УСТРОЙСТВО ЗАТВОРА КЛАПАНА, ИМЕЮЩЕЕ НЕСКОЛЬКО ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ФЛЮИДА Российский патент 2020 года по МПК F16K1/44 F16K47/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение в целом относится к управляющим клапанам, и в частности, к устройству затвора, имеющему несколько элементов управления потоком флюида.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Управляющие клапаны часто используются в установках или системах управления процессами для управления потоком технологических флюидов. В некоторых случаях, таких как системы генерирования энергии или переработки нефти, в условиях процесса создаются повышенные уровни шума (например, аэродинамический шум), когда технологический флюид течет через технологическую систему. Для ослабления и / или устранения шума (и управления другими характеристиками потока флюида через перепускной канал клапана) управляющие клапаны, как правило, содержат узел или устройство затвора клапана. Однако для эффективного ослабления и / или устранения шума известные устройства затвора клапана часто используются только с клапанами, выполненными в подъемных конфигурациях. В частности, устройство затвора клапана, ослабляющее шум, использует отверстия, разбрызгивающие или распыляющие поток флюида высокого давления во множество перепускных каналов потока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В одном примере устройство затвора клапана содержит седло основного клапана и первый элемент управления потоком, имеющий полость и первую посадочную поверхность, причем первый элемент управления потоком может перемещаться относительно седла основного клапана. Второй элемент управления потоком расположен внутри полости и соединен с возможностью скольжения относительно первого элемента управления потоком. Седло вспомогательного клапана соединено с первым элементом управления потоком, а второй элемент управления потоком перемещается относительно седла вспомогательного клапана, регулируя поток флюида через седло вспомогательного клапана.

[0004] В другом примере клапан управления потоком содержит корпус клапана, образующий перепускной канал потока флюида между впуском и выпуском. Устройство затвора клапана, управляющее потоком флюида между впуском и выпуском, расположено внутри перепускного канала. Устройство затвора клапана содержит седло основного клапана, зафиксированное между крышкой и корпусом клапана, и седло основного клапана, подвешенное внутри перепускного канала потока флюида. Первый элемент управления потоком имеет полость и первую посадочную поверхность. Первая посадочная поверхность может сцепляться с седлом основного клапана, обеспечивая управление перекрыванием, и ограничивая поток флюида через перепускной канал. Седло вспомогательного клапана расположено внутри полости первого элемента управления потоком, и второй элемент управления потоком расположен внутри полости первого элемента управления потоком. Второй элемент управления потоком соединен с возможностью скольжения с первым элементом управления потоком и может перемещаться относительно седла вспомогательного клапана, регулируя поток флюида через перепускной канал.

[0005] В другом примере устройство затвора клапана содержит первый механизм, образующий первую поверхность герметизации, которая должна быть расположена внутри перепускного канала корпуса клапана между впуском и выпуском. Между впуском и выпуском предусмотрен первый механизм управления потоком флюида через перепускной канал корпуса клапана. Первый механизм управления потоком флюида образует механизм посадки, обеспечивающий перекрывание потока флюида, и механизм ослабления шума, производимого флюидом, протекающим через перепускной канал. Второй механизм, образующий вторую поверхность герметизации, расположен в полости, образованной первым механизмом управления потоком флюида. Второй механизм управления потоком флюида через перепускной канал расположен в полости первого механизма управления. Второй механизм управления потоком флюида, регулирующий поток флюида через перепускной канал корпуса клапана, соединен с возможностью скольжения с первым механизмом управления потоком флюида. Второй механизм управления может перемещаться вдоль полости первого механизма управления между первым положением, останавливающим поток флюида через механизм ослабления шума, и вторым положением, пропускающим поток флюида через механизм ослабления шума.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0006] Фиг. 1 иллюстрирует типовой управляющий клапан, выполненный с типовым устройством затвора клапана в соответствии с идеями, описанными в данном документе.

[0007] Фиг. 2 иллюстрирует вид с местным разрезом типового устройства управляющего клапана по Фиг. 1.

[0008] ФИГ. 3 иллюстрирует частичный вид с разрезом типового привода типового устройства управляющего клапана по Фиг. 1 и 2.

[0009] ФИГ. 4 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства управляющего клапана по Фиг. 1-3, показанного в первом состоянии.

[0010] ФИГ. 5 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства управляющего клапана по Фиг. 1-4, показанного во втором состоянии.

[0011] ФИГ. 6 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства управляющего клапана по Фиг. 1-5, показанного в третьем состоянии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, можно использовать для уменьшения шума и / или давления, создаваемого технологическим флюидом (например, газом или жидкостью), протекающим через отверстие и / или перепускной канал управляющего клапана (например, управляющего клапана, имеющего спускную конфигурацию). Кроме того, типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, позволяет единственному клапану управлять функцией регулирования отдельно от функции перекрывания. Например, первый элемент управления потоком может перемещаться относительно первого отверстия, обеспечивая первую характеристику потока флюида (например, характеристику снижения давления) через перепускной канал гидроклапана, а второй элемент управления потоком может перемещаться относительно второго отверстия, обеспечивая вторую характеристику потока флюида (например, характеристику ослабления шума) через перепускной канал. К тому же, при разделении этих двух функций значительно уменьшаются возможные повреждения или износ материала устройства затвора клапана из-за падения давления в устройстве затвора клапана, благодаря чему увеличивается срок службы устройства затвора клапана.

[0013] Для разделения функций перекрывания и регулирования типовое устройство затвора клапана использует несколько элементов управления потоком. Например, устройство затвора клапана, описанное в данном документе, может содержать первый элