ДВУХСТУПЕНЧАТОЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ КЛАПАНА (ВАРИАНТЫ) И БЛОК КЛАПАНА Российский патент 2018 года по МПК F16J15/16 F16K3/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к двухступенчатому уплотнению, такому как уплотнение, используемое в клапанах для регулировки процесса.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В технологических линиях под давлением обычно требуется расположение уплотнения между первой поверхностью и второй поверхностью, выполненного с возможностью перемещения вдоль первой поверхности между двумя или большим количеством различных статических положений. В этих условиях обычно требуется соответствие уплотнения нескольким функциональным критериям. Уплотнение должно обеспечивать плотное статическое уплотнение с одной или обеими из первой и второй поверхностей, в особенности в двух различных статических положениях или большем их количестве, для предотвращения протекания технологической текучей среды между двумя поверхностями. Также требуется поддержание уплотнением динамического уплотнения с одной или большим количеством поверхностей для предотвращения протекания технологической текучей среды между двумя поверхностями во время перемещения уплотнения вдоль противоположной поверхности уплотнения. Однако обычно очень плотное взаимодействие динамического уплотнения с двумя поверхностями, приводящее к препятствованию перемещению первой и второй поверхностей вследствие избыточного трения, является нежелательным.

[0003] На фиг. 1 изображен приведенный в качестве примера клапан 10 с подвижным штоком технологической линии под давлением, содержащий уплотнение 12, образующее динамическое уплотнение и статическое уплотнение. Клапан 10 с подвижным штоком содержит корпус 14 клапана, определяющий канал 16 для потока, проходящий от впускного отверстия 18 к выпускному отверстию 20, крышку 22, прикрепленную к корпусу 14 клапана, регулятор 24 расхода, расположенный в канале 16 для потока и выполненный с возможностью открывания и/или закрывания этого канала 16 для потока, и шток 26 клапана, прикрепленный к регулятору 24 расхода и отходящий наружу через крышку 22 для оперативного соединения с приводом клапана (не показано). Регулятор 24 расхода закрывает канал 16 для потока путем уплотняющего взаимодействия с клапанным седлом 28, окружающим канал 16 для потока в закрытом положении. Регулятор 24 расхода отрывает канал 16 для потока путем перемещения по направлению от клапанного седла 28 в открытое положение. Шток 26 клапана совершает перемещение по направлению вверх и вниз, т.е. совершает линейное возвратно-поступательное перемещение, для перемещения регулятора 24 расхода с обеспечением его входа в уплотняющее взаимодействие с клапанным седлом 28 и выхода из него. Клетка 30, выполненная в форме трубчатого, например цилиндрического, элемента, окружает регулятор 24 расхода для удержания этого регулятора 24 расхода в выравнивании с уплотнением 28. Регулятор 24 расхода выполнен в таком размере, чтобы помещаться внутри клетки 30 таким образом, чтобы наружная периферическая поверхность (например, наружный диаметр) регулятора 24 расхода была незначительно меньше внутренней периферической поверхности (например, внутреннего диаметра) клетки 30, например, с образованием зазора между ними, например, составляющего меньше чем нескольких сотых дюйма или меньшей чем несколько десятых миллиметра.

[0004] Уплотнение 12 выполнено с возможностью поддержания гидравлического уплотнения в зазоре между регулятором 24 расхода и клеткой 30. В предыдущем уровне техники обычно уплотнение 12 являлось кольцевым уплотнением, таким как О-образное кольцевое уплотнение, образованное из упругого уплотняющего материала, такого как резина или подобный материал, и с круглым или прямоугольным профилем поперечного сечения. О-образное кольцевое уплотнение 12 расположено в направляющей фаске 32, образующей канавку в наружной периферической поверхности регулятора 24 расхода. Уплотнение 12 находится в уплотняющем взаимодействии с наружной периферической поверхностью регулятора 24 расхода внутри направляющей фаски 32 и внутренней периферической поверхностью клетки 30.

[0005] Однако О-образное кольцевое уплотнение 12 обеспечивает только один уплотняющий механизм, т.е., крайняя наружная и крайняя внутренняя диаметрические поверхности О-образного кольцевого уплотнения, для обеспечения статического уплотнения и динамического уплотнения. Следовательно, уплотнение 12 О-образного кольцевого типа ограничено в возможности обеспечения плотного статического уплотнения между регулятором 24 расхода и клеткой 30 без образования излишних сил трения при образовании динамического уплотнения, которые могут негативно воздействовать или препятствовать перемещению регулятора 24 расхода между открытым и закрытым положениями внутри клетки 32.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В соответствии с некоторыми аспектами двухступенчатое уплотнение, такое как кольцевое уплотнение для использования в технологической линии под давлением, например, клапан для регулирования процесса, содержит динамическое уплотнение и статическое уплотнение, предпочтительно выполненные с возможностью образования динамического уплотнения и статического уплотнения, соответственно, по меньшей мере частично независимо друг от друга.

[0007] В одной приведенной в качестве примера конфигурации раскрыто двухступенчатое уплотнение для образования поперечного статического уплотнения и поперечного динамического уплотнения вдоль поверхности взаимодействия при перемещении, расположенной между первой уплотняющей поверхностью и второй уплотняющей поверхностью в технологической линии под давлением. Уплотнение содержит корпус, определяющий динамический уплотнительный элемент и статический уплотнительный элемент. Каждый из динамического уплотнительного элемента и статического уплотнительного элемента выполнен с возможностью уплотняющего взаимодействия с первой уплотняющей поверхностью. Первая поверхность выполнена с возможностью смещения относительно корпуса. Пружинный элемент размещен в корпусе. Динамический уплотнительный элемент выполнен с возможностью образования динамического уплотнения с первой уплотняющей поверхностью. Статический уплотнительный элемент выполнен с возможностью образования статического уплотнения с первой уплотняющей поверхностью в ответ на увеличенное давление в технологической линии под давлением и с возможностью устранения этого статического уплотнения. Динамический уплотнительный элемент функционирует по существу независимо от статического уплотнительного элемента.

