СОСТАВНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С КЛАПАНАМИ ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2017 года по МПК F16K1/36 F16K1/48 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение, относится, главным образом, к регулирующим клапанам, а именно к составному устройству управления потоком для применения с клапанами для текучей среды.

Уровень техники

Клапаны для текучей среды часто используются в установках или системах управления технологическими процессами для регулирования потоков технологических текучих сред. Вообще, клапаны для текучей среды, как правило, включают в себя клапанный узел или клапанное устройство, которое содержит запорный элемент клапана (например, металлический запорный элемент клапана) и седло клапана (например, металлическое седельное кольцо), расположенные в канале для управления потоком текучей среды через канал между впускным и выпускным отверстиями. Шток или стержень клапана функционально связывает запорный элемент клапана с приводом, таким как, например, пневматический привод, ручной привод и др. Привод перемещает запорный элемент клапана между открытым положением, в котором запорный элемент клапана расположен на расстоянии от седла клапана, обеспечивая поток текучей среды через канал, и закрытым положением, в котором запорный элемент клапана уплотняющим образом взаимодействует с седлом клапана для ограничения или предотвращения потока текучей среды через канал.

В тяжелых условиях применения, таких как, например, нефтехимическая промышленность, регулирующие клапаны могут подвергаться воздействию жестких эрозийных текучих сред, что может вызывать быстрый износ или уменьшать эксплуатационный срок службы клапанного устройства (например, запорного элемента клапана и др.). Например, клапанное устройство может подвергаться воздействию протекающих технологических текучих сред, которые содержат захваченные частицы (например, мелкие частицы керамического катализатора). Для уменьшения повреждений и/или износа, вызываемого жесткими эрозийными технологическими текучим средами, которые в противном случае могут повреждать металлические запорные элементы клапанов, таким образом уменьшая эксплуатационный срок службы пробок клапанов, в тяжелых условиях применения часто используются запорные элементы клапанов, имеющие наконечники из карбида вольфрама.

Раскрытие изобретения

В одном варианте составное устройство управления потоком содержит гильзу, имеющую первый и второй концы, причем первый конец снабжен отогнутым краем. Наконечник запорного элемента клапана расположен в гильзе и имеет заплечики, взаимодействующие с внутренней поверхностью отогнутого края. Вставка расположена во втором конце гильзы и взаимодействует с наконечником запорного элемента клапана для поджимания заплечиков наконечника запорного элемента клапана к внутренней поверхности отогнутого края. Вставка снабжена отверстием, в которое входит шток клапана.

В другом варианте устройство управления потоком содержит цилиндрический корпус и наконечник запорного элемента клапана, расположенный в цилиндрическом корпусе. Вставка расположена в цилиндрическом корпусе, чтобы удерживать наконечник запорного элемента клапана между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и вставкой.

Краткое описание графических материалов

На фиг.1 изображен известный клапан для текучей среды, снабженный известным устройством запорного элемента клапана.

На фиг.2 приведено увеличенное изображение известного устройства запорного элемента клапана по фиг.1.

На фиг.3 изображен частичный разрез варианта раскрываемого здесь устройства управления потоком, которое может использоваться в клапане для текучей среды.

На фиг.4 изображен частичный разрез другого варианта раскрываемого здесь устройства управления потоком, которое может использоваться в клапане для текучей среды.

На фиг.5 изображен другой вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком, которое может использоваться в поворотном клапане для текучей среды.

На фиг.6 приведено увеличенное изображение варианта устройства управления потоком по фиг.5.

Осуществление изобретения

Вообще, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком может использоваться в жестких эрозийных технологических текучих средах и/или при их относительно высокой вязкости, таких как технологические текучие среды (например, песчаные текучие среды, газы и др.), содержащих захваченные частицы (например, керамического катализатора, песка, осколки и др.), и другие, которые могут привести к повреждению или эрозии традиционных устройств запорного элемента клапана. В частности, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком имеет значительно больший эксплуатационный срок службы по сравнению с традиционными запорными элементами клапана. А именно, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком имеет существенно упрочненное соединение между, например, корпусом управления потоком и наконечником запорного элемента клапана (например, наконечником из карбида вольфрама). Кроме того, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком способствует изготовлению или сборке составного устройства управления потоком, состоящего из различных материалов.

Один вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком содержит составной элемент управления потоком, имеющий первую часть или наконечник запорного элемента клапана, соединенный с возможностью разборки со вставкой или основанием с помощью обоймы, гильзы или крепежного механизма. Обойма или гильза улавливает, фиксирует, закрепляет или иным способом удерживает наконечник запорного элемента клапана относительно вставки. Наконечник запорного элемента клапана может выполняться из первого материала, а вставка может выполняться из второго материала, отличного от первого материала. Обойма или гильза обеспечивает относительно упрочненное соединение или сочленение между наконечником запорного элемента клапана и вставкой по сравнению, например, с традиционными запорными элементами клапана, в которых использованы спекание, пайка твердым припоем, или другие аналогичные технологии или процессы производства для обеспечения соединения между традиционным наконечником запорного элемента клапана и традиционной вставкой или корпусом запорного элемента клапана. Таким образом, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком исключает процесс пайки твердым припоем или спекания и обеспечивает заклинивание вставки, которая улавливается или фиксируется между вставкой или корпусом запорного элемента клапана и обоймой или гильзой.

