САМОРЕГУЛИРУЕМАЯ ЗАГЛУШКА КЛАПАНА Российский патент 2018 года по МПК F16K31/165 

[0001] Изобретение относится к уравновешенным редукционным клапанам и, в частности, к саморегулируемой заглушке клапана для уравновешенного редукционного клапана.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Редукционные клапаны используются во множестве областей практического применения в промышленном и бытовом секторе для регулирования выходного давления текучей среды. Например, в установках для химической переработки или на нефтеперерабатывающих заводах редукционные клапаны используются для управления потоком текучей среды, для целей компенсации увеличения или уменьшения потребления или прочих перепадов нагрузки и поддержания таким образом контролируемого давления текучей среды. Аналогично, редукционные клапаны можно использовать в качестве сантехнической арматуры для поддержания заданного давления текучей среды, которое автоматически регулируется под изменения потребления, такой как предохранительные смесители в душевых или в кранах. Редукционные клапаны компенсируют изменение потребления путем регулирования выходного давления. Например, по мере увеличения потребления на выходе редукционные клапаны открываются, пропуская больше текучей среды, таким образом поддерживая относительно постоянное давление на выходе. И, наоборот, по мере уменьшения потребления на выходе редукционные клапаны закрываются, уменьшая количество текучей среды, проходящей через них, опять же поддерживая относительно постоянное давление на выходе.

[0003] Редукционные клапаны подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные. В неуравновешенных клапанах, как правило, с одной стороны заглушки клапана находится жидкость под высоким входным давлением, а с другой стороны заглушки - жидкость под низким выходным давлением. Неуравновешенные клапаны испытывают на себе нежелательный эффект, известный как характеристика снижения на входе. Характеристика снижения на входе - это явление, при котором неуравновешенный клапан испытывает непредусмотренное увеличение давления на выходе, при том, что давление на входе уменьшается. Этот эффект нежелателен, так как редукционные клапаны предназначены для поддержания постоянного давления на выходе. Характеристика снижения на входе вызвана воздействием усилий, создаваемых текучей средой на стороне высокого давления заглушки клапана, стремящихся переместить заглушку в закрытое положение. Вследствие этого заглушка должна содержать механизм, противодействующий усилиям, создаваемым текучей средой на заглушку клапана. Из-за того, что механизм, противодействующий усилиям, создаваемым текучей средой, как правило, имеет заданное значение регулируемой величины, усилие, создаваемое таким механизмом, является постоянным, тогда как усилие, созданное текучей среды на входной стороне заглушки клапана может варьироваться (например, вследствие снижения подачи текучей среды на вход или вследствие перепадов давления перед клапаном). Характеристика снижения на входе имеет особо важное значение в устройствах с ограниченным источником текучей среды под давлением, таких как газовые баллоны, трейлеры для перевозки баллонов или гидравлические устройства, так как в таких устройствах подача в выпускной патрубок фиксирована и, как следствие, входное давление жидкости снижается по мере снижения ее подачи.

[0004] Неуравновешенные клапаны также подвержены повреждениям седла клапана. В неуравновешенных клапанах с высоким входным давлением давление текучей среды, воздействующим на большие проходные отверстия клапанов, может разрушить седло клапана. Вследствие этого неуравновешенные клапаны не идеальны для использования с большими проходными отверстиями клапанов для высоких давлений.

[0005] Для адаптации под характеристику снижения на входе в устройствах с повышенной скоростью потока разработаны уравновешенные клапаны. В уравновешенном клапане часть входного давления перед заглушкой клапана отклоняется так, чтобы воздействовать на часть на выходе за заглушкой, и она таким образом "уравновешивается" воздействием одинакового давления текучей среды на части перед заглушкой и после нее. Таким образом устраняется (или значительно сокращается) характеристика снижения на входе, так как отсутствует разница усилий, создаваемых текучей средой, действующих на поверхность заглушки клапана и стремящихся переместить заглушку в закрытое положение. Иначе говоря, сама заглушка клапана создает очень малые усилия открытия/закрытия вследствие давлений текучей среды или не создает их вообще.

[0006] В редукционных клапанах мембранного типа жидкость под повышенным давлением перед входной стороной заглушки клапана можно сбрасывать через заглушку на противоположную сторону мембраны для уравновешивания усилий, воздействующих на заглушку клапана, аналогично тому, как это делается в вышеописанных уравновешенных клапанах. Такое уравновешивание усилий, создаваемых текучей средой, как правило, выполняется путем устройства одного или нескольких отводных каналов или отверстий, проходящих через заглушку клапана от входной стороны к стороне исполнительного механизма мембраны.

[0007] Типовой редукционный клапан мембранного типа проиллюстрирован на Фиг. 1. Более конкретно, на Фиг. 1 проиллюстрирован регулятор давления 10 природного газа, содержащий исполнительный механизм 12 и уравновешенный редукционный клапан 14. Регулятор 14 имеет впускной патрубок 16 для приема газа, например, из газораспределительной системы, и выпускной патрубок 18 для подачи газа конечным пользователям, таким как завод, ресторан, жилой дом и т.д., имеющим, например, одно или несколько устройств. Помимо этого, регулятор 14 включает в себя седло 22 клапана, расположенное между впускным патрубком 16 и выпускным патрубком 18. Газ должен пройти через седло 22 клапана, чтобы поступать между впускным патрубком 16 и выпускным патрубком 18 регулятора 14.