[0008] В соответствии с еще одной приведенной в качестве примера конфигурацией двухступенчатое уплотнение содержит профиль, проходящий вдоль продольной оси. Профиль содержит корпус и поперечный пружинный элемент. Корпус определяет основание, отходящее поперечно от первого конца ко второму концу, первую стенку уплотнения, проходящую по направлению вверх от первого конца основания, вторую стенку уплотнения, отходящую по направлению вверх от второго конца основания, и первое очищающее уплотнение, отходящее поперечно по направлению наружу от первого конца основания. Основание и первая и вторая стенки уплотнения определяют канавку напротив первого очищающего уплотнения, причем поперечный пружинный элемент размещен в основании. Поперечный пружинный элемент содержит второй профиль, проходящий от первого конца ко второму концу основания. Основание и поперечный пружинный элемент толкают очищающее уплотнение в поперечном направлении наружу к местоположению статического уплотнения в ответ на увеличенное давление внутри канавки. Поперечный пружинный элемент толкает очищающее уплотнение в поперечном направлении внутрь от местоположения статического уплотнения.

[0009] В соответствии с другим приведенным в качестве примера аспектом раскрыт блок клапана для технологической линии под давлением. Клапан содержит корпус клапана, определяющий канал для потока, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию, регулятор расхода, расположенный в канале для потока и выполненный с возможностью смещения относительно неподвижной поверхности вдоль канала для потока для открывания и закрывания этого канала для потока, и двухступенчатое уплотнение. Двухступенчатое уплотнение содержит корпус уплотнения и пружинный элемент. Корпус уплотнения выполнен с возможностью образования динамического уплотнения и статического уплотнения по поверхности взаимодействия между регулятором расхода и неподвижной поверхностью. Корпус уплотнения выполнен с возможностью взаимодействия со статическим уплотнением в ответ на скачок давления в канале для потока. Пружинный элемент выполнен с возможностью выхода из взаимодействия со статическим уплотнением. Уплотнение предпочтительно выполнено в форме кольцевого уплотнения, такого как круглое уплотнение, овальное уплотнение или многоугольное уплотнение.

[0010] В соответствии с раскрытием настоящего изобретения любой один или большее количество ранее описанных аспектов и/или приведенных в качестве примера аспектов двухступенчатого уплотнения и/или блока клапана может также включать любую одну или большее количество следующих необязательных форм.

[0011] В некоторых необязательных формах корпус уплотнения содержит профиль, содержащий основание, первую стенку уплотнения, проходящую от основания в первом направлении и определяющую динамический уплотнительный элемент, канавку, примыкающую к основанию и к первой стенке уплотнения, и/или очищающее уплотнение, отходящее в поперечном направлении от основания во втором направлении и определяющее статическое уплотнение. Предпочтительно, увеличенное давление текучей среды в канавке приводит к поперечному смещению очищающего уплотнения во втором направлении. Профиль проходит вдоль продольной оси, которая предпочтительно изогнута в форме кольца.

[0012] В некоторых необязательных формах корпус определяет основание, проходящее в поперечном направлении от первого конца ко второму концу, первую стенку уплотнения, отходящую по направлению вверх от первого конца основания, вторую стенку уплотнения, отходящую по направлению вверх от второго конца основания, первое очищающее уплотнение, отходящее в поперечном направлении наружу от первого конца основания, причем основание и первая и вторая стенки уплотнения определяют канавку напротив первого очищающего уплотнения.

[0013] В некоторых необязательных формах основание изогнуто по направлению наружу от канавки. Основание может смещать очищающее уплотнение в поперечном втором направлении в ответ на увеличенное давление.

[0014] В некоторых необязательных формах пружинный элемент размещен в основании. Пружинный элемент может быть выполнен с возможностью поперечного толкания очищающего уплотнения в третьем направлении, противоположном второму направлению. Пружинный элемент может образовывать арку в поперечном направлении по основанию. Арка может быть выгнутой по направлению к канавке. Пружинный элемент может быть расположен в пределах основания. Поперечный пружинный элемент может иметь аркообразный профиль с выгнутой стороной, обращенной вверх по направлению к канавке. Пружинный элемент может содержать шарнирную часть вдоль профиля.

[0015] В некоторых необязательных формах очищающее уплотнение смещено по направлению вниз от основания.

[0016] В некоторых необязательных формах корпус двухступенчатого уплотнения содержит первый опорный рельс, выступающий по направлению вниз от основания, и второй опорный рельс, выступающий по направлению вниз от основания. Основание и первый и второй опорные рельсы определяют полость. Нижняя стенка может ограничивать полость. Нижняя стенка может проходить от первого опорного рельса ко второму опорному рельсу. Нижняя стенка может образовывать уплотнение полости. Пена может быть расположена внутри полости.

[0017] В некоторых необязательных формах поперечный пружинный элемент проходит непрерывно вдоль продольной оси корпуса двухступенчатого уплотнения.

[0018] В некоторых необязательных формах корпус образован из первого материала, а поперечный пружинный элемент образован из второго материала. Второй материал может быть жестче, чем первый материал.

[0019] В некоторых необязательных формах основание уплотнения содержит первый конец и второй конец и проходит в поперечном направлении через поверхность взаимодействия между регулятором расхода и неподвижной поверхностью. Первая стенка уплотнения может отходить от основания и образовывать динамическое уплотнение. Первое очищающее уплотнение может отходить в поперечном направлении наружу от основания и предпочтительно может быть выполнено с возможностью образования статического уплотнения. Канавка может примыкать к основанию и первой стенке уплотнения. Пружинный элемент может проходить в поперечном направлении от первого конца ко второму концу основания. Основание и пружинный элемент предпочтительно толкают очищающее уплотнение в поперечном направлении наружу к местоположению статического уплотнения между регулятором расхода и неподвижной поверхностью в ответ на увеличенное давление внутри канавки. Поперечный пружинный элемент предпочтительно толкает очищающее уплотнение в поперечном направлении внутрь от местоположения статического уплотнения. Неподвижная поверхность может быть образована клеткой. Регулятор расхода может содержать направляющую фаску. Двухступенчатое уплотнение может быть расположено внутри направляющей фаски.