Наконечник запорного элемента клапана по варианту раскрываемого здесь устройства управления потоком может выполняться из материала, предназначенного для использования в жестких эрозийных текучих средах, таких как, например, текучие среды с относительно высокой вязкостью и/или текучие среды, содержащие частицы (например, мелкие частицы керамического катализатора). Кроме того, гильза или обойма обеспечивает сочленение или соединение, которое значительно уменьшает или предотвращает трещинообразование, растрескивание или повреждение иным путем соединения между наконечником запорного элемента клапана и вставкой в ходе эксплуатации, сборки, изготовления, перевозки и др. Точнее говоря, соединение удерживает наконечник запорного элемента клапана и вставку таким образом, что обойма или гильза создают усилие сжатия на наконечнике запорного элемента клапана и вставке, наряду с этим значительно уменьшая или обеспечивая незначительное растягивающее напряжение в соединении между наконечником запорного элемента клапана и вставкой. Кроме того, вариант раскрываемого здесь устройства управления потоком может устанавливаться в заводских условиях или может переоборудоваться в существующих клапанах в производственных условиях.

На фиг.1 изображен известный клапан 100 для текучей среды, имеющий известное устройство 102 запорного элемента клапана, которое может использоваться в жестких условиях службы (например, жесткие эрозийные технологические текучие среды, применение при высоком давлении и др.). Со ссылками на фиг.1, вариант клапана 100 содержит корпус 104 клапана, который образует канал 106 для потока текучей среды между впускным 108 и выпускным 110 отверстиями. Крышка 112 соединена (например, соединена резьбовым соединением) с корпусом 104 клапана и соединяет корпус 104 клапана с приводным механизмом (не показан). Крышка 112 также содержит систему 114 прокладок для предотвращения утечки технологической текучей среды в окружающую среду.

Седло клапана или седельное кольцо 116 расположено в канале 106, образуя проем 118. Устройство 102 запорного элемента клапана расположено в канале 106 для протекания текучей среды и функционально связано с приводом посредством штока 120 клапана.

При эксплуатации привод (например, пневматический привод, электрический привод, гидравлический привод, ручной привод и др.) перемещает устройство 102 запорного элемента клапана с помощью штока 120 клапана относительно седельного кольца 116 для управления потоком текучей среды через канал 106 между впускным 108 и выпускным 110 отверстиями. В частности, устройство 102 запорного элемента клапана перемещается между закрытым положением, в котором устройство 102 запорного элемента клапана уплотняющим образом взаимодействует с седельным кольцом 116, для предотвращения или ограничения потока текучей среды через канал 106 между впускным 108 и выпускным 110 отверстиями, и полностью открытым положением или положением максимального потока, в котором устройство 102 запорного элемента клапана расположено на расстоянии от седельного кольца 116, для обеспечения протекания текучей среды через канал 106 между впускным 108 и выпускным 110 отверстиями.

В тяжелых условиях применения (например, в нефтехимической промышленности), устройство 102 запорного элемента клапана может подвергаться воздействию жесткой эрозийной и/или агрессивной, или аналогичной текучей среды, которое может вызывать быстрый износ или приводить к потерям материала, и значительно уменьшает эксплуатационный срок службы устройства запорного элемента 102 клапана. Например, устройство 102 запорного элемента клапана может подвергаться воздействию технологических текучих сред с захваченными частицами (например, мелкие частицы керамического катализатора) или текучих сред со сравнительно высокой вязкостью, которые могут приводить к износу или разрушению поверхности или наконечника 122 устройства 102 запорного элемента клапана. Таким образом, в жесткой эрозийной текучей среде часто используются запорные элементы клапанов, имеющие вставки, изготовленные из карбида вольфрама, керамических материалов и др., поскольку такие материалы обладают довольно высокой устойчивостью к воздействию эрозийной или агрессивной текучей среды, следовательно, увеличивают эксплуатационный срок службы устройства 102 запорного элемента клапана.

На фиг.2 изображено известное устройство 102 запорного элемента клапана по фиг.1. Как показано в примере по фиг.2, устройство 102 запорного элемента клапана содержит корпус запорного элемента клапана или вставку 202, имеющую наконечник 204 из карбида вольфрама для защиты конца или поверхности 206 корпуса 202 запорного элемента клапана, которая находится в непосредственном гидравлическом контакте с текучей средой, от неблагоприятного воздействия процесса, такого как, например, стирание, эрозия, коррозия и др.

Свойства материала карбида вольфрама не подходят для сварных или резьбовых соединений. Как следствие, наконечник 204 из карбида вольфрама обычно соединяется с корпусом 202 запорного элемента клапана посредством, например, технологических процессов спекания или пайки твердым припоем. При спекании или пайке твердым припоем корпус 202 запорного элемента клапана и наконечник 204 из карбида вольфрама образуют соединение 208. Однако использование технологии спекания или пайки твердым припоем часто приводит к тому, что соединение 208 становится хрупким и/или создает значительную величину растягивающих напряжений в соединении 208. Такое хрупкое соединение и/или растягивающие напряжения в соединении 208 могут приводить к разрушению, разрыву, растрескиванию или иному повреждению наконечника 204 из карбида вольфрама и вызывать отсоединение или отделение наконечника 204 от корпуса 202 запорного элемента клапана. Устройство 102 запорного элемента клапана, подвергаемое воздействию текучей среды с захваченными частицами и/или с высокой вязкостью, таким образом, становится неэффективным при регулировании потока текучей среды через клапан 100 для текучей среды. В связи с этим спекание или пайка твердым припоем корпуса 202 запорного элемента клапана и наконечника 204 из карбида вольфрама приводит к значительному уменьшению эксплуатационного срока службы устройства запорного элемента 102 клапана. Кроме того, сложность технологических процессов спекания и пайки твердым припоем часто приводит к низкому качеству, низкому проценту выхода годных изделий, поскольку соединение 208 часто бывает ослабленным или хрупким и, таким образом, восприимчивым к растрескиванию, разрыву и пр. Например, наконечник 204 из карбида вольфрама может разрушаться или отделяться в соединении 208 во время, например, процесса охлаждения устройства 102 запорного элемента клапана, когда наконечник 204 из карбида вольфрама соединяется с корпусом 202 запорного элемента клапана, во время перевозки изделия, во время эксплуатации и др.

На фиг.3 изображен вариант составного запорного элемента клапана или устройства 300 управления потоком, раскрываемого здесь, которое может использоваться с клапаном для текучей среды, таким как, например, клапан 100 для текучей среды по фиг.1. В частности, раскрываемое здесь устройство 300 управления потоком может использоваться в жесткой эрозийной или агрессивной среде, например, при применении, касающемся технологических текучих сред с относительно высокой вязкостью и/или технологических текучих сред с захваченными частицами (например, мелкие частицы керамического катализатора) или с другими загрязняющими веществами.

Как показано на фиг.3, устройство 300 управления потоком включает в себя наконечник 302 запорного элемента клапана, соединенный со вставкой или основанием 304 посредством обоймы или гильзы 306 (например, составного узла запорного элемента клапана). В данном варианте вставка 304 выполнена из первого материала (например, нержавеющей стали), а наконечник 302 запорного элемента клапана выполнен из второго материала, отличного от первого материала (например, карбида вольфрама).

Вставка 304 по фиг.3 содержит корпус 308 цилиндрической формы, имеющий резьбовую часть 310 вдоль наружной поверхности 312 корпуса 308, которая проходит в направлении вдоль оси 314 вставки 304. Вставка 304 по показанному варианту также содержит отверстие 316 (например, снабженное резьбой отверстие), в которое входит шток 318 клапана, соединяющий устройство 300 управления потоком, например, с приводом (не показан). В других вариантах вставка 304 и шток 318 клапана могут быть цельной деталью или конструкцией. В других вариантах шток 318 клапана может быть соединен со вставкой 304 с помощью прихваточного сварного шва, штифта, крепежной детали или любых других подходящих крепежных механизмов. Как описано ниже, вставка 304 по фиг.3 может содержать одно или несколько отверстий, выточек или геометрических элементов 320, рядом со штоком 318 клапана и наружной поверхностью 312 вставки 304. В показанном варианте по фиг.3, вставка 304 выполнена из нержавеющей стали. Однако в других вариантах вставка 304 может выполняться из сплава, металла или других подходящих материалов.

Наконечник 302 запорного элемента клапана имеет уплотняющую поверхность 322, взаимодействующую с посадочной поверхностью седла клапана (например, седла 116 клапана по фиг.1), когда устройство 300 управления потоком соединено с клапаном для текучей среды (например, клапаном 100 для текучей среды по фиг.1). Наконечник 302 запорного элемента клапана включает в себя контактную поверхность 324, смежную с посадочной поверхностью 322, которая в показанном варианте по фиг.3 изображена как выступ 326 (например, кольцевой выступ). В частности, наконечник 302 запорного элемента клапана в показанном варианте представляет собой цилиндрический корпус 328, имеющий кольцевой выступ 326а. Уплотняющая поверхность 322 простирается от корпуса 328 и кольцевого выступа 326а и сужается в направлении продольной оси 314 вставки 304. В данном варианте наконечник 302 запорного элемента клапана выполнен из карбида вольфрама. Однако в других вариантах наконечник 302 запорного элемента клапана может быть выполнен из металлического материала или сплава, керамического материала и/или любых других подходящих материалов, имеющих сравнительно высокую устойчивость к воздействию эрозийных или агрессивных текучих сред.

Как отмечено выше, обойма 306 соединяет с возможностью разборки, улавливает, закрепляет или удерживает наконечник 302 запорного элемента клапана и вставку 304. Таким образом, наконечник 302 запорного элемента клапана может быть взаимозаменяемым или сменяемым на другой наконечник запорного элемента клапана, который по существу аналогичен наконечнику 302 запорного элемента клапана по фиг.3. В дополнение или в качестве альтернативы, наконечник 302 запорного элемента клапана по фиг.3 может быть сменяемым или взаимозаменяемым на наконечник запорного элемента клапана, который отличается от наконечника 302 запорного элемента клапана. Например, наконечник запорного элемента клапана, соединенный со вставкой 304, может быть выполнен из керамического материала, и может быть сменяемым или взаимозаменяемым на другой наконечник запорного элемента клапана, выполненный, например, из карбида вольфрама или любого другого материала для использования в условиях сильно эрозийной текучей среды. Кроме того, наконечник 302 запорного элемента клапана по фиг.3 облегчает изготовление и значительно уменьшает затраты благодаря исключению технологических процессов пайки твердым припоем и спекания, и облегчает сборку устройства 300.

В варианте, показанном на фиг.3, обойма 306 представляет собой резьбовую крепежную деталь или гайку. Как показано на фиг.3, гильза или обойма 306 имеет корпус 330 (например, цилиндрический корпус), который образует полость 332, имеющую размеры, достаточные для вхождения, по меньшей мере, части вставки 304. Обойма 306 содержит резьбовую часть 334 вдоль длины внутренней поверхности или стенки 336 полости 332 корпуса 330 обоймы для взаимодействия с резьбой вставки 304. Обойма 306 также включает отверстие 338, коаксиально выровненное с полостью 332 для приема посадочной поверхности 322 наконечника 302 запорного элемента клапана. Иначе говоря, диаметр отверстия 338 больше, чем диаметр посадочной поверхности 322, но меньше, чем наружный диаметр выступа 326.

Кроме того, обойма 306 включает отогнутый край, заплечики или опорную поверхность 340, смежную с концом 342 корпуса 330 обоймы. В данном варианте отогнутый край 340 образует заплечики 344, очерчиваемые диаметром полости 332, который больше, чем диаметр отверстия 338. Отогнутый край 340, изображенный на фиг.3, является кольцевым отогнутым краем, выполненным как одно целое с корпусом 330 обоймы как единое целое или конструкция. В других вариантах отогнутый край 340 может быть множеством выступающих элементов, радиально разнесенных вокруг оси 314 и выступающих внутрь от корпуса 330 обоймы в направлении оси 314.

В процессе сборки наконечник 302 запорного элемента клапана, по меньшей мере, частично расположен внутри полости 332 обоймы 306, так, что посадочная поверхность 322 наконечника 302 запорного элемента клапана, по меньшей мере, частично выступает через отверстие 338 обоймы 306. Когда наконечник 302 запорного элемента клапана соединен (например, расположен внутри полости 322) с обоймой 306, отогнутый край 340 обоймы 306 поддерживает контактную поверхность 324 наконечника 302 запорного элемента клапана или входит в контакт с ней. Обойма 306 и наконечник 302 запорного элемента клапана затем соединяются со вставкой 304. Например, обойма 306 и наконечник 302 запорного элемента клапана соединяются со вставкой 304 после того, как вставка 304 соединена со стержнем 318 клапана. Иными словами, обойма 306 и наконечник 302 запорного элемента клапана могут соединяться со вставкой 304 прежде, чем вставка 304 прикрепляется или соединяется со штоком 318 клапана. В показанном варианте обойма 306 закреплена или навинчена на корпус 308 вставки 304.

Когда наконечник 302 запорного элемента клапана соединен со вставкой 304 посредством обоймы 306, внутренняя поверхность 348 отогнутого края 340 (например, по существу перпендикулярная поверхности 336) контактирует с первой стороной 349а контактной поверхности 324 наконечника 302 запорного элемента клапана, и поверхность 346 вставки 304 контактирует со второй стороной 349b контактной поверхности 324, чтобы удерживать или фиксировать контактную поверхность 324 между вставкой 304 и обоймой 306. В частности, когда обойма 306 закреплена на вставке 304 для предотвращения перемещения наконечника 302 запорного элемента клапана относительно вставки 304 и/или обоймы 306, отогнутый край 340 обоймы 306 и/или вставка 304 прилагает усилие (например, усилие сжатия) к контактной поверхности 324 в направлении (например, вертикальном направлении) вдоль оси 314.

Кроме того, в показанном варианте, будучи соединенной с элементом 300 управления потоком, внутренняя поверхность 336 обоймы 306 контактирует с третьей стороной 349c контактной поверхности 324 наконечника 302 запорного элемента клапана со сравнительно плотной посадкой или допуском, для предотвращения или значительного уменьшения смещения или люфта наконечника 302 запорного элемента клапана относительно вставки 304 и/или обоймы 306. Кроме того, поверхность 348 отогнутого края 340 (например, параллельная поверхности 336) контактирует с корпусом 328 наконечника 302 запорного элемента клапана. В итоге обойма 306 прилагает усилие сжатия к наконечнику 302 запорного элемента клапана в направлении, по существу перпендикулярном оси 314. Однако в других вариантах сторона 349с может располагаться на расстоянии от внутренней поверхности 336.