[0008] Исполнительный механизм 12 соединен с регулятором 14, для того, чтобы обеспечить соответствие давления на выпускном патрубке 18 регулятора 14, т.е. выходного давления, необходимому выпускному или управляющему давлению. Исполнительный механизм 12 таким образом находится в гидравлической связи с регулятором 14 через входную часть 34 клапана и входную часть 20 исполнительного механизма. Исполнительный механизм 12 содержит узел управления 22 для регулирования выпускного давления регулятора 14 на основании воспринимаемого выпускного давления. В частности, узел управления 22 содержит мембрану 24, плунжер 32 и рычаг управления 26, состоящий из заглушки 28 клапана с тарелкой 31 клапана. Мембрана 24 воспринимает выпускное давление регулятора 14 и обеспечивает реакцию, перемещая заглушку 28 клапана на открытие и закрытие регулятора 14. Узел управления 22 дополнительно содержит регулирующую пружину 30, соединенную с верхней частью узла управления 22 для целей выравнивания выпускного давления, воспринимаемого мембраной 24. Соответственно, необходимое выпускное давление которое можно также называть давлением управления, настраивается регулирующей пружиной 30.

[0009] Мембрана 24 функционально соединена с рычагом управления 26 и, соответственно, с заглушкой 28 клапана, посредством плунжера 32, и управляет открытием регулятора 14 на основании воспринятого выпускного давления. Например, если конечный пользователь включает устройство, такое как, например, печь, это вызывает расход в газораспределительной системе после регулятора 10, таким образом понижая выпускное давление. Мембрана 24 соответственно воспринимает такое пониженное выпускное давление, обеспечивая распрямление регулирующей пружины 30 и перемещение ею плунжера 32 и правую сторону рычага управления 26 вниз, в соответствии с ориентацией (Фиг. 1). Такое смещение рычага управления 26 отводит заглушку 28 клапана от седла 22 клапана и открывает регулятор 14, таким образом увеличивая выходной поток, удовлетворяя возросшему расходу на устройстве и вновь повышая выпускное давление до давления управления. Скомпонованное таким образом устройство может пропускать газ через седло 22 клапана и выпускной патрубок 18 регулятора 14.

[0010] Если теперь обратиться к Фиг. 2, можно увидеть иллюстрацию поперечного сечения в увеличенном масштабе уравновешенного редукционного клапана 14 с Фиг. 1. В данном примере уравновешенный редукционный клапан 14 дополнительно содержит корпус 19 с каналом 21, обеспечивающим гидравлическую связь между впускным патрубком 16 для текучей среды и выпускным патрубком 18 для текучей среды. Канал 21 содержит сопло 23, в котором размещено седло 22 клапана. Нагрузочная пружина 25 соединена со штоком 27 клапана, функционально соединенным с заглушкой 28 клапана. Как уже пояснялось, тарелка 131 заглушки 28 клапана взаимодействует с седлом 22 клапана с целью управления потоком текучей среды через корпус 19 клапана от впускного патрубка 16 до выпускного патрубка 18. Кроме того, заглушка 28 клапана содержит кольцевую выемку 29, в которую помещена тарелка 31 клапана, как правило, выполненная из резины. С целью подгонки заглушки 28 и седла 22 клапана и их герметичного сцепления, тарелка 31 заглушки 28 клапана соприкасается с седлом 22 клапана.

[0011] Мембрана 33 соединена с заглушкой 28 клапана и корпусом заглушки или втулкой 35. Мембрана 33 отделяет канал 21 от полости 37 во втулке 35, в которой расположена нагрузочная пружина 25. Мембрана 33 воспринимает перепады давления между каналом 21 и полостью 37.

[0012] Стопорное кольцо 39 может быть функционально соединено со штоком 27 клапана; оно удерживает заглушку 28 клапана на штоке 27. Стопорное кольцо 39 может иметь один или несколько фиксаторов 39а таких как гайка, присоединенных к штоку 27 клапана. Один или несколько уравновешивающих каналов или пазов 41 обеспечивают гидравлическую связь канала 21 с камерой 43, расположенной между заглушкой 28 клапана и полостью 37. Воздействие усилий, создаваемых текучей среды на заглушку 28 клапана уравновешивается текучей средой, перемещающейся по уравновешивающим пазам 41.

[0013] Проблемой с уравновешенными редукционными клапанами, такими как уравновешенным регулятором 14, изображенным на Фиг. 1, является влияние ориентации и технологических допусков между тарелкой 31 и седлом 22 клапана на контактное уплотнение между тарелкой 31 заглушки 28 клапана и седлом 22 клапана. Такая ориентация и технологические допуски зачастую увеличивают значение давления, необходимого для создания уплотнения, увеличивающего блокировку. В качестве примера, а также согласно иллюстрации на Фиг. 3А, вследствие общепринятых допусков для деталей, а также способов сборки тарелка 31 заглушки 28 клапана, например, зачастую непараллельно сближается с седлом 22 клапана. Во время такого непараллельного сближения уплотнение между тарелкой 31 заглушки 28 клапана и седлом 22 клапана осуществляется только с одной стороны седла 22 клапана, например, слева, как показано на Фиг. 3В. Другая сторона седла 22 клапана, например, справа, остается неуплотненной. Как показано на Фиг. 3С, при окончательном достижении полного уплотнения одна сторона тарелки 131 клапана, которая изначально соприкасается с седлом 22 клапана, имеет большее углубление, вызывающее повышенное давление блокировки или давление на выпуске по сравнению с необходимыми значениями и снижение технических характеристик регулятора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] В соответствии с первым аспектом примера реализации изобретения уравновешенный редукционный клапан состоит из корпуса клапана, на котором расположены впускной и выпускной патрубки для текучей среды, соединенные каналом для текучей среды, седло клапана, расположенное внутри канала для текучей среды, и саморегулируемой заглушки клапана, расположенной по меньшей мере частично внутри канала для текучей среды. В саморегулируемой заглушке клапана имеется расточенное отверстие. Заглушка взаимодействует с седлом клапана таким образом, чтобы по выбору открывать или закрывать канал для текучей среды. Стопорное кольцо частично расположено внутри расточенного отверстия саморегулируемой заглушки клапана; оно функционально соединяет саморегулируемую заглушку клапана со штоком клапана, который имеет шаровой сегмент; при этом на стопорном кольце имеется выемка для помещения в нее шарового сегмента. Уравновешенный клапан также содержит мембрану, отделяющую камеру от канала для текучей среды, и уравновешивающий канал, обеспечивающий гидравлическую связь канала для текучей среды с камерой. Саморегулируемая заглушка клапана автоматически вращается вокруг шарового сегмента штока клапана, с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана и седлом клапана.

[0015] В соответствии со вторым аспектом примера реализации изобретения узел уравновешенной заглушки для уравновешенного редукционного клапана содержит втулку, при этом саморегулируемая заглушка клапана расположена внутри втулки и содержит уравновешивающий канал, расточенное отверстие и стопорное кольцо, частично расположенное внутри расточенного отверстия саморегулируемой заглушки клапана. Стопорное кольцо функционально соединяет саморегулируемую заглушку клапана со штоком клапана; при этом на стопорном кольце имеется выемка для помещения в нее шарового сегмента. Во время касания части седла клапана с тарелкой саморегулируемой заглушки клапана, эта заглушка и стопорное кольцо автоматически вращаются вокруг одной или нескольких продольных осей штока клапана или вокруг оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки клапана с его седлом.

[0016] В соответствии с третьим аспектом примера реализации изобретения применяется способ автоматического регулирования заглушки клапана с целью использования с устройством регулирования текучей среды, состоящим из впускного и выпускного патрубков, седла клапана, расположенного между впускным и выпускным патрубками, заглушки клапана, приспособленной к смещению относительно седла клапана, чем осуществляется управление потоком текучей среды между впускным и выпускным патрубками, расположенными внутри регулятора, при этом способ включает частичное смещение стопорного кольца в расточенном отверстии заглушки клапана, что обеспечивает соединение заглушки клапана со штоком клапана, имеющим гибкую часть в месте стопорного кольца, при этом на стопорном кольце имеется выемка для помещения в нее гибкой части штока клапана, и производится автоматическое регулирование заглушки клапана возле гибкой части штока клапана, с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана и седлом клапана.

[0017] В дальнейшем соответствии с любым одним или несколькими вышеуказанными первым, вторым и третьим аспектами уравновешенный клапан и (или) узел уравновешенной заглушки, и (или) способ могут дополнительно включать любую одну или несколько нижеприведенных предпочтительных форм.

[0018] В некоторых предпочтительных формах стопорное кольцо, частично расположенное внутри саморегулируемой заглушки клапана, вращается вокруг шарового сегмента штока клапана, с тем чтобы получить подгонку тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана. Кроме того, саморегулируемая заглушка клапана может содержать кольцевую выемку, приспособленную для помещения в нее тарелки клапана. Саморегулируемая заглушка клапана также может вращаться в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно одной или нескольких продольных осей штока клапана или относительно оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, до получения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана и седлом клапана. В дополнение к этому, после касания с сегментом седла клапана саморегулируемая заглушка клапана может автоматически осуществлять переход из первого положения, в котором продольная ось заглушки клапана не параллельна продольной оси седла клапана или не смещена под углом к ней, во второе положение, в котором продольная ось штока клапана параллельна продольной оси седла клапана или совмещена с ней. Стопорное кольцо может состоять из основания и цилиндрического корпуса, соединенного с основанием при помощи фиксатора, причем цилиндрический корпус содержать фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса, расположенного против основания. Более того, цилиндрический корпус может содержать верхнюю поверхность, причем фланец содержит внутреннюю боковую стенку, таким образом верхняя поверхность цилиндрического корпуса и внутренняя боковая стенка образуют выемку, приспособленную для помещения в нее штока клапана, обеспечивая функциональное соединение штока клапана с саморегулируемой заглушкой клапана. Шаровое шарнирное соединение может также быть образовано между шаровым сегментом штока клапана и выемкой, при этом выемка образует гнездо для помещения в него шарового сегмента штока. В другом примере шаровой сегмент штока клапана соприкасается по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса стопорного кольца, посредством чего образуется шаровое шарнирное соединение, обеспечивающее возможность совпадения продольной оси саморегулируемой заглушки клапана с продольной осью седла клапана.

[0019] В других предпочтительных формах между фланцем цилиндрического корпуса стопорного кольца и саморегулируемой заглушкой клапана оставляется зазор, внутрь которого помещается смещающий элемент.

[0020] В формах предпочтительных способов автоматическая регулировка заглушки клапана может включать вращение стопорного кольца вокруг гибкой части штока клапана, с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки заглушки клапана с седлом клапана, уменьшая усилие, требуемое для достижения блокировки. В другом примере автоматическая регулировка заглушки клапана может включать вращение заглушки клапана в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, а также перемещение заглушки клапана в направлении продольной оси штока клапана, с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки заглушки клапана с седлом клапана. В еще одном примере автоматическая регулировка заглушки клапана может включать автоматическое перемещение заглушки клапана, с целью достижения касания части седла клапана из первого положения, в котором продольная ось заглушки клапана не параллельна продольной оси седла клапана или не смещена под углом к ней, во второе положение, в котором продольная ось заглушки клапана параллельна продольной оси седла клапана или совмещена с ней.