[0020] В некоторых необязательных формах блок клапана является клапаном с подвижным штоком.

[0021] Раскрыты дополнительные необязательные аспекты, конфигурации и характерные особенности, которые могут быть расположены любым функционально подходящим способом, отдельно или в любой функционально подходящем сочетании, соответствующем раскрытию изобретения. Другие аспекты и преимущества будут понятны после ознакомления со следующим подробным описанием.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0022] На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении клапана с подвижным штоком для линии управления процессом под давлением с кольцевым уплотнением в соответствии с предыдущим уровнем техники,

[0023] На фиг. 2 показан изометрический вид частичного разреза двухступенчатого уплотнения в соответствии с раскрытием настоящего изобретения,

[0024] На фиг. 3 показан схематический вид в поперечном сечении, изображающий блокирующее действие уплотнения по фиг. 2,

[0025] На фиг. 4 показан подробный вид в поперечном сечении уплотнения по фиг. 2, расположенного в направляющей фаске клапана с подвижным штоком по фиг. 1,

[0026] На фиг. 5 показан подробный вид в увеличенном масштабе в поперечном сечении уплотнения по фиг. 2, изображающий разблокирующее действие уплотнения, и

[0027] На фиг. 6 показан подробный вид в поперечном сечении двухступенчатого уплотнения в соответствии с еще одним аспектом настоящей заявки, расположенного в направляющей фаске клапана с подвижным штоком по фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Со ссылкой на чертежи, на фиг. 2 изображено двухступенчатое уплотнение 50, примером иллюстрирующее конкретные аспекты в соответствии по меньшей мере с некоторыми принципами настоящего описания. Уплотнение 50 выполнено с возможностью образования динамического уплотнения в качестве первой ступени и выполненного с возможностью устранения статического уплотнения в качестве другой ступени по отношению к примыкающей уплотняющей поверхности, выполненной с возможностью перемещения, например возвратно-поступательного перемещения с примыканием к уплотнению по вертикали. (Все обстоятельства места, такие как «вверх», «вниз», «влево», «вправо» и т.д. использованы со ссылкой на чертежи исключительно для простоты ссылки и описания, и не ограничивают настоящее описание). Уплотнение 50 содержит профиль с продолговатым поперечным сечением, проходящий вдоль продольной оси 52. Продольная ось может быть прямой или изогнутой или состоять из сегментов. В приведенной в качестве примера конфигурации, изображенной на фиг. 2, уплотнение 50 имеет круглую продольную ось 52, образующую круглое кольцо, в результате чего уплотнение 50 образует кольцевое уплотнение. В других конфигурациях продольная ось может быть, например, овальной, прямой, криволинейной или многоугольной.

[0029] Уплотнение содержит наружную оболочку или корпус 54, содержащий один или большее количество динамических уплотнительных элементов, выполненных с возможностью образования динамического уплотнения, один или большее количество статических уплотнительных элементов, выполненных с возможностью образования статического уплотнения, и поперечный пружинный элемент 56 для упругого управления поперечным расширением и/или сокращением статических уплотнительных элементов. Корпус 54 изготовлен из упругого уплотняющего материала, подходящего для образования гидравлического уплотнения или газоуплотнения с примыкающей деталью, такой как регулятор расхода клапана, корпус клапана, клетка, поршень и/или стенка цилиндра. Уплотняющий материал может, например, содержат неопрен, силиконовый каучук, каучук и/или пластик. Пружинистый элемент 56 изготовлен из пружинящего материала, характеризующегося гибкостью и упругостью, который предпочтительно жестче, чем материал, образующий корпус. Пружинящий материал может, например, содержать упругий метал, такой как сталь или нержавеющую сталь, другие упругие металлы и металлические сплавы, упругий термопластик или любой другой материал, характеризующийся гибкостью и упругостью для функционирования в качестве поперечного пружинного элемента в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0030] Корпус содержит основание 60, первую стенку 62 уплотнения, отходящую от первого бокового конца основания, вторую стенку 64 уплотнения, отходящую от второй бокового конца основания, первое очищающее уплотнение 66, расположенное вдоль первого бокового конца основания 60, второе очищающее уплотнение 68, расположенное вдоль второго бокового конца основания. Стенки 62, 64 уплотнения образуют динамические уплотнительные элементы, а очищающие уплотнения 64, 66 образуют динамические уплотнительные элементы. Основание 60 проходит в поперечном направлении между боковыми концами предпочтительно в поперечной плоскости. Каждая из первой и второй стенок 62, 66 уплотнения выступает по направлению вверх от верхней поверхности основания 60, и они вместе определяют канавку 70 с открытым устьем, проходящим вдоль продольной оси 52. Первая и вторая стенки 62, 64 уплотнения расположены на противоположных сторонах канавки 68, а основание 60 проходит по нижнему участку канавки 68, противоположному относительно устья. Первое и второе очищающие уплотнения 66, 68 расположены ниже боковых концов основания 60, например, посредством смещения ниже боковых концов и/или посредством наличия основания 60, выполненного в форме арки, выгнутой по направлению вверх к канавке 70, таким образом, что увеличенное давление в канавке 68, воздействующее на основание 60 по направлению вниз, обеспечивает смещение очищающих уплотнений 66, 68, например, путем изгиба или скручивания, в поперечном направлении наружу. Каждое очищающее уплотнение 66, 68 предпочтительно образовано в форме ребра, выступающего в поперечном направлении наружу от корпуса 54, и может содержать закругленный профиль или может содержать наклоненный дальний край, 69, изображенный в качестве примера на фиг. 3.

