УЗЛЫ УПЛОТНЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЖИДКОСТНЫХ КЛАПАНАХ Российский патент 2018 года по МПК F16J15/12 F16K3/24 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к узлам уплотнения и, более конкретно, к узлам уплотнения, применяемым в жидкостных клапанах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Регулирующие клапаны широко применяются в технологических установках для регулирования потока текучей среды (например, газа, жидкости и т.д.) или любого другого вещества, проходящего по трубам и/или сосудам, с которыми они соединены. Регулирующий клапан обычно состоит из одного или более впускных отверстий и выпускных отверстий и содержит элемент или компонент регулирования потока (например, заслонку клапана, поршень, плунжер клапана, запорный элемент и т.д.), предназначенный для регулирования потока текучей среды, проходящего через отверстия, обеспечивающие сообщение по текучей среде впускного отверстия (впускных отверстий) с выпускным отверстием (выпускными отверстиями).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Одно описанное устройство содержит клетку, плунжер, содержащий сальник, и узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике. Узел уплотнения содержит упорное кольцо, содержащее клиновидный выступ и уплотнение, в котором выполнена канавка для размещения выступа. Воздействие давления на упорное кольцо приводит к введению выступа в канавку. Зацепление между выступом и канавкой используется чтобы вдавить уплотнение в уплотняющее зацепление с внутренней поверхностью клетки.

[0004] Другое устройство содержит клетку, плунжер, содержащий сальник, и узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике. Узел уплотнения содержит охватываемую часть и охватывающую часть, в которую входит охватываемая часть для введения охватывающей части в уплотняющее зацепление с внутренней поверхностью клетки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0005] На ФИГ. 1 проиллюстрирован известный жидкостной клапан, содержащий известный узел уплотнения.

[0006] На ФИГ. 2 проиллюстрирован увеличенный вид известного узла уплотнения согласно ФИГ. 1.

[0007] На ФИГ. 3 проиллюстрирован приведенный в качестве примера узел уплотнения, который может быть применен для реализации примеров, описанных в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Конкретные примеры проиллюстрированы на ранее обозначенных фигурах и подробно описаны далее. При описании этих примеров подобные или одинаковые числовые обозначения применены для обозначения одинаковых или подобных элементов. Фигуры не обязательно приведены в масштабе, а конкретные характерные элементы и конкретные виды фигур могут быть изображены увеличенными в масштабе или схематично для ясности и/или краткости. Дополнительно, в настоящем описании описаны несколько примеров. Любые характерные элементы из любого примера могут быть включены в другие характерные элементы из других примеров, заменены на них или другим образом совмещены с ними.

[0009] Примеры, описанные в данном документе, относятся к узлам уплотнения, применяемым в клапанах (например, противоточных клапанах, поточных клапанах), обеспечивающих уплотняющее зацепление с динамической уплотнительной поверхностью клетки и/или плунжером клапана. Узлы уплотнения могут по меньшей мере частично окружать плунжер клапана и содержат корпус, круглую часть и/или оболочку, в которой выполнена канавка, в которой по меньшей мере частично расположен гибкий сердечник. В некоторых примерах оболочка выполнена из и/или содержит относительно тонкую нержавеющую сталь (например, 0,1016 мм (0,004 дюйма)), а гибкий сердечник выполнен из и/или содержит гибкий графит. Хотя в качестве приведенного в качестве примера материала, применяемого для выполнения оболочки, указана нержавеющая сталь, может быть применен любой другой материал, такой как сплав Inconel.

[0010] Для обеспечения смещения уплотнения (например, корпус, сердечник) наружу и герметичного зацепления с динамической уплотнительной поверхностью, в сердечнике выполнена клиновидная канавка, в которую входит клин и/или выступ упорного кольца. На практике воздействие давления на упорное кольцо вводит клин в клиновидную канавку и обеспечивает смещение наружу и/или радиальное расширение уплотнения для герметичного зацепления с динамической уплотнительной поверхностью. Такое зацепление между уплотнением и клеткой и, конкретнее, между корпусом и клеткой по существу предотвращает протекание текучей среды между ними. В некоторых примерах для снижения фрикционной нагрузки на плунжер и износа во время дросселирования, элемент смещения и/или пружина расположена между сердечником и упорным кольцом для вывода выступа из канавки, когда давление, действующее на упорное кольцо, находится ниже конкретного порогового значения. Элемент смещения и/или пружина могут представлять собой тарельчатые пружины, спиральные пружины и т.д.

[0011] На ФИГ. 1 проиллюстрирован известный жидкостной клапан 100, содержащий кожух 102 клапана, содержащий канал 104 для потока текучей среды между впускным отверстием 106 и выпускным отверстием 108. Крышка 110 присоединена к кожуху 102 клапана посредством нескольких крепежных элементов 112 и содержит отверстие 114, предназначенное для входа штока 116. Конец 118 штока 116 проходит от крышки 110 и функционально соединен с приводом, а противоположный конец 120 штока 116 соединен с элементом для регулирования текучей среды или плунжером (например, сбалансированным по давлению плунжером) 122.

[0012] Для регулирования потока текучей среды, проходящей через кожух 102 клапана, затвор 123 клапана расположен между впускным отверстием 106 и выпускным отверстием 108 для обеспечения определенных характеристик потока (например, с целью уменьшения шума и/или кавитации, обусловленных прохождением потока текучей среды через жидкостной клапан 100). В данном примере затвор 123 клапана содержит посадочную клетку 124, плунжер 122 и шток 116.

[0013] Для предотвращения протекания текучей среды между внутренней поверхностью или динамической уплотнительной поверхностью 126 клетки 124 и наружной поверхностью 128 плунжера 122, плунжер 122 снабжен узлом 130 уплотнения (более четко показанный на ФИГ. 2). Как проиллюстрировано на ФИГ. 2, узел 130 уплотнения содержит упорное кольцо 136, опорное кольцо 138, тарелку 140 и уплотнение 132, по меньшей мере частично окружающее пружину (например, цилиндрическую пружину) 134.

[0014] После размещения затвора 123 клапана в жидкостном клапане 100, уплотнение 132 входит в зацепление с динамической уплотнительной поверхностью 126 посредством пружины 134, по существу предотвращая протекание между поверхностями 126 и 128. Дополнительно, когда жидкостной клапан 100 находится под давлением, уплотнение 132 обеспечивает приложение такой нагрузки на упорное кольцо 136, что наружная кромка 142 упорного кольца 136 входит в зацепление с динамической уплотнительной поверхностью 126, а внутренняя кромка 144 упорного кольца 136 входит в зацепление с поверхностью 146 сальника 148, в котором по меньшей мере частично расположено уплотнение 132.

[0015] На ФИГ. 3 проиллюстрирован примерный узел 300 уплотнения, который может быть применен для реализации примеров, описанных в данном документе. В этом примере узел 300 уплотнения содержит тарелку 140, примерное упорное кольцо и/или охватываемую часть 302 и примерное уплотнение и/или охватывающую часть 304. В некоторых примерах уплотнение 304 содержит корпус и/или круглую часть 306, в которой по меньшей мере частично расположены сердечник 308 и упорное кольцо 302. Размещение сердечника 308 внутри корпуса 306 по меньшей мере частично защищает сердечник 308 от повреждения и/или воздействия эрозии и обеспечивает уплотняющее зацепление с клеткой 124 упрочненного износостойкого корпуса 306 вместо сердечника 308. В некоторых примерах сердечник 308 выполнен из графита, а корпус 306 выполнен из нержавеющей стали.