[0021] В других формах предпочтительных способов частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана может включать частичное помещение цилиндрического корпуса, содержащего фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса, на окончании расточенного отверстия заглушки клапана, и помещение основания стопорного кольца на другом окончании расточенного отверстия, противоположного окончанию, на котором частично помещен цилиндрический корпус. Кроме того, частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана может дополнительно включать соединение основания стопорного кольца с цилиндрическим корпусом при помощи фиксатора.

[0022] Кроме того, гибкая часть штока клапана может содержать шаровой сегмент, и данный способ может дополнительно включать образование шарового шарнирного соединения между шаровым сегментом штока клапана и выемкой стопорного кольца, при этом выемка образует гнездо для помещения в него шарового сегмента штока. Более того, способ может включать одновременное вращение заглушки клапана и стопорного кольца вокруг шарового сегмента штока клапана или продольной оси штока клапана после касания с частью седла клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] Фиг. 1 иллюстрирует боковой вид в поперечном сечении регулятора давления природного газа, имеющего в своем составе уравновешенный редукционный клапан;

[0024] Фиг. 2 иллюстрирует боковой вид в поперечном сечении уравновешенного редукционного клапана, изображенного на Фиг. 1, в увеличенном масштабе;

[0025] Фиг. 3А-3С представляют собой схематические изображения заглушки клапана и седла клапана уравновешенного регулятора известного уровня техники, изображенного на Фиг. 1, причем на Фиг. 3А проиллюстрировано первое положение заглушки клапана в момент ее приближения к седлу клапана, на Фиг. 3В проиллюстрировано второе положение заглушки клапана в момент ее дальнейшего приближения к седлу клапана, и на Фиг. 3С проиллюстрировано третье положение заглушки клапана в момент ее касания седла клапана, с тем чтобы достичь подгонки заглушки и седла клапана и их герметичного сцепления;

[0026] Фиг. 4 иллюстрирует вид в поперечном сечении уравновешенного редукционного клапана, изготовленного в соответствии с принципами настоящего изобретения, который может быть использован с исполнительным механизмом, изображенным на Фиг. 1;

[0027] Фиг. 5 иллюстрирует вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе саморегулируемой заглушки уравновешенного редукционного клапана, изображенного на Фиг. 4, изготовленного в соответствии с принципами настоящего изобретения; и

[0028] Фиг. 6 иллюстрирует дополнительно вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе части заглушки клапана уравновешенного регулятора, изображенной на Фиг. 5, по достижении первоначального касания с частью седла клапана уравновешенного редукционного клапана.

[0029] Поскольку настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные конструкции, на чертежах представлены некоторые иллюстративные варианты реализации изобретения, которые будут подробно описаны ниже. Следует, однако, понимать, что настоящее изобретение не предполагается ограничивать описанными специфическими формами, а, напротив, предполагается описать все модификации, альтернативные конструкции и эквиваленты, соответствующие духу изобретения и входящие в его объем.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0030] Если теперь обратиться к Фиг. 4, 5, то можно увидеть, что уравновешенный редукционный клапан, как правило, обозначается на Фиг. 4 номером позиции 114. В тех местах, где уравновешенный редукционный клапан на Фиг. 4 и 5 содержит элементы, соответствующие элементам уравновешенного редукционного клапана с Фиг. 1-2, эти элементы имеют сходную нумерацию, с той лишь разницей, что номера позиций на Фиг. 4-5 увеличены на 100. Например, соответствующие элементы с Фиг. 4 и 5 пронумерованы точно на 100 больше, чем соответствующие элементы, изображенные на Фиг. 1-2.

[0031] Ссылаясь на Фиг. 4, уравновешенный редукционный клапан 114 состоит из впускного патрубка 116 для текучей среды, выпускного патрубка 118 для текучей среды и корпуса 119 с каналом 121, обеспечивающим гидравлическую связь между впускным патрубком 116 для текучей среды и выпускным патрубком 118 для текучей среды. Канал 121 состоит из сопла 123, на котором помещено седло 122 клапана. Нагрузочная пружина 125 соединена со штоком 127 клапана, функционально соединенного с саморегулируемой заглушкой 128 клапана. Саморегулируемая заглушка 128 клапана взаимодействует с седлом 122 клапана, управляя потоком текучей среды между впускным патрубком 116 и выпускным патрубком 118. Более конкретно, саморегулируемая заглушка 128 клапана состоит из кольцевой выемки 129, в которую помещена резиновая тарелка 131. Тарелка 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана соприкасается с седлом 122 клапана, с тем чтобы достичь подгонки и герметичного сцепления саморегулируемой заглушки 128 клапана с седлом 122 клапана, согласно более подробному пояснению ниже.

[0032] Узел 160 уравновешенной заглушки состоит из втулки 135, саморегулируемой заглушки клапана 128 и стопорного кольца 139. Во втулке 135 имеется полое расточенное отверстие, благодаря которому саморегулируемая заглушка 128 клапана удерживается и направляется в процессе того, как она совершает возвратно-поступательные движения в корпусе клапана 119, управляя потоком текучей среды. Втулка 135 может иметь наклонную наружную поверхность 135а для увеличения зазора в корпусе клапана 119 и (или) облегчения монтажа редукционного клапана 114.

[0033] Мембрана 133 соединена с саморегулируемой заглушкой клапана 128 и втулкой 135. Мембрана 133 отделяет канал 121 от полости 137 в корпусе 119, внутри которого расположена нагрузочная пружина 125. Мембрана 133 воспринимает перепады давления между каналом 121 и полостью 137.