[0031] Поперечный пружинный элемент 56 проходит в поперечном направлении через основание 60 и выполнен с возможностью упругого возврата очищающего уплотнения 66, 68 в поперечном направлении внутрь к несогнутому положению. Предпочтительно поперечный пружинный элемент 56 окружен основанием 60 и очищающими уплотнениями 66, 68. Поперечный пружинный элемент 56 имеет первый конец, расположенный в первом очищающем уплотнении 66 или вдоль него, второй конец, расположенный во втором очищающем уплотнении 68 или вдоль него, и образует арку, выгнуто обращенную вверх по направлению к канавке 70. Альтернативно, поперечный пружинный элемент 56 может быть закреплен к наружной поверхности корпуса 54, и/или некоторые участки поперечного пружинного элемента 56 могут быть находиться в корпусу 54, а другие участки поперечного пружинного элемента 56 могут находиться снаружи корпуса 54. Арка может быть образована из множества линейных сегментов, таких как сегменты 56а, 56b, 56с, как показано в качестве примера на фиг. 2-4, и/или из одного или большего количества изогнутых сегментов. Шарниры, такие как шарниры 56d и 56е могут быть использованы для соединения сегментов арки. Первый шарнир 56d соединяет сегменты 56а и 56b, а вторая шарнир 56е соединяет сегменты 56b и 56с. В предпочтительной конфигурации поперечный пружинный элемент 56 является непрерывным элементом, проходящим по всей длине корпуса 54 вдоль продольной оси 52. В случае, если уплотнение 50 образует кольцевое уплотнение, поперечный пружинный элемент 56 может быть цельной, например, штампованной пружинной сталью, образующей в общем планарное кольцо. Шарниры 56d и 56е могут быть образованы в качестве упругих шарниров, образованных в пружинный элемент 56. Альтернативно, как показано, например, на фиг. 6, арка поперечного пружинного элемента 56 может являться непрерывным изогнутым участком, таким как арка круга или овала, проходящая от первого очищающего уплотнения 66 ко второму очищающему уплотнению 68 и образующая кольцо, обращенное вверх по направлению к канавке 70. В этой конфигурации поперечный пружинный элемент 56 содержит один аркообразный участок, а поперечный пружинный элемент 56 не содержит шарнирных участков. Однако в других конфигурациях шарнирные участки могут содержаться вдоль непрерывного изогнутого участка. Необязательно поперечный пружинный элемент 56 может содержать один или большее количество увеличенных участков для предотвращения скольжения поперечного пружинного элемента 56 относительно корпуса 54, например, заплечиков 56f, 56g, расположенных вдоль боковых концов и/или поперечного пружинного элемента 56.

[0032] Как показано схематически на фиг. 3, при толкании давлением F2 текучей среды основания 60 по направлению вниз в планарное или линейное выравнивание с очищающими уплотнениями 66, 68, обеспечивается смещение очищающих уплотнений 66, 68 в поперечном направлении наружу путем сгибания основания 60 и поперечного пружинного элемента 56. В открытом положении основание 60 и поперечный пружинный элемент 56 находятся в несогнутом положении с очищающими уплотнениями 66, 68, убранными в поперечном направлении внутрь и предпочтительно выровненными в поперечном направлении (например, по вертикали) с крайней наружной поверхностью соответствующих стенок 62, 64 уплотнения или смещенными в поперечном направлении внутрь от крайней наружной поверхности соответствующих стенок 62, 64 уплотнения. Увеличенное давление F2 текучей среды в канавке 70 обеспечивает сгибание основания 60 и поперечного пружинного элемента 56 по направлению вниз от канавки 70, сперва в промежуточное положение или положение «отсечки», а затем в «заблокированное» положение. В промежуточном положении обеспечивается выпрямление основания 60 и поперечного пружинного элемента 56, например, при выравнивании очищающих уплотнений 66, 68, основания 60 и поперечного пружинного элемента 56, например, в целом по горизонтали или в поперечной плоскости. В промежуточном положении обеспечивается смещение очищающих уплотнений 66, 68 на максимальное расстояние в поперечном направлении наружу для образования плотного статического уплотнения. В заблокированном положении центральный участок арки поперечный пружинный элемент 56 согнут по направлению вниз за пределы линейного выравнивания с концами поперечного пружинного элемента, т.е. в положении за центром, а поперечный пружинный элемент 56 блокирует (по меньшей мере в некоторой степени) очищающие уплотнения 66 и 68 в смещенную в поперечном направлении наружу конфигурацию посредством деформации арки за центром. Очищающие уплотнения 66, 68 могут быть «разблокированы» для убирания назад в поперечном направлении внутрь в одной конфигурации посредством применения моментной производящей силы для сгибания поперечного пружинного элемента 56 и основания 60 назад в несогнутое, аркообразное положение, например, противодействующих вращательных сил F5, воздействующих на любое из очищающих уплотнений 66, 68 или их оба.

[0033] Также со ссылкой на фиг. 2, углубления, такие как канавки 76, 78, необязательно расположены между одной или обеими стенками 62, 64 уплотнения и соответствующими примыкающими очищающими уплотнениями 66, 68. Например, каждая из стенок 62, 64 уплотнения может иметь выгнутую наружную поверхность, например, образованную изогнутой стенкой, как показано на фигуре, образующую канавки 76, 78, примыкающие к очищающим уплотнениям 66, 68. Такие углубления в некоторых конфигурациях могут иметь множество преимуществ, включая, например, уменьшение сопротивления трения одного или большего количества динамических уплотнений, образованных стенками 62, 64 уплотнения, и/или обеспечение возможности более простого скручивания или поворота очищающих уплотнений 66, 68 и смещения по направлению наружу, когда эти очищающие уплотнения 66, 68 смещаются к промежуточному и/или заблокированному положениям.

[0034] Первый и второй опорные рельсы 72, 74 необязательно расположены вдоль нижней поверхности основания 60. Опорные рельсы 72, 74 предпочтительно определяют полость 76 вдоль нижней поверхности основания 60, что обеспечивает возможность сгибания основания 60 по направлению вниз в ответ на увеличенное давление F2 текучей среды внутри канавки 70. Каждый из опорных рельсов 72, 74 выступает по направлению вниз от основания 60. Первый опорный рельс 72 проходит вдоль первого бокового конца основания 60, а второй опорный рельс 74 проходит вдоль второго бокового конца основания 60. Первый опорный рельс 72 выровнен с первой стенкой 62 уплотнения. Второй опорный рельс 74 выровнен со второй стенкой 64 уплотнения. Каждый из опорных рельсов 72, 74 может проходить непрерывно без прерывания по длине основания 60. Альтернативно, любой из опорных рельсов 72, 74 или оба из них может быть прерывистым, например, содержать один или большее количество прерываний или зазоров (не показано) вдоль продольной длины, например, что приводит к уменьшению или предотвращению любого накопления излишнего давления или вакуума внутри полости 76.

[0035] Первая стенка 62 уплотнения выполнена с возможностью уплотняющего взаимодействия в поперечном направлении наружу (т.е., от канавки 70) с первой уплотняющей поверхностью, примыкающей к первому концу основания 60. Вторая стенка 64 уплотнения предпочтительно также выполнена с возможностью уплотняющего взаимодействия в поперечном направлении наружу со второй уплотняющей поверхностью, примыкающей ко второму концу основания 60. Предпочтительно первая и вторая стенки 62, 64 уплотнения выполнены с возможностью упругого сгибания в поперечном направлении внутрь (т.е., по направлению к канавке 70) в ответ на давление от примыкающей уплотняющей поверхности для образования одного или большего количества динамических уплотнений с примыкающими уплотняющими поверхностями, например, посредством свободного свисания с основания 60 в канавку 70 с верхними или дальними краями расположенными на противоположных сторонах устья. Первая и вторая стенки 62, 64 уплотнения также предпочтительно выполнены с возможностью упругого сгибания в поперечном направлении наружу в ответ на увеличенное давление текучей среды внутри канавки 70. Одна из первой и второй стенок 62, 64 уплотнения или обе из них могут быть выполнены с возможностью образования одной линии уплотнения с соответствующей примыкающей уплотняющей поверхностью, которая меньшей длины стенки уплотнения, например, посредством содержания изогнутой выгнутой наружной поверхности, как показано на фигурах, и/или одного или большего количества горизонтальных ребер (не показано) вдоль наружной поверхности стенки уплотнения.

[0036] Со ссылкой на фиг. 4, уплотнение 50 изображено функционально установленным в направляющей фаске 32 регулятора 24 расхода клапана 10 с подвижным штоком по фиг. 1. Все участки клапана 10 (за исключением уплотнения 12) по существу одинаковы с изображенными и описанными со ссылкой на фиг. 1 и не повторяются здесь. Однако следует понимать, что уплотнение 50 может быть использовано в других типах клапанов или других механизмов, содержащих поверхность взаимодействия, требующую динамического уплотнения и/или статического уплотнения. Также уплотнение 50 может быть расположено на других деталях клапана. Например, уплотнение 50 в других конфигурациях может быть расположено в направляющей фаске, расположенной в клетке 30, или уплотнение 50 может быть использовано для образования уплотнения на поверхности взаимодействия непосредственно между регулятором 24 расхода и корпусом 14, и/или крышкой 22, и т.д. Несмотря на то, что изображенные на фигурах примеры относятся к клапанам с подвижным штоком, следует понимать, что в некоторых конфигурациях уплотнение 50 может быть приспособлено для использования с поворотным клапаном.

[0037] Стенка 64 уплотнения образует динамическое уплотнение с примыкающей поверхностью клетки 30. Предпочтительно, стенка 62 уплотнения также образует уплотнение с внутренней периферийной стенкой 80 направляющей фаски 32. Динамическое уплотнение и уплотнение с внутренней периферической стенкой предпочтительно являются линейными уплотнениями, такими как образованные вдоль поперечных крайних наружных участков наружных выгнутых поверхностей стенок 62 и 64 уплотнения, однако в других конфигурациях эти уплотнения могут быть образованы краями вдоль наружных поверхностей стенок уплотнения, или стенки уплотнения могут иметь плоские поверхности для образования более длинной уплотняющей поверхности взаимодействия, или уплотнения поверхности. Стенка 64 уплотнения образует уплотнение с клеткой 30 посредством поперечной силы F3. Предпочтительно поперечной силы F3 достаточно для обеспечения требуемого гидравлического уплотнения с клеткой 30 без образования чрезмерного или избыточного трения, замедляющего или затрудняющего перемещение клетки 30 относительно регулятора 24 расхода.

[0038] Первое и второе очищающие уплотнения 66, 68 образуют один или большее количество выполненных с возможностью устранения статических уплотнений с соответствующей внутренней периферической стенкой 80 и клеткой 30 в ответ на увеличение в давлении в канавке 70, например, во время отсечки клапана 10. Например, при быстром перемещении клапана в линии текучей среды под давлением от открытого положения к закрытому положению, обычно резкое увеличение обратного давления технологической текучей среды, известное как «хаммер» или «скачок энергии потока», или просто «скачок давления», временно образуется в линии текучей среды со стороны клапана ранее по технологической цепочке. Величина скачка давления в технологической текучей среде может зависеть от различных переменных, таких как скорость отсечки клапана, расход через клапан, стационарное давление в линии и т.д., известных в данной области техники. В конфигурации, изображенной на фиг. 4 первое и второе очищающие уплотнения 66, 68 предпочтительно расположены на расстоянии от примыкающих поверхностей периферической стенки 80 и клетки 30, или незначительно взаимодействуют с примыкающими поверхностями в открытом несогнутом положении для сведения к минимуму сил трения с ними во время перемещения регулятора 24 расхода. Однако при возникновении скачка давления в технологической текучей среде ранее клапана по технологической цепочке, например, при резком закрывании регулятора 24 расхода, скачок давления приводит к увеличению сил F2 давления текучей среды внутри канавки 70 для сгибания основания 60 и поперечного пружинного элемента 56 вниз по направлению к положению отсечки и предпочтительно к заблокированному положению, как описано ранее. В положении отсечки и заблокированном положении очищающие уплотнения 66 и 68 более плотно взаимодействуют с примыкающими уплотняющими поверхностями для образования более плотного статического уплотнения с ними, чем образованное только стенками 62, 64 уплотнения. Предпочтительно очищающее уплотнение 68 выполнено с возможностью сгибания в поперечном направлении наружу для образования выполненного с возможностью устранения статического уплотнения с примыкающей уплотняющей поверхностью клетки 30 посредством силы F4 статического уплотнения, а очищающее уплотнение 66 выполнено с возможностью сгибания в поперечном направлении наружу для образования выполненного с возможностью устранения статического уплотнения с примыкающей уплотняющей поверхностью внутренней периферической стенки 80. Таким образом, очищающие уплотнения 66, 68 образуют одно, два или большее количество выполненных с возможностью устранения статических уплотнений предпочтительно только в ответ на скачок давления, для предотвращения утечки, которая могла бы в противном случае преодолеть динамические уплотнения, образованные стенками 62, 64 уплотнения. Кроме того, очищающие уплотнения 66, 68 могут быть заблокированы в заблокированном положении для поддержания более плотного статического уплотнения до выведения поперечного пружинного элемента 56 из заблокированного положения.

[0039] Увеличенное давление внутри канавки 70 в результате скачка давления в технологической текучей среде может также увеличивать поперечное уплотняющее давление F1, воздействующее на стенку 64 уплотнения и/или стенку 62 уплотнения, и увеличивать давление F3 динамическое уплотнение, воздействующее на соответствующие примыкающие уплотняющие поверхности клетки 30 и/или внутреннюю периферическую стенку 80. Следовательно, первая и вторая стенки 62, 64 уплотнения предпочтительно выполнены с возможностью сгибания или изгиба в поперечном направлении наружу от продольной оси 52 в ответ на увеличение в давлении текучей среды внутри канавки 70. Однако стенки 62 и 64 уплотнения не содержат блокирующего механизма для поддержания увеличенного уплотняющего давления, а давление F3 динамического уплотнение может уменьшаться после уменьшения скачка давления технологической текучей среды.

[0040] В одной конфигурации, изображенной диаметрально на фиг. 5, очищающие уплотнения 66 и/или 68 могут быть разблокированы перемещением регулятора 24 расхода назад к открытому положению. Трение клетки 30 с очищающим уплотнением 68 образует моментную силу F5 на очищающее уплотнение 68 и обеспечивает поворот поперечного пружинного элемента 56 и основания 60 по часовой стрелке для возвращения основания 60 и к несогнутому открытому положению, как описано ранее. В этой конфигурации поперечный пружинный элемент 56 может частично способствовать преодолению любого втягивания или вакуума, образованного в полости 76, таким образом устраняя или по существу уменьшая любое увеличение в силе открывания, требуемой для разблокирования статических уплотнений, образованных очищающими уплотнениями 66, 68. При возвращении основания 60 и поперечного пружинного элемента 56 к несогнутому открытому положению, обеспечивается убирание очищающих уплотнений 66, 68 или по меньшей мере по существу уменьшение давления F4 статического уплотнения, воздействующее на примыкающие уплотняющие поверхности, что обеспечивает устранением статического уплотнения и снова обеспечивает минимизацию сопротивления трения перемещению регулятора 24 расхода во время открывающего перемещения клапана 10.

[0041] Со ссылкой на фиг. 6, изображено еще одно двухступенчатое уплотнение 150 в соответствии с одним или большим количеством принципов настоящего изобретения. Уплотнение 150 в целом подобно уплотнению 50 с подробно описанными далее исключениями, и уплотнение 150 изображено в функциональном положении в клапане 10, подобно положению, изображенному на фиг. 4. Соответствующие конструкции на уплотнении 150 обозначены одинаковыми с уплотнением 50 цифровыми обозначениями, и такие конструкции не будут снова подробно описаны, а читателю предоставляется ссылка на предшествующее описание.

[0042] В отличие от уплотнения 50, полость 76 уплотнения 150 закрыта. Корпус 54 содержит нижнюю стенку 82, проходящую в поперечном направлении от опорного рельса 72 до опорного рельса 74 и закрывает полость 76. Предпочтительно основание 60, нижняя стенка 82 и опорные рельсы 72 и 74 окружают и уплотняют полость 76. Нижняя стенка 82 может иметь плоскую нижнюю поверхность 84 для взаимодействия с нижней стенкой направляющей фаски 32. В конфигурации кольцевого уплотнения нижняя стенка 82, основание 60 и опорные элементы 72 и 74 могут непрерывно проходить по всей длине продольной оси 52. В других конфигурациях полость 76 может быть не уплотнена, например, в результате наличия одного или большего количества отверстий (не показано), проходящих через корпус 54 внутрь полости 76. Полость 76 может быть частично или полностью наполнена наполнителем 86, таким как пена, или может быть по существу пустой. В эксплуатации уплотнение 150 функционирует по существу в соответствии с предшествующим описанием. Добавление нижней стенки 82 в некоторых конфигурациях может предотвращать или уменьшать образование вакуума в полости 76, который в противном случае мог бы препятствовать или замедлять устранение выполненных с возможностью устранения статических уплотнений, образованных очищающими уплотнениями 66 и 68.