Таким образом, будучи соединенной со вставкой 304, контактная поверхность 324 контактирует с отогнутым краем 340, внутренней поверхностью 336 обоймы 306, и поверхностью 346 вставки 304 со сравнительно плотной посадкой, для предотвращения смещения наконечника 302 запорного элемента клапана относительно обоймы 306 и/или вставки 304. В итоге, в данном варианте, когда обойма 306 соединена со вставкой 304, обойма 306 прилагает как радиальное усилие сжатия относительно оси 314, так и осевое усилие сжатия относительно оси 314.

Иначе говоря, обойма 306 соединена с наконечником 302 запорного элемента клапана с помощью горячей посадки, прессовой посадки и/или других подходящих технологических процессов. Например, обойма 306 может быть нагрета для ее расширения, наконечник 302 запорного элемента клапана может быть установлен внутри полости 332 обоймы 306 таким образом, чтобы, по меньшей мере, часть посадочной поверхности 322 проходила через отверстие 338, и обойма может быть охлаждена. При остывании обойма 306 сжимается, захватывая, окружая или удерживая (например, посредством выступа 326) наконечник 302 запорного элемента клапана со сравнительно плотной посадкой. В других вариантах наконечник 302 запорного элемента клапана может быть установлен с прессовой посадкой внутри полости обоймы 306 таким образом, что обойма 306 входит в контакт или удерживает наконечник 302 запорного элемента клапана со сравнительно плотной посадкой. Когда обойма 306 соединена по горячей посадке или прессовой посадке с наконечником 302 запорного элемента клапана, обойма 306 захватывает наконечник 302 запорного элемента клапана для создания или приложения усилия сжатия к наконечнику 302 запорного элемента клапана в направлении, по существу перпендикулярном оси 314. Таким образом, в данном варианте, обойма 306 создает усилие сжатия на наружных поверхностях (например, поверхности 349c, корпуса 328) наконечника 302 запорного элемента клапана в радиальном направлении к оси 314. Дополнительно или в качестве альтернативы, вставка 304 может устанавливаться с прессовой посадкой и/или горячей посадкой в узел обоймы 306 и наконечника 302 запорного элемента клапана, чтобы соединять или скреплять вставку 304 и обойму 306.

Итак, в отличие от соединения 208 по фиг.2, обойма 306 и вставка 304 образуют соединение 350, которое создает сжимающие напряжения или усилия. Кроме того, соединение 350 создает незначительные растягивающие напряжения или усилия между наконечником 302 запорного элемента клапана и вставкой 304. В результате соединение 350 значительно прочнее или намного надежнее, чем, например, соединение 208 по фиг.2, и предотвращает или значительно уменьшает вероятность отсоединения наконечника 302 запорного элемента клапана от вставки 304 во время эксплуатации, изготовления, перевозки и пр. Кроме того, в ходе сборки, когда обойму 306 соединяют со вставкой 304, внутри отверстий 320 может располагаться инструмент, такой как гаечный ключ, чтобы закреплять вставку 304 с возможностью поворота относительно обоймы 306 при навинчивании обоймы 306 на вставку 304, для осуществления возможности, например, приложения необходимого крутящего момента к обойме 306 при закреплении обоймы 306 на вставке 304.

Кроме того, для предотвращения поворачивания и вывинчивания и/или смещения дальше во вставку 304 штока 318 клапана, может использоваться штифт 352, или любой другой способ крепления, такой как, например, прихваточный сварной шов. Как показано на фиг.3, внутри отверстия или проема 354 штока 318 клапана расположен штифт 352, который коаксиально совмещен с соответствующими отверстиями или проемами 356 и 358 вставки 304 и обоймы 306. В данном варианте соответствующие отверстия 356 и 358 вставки 304 и обоймы 306 коаксиально совмещены с отверстием 354 штока 318 клапана и по существу перпендикулярны оси 314. В других вариантах штифт 352 не требуется.

Кроме того, для предотвращения поворота или вывинчивания обоймы 306 относительно вставки 304 из-за, например, вибрации при эксплуатации, по периферии поверхности раздела 362 вставки/обоймы, между соответствующими поверхностями 364 и 366 вставки 304 и обоймы 306 может располагаться уплотняющий сварной шов 360. Уплотняющий сварной шов 360 может быть кольцевым сварным швом или одно- или многоточечным сварным швом, расположенным радиально относительно оси 314 по периферии поверхности раздела 362.

Чтобы извлечь наконечник 302 запорного элемента клапана из вставки 304, например, в производственных условиях, штифт 352 удаляют из отверстий 354, 356, 358, и уплотняющий сварной шов 360 удаляют с поверхности раздела 362 вставки/обоймы. Обойма 306 может отсоединяться по резьбе от вставки 304, путем вращения обоймы 306 относительно вставки 304 вокруг оси 314. Для облегчения вращения обоймы 306 относительно вставки 304 при извлечении обоймы 306, внутри отверстий 320, рядом с поверхностью раздела 362 вставки/обоймы может устанавливаться инструмент (например, гаечный ключ). Инструментом (например, гаечным ключом), вставленным в отверстия 320, оператор может удерживать вставку 304 или препятствовать ее повороту при вывинчивании или вращении обоймы 306 относительно вставки 304. При извлечении обоймы 306 из вставки 304 также извлекается наконечник 302 запорного элемента клапана. Когда обойма 306 извлечена, наконечник 302 запорного элемента клапана может быть извлечен или отсоединен от обоймы 306.

В некоторых вариантах наконечник 302 запорного элемента клапана может быть сменным или взаимозаменяемым с другим наконечником запорного элемента клапана, который, по существу аналогичен наконечнику 302 запорного элемента клапана по фиг.3 (например, наконечник запорного элемента клапана, выполненный из карбида вольфрама). Однако в других вариантах наконечник 302 запорного элемента клапана может быть сменным или взаимозаменяемым с другим наконечником запорного элемента клапана, который, по существу отличается от наконечника 302 запорного элемента клапана по фиг.3 (например, наконечник запорного элемента клапана, выполненный из керамического материала). В других вариантах узел наконечника 302 запорного элемента клапана и обоймы 306 может извлекаться и заменяться другим узлом наконечника запорного элемента клапана/обоймы.

При эксплуатации устройство 300 управления потоком расположено внутри канала корпуса клапана для управления потоком текучей среды между впускным и выпускным отверстиями. Привод может быть функционально связан с устройством 300 управления потоком посредством штока 318 клапана. Текучая среда, содержащая частицы, и/или вязкий, протекает через канал и сталкивается с наконечником 302 запорного элемента клапана. Наконечник 302 запорного элемента клапана, который может быть выполнен из карбида вольфрама, противостоит эрозии и коррозии, когда частицы, взвешенные в технологической текучей среде, протекают через посадочную поверхность 322 наконечника 302 запорного элемента клапана. Таким образом, наконечник 302 устойчив к условиям сильно эрозийного процесса, и соединение 350 вставки/обоймы препятствует отсоединению, разрушению или разъединению наконечника 302 запорного элемента клапана от вставки 304.

На фиг.4 показан другой вариант раскрываемого здесь запорного элемента клапана или устройства 400 управления потоком, который может использоваться с клапаном для текучей среды, таким как, например, клапан 100 по фиг.1. Такие компоненты, как, например, устройство 400 управления потоком, которые имеют структуры или функции, аналогичные или идентичные структурам или функциям таких компонентов, как, например, устройство 300 управления потоком по фиг.3, помечены теми же ссылочными номерами. Описание таких компонентов, как, например, устройство 400 управления потоком, которые аналогичны или идентичны таким компонентам по фиг.3, не повторяется, и заинтересованный читатель может ознакомиться с подробным описанием этих компонентов со ссылками на фиг.3.

Устройство 400 управления потоком по фиг.4 включает в себя наконечник 402 запорного элемента клапана, соединенный с возможностью разборки со вставкой 404 посредством обоймы или гильзы 406. В частности, обойма 406 представляет собой оболочку или корпус 408 (например, цилиндрический корпус), имеющий полость 410, предназначенную для вхождения, по меньшей мере, части вставки 404, и отверстие 412 для размещения наконечника 402 запорного элемента клапана. В отличие от обоймы 306 по фиг.3, уплотняющий сварной шов 414 (например, круговой уплотняющий сварной шов) соединяет или скрепляет обойму 406 и вставку 404. Иначе говоря, обойма 406 по фиг.4 представляет собой цилиндрический корпус без резьбы, который соединен со вставкой с помощью, например, сварки. Обойма 406 включает отогнутый край 416 (например, кольцевой отогнутый край), который взаимодействует с контактной поверхностью или выступом 418 наконечника 402 запорного элемента клапана, чтобы удерживать наконечник 402 запорного элемента клапана в контакте со вставкой 404. Обойма 406 имеет размеры, обеспечивающие посадку с жестким допуском при соединении со вставкой 404, так что, когда обойма 406 соединена со вставкой 404 с помощью сварки 414, обойма 406 и/или вставка 404 создает усилие сжатия на наконечнике 402 запорного элемента клапана. Таким образом, аналогично обойме 306 по фиг.3, обойма 406 удерживает контактную поверхность 418 между отогнутым краем 416, и вставкой 404 по плотной посадке для приложения сил сжатия к контактной поверхности 420 в направлении вдоль оси 414, для удержания наконечника 402 запорного элемента клапана в соединении со вставкой 404. В результате обойма 406 и наконечник 402 запорного элемента клапана образуют соединение 420, которое лишено растягивающих напряжений, таким образом, создавая соединение, которое по существу прочнее, чем, например, соединение 208 по фиг.2.

Хотя вариант устройства управления потоком по фиг.3 и 4 изображен, как устройство 300, 400 управления потоком для использования со скользящими штоками клапанов, вариант устройства управления потоком, раскрываемый здесь, не ограничивается применением с клапанами для текучей среды со скользящими штоками. В других вариантах могут использоваться клапаны для текучей среды, такие как, например, шаровые клапаны, поворотные клапаны, линейные клапаны и др.