[0034] Стопорное кольцо 139 функционально соединено со штоком 127 клапана; оно удерживает саморегулируемую заглушку клапана 128 внутри втулки 135. Стопорное кольцо 139 состоит из фиксатора 139а, в данном случае такого как болт с резьбой, функционально соединенный с частью штока 127 клапана, как будет более подробно описано ниже. Один или несколько уравновешивающих каналов или пазов 141 обеспечивают гидравлическую связь канала 121 с камерой 143, расположенной между саморегулируемой заглушкой 128 клапана и полостью 137. Воздействие усилий, создаваемых текучей среды на саморегулируемую заглушку 128 клапана, уравновешивается текучей средой, перемещающейся по уравновешивающим пазам 141 и, например, до камеры 43.

[0035] Как проиллюстрировано на Фиг. 4, продольная ось D саморегулируемой заглушки 128 клапана проходит параллельно продольной оси С седла 122 клапана, и достигается полностью герметичное сцепление между тарелкой 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана и седлом клапана.

[0036] Ссылаемся на Фиг. 5, где в увеличенном масштабе иллюстрируется часть узла 160 уравновешенной заглушки, изображенной на Фиг. 4. Саморегулируемая заглушка 128 клапана узла 160 уравновешенной заглушки спроектирована таким образом, чтобы устанавливаться самостоятельно или иметь способность автоматического регулирования или перемещения, с тем чтобы достичь подгонки и герметичного сцепления между тарелкой 131 саморегулируемой заглушкой 128 клапана и седлом 122 клапана. Саморегулируемая заглушка 128 клапана уменьшает углубления в тарелке 131 клапана во время работы, к примеру, регулятора 114, в результате чего поддерживается постоянная величина усилия, требуемого для достижения необходимого выпускного давления (блокировки) во время длительного использования, к примеру, регулятора 100, и повышаются эксплуатационные качества регулятора.

[0037] Для этих целей, как правило, саморегулируемая заглушка 128 клапана скомпонована таким образом, чтобы быть функционально соединенной со штоком 127 клапана при помощи стопорного кольца 139, при этом шаровой сегмент 127а штока 127 клапана помещен внутрь выемки стопорного кольца 139, фактически образуя шаровое соединение штока 127 клапана со стопорным кольцом 139. Саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139. частично помещенное в заглушку, имеют способность вращаться вокруг шарового сегмента 127а штока 127 клапана во время работы клапана, с тем чтобы достичь надлежащей подгонки и герметичного сцепления между тарелкой 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана и седлом 122 клапана. Иначе говоря, в момент соприкосновения тарелки 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана с частью седла 122 клапана саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139 вращаются вокруг шарового сегмента 127а штока 127 клапана, с тем чтобы достичь положения, параллельного продольной оси С седла 122 клапана (Фиг. 4), а также подгонки и герметичного сцепления с седлом 122 клапана.

[0038] В частности, стопорное кольцо 139 состоит из цилиндрической части 153, включающей в себя фланец 155, выступающий по радиусу с конца цилиндрической части таким образом, что цилиндрическая часть 153 и фланец 155 могут образовывать контргайку в одном примере. Цилиндрическая часть 153 стопорного кольца 139 помещена в расточенное отверстие 154 саморегулируемой заглушки 128 клапана. Фланец 155 содержит верхнюю опорную поверхность 155а, примыкающую к корпусу мембраны 156. Фланец 155 также состоит из нижней опорной поверхности 155b, примыкающей к части мембраны 133, расположенной между верхней опорной поверхностью 128а саморегулируемой заглушки 128 клапана и нижней опорной поверхностью 155b фланца. Основание стопорного кольца 151 помещено на окончание расточенного отверстия, находящегося напротив окончания, на котором помещена цилиндрическая часть 153. Благодаря основанию стопорного кольца 151 саморегулируемая заглушка 128 клапана удерживается внутри сопла 123, и таким образом предотвращается нежелательное осевое смещение саморегулируемой заглушки 128 клапана, например, за пределы втулки 135. Фиксатор 139а, в котором имеется центральное отверстие для принятия входного давления во время работы клапана 114, соединяет основание стопорного кольца 151 с цилиндрическим корпусом 153 стопорного кольца 139. Цилиндрический корпус 153 содержит верхнюю поверхность 157, а фланец 155 содержит внутреннюю боковую стенку 159, так что между верхней поверхностью 157 цилиндрического корпуса 153 и внутренней боковой стенкой 159 фланца 155 образуется выемка 161.

[0039] Как далее изображено на Фиг. 5, шток 127 состоит из шарового сегмента 127а, входящего внутрь выемки 161, образуемой верхней поверхностью 157 цилиндрического корпуса 153 и внутренней боковой стенкой 159 фланца 155. В сущности, между шаровым сегментом 127а штока 127 и выемкой 161 образуется шаровое шарнирное соединение, которое фактически образует гнездо для помещения в него шарового сегмента 127а. Более конкретно, шаровой сегмент 127а соприкасается по меньшей мере с одним краем верхней поверхности 157 цилиндрического корпуса 155 и функционально крепится к стопорному кольцу 139, благодаря чему после соприкасания с частью седла 122 клапана саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139 вращаются вокруг шарового сегмента 127а или продольной оси В штока 127. Саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139, частично помещенное внутрь нее, вращаются до достижения ими положения, параллельного продольной оси С седла 122 клапана, благодаря чему подгонка и герметичное сцепление достигаются с уменьшенным углублением в тарелке 131 клапана. Иначе говоря, благодаря шаровому сегменту 127а штока 127 стопорное кольцо 139 и саморегулируемая заглушка 128 клапана могут автоматически выполнять самоподгонку или самонастройку, осуществлять переход и (или) вращаться или поворачиваться в момент соприкасания тарелки 131 клапана с частью седла 122 клапана до достижения подгонки и герметичного сцепления всей тарелки 131 клапана с седлом 122 клапана. Такое перемещение саморегулируемой заглушки 128 клапана уменьшает усилие, требуемое для достижения блокировки, что повышает технические характеристики регулятора 114.