[0043] Хотя профиль каждого из уплотнений 50 и 150 по существу симметричный по вертикальной центральной линии через продольную ось 52, симметричность уплотнений не обязательна. В других конфигурациях уплотнение в соответствии с принципами настоящего изобретения могут образовывать динамическое уплотнение с только одной из стенок 62 или 64 уплотнения, и/или могут образовывать выполненное с возможностью устранения статическое уплотнение с только одним из очищающих уплотнений 66 или 68. Например, только стенка 64 уплотнения и очищающее уплотнение 68 могут быть образованы вдоль правой стороны корпуса 54 для взаимодействия с подвижной уплотняющей поверхностью, такой как стенка клетки или заглушка клапана, а левая сторона корпуса может образовывать простую стенку, такую как с плоской в поперечном направлении наружной поверхностью, для взаимодействия с поверхностью статического уплотнения, такой как внутренняя поверхность приемной канавки.

[0044] Уплотнения 50, 150, изображенные и описанные в настоящем описании, в некоторых конфигурациях функционируют для образования динамического уплотнения с минимальными потерями на трение при перемещении или смещении противоположных поверхностей мимо друг друга, например при открывании или закрывании регулятора 24 расхода внутри клапана 10. Уплотнения 50, 150 в некоторых конфигурациях также образуют блокирующее статическое уплотнение с увеличенным уплотняющим давлением при нахождении противоположных поверхностей в статическом состоянии, например, после закрывания регулятора 24 расхода для остановки потока технологической текучей среды и/или открывания клапана 10 для обеспечения возможности наличия потока технологической текучей среды. Преимущественно выполненное с возможностью устранения статическое уплотнение не взаимодействует или взаимодействует с меньшей силой во время перемещения противоположных поверхностей относительно друг друга, таким образом сводя к минимуму потенциально нежелательные потери на трение, однако взаимодействует или взаимодействует с большей силой в ответ на скачок давления технологического потока для предотвращения нарушения скачком давления уплотнения при отсутствии перемещения противоположных поверхностей относительно друг друга. В некоторых предпочтительных конфигурациях функциональные возможности динамического уплотнения и статического уплотнения не зависят друг от друга и совмещены в одно уплотнение, такое как уплотнения 50 или 150. Следовательно, уплотнения 50 или 150 могут образовывать улучшенную альтернативу известным двухступенчатым конфигурациям уплотнения процесса. Уплотнения 50 или 150 могут образовывать улучшенное давление статического уплотнения без добавления существенного трения к давлению динамического уплотнения.

[0045] Каждая из необязательных конфигураций, описанных в настоящем описании, может быть выполнена в любом наборе сочетаний или изменений, достаточном для образования любого сочетания одной или большего количества функциональных возможностей, предложенных настоящим описанием. Кроме этого следует понимать, что каждая из характерных особенностей, раскрытая относительно каждой приведенной в качестве примера конфигурации, может быть сочетаема в любом функциональном сочетании для образования любого полезного сочетания функциональных возможностей, понятного специалисту в данной области техники.

[0046] Двухступенчатое уплотнение и клапан, содержащий двухступенчатое уплотнение, в котором использован один или большее количество различных аспектов, конфигураций и/или вариантов, раскрытых в настоящем описании, является предпочтительным во множестве различных применений управления процессом, некоторые примеры которых содержат конфигурацию технологического трубопровода, например, в НПЗ химического профиля, трубопровод химической обработки и химические заводы, водопровод, паропровод и т.д. Однако уплотнение и клапан, описанные в настоящем описании, не ограничены конкретным технологическим использованием и могут быть использованы любым требуемым способом или в любом требуемом применении.

[0047] Многочисленные модификации уплотнения и/или клапана, раскрытые в настоящем описании, будут понятны специалистам в данной области техники в контексте предшествующего описания. Соответственно, это описание приведено исключительно в качестве примера с целью предоставления возможности использования настоящего изобретения специалистам в данной области техники, и для описания предпочтительного варианта его реализации. Исключительные права на все модификации в пределах объема настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения защищены.

Изобретение относится к двухступенчатым уплотнениям для использования в линии технологической текучей среды под давлением. Устройство содержит элемент динамического уплотнения (62, 64) и элемент статического уплотнения (66, 68). Элемент динамического уплотнения выполнен с возможностью непрерывного уплотняющего взаимодействия с поверхностью уплотнения, выполненной с возможностью перемещения вдоль элемента динамического уплотнения. Элемент статического уплотнения выполнен с возможностью уплотняющего взаимодействия с поверхностью уплотнения в ответ на увеличенное давление технологической текучей среды внутри линии технологической текучей среды для увеличения давления статического уплотнения, воздействующего на поверхность уплотнения. Элемент статического уплотнения также выполнен с возможностью устранения по отношению к поверхности уплотнения для сведения к минимуму трения с поверхностью уплотнения при уменьшении давления технологической текучей среды и/или в ответ на перемещение поверхности уплотнения. Двухступенчатое уплотнение может быть использовано в конфигурациях, требующих динамического уплотнения и статического уплотнения, например в клапанах управления процессом. Раскрыт клапан управления процессом, содержащий указанное двухступенчатое уплотнение. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Двухступенчатое уплотнение для образования поперечного статического уплотнения и поперечного динамического уплотнения вдоль поверхности взаимодействия при перемещении, расположенной между первой уплотняющей поверхностью и второй уплотняющей поверхностью в технологической линии под давлением, содержащее:

корпус, определяющий динамический уплотнительный элемент и статический уплотнительный элемент, каждый из которых выполнен с возможностью взаимодействия с обеспечением уплотнения с первой уплотняющей поверхностью, выполненной с возможностью смещения относительно корпуса, и

пружинный элемент, размещенный в корпусе,

причем динамический уплотнительный элемент выполнен с возможностью образования динамического уплотнения с первой уплотняющей поверхностью,

статический уплотнительный элемент выполнен с возможностью образования статического уплотнения с первой уплотняющей поверхностью в ответ на увеличенное давление в технологической линии под давлением и с возможностью устранения указанного статического уплотнения, а

динамический уплотнительный элемент функционирует по существу независимо от статического уплотнительного элемента.