На фиг.5 показан другой вариант устройства управления потоком текучей среды или узел 500 для использования с поворотным клапаном 502 для текучей среды. Поворотный клапан 502 включает в себя корпус 504, ограничивающий канал 506 для потока текучей среды между впускным 508 и выпускным 510 отверстиями. Устройство 500 управления потоком расположено внутри канала 506 для протекания текучей среды и поворачивается или смещается относительно седельного кольца 512 для управления или изменения потока текучей среды между впускным 508 и выпускным 510 отверстиями. В частности, посадочная поверхность 514 устройства 500 управления потоком контактирует с седельным кольцом 512 для ограничения или предотвращения потока текучей среды через канал 506 (например, закрытое положение) и поворачивается или смещается от седельного кольца 512, чтобы обеспечить поток текучей среды через канал 506 (например, открытое положение). Стержень 516 клапана функционально соединяет устройство 500 управления потоком с приводом (не показан), который поворачивает или смещает устройство 500 управления потоком относительно седельного кольца 512.

На фиг.6 показан вариант устройства 500 управления потоком по фиг.5. Устройство 500 управления потоком по фиг.6 включает в себя наконечник 602 запорного элемента клапана, соединенный со вставкой или корпусом 604 запорного элемента клапана посредством обоймы или гильзы 606. Вставка 604 и обойма 606 могут быть выполнены, например, из нержавеющей стали, металла и др., а наконечник 602 запорного элемента клапана может быть выполнен, например, из карбида вольфрама, керамики и др.

Вставка 604 включает корпус или часть 608 (например, цилиндрический корпус) с отверстием 610 для приема стержня 516, соединенный или закрепленный (например, закрепленный аксиально или с возможностью поворота) на стержне 516 посредством штифта, крепежной детали или любых других механических крепежных механизмов. Обойма 606 представляет собой кольцевую оболочку или крепежный механизм, имеющий полость, очерчивающую внутреннюю поверхность или стенку 612. Обойма 606, кроме того, включает отверстие 614, смежное с концом обоймы 606, и коаксиально совмещенное с полостью, образуя отогнутый край или заплечики 616. В частности, отогнутый край 616 выступает из внутренней поверхности 612 обоймы 606 (например, перпендикулярно или под углом) в направлении продольной или центральной оси 618 обоймы 606.

Наконечник 602 запорного элемента клапана очерчивает посадочную поверхность 514 (например, криволинейную поверхность) и имеет контактную поверхность или выступ 620, смежный с посадочной поверхностью 514. Будучи соединенным с обоймой 606, наконечник 602 запорного элемента клапана расположен в полости обоймы 606 так, что посадочная поверхность 514 проходит или выступает из отверстия 614 и отклоняется от отогнутого края 616, и отогнутый край 616 взаимодействует с выступом 620 наконечника 602 запорного элемента клапана, или поддерживает его. Как показано, уплотняющая поверхность 514 наконечника 602 запорного элемента клапана выдержана по размеру относительно отверстия 614 со сравнительно плотной посадкой или допуском. В некоторых вариантах наконечник 602 запорного элемента клапана установлен с горячей посадкой, прессовой посадкой, или соединен с обоймой 606 с помощью любого другого технологического процесса.

В показанном варианте поверхность 624 отверстия 614 контактирует с поверхностью или частью 626 наконечника 602 запорного элемента клапана, смежной с выступом 620, и внутренняя поверхность 612 обоймы 606 контактирует с поверхностью 628 выступа 620 со сравнительно плотной посадкой. В итоге, когда наконечник 602 запорного элемента клапана соединен с обоймой 606, обойма 606 прилагает усилие сжатия (например, радиальное усилие сжатия) к наконечнику 602 запорного элемента клапана в направлении (например, перпендикулярном направлении) к оси 618. Кроме того, когда обойма 606 соединяет наконечник 602 запорного элемента клапана со вставкой 604, выступ 620 наконечника 602 запорного элемента клапана удерживается между вставкой 604 и обоймой 606 со сравнительно плотной посадкой или допуском, так что обойма 606 и/или вставка 604 прилагает усилие сжатия (например, осевое усилие сжатия) к наконечнику 602 запорного элемента клапана в направлении, по существу параллельном оси 618.

Обойма 606 может соединяться со вставкой 604 посредством резьбы, сварки, или любых других подходящих технологических процессов, таких как, например, варианты, раскрытые выше, в связи с фиг.3 и 4. Например, внутренняя поверхность 612 обоймы 606 и наружная поверхность 622 вставки 604 может включать резьбу для соединения с возможностью разборки обоймы 606 и наконечника 602 запорного элемента клапана со вставкой 604.

Хотя в настоящем документе раскрыты определенные устройства, объем защиты данного патента не ограничивается ими. Наоборот, данный патент охватывает все устройства, явно подпадающие под объем защиты прилагаемой формулы, буквально или согласно доктрине эквивалентов.