[0040] Более конкретно, после начального перемещения штока 127 клапана и шарового сегмента 127а в направлении продольной оси В штока 127 клапана к седлу 122 клапана, тарелка 131 клапана зачастую только лишь касается части седла 122 клапана. Другими словами, в момент приближения саморегулируемой заглушки 128 клапана к седлу 122 клапана, продольная ось D саморегулируемой заглушки 128 клапана может быть не параллельна продольной оси С седла 122 клапана, в результате чего только часть седла 122 клапана первоначально соприкасается с тарелкой 131 клапана. Усилие предварительного сжатия, прилагаемое тарелкой 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана только на часть седла 122 клапана, принуждает саморегулируемую заглушку 128 клапана и соединенное с ней стопорное кольцо 139 подгоняться или вращаться вокруг одной или нескольких продольных осей В штока 127 клапана и (или) оси R, перпендикулярной продольной оси В штока 127 клапана. На Фиг. 5 ось R можно назвать вертикальной осью поворота штока 127 клапана. Поскольку на Фиг. 5 вертикальная ось поворота R выходит непосредственно на страницу, вертикальная ось поворота фактически определяется как любая ось, проходящая перпендикулярно продольной оси В штока 127 клапана. Такое вращение саморегулируемой заглушки 128 клапана и стопорного кольца 139 имеет место до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана с седлом 122 клапана.

[0041] Иначе говоря, а также согласно изображенному на Фиг. 6, если тарелка 131 клапана соприкасается только с частью седла 122 клапана, например, правой частью, саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139 вращаются вокруг вертикальной оси поворота R по часовой стрелке, так что левая сторона тарелки 131 саморегулируемой заглушки 128 клапана перемещается к левой стороне седла 122 клапана до полной подгонки и герметичного сцепления с седлом 122 клапана. Аналогичным образом, если тарелка 131 клапана соприкасается только с другой частью седла 122 клапана, например, левой, саморегулируемая заглушка 128 клапана и стопорное кольцо 139 вращаются вокруг вертикальной оси поворота против часовой стрелки, так что правая сторона тарелки 131 саморегулируемой заглушки 127 клапана перемещается к правой стороне седла 122 клапана до полной подгонки и герметичного сцепления с седлом 122 клапана. В обоих примерах продольная ось D саморегулируемой заглушки 128 клапана перемещается из первого положения, в котором она не параллельна продольной оси С седла 122 клапана или находится под углом а по отношению к ней, во второе положение, в котором она параллельна продольной оси С седла 122 клапана или совмещена с ней, после того как тарелка 131 клапана соприкасается только с частью седла 122 клапана. Такое автоматическое перемещение или вращение уменьшает количество углублений в тарелке 131 клапана и усилие, требуемое для достижения блокировки.

[0042] Фиг. 6 также иллюстрирует зазор 162, образуемый, например, между фланцем 155 цилиндрического корпуса 153 и саморегулируемой заглушкой 128 клапана. Как дополнительно изображено на Фиг. 6, для содействия вращательному движению самоустанавливающейся заглушки 128 клапана и стопорного кольца 139 вокруг шарового сегмента 127а штока 127 клапана внутрь зазора может быть помещен смещающий элемент 164. Поскольку смещающий элемент 164, изображенный на Фиг. 6, может, например, состоять из одного или нескольких уплотнительных колец, специалист в данной области техники по достоинству оценит возможность, к примеру, альтернативного использования различных других смещающих элементов, отличных от уплотнительного кольца или пары уплотнительных колец, таких как сильфон, витая пружина сжатия или любой другой смещающий механизм, для достижения тех же, как правило, функций, что и у уплотнительного кольца(колец) и смещающего элемента 164.

[0043] Поскольку в описании саморегулируемой заглушки 128 клапана настоящего изобретения указано, что она содержит стопорное кольцо 139, частично помещенное в нее и функционально соединяющее саморегулируемую заглушку 128 клапана со штоком 127 клапана, который имеет шаровой сегмент 127а (хотя в данной заявке явно и не приведено его описание), шток 127 клапана может в качестве альтернативы включать в себя гибкую часть, которая сходным образом обеспечивает возможность одновременного вращения заглушки клапана и стопорного кольца вокруг гибкой части (или продольной оси штока клапана) после касания с частью седла клапана. Охват материала в данной заявке как таковой не сводится лишь к штокам клапанов, имеющим шаровые сегменты, но включает в себя и варианты шаровых сегментов, выполняющих ту же функцию.

[0044] В свете вышеизложенного следует признать, что настоящее изобретение предусматривает эффективное средство, обеспечивающее возможность для уравновешенной саморегулируемой заглушки 128 клапана выполнять самонастройку во время приближения и (или) по достижении первоначального касания с частью седла 122 клапана регулятора 114, чем эффективно нейтрализуется и (или) предотвращается повышение давления блокировки, и таким образом увеличивается производительность и точность работы регуляторов. Однако регулятор 114, описанный в данной заявке - это всего лишь один пример устройства управления текучей средой, объединяющий в себе принципы настоящего изобретения. Прочие устройства управления текучей средой, включающие в свой состав другие регуляторы и клапаны управления, также могут получить преимущества конструкций и (или) положительных качеств настоящего изобретения. В целом, хотя в данной заявке описаны некоторые примеры реализации приспособлений и способов, охват материала в данной заявке не сводится лишь к ним. Напротив, данная заявка распространяется на все способы, приспособления и изделия, в достаточной степени подпадающие под объем пунктов приложенной формулы изобретения, буквально совпадающие либо согласующиеся с теорией эквивалентов.

