранительных клапанов известен. Давление, оказываемое жидкостью и воздействующее на внешнюю часть гнезда 20, прижимает гнездо к пластине 30, в то время как уплотнительная система, таким образом, обеспечивает то, что пружина 40, действующая между гнездом и корпусом клапана, гарантирует уплотнение для низких значений давления, а по мере возрастания давления воздействует сама жидкость, прижимая гнездо к пластине, что гарантирует уплотнение клапана.

Как показано на фиг.1, уплотнение между гнездом и пластиной в соответствии с настоящим изобретением выполняют посредством уплотнительного элемента 60а, предпочтительно имеющего кольцеобразную форму и изготовленного из термопластичного материала, также называемого термопластичной вставкой, расположенного на гнезде и выступающего в сторону пластины 30, и посредством элемента 70а, выполненного из эластомерного материала, предпочтительно представляющего собой резиновое уплотнительное кольцо, также расположенное в отдельном пазу, выполненном на гнезде 20, и способного обеспечивать примыкание к пластине 30.

Вторая конфигурация настоящего изобретения показана на фиг.2, где эластомерный уплотнительный элемент 70b представляет собой дельтовидное кольцо, называемое так за специфический треугольный профиль сечения, напоминающего символ дельты, что определенно видно на фиг.2.

В этой второй конфигурации уплотнительный элемент или термопластичная вставка 60b расположена за эластомерным уплотнительным элементом (дельтовидным кольцом) 70b так, что края сечений двух элементов находятся во взаимном контакте, как показано на фиг.2. Таким образом, паз, в котором расположены элементы 60b и 70b, можно охарактеризовать тем, что он более широкий, что, в частности, облегчает вставку дельтовидного кольца в паз. Действительно, вставить эластомерный элемент в гнездо не просто, а для вставки уплотнительного кольца в паз, выполненный в гнезде, требуется особая тщательность и применение специального оборудования, особенно в случае первого варианта осуществления, где в качестве эластомерного уплотнительного элемента используют уплотнительное кольцо, имеющее круглое сечение.

Таким образом, показанная вторая конфигурация является предпочтительной с точки зрения конструктивной простоты.

Также, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.3, в дополнение к уплотнительному элементу 60а, выполненному из термопластичного материала, и уплотнительному кольцу 70а, выполненному из эластомерного материала, в гнездо может быть вставлен дополнительный элемент 80, при условии, что он всегда выступает в сторону пластины 30, который также предпочтительно сконструирован в виде кольца, выполненного из термопластичного материала, называемого защитным кольцом, и установлен, чтобы защищать и предохранять уплотнительную систему, описанную в этом документе.

В частности, защитный элемент (защитное кольцо) также вставляют в гнездо 20, между гнездом 20 и пластиной 30 вблизи от трубки центрального гидравлического канала относительно уплотнительных элементов 60а, 60b и 70а, 70b.

Таким образом, защитный кольцевой элемент 80 одновременно выполняет функцию предохранения уплотнительных элементов 60а и 70а от любых загрязнений, присутствующих в жидкости, и предотвращения контакта металл-металл между гнездом и сферой в случае очень высоких давлений, тем самым способствуя уменьшению давления, действующего между гнездом и пластиной, а также способствуя выполнению функции уплотнения термопластичной вставкой 60а и эластомерной вставкой 70а.

Те же соображения, что были изложены со ссылкой на вариант осуществления, приведенный на фиг.3, можно повторить для варианта осуществления, показанного на фиг.4, где дополнительный защитный кольцевой элемент 80 связан с уплотнительным элементом 60b, выполненным из термопластичного материала, и с уплотнительным элементом 70b, выполненным из эластомерного материала, называемым дельтообразным кольцом из-за по существу треугольного профиля его сечения.

Таким образом, было показано, как уплотнительной системой для промышленных запорных клапанов в соответствии с настоящим изобретением достигаются и решаются предложенные цели и задачи.

В частности, было описано, как система в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить оптимальное уплотнение даже при высоких рабочих давлениях, которые превосходят стандартные значения, допустимые клапанами, выполненными с обычными уплотнительными системами.

Системой в соответствии с настоящим изобретением достигнута еще одна цель, заключающаяся в повышении надежности клапанов, оборудованных упомянутой системой. Действительно, также было показано, как в случае очень высоких рабочих давлений и наличия в линии загрязнений предотвращают риск повреждения пластины или, в худшем случае, заедания самого клапана.

Еще системой в соответствии с настоящим изобретением достигнута цель, заключающаяся в устранении или, по меньшей мере, значительном сокращении эффекта прилипания, т.е. приклеивания гнезда к пластине в случае длительных периодов неподвижности клапана, благодаря тому факту, что рассматриваемая система значительно сокращает нагрузку между гнездом и пластиной, вызванную давлением, тем самым, предотвращая возникновение металлического контакта между этими двумя элементами.

Не последняя цель, достигнутая системой в соответствии с настоящим изобретением, заключающаяся в возможности использования менее мощных приводов для перемещения пластины по сравнению с клапанами известного при существующем уровне техники типа, имеющими тот же рабочий диапазон давлений.