Изобретение относится к регулирующим клапанам, а именно к составному устройству управления потоком для применения с клапанами для текучей среды. Элемент управления потоком для клапана содержит гильзу, имеющую первый и второй концы, причем первый конец включает в себя отогнутый край. Наконечник запорного элемента клапана, расположенный в гильзе, причем указанный наконечник имеет корпус и проходящую от этого корпуса посадочную поверхность, при этом указанный корпус содержит выступ, образующий заплечики, взаимодействующие с внутренней поверхностью отогнутого края; вставку, расположенную во втором конце гильзы и взаимодействующую с наконечником запорного элемента клапана для поджимания заплечиков наконечника запорного элемента клапана к внутренней поверхности отогнутого края, причем вставка включает в себя отверстие для размещения штока клапана. Выступ имеет диаметр больше, чем диаметр отогнутого края, а диаметр отогнутого края больше, чем диаметр посадочной поверхности. Изобретение направлено на уменьшение повреждений и/или износа, вызываемого жесткими эрозийными технологическими текучими средами. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Элемент управления потоком для клапана, содержащий:

гильзу, имеющую первый и второй концы, причем первый конец включает в себя отогнутый край;

наконечник запорного элемента клапана, расположенный в гильзе, причем указанный наконечник имеет корпус и проходящую от этого корпуса посадочную поверхность, при этом указанный корпус содержит выступ, образующий заплечики, взаимодействующие с внутренней поверхностью отогнутого края; и

вставку, расположенную во втором конце гильзы и взаимодействующую с наконечником запорного элемента клапана для поджимания заплечиков наконечника запорного элемента клапана к внутренней поверхности отогнутого края, причем вставка включает в себя отверстие для размещения штока клапана,

причем выступ имеет диаметр больше, чем диаметр отогнутого края, а диаметр отогнутого края больше, чем диаметр посадочной поверхности.

2. Элемент по п. 1, в котором наконечник запорного элемента клапана имеет в составе вольфрам или керамический материал.

3. Элемент по п. 1, в котором внутренняя поверхность гильзы снабжена резьбой для приема резьбовой наружной поверхности вставки.

4. Элемент по п. 1, в котором вставка содержит проем для приема штифта, чтобы закреплять вставку с возможностью поворота относительно штока.

5. Элемент по п. 4, в котором проем по существу перпендикулярен отверстию вставки.

6. Элемент по п. 1, в котором вставка закреплена относительно гильзы сваркой рядом со вторым концом гильзы.

7. Элемент по п. 1, в котором вставка содержит отверстие для размещения инструмента, чтобы поджимать вставку к наконечнику запорного элемента клапана внутри гильзы.

8. Устройство управления потоком, содержащее:

цилиндрический корпус, содержащий кольцевой отогнутый край;

наконечник запорного элемента клапана, расположенный в цилиндрическом корпусе, причем указанный наконечник содержит цилиндрический корпус, имеющий выступ, который взаимодействует с кольцевым отогнутым краем, при этом наконечник запорного элемента клапана содержит посадочную поверхность, проходящую от цилиндрического корпуса; и

вставку, расположенную в цилиндрическом корпусе, чтобы удерживать наконечник запорного элемента клапана между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса и вставкой,

причем выступ имеет диаметр больше, чем диаметр кольцевого отогнутого края, а диаметр кольцевого отогнутого края больше, чем диаметр посадочной поверхности.

9. Устройство по п. 8, в котором вставка выполнена из первого материала, а наконечник запорного элемента клапана выполнен из второго материала, отличного от первого материала.

10. Устройство по п. 9, в котором первый материал имеет в составе нержавеющую сталь, а второй материал имеет в составе карбид вольфрама.

11. Устройство по п. 8, в котором выступ наконечника запорного элемента клапана захвачен между отогнутым краем цилиндрического корпуса и вставкой.

12. Устройство по п. 8, в котором цилиндрический корпус выполнен из нержавеющей стали.

13. Устройство по п. 8, содержащее уплотняющий сварной шов между вставкой и цилиндрическим корпусом для предотвращения поворота вставки относительно цилиндрического корпуса во время эксплуатации.

14. Устройство по п. 8, в котором наконечник запорного элемента клапана является взаимозаменяемым с другим наконечником запорного элемента клапана.

15. Устройство по п. 14, в котором указанный другой наконечник запорного элемента клапана по существу аналогичен наконечнику запорного элемента клапана.

16. Устройство управления потоком, содержащее:

механизм для управления потоком текучей среды через клапан, причем механизм для управления потоком текучей среды включает в себя вставку и наконечник запорного элемента клапана, соединенный с возможностью разборки со вставкой, и наконечник запорного элемента клапана выполнен из первого материала, а вставка выполнена из второго материала, отличного от первого материала, причем указанный наконечник имеет корпус и проходящую от этого корпуса посадочную поверхность, при этом указанный корпус содержит выступ; и

механизм для удержания наконечника запорного элемента клапана и вставки, причем механизм для удержания соединен с возможностью разборки со вставкой и содержит отогнутый край, взаимодействующий с выступом,

при этом выступ имеет диаметр больше, чем диаметр отогнутого края, а диаметр отогнутого края больше, чем диаметр посадочной поверхности.

17. Устройство по п. 16, содержащее механизм для поджимания наконечника запорного элемента клапана к вставке, когда механизм для удержания соединен со вставкой.