Изобретение относится к уравновешенным редукционным клапанам. Уравновешенный редукционный клапан содержит корпус клапана с впускным и выпускным патрубками для текучей среды, седло клапана, помещенное внутрь канала для текучей среды, саморегулируемую заглушку клапана, стопорное кольцо. Саморегулируемая заглушка клапана частично помещена внутрь канала для текучей среды, содержит расточенное отверстие и взаимодействует с седлом клапана так, чтобы по выбору открывать или закрывать канал для текучей среды. Стопорное кольцо, частично помещенное в расточенное отверстие саморегулируемой заглушки клапана и для функционального соединения саморегулируемой заглушки клапана со штоком клапана имеющее шаровой сегмент, при этом в стопорном кольце имеется выемка для принятия шарового сегмента штока клапана. Причем стопорное кольцо состоит из основания и цилиндрического корпуса, соединенного с основанием при помощи фиксатора, причем цилиндрический корпус содержит фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса, расположенного против основания, и верхнюю поверхность, причем шаровой сегмент штока клапана соприкасается по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса. Уравновешивающий канал обеспечивает гидравлическую связь между каналом для текучей среды и камерой. Саморегулируемая заглушка клапана автоматически вращается вокруг шарового сегмента штока клапана, с тем чтобы достичь подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана. Способ автоматического регулирования заглушки клапана для использования с устройством регулирования текучей среды, отличающийся тем, что устройство регулирования текучей среды состоит из впускного и выпускного патрубков, заглушки клапана, приспособленной для смещения относительно седла клапана, контролируя таким способом поток текучей среды между впускным и выпускным патрубками, расположенными внутри регулятора. Способ включает частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана, соединение заглушки клапана со штоком клапана, имеющим гибкую часть, при помощи стопорного кольца, при этом на стопорном кольце имеется выемка для принятия гибкой части штока клапана; формирование зазора клапана между фланцем цилиндрического корпуса стопорного кольца и саморегулируемой заглушкой; помещение смещающего элемента внутрь зазора и автоматическое регулирование заглушки клапана вокруг гибкой части штока клапана с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Уравновешенный редукционный клапан, содержащий:

корпус клапана с впускным и выпускным патрубками для текучей среды, соединенными каналом для текучей среды;

седло клапана, помещенное внутрь канала для текучей среды;

саморегулируемую заглушку клапана, по меньшей мере частично помещенную внутрь канала для текучей среды, которая содержит расточенное отверстие и взаимодействует с седлом клапана так, чтобы по выбору открывать или закрывать канал для текучей среды;

стопорное кольцо, частично помещенное в расточенное отверстие саморегулируемой заглушки клапана и для функционального соединения саморегулируемой заглушки клапана со штоком клапана имеющее шаровой сегмент, при этом в стопорном кольце имеется выемка для принятия шарового сегмента штока клапана, причем стопорное кольцо состоит из основания и цилиндрического корпуса, соединенного с основанием при помощи фиксатора, причем цилиндрический корпус содержит фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса, расположенного против основания, и верхнюю поверхность, причем шаровой сегмент штока клапана соприкасается по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса; и

уравновешивающий канал, обеспечивающий гидравлическую связь между каналом для текучей среды и камерой;

причем саморегулируемая заглушка клапана автоматически вращается вокруг шарового сегмента штока клапана, с тем чтобы достичь подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана.

2. Уравновешенный редукционный клапан по п. 1, отличающийся тем, что стопорное кольцо, частично помещенное внутри саморегулируемой заглушки клапана, вращается вокруг шарового сегмента штока клапана с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана, уменьшая усилие, требуемое для достижения блокировки.

3. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана содержит кольцевую выемку, приспособленную для помещения в нее тарелки клапана.

4. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана вращается в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, и осуществляет переход в направлении продольной оси штока клапана и по ее длине до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки клапана с седлом клапана.

5. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что после касания с частью седла клапана саморегулируемая заглушка клапана автоматически осуществляет переход из первого положения, в котором продольная ось саморегулируемой заглушки клапана не параллельна или находится под углом к продольной оси седла клапана, во второе положение, в котором продольная ось саморегулируемой заглушки клапана параллельна продольной оси седла клапана или совмещена с ней.

6. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана вращается в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно продольной оси штока клапана и осуществляет переход в направлении продольной оси штока клапана и по ее длине до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки клапана с седлом клапана.

7. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что фланец содержит внутреннюю боковую стенку, при этом верхняя поверхность цилиндрического корпуса и внутренняя боковая стенка образуют выемку, приспособленную для помещения в нее шарового сегмента штока клапана, таким образом функционально соединяя шток клапана с саморегулируемой заглушкой клапана.

8. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что между шаровым сегментом штока клапана и выемкой образуется шаровое шарнирное соединение, при этом выемка образует гнездо для помещения в нее шарового сегмента штока клапана.

9. Уравновешенный редукционный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что шаровой сегмент штока клапана, соприкасаясь по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса стопорного кольца, образует этим шаровое шарнирное соединение, посредством чего продольная ось саморегулируемой заглушки клапана совмещается с продольной осью седла клапана.