[0016] Для обеспечения приложения упорным кольцом 302 нагрузки на уплотнение 304, в этом примере упорное кольцо 302 содержит конический, клиновидный круглый выступ и/или выступающий элемент 310, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного вхождения в коническую и/или клиновидную круглую канавку 312 сердечника 308. В некоторых примерах выступающий элемент 310 образует угол в диапазоне от около 15 градусов до 45 градусов. В некоторых примерах по мере перемещения упорного кольца 302 относительно сердечника 308, упорное кольцо 302 входит в скользящее зацепление и/или направляется по внутренним поверхностям 314 корпуса 306.

[0017] При работе, когда жидкостной клапан 100 находится под давлением, давление действует на поверхность 316 упорного кольца 302, которое смещает упорное кольцо 302 и выступающий элемент 310 в направлении канавки 312. Вхождение выступающего элемента 310 в канавку 312 обеспечивает такую нагрузку на уплотнение 304, что наружная поверхность и/или кромка 318 корпуса 306 входит в уплотняющее зацепление с динамической уплотнительной поверхностью 126. В некоторых примерах для снижения фрикционной нагрузки между корпусом 306 и клеткой 124 во время дросселирования, элемент смещения и/или пружина 320 расположена между сердечником 308 и упорным кольцом 302. Пружина 320 выводит выступающий элемент 310 из канавки 312 когда давление, действующее на поверхность 314 упорного кольца 302, находится ниже конкретного порогового значения.

[0018] Хотя приведенный в качестве примера узел 300 уплотнения показан применяемым в противоточном клапане, узел 300 уплотнения может применяться в потоковых клапанах. В таких примерах узел 300 уплотнения может быть повернут на 180 градусов относительно показанного на ФИГ. 3 положения и может не применяться тарелка 140. Однако в некоторых таких примерах узел 300 уплотнения может содержать уплотнительную тарелку, отличающуюся от уплотнительной тарелки 140 или аналогичную ей.

[0019] Как описано в данном документе, типовое устройство содержит клетку, плунжер, содержащий сальник, и узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике. Узел уплотнения содержит упорное кольцо, содержащее конический выступ и уплотнение, в котором выполнена канавка для размещения выступа. Воздействие давления на упорное кольцо приводит к введению выступа в канавку. Зацепление между выступом и канавкой используется чтобы вдавить уплотнение в уплотняющее зацепление с внутренней поверхностью клетки. В некоторых примерах уплотнение содержит сердечник, по меньшей мере частично окруженный круглым корпусом. В некоторых примерах корпус выполнен из нержавеющей стали.

[0020] В некоторых примерах корпус имеет U-образную форму. В некоторых примерах упорное кольцо по меньшей мере частично расположено внутри круглого корпуса. В некоторых примерах внутренние поверхности корпуса направляют перемещение упорного кольца. В некоторых примерах корпус расположен между сердечником и внутренней поверхностью клетки. В некоторых примерах конический выступ является клиновидным. В некоторых примерах сердечник выполнен из графита (например, гибкого графита). В некоторых примерах устройство содержит пружину, расположенную между упорным кольцом и сердечником для смещения упорного кольца от сердечника. В некоторых примерах канавка является клиновидной.

[0021] Другое приведенное в качестве примера устройство содержит клетку, плунжер, содержащий сальник, и узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике. Узел уплотнения содержит охватываемую часть и охватывающую часть, в которую входит охватываемая часть для введения охватывающей части в уплотняющее зацепление с внутренней поверхностью клетки. В некоторых примерах охватываемая часть представляет собой клиновидный выступ упорного кольца. В некоторых примерах охватывающая часть представляет собой уплотнение. В некоторых примерах уплотнение содержит сердечник, по меньшей мере частично окруженный корпусом. В некоторых примерах сердечник содержит графит, а круглая часть выполнена из нержавеющей стали. В некоторых примерах внутренние поверхности корпуса по меньшей мере частично направляют перемещение упорного кольца. В некоторых примерах корпус представляет собой круглый корпус. В некоторых примерах устройство также содержит пружину, расположенную между сердечником и упорным кольцом для смещения упорного кольца от сердечника.