2. Двухступенчатое уплотнение по п. 1, в котором корпус содержит профиль, содержащий:

основание,

первую стенку уплотнения, отходящую от основания в первом направлении и определяющую динамический уплотнительный элемент,

канавку, примыкающую к основанию и к первой стенке уплотнения, и

очищающее уплотнение, отходящее в поперечном направлении от основания во втором направлении и определяющее статический уплотнительный элемент,

при этом увеличенное давление текучей среды в канавке вызывает поперечное смещение очищающего уплотнения во втором направлении.

3. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 1 или 2, в котором основание изогнуто по направлению наружу от канавки и поперечно смещает очищающее уплотнение во втором направлении в ответ на увеличенное давление.

4. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 1 или 2, в котором пружинный элемент размещен в основании и выполнен с возможностью поперечного толкания очищающего уплотнения в третьем направлении, противоположном второму направлению.

5. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 1 или 2, в котором пружинный элемент образует арку в поперечном направлении по основанию, выгнутую по направлению к канавке.

6. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 1 или 2, в котором пружинный элемент расположен внутри основания.

7. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 1 или 2, в котором уплотнение содержит кольцевое уплотнение.

8. Двухступенчатое уплотнение, содержащее профиль, проходящий вдоль продольной оси и содержащий:

корпус, определяющий основание, отходящее в поперечном направлении от первого конца ко второму концу, первую стенку уплотнения, отходящую по направлению вверх от первого конца основания, вторую стенку уплотнения, отходящую по направлению вверх от второго конца основания, первое очищающее уплотнение, отходящее поперечно по направлению наружу от первого конца основания, причем основание и первая и вторая стенки уплотнения определяют канавку напротив первого очищающего уплотнения, и

поперечный пружинный элемент, размещенный в основании и имеющий второй профиль, проходящий от первого конца ко второму концу основания,

причем основание и поперечный пружинный элемент толкают очищающее уплотнение в поперечном направлении наружу к местоположению статического уплотнения в ответ на увеличенное давление внутри канавки, а поперечный пружинный элемент толкает очищающее уплотнение в поперечном направлении внутрь от местоположения статического уплотнения.

9. Двухступенчатое уплотнение по п. 8, в котором очищающее уплотнение смещено по направлению вниз от основания.

10. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором поперечный пружинный элемент имеет аркообразный профиль, в котором выгнутая сторона обращена вверх по направлению к канавке.

11. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором поперечный пружинный элемент содержит шарнирную часть вдоль профиля.

12. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором корпус дополнительно содержит:

первый опорный рельс, выступающий по направлению вниз от основания, и

второй опорный рельс, выступающий по направлению вниз от основания,

причем основание и первый и второй опорные рельсы определяют полость.

13. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором корпус дополнительно содержит нижнюю стенку, ограничивающую полость.

14. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, дополнительно содержащее пену, расположенную внутри полости.

15. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором нижняя стенка проходит от первого опорного рельса ко второму опорному рельсу и уплотняет полость.

16. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором поперечный пружинный элемент проходит непрерывно вдоль продольной оси.

17. Двухступенчатое уплотнение по любому из пп. 8 или 9, в котором корпус образует кольцевое уплотнение и содержит первый материал, а поперечный пружинный элемент содержит второй материал, который выполнен более жестким по сравнению с первым материалом.

18. Блок клапана для технологической линии под давлением, содержащий:

корпус клапана, определяющий канал для потока, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию,

регулятор расхода, расположенный в канале для потока и выполненный с возможностью смещения относительно неподвижной поверхности вдоль канала для потока для открывания и закрывания этого канала для потока, и

двухступенчатое уплотнение, содержащее корпус уплотнения и пружинный элемент, причем корпус уплотнения выполнен с возможностью образования динамического уплотнения и статического уплотнения по поверхности взаимодействия между регулятором расхода и неподвижной поверхностью и с возможностью взаимодействия со статическим уплотнением в ответ на скачок давления в канале для потока, а пружинный элемент выполнен с возможностью выхода из взаимодействия со статическим уплотнением.

19. Блок клапана по п. 18, в котором корпус уплотнения содержит:

основание, содержащее первый конец и второй конец и проходящее в поперечном направлении через поверхность взаимодействия между регулятором расхода и неподвижной поверхностью,

первую стенку уплотнения, отходящую от основания и образующую динамическое уплотнение,

первое очищающее уплотнение, отходящее в поперечном направлении наружу от основания и выполненное с возможностью образования статического уплотнения, и

канавку, примыкающую к основанию и к первой стенке уплотнения,

причем пружинный элемент размещен в основании и проходит в поперечном направлении от первого конца ко второму концу основания, а

основание и пружинный элемент толкают очищающее уплотнение в поперечном направлении наружу к местоположению статического уплотнения между регулятором расхода и неподвижной поверхностью в ответ на увеличенное давление внутри канавки, а поперечный пружинный элемент толкает очищающее уплотнение в поперечном направлении внутрь от местоположения статического уплотнения.

20. Блок клапана по любому из пп. 18 или 19, в котором неподвижная поверхность содержит клетку, регулятор расхода содержит направляющую фаску, а двухступенчатое уплотнение расположено внутри направляющей фаски.

21. Блок клапана по любому из пп. 18 или 19, который содержит клапан с подвижным штоком.