Также системой в соответствии с настоящим изобретением достигнута еще одна цель, заключающаяся в предоставлении запорного клапана, который требует меньших затрат при изготовлении при тех же значениях рабочего давления.

Не отклоняясь от объема защиты настоящего изобретения, специалисты в области техники могут сделать некоторые модификации.

Поэтому объем защиты формулы изобретения не должен ограничиваться описаниями или предпочтительными вариантами осуществления, показанными в описании в качестве примера, а формула изобретения должна содержать все признаки патентоспособной новизны, выводимые из настоящего изобретения, включая все признаки, которые могут трактоваться специалистами как эквиваленты.

Уплотнительная система (1) для промышленных клапанов, в частности для запорных клапанов, содержащая, по меньшей мере, одно гнездо (20), предназначенное для того, чтобы его вставляли в охватывающий корпус (10) запорного клапана, одну пластину (30), предназначенную для того, чтобы закрывать клапан, герметически примыкая к упомянутому гнезду (20), и один уплотнительный элемент (60а, 60b), выполненный из термопластичного материала, расположенный на поверхности упомянутого гнезда (20), направленный к упомянутой пластине (30) и предназначенный для того, чтобы получать жидкостное уплотнение между упомянутым гнездом (20) и пластиной (30) упомянутого клапана, также содержащая на поверхности упомянутого гнезда (20), по меньшей мере, один дополнительный элемент (70а, 70b), выполненный из эластомерного материала, направленный в сторону упомянутой пластины (30), причем упомянутый элемент (60а, 60b), выполненый из термопластичного материала, имеет кольцеобразную форму и многоугольное сечение. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Уплотнительная система (1) для промышленных клапанов, в частности для запорных клапанов, содержащая, по меньшей мере, одно гнездо (20), предназначенное для того, чтобы его вставляли в охватывающий корпус (10) запорного клапана, одну пластину (30), предназначенную для того, чтобы закрывать клапан, герметически примыкая к упомянутому гнезду (20), и один уплотнительный элемент (60а, 60b), выполненный из термопластичного материала, расположенный на поверхности упомянутого гнезда (20), направленный к упомянутой пластине (30) и предназначенный для того, чтобы получать жидкостное уплотнение между упомянутым гнездом (20) и пластиной (30) упомянутого клапана, также содержащая на поверхности упомянутого гнезда (20), по меньшей мере, один дополнительный элемент (70а, 70b), выполненный из эластомерного материала, направленный в сторону упомянутой пластины (30), отличающаяся тем, что упомянутый элемент (60а, 60b), выполненный из термопластичного материала, имеет кольцеобразную форму и многоугольное сечение.

2. Уплотнительная система (1) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый элемент (70а, 70b), выполненный из эластомерного материала, имеет кольцеобразную форму.

3. Уплотнительная система (1) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый уплотнительный элемент, выполненный из эластомерного материала, представляет собой уплотнительное кольцо (70а), имеющее круглое сечение.

4. Уплотнительная система (1) по п.2, отличающаяся тем, что упомянутый уплотнительный элемент, выполненный из эластомерного материала, представляет собой уплотнительное кольцо (70а), имеющее круглое сечение.

5. Уплотнительная система (1) по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый уплотнительный элемент, выполненный из эластомерного материала, представляет собой кольцо (70b), имеющее треугольное сечение.

6. Уплотнительная система (1) по п.2, отличающаяся тем, что упомянутый уплотнительный элемент, выполненный из эластомерного материала, представляет собой кольцо (70b), имеющее треугольное сечение.

7. Уплотнительная система (1) по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что упомянутое гнездо (20) содержит на своей поверхности, по меньшей мере, один паз, предназначенный для того, чтобы в нем размещали термопластичный элемент (60а, 60b), и, по меньшей мере, один паз, предназначенный для того, чтобы в нем размещали упомянутый эластомерный элемент (70а, 70b), направленные в сторону пластины (30).

8. Уплотнительная система (1) по п.7, отличающаяся тем, что упомянутый паз для упомянутого термопластичного элемента (60а, 60b) и упомянутый паз для упомянутого эластомерного элемента (70а, 70b) объединены друг с другом, образуя один паз.

9. Уплотнительная система (1) по любому из пп.1-6, 8, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один термопластичный защитный элемент (80), установленный на упомянутом гнезде (20) между самим гнездом и пластиной (30).

10. Уплотнительная система (1) по п.7, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит, по меньшей мере, один термопластичный защитный элемент (80), установленный на упомянутом гнезде (20) между самим гнездом и пластиной (30).

11. Уплотнительная система (1) по п.9, отличающаяся тем, что упомянутый защитный элемент (80) расположен вблизи от трубки центрального гидравлического канала относительно уплотнительных элементов (60а, 60b; 70a, 70b).

12. Уплотнительная система (1) по п.10, отличающаяся тем, что упомянутый защитный элемент (80) расположен вблизи от трубки центрального гидравлического канала относительно уплотнительных элементов (60а, 60b; 70a, 70b).

13. Запорный клапан, содержащий уплотнительную систему по любому из пп.1-12.