[0022] Другое приведенное в качестве примера устройство содержит клетку, плунжер, содержащий сальник, и средство для герметичного зацепления с внутренней поверхностью клетки, по меньшей мере частично расположенное в сальнике и содержащее первую часть, предназначенную для зацепления и введения второй части в уплотняющее зацепление с клеткой. В некоторых примерах первая часть представляет собой упорное кольцо, содержащее конический выступ, а вторая часть представляет собой уплотнение, в котором выполнена канавка для размещения выступа.

[0023] Хотя в данном документе были описаны некоторые приведенные в качестве примера устройства, сфера охвата этого патента не ограничивается только ними. Напротив, данная заявка распространяется на все варианты реализации изобретения, очевидно попадающие в объем пунктов приложенной формулы изобретения, как в буквальном смысле, так и с учетом доктрины эквивалентов.

Описаны узлы уплотнения, применяемые в жидкостных клапанах. Затвор клапана содержит клетку, плунжер, содержащий сальник и узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике. Узел уплотнения содержит упорное кольцо, содержащее конический выступ, уплотнение, в котором выполнена канавка для размещения выступа, при этом уплотнение содержит сердечник, по меньшей мере частично окруженный круглым корпусом, причем упорное кольцо по меньшей мере частично расположено внутри круглого корпуса и давление воздействует на упорное кольцо для вдавливания выступа в канавку, причем зацепление между выступом и канавкой используется, чтобы вдавить уплотнение в уплотнительное зацепление с внутренней поверхностью клетки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Затвор клапана, содержащий:

клетку;

плунжер, содержащий сальник; и

узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике, причем узел уплотнения содержит:

упорное кольцо, содержащее конический выступ;

уплотнение, в котором выполнена канавка для размещения выступа, при этом уплотнение содержит сердечник, по меньшей мере частично окруженный круглым корпусом,

причем упорное кольцо по меньшей мере частично расположено внутри круглого корпуса и давление воздействует на упорное кольцо для вдавливания выступа в канавку, причем зацепление между выступом и канавкой используется, чтобы вдавить уплотнение в уплотнительное зацепление с внутренней поверхностью клетки.

2. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что корпус содержит нержавеющую сталь.

3. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что корпус имеет U-образную форму.

4. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что внутренние поверхности корпуса направляют перемещение упорного кольца.

5. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что корпус расположен между сердечником и внутренней поверхностью клетки.

6. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что конический выступ является клиновидным.

7. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что сердечник содержит графит.

8. Затвор клапана по п. 1, дополнительно содержащий пружину, расположенную между упорным кольцом и сердечником для смещения упорного кольца от сердечника.

9. Затвор клапана по п. 1, отличающийся тем, что канавка является клиновидной.

10. Затвор клапана, содержащий:

клетку;

плунжер, содержащий сальник; и

узел уплотнения, по меньшей мере частично расположенный в сальнике, причем узел уплотнения содержит:

охватываемую часть, по меньшей мере частично размещенную внутри корпуса, имеющего внутреннюю поверхность корпуса, которая служит для по меньшей мере частичного направления перемещения охватываемой части; и

охватывающую часть, в которую входит охватываемая часть для введения охватывающей части в уплотняющее зацепление с внутренней поверхностью клетки, при этом охватывающая часть расположена внутри корпуса.

11. Затвор клапана по п. 10, отличающийся тем, что охватываемая часть содержит клиновидный выступ упорного кольца.

12. Затвор клапана по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что охватывающая часть содержит уплотнение.

13. Затвор клапана по п. 12, отличающийся тем, что уплотнение содержит сердечник, по меньшей мере частично окруженный корпусом.

14. Затвор клапана по п. 13, отличающийся тем, что сердечник содержит графит, а круглая часть корпуса содержит нержавеющую сталь.

15. Затвор клапана по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что корпус включает круглый корпус.

16. Затвор клапана по п. 13, дополнительно содержащий пружину, расположенную между сердечником и упорным кольцом для смещения упорного кольца от сердечника.