10. Узел уравновешенной заглушки для уравновешенного редукционного клапана, содержащий:

втулку;

саморегулируемую заглушку клапана, помещенную внутрь втулки, при этом в саморегулируемой заглушке клапана имеется уравновешивающий канал и расточенное отверстие; и

стопорное кольцо, частично помещенное в расточенное отверстие саморегулируемой заглушки клапана и с целью функционального соединения саморегулируемой заглушки клапана со штоком клапана имеющее шаровой сегмент, при этом в стопорном кольце имеется выемка для принятия шарового сегмента штока клапана, причем стопорное кольцо состоит из основания и цилиндрического корпуса, соединенного с основанием при помощи фиксатора, причем цилиндрический корпус содержит фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса, расположенного против основания, и верхнюю поверхность, причем шаровой сегмент штока клапана соприкасается по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса;

причем в момент соприкосновения тарелки саморегулируемой заглушки клапана с частью седла клапана саморегулируемая заглушка клапана и помещенное в нее стопорное кольцо автоматически вращаются вокруг одной или нескольких осей, перпендикулярных продольной оси штока клапана или продольной оси штока клапана до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки клапана с его седлом.

11. Узел уравновешенной заглушки по п. 10, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана вращается в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно одной или нескольких продольных осей штока клапана или оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана.

12. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что после касания с частью седла клапана тарелка саморегулируемой заглушки клапана автоматически перемещается из первого положения, не параллельного продольной оси седла клапана, во второе положение, которое параллельно продольной оси седла клапана, и происходит подгонка и герметичное сцепление тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана.

13. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана вращается в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно продольной оси штока клапана и осуществляет переход в направлении продольной оси штока клапана и по ее длине до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с кольцом седла.

14. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что фланец содержит внутреннюю боковую стенку, при этом верхняя поверхность цилиндрического корпуса и внутренняя боковая стенка образуют выемку, приспособленную для помещения в нее шарового сегмента штока клапана, таким образом функционально соединяя шток клапана с саморегулируемой заглушкой клапана.

15. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что между шаровым сегментом штока клапана и выемкой образуется шаровое шарнирное соединение, при этом выемка образует гнездо для помещения в нее шарового сегмента штока клапана.

16. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что шаровой сегмент штока клапана, соприкасаясь по меньшей мере с одним краем верхней поверхности цилиндрического корпуса стопорного кольца, образует этим шаровое шарнирное соединение, посредством чего продольная ось саморегулируемой заглушки клапана совмещается с продольной осью седла клапана.

17. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что саморегулируемая заглушка клапана содержит кольцевую выемку, приспособленную для помещения в нее тарелки клапана.

18. Узел уравновешенной заглушки по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что между фланцем цилиндрического корпуса стопорного кольца и саморегулируемой заглушкой имеется зазор клапана, причем внутрь зазора помещен смещающий элемент.

19. Способ автоматического регулирования заглушки клапана для использования с устройством регулирования текучей среды, отличающийся тем, что устройство регулирования текучей среды состоит из впускного и выпускного патрубков (при этом седло клапана расположено между впускным и выпускным патрубками), заглушки клапана, приспособленной для смещения относительно седла клапана, контролируя таким способом поток текучей среды между впускным и выпускным патрубками, расположенными внутри регулятора, причем способ включает:

частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана;

соединение заглушки клапана со штоком клапана, имеющим гибкую часть, при помощи стопорного кольца, при этом на стопорном кольце имеется выемка для принятия гибкой части штока клапана;

формирование зазора клапана между фланцем цилиндрического корпуса стопорного кольца и саморегулируемой заглушкой;

помещение смещающего элемента внутрь зазора и

автоматическое регулирование заглушки клапана вокруг гибкой части штока клапана с целью достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки саморегулируемой заглушки клапана с седлом клапана.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что автоматическое регулирование заглушки клапана включает в себя вращение стопорного кольца вокруг гибкой части штока клапана, с тем чтобы достичь подгонки и герметичного сцепления тарелки заглушки клапана с седлом клапана, уменьшая усилие, требуемое для достижения блокировки.

21. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что автоматическое регулирование заглушки клапана включает в себя вращение заглушки клапана в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно оси, перпендикулярной продольной оси штока клапана, и перемещение заглушки клапана в направлении продольной оси штока клапана и по ее длине до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки заглушки клапана с седлом клапана.

22. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что автоматическое регулирование заглушки клапана включает в себя автоматическое перемещение заглушки клапана после ее касания с частью седла клапана из первого положения, в котором продольная ось заглушки клапана не параллельна продольной оси седла клапана или не смещена под углом к ней, во второе положение, в котором продольная ось заглушки клапана параллельна продольной оси седла клапана или совмещена с ней.

23. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что автоматическое регулирование заглушки клапана включает в себя вращение заглушки клапана в одном из направлений по часовой стрелке или против часовой стрелки относительно продольной оси штока клапана и перемещение заглушки клапана в направлении продольной оси штока клапана и по ее длине до достижения подгонки и герметичного сцепления тарелки заглушки клапана с седлом клапана.

24. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана включает частичное помещение цилиндрического корпуса, содержащего фланец, выступающий по радиусу с конца цилиндрического корпуса на окончании расточенного отверстия заглушки клапана, и помещение основания стопорного кольца на другом окончании расточенного отверстия, противоположного окончанию, на котором частично помещен цилиндрический корпус.

25. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что частичное помещение стопорного кольца в расточенное отверстие заглушки клапана дополнительно включает соединение основания стопорного кольца с цилиндрическим корпусом при помощи фиксатора.

26. Способ по любому из пп. 19 или 20, отличающийся тем, что гибкой частью штока клапана является шаровой сегмент.

27. Способ по любому из пп. 19 или 20, дополнительно включающий образование шарового шарнирного соединения между шаровым сегментом штока клапана и выемкой стопорного кольца, причем выемка образует гнездо для помещения в него шарового сегмента штока.

28. Способ по любому из пп. 19 или 20, дополнительно включающий одновременное вращение заглушки клапана и стопорного кольца вокруг шарового сегмента штока клапана или продольной оси штока клапана после касания с частью седла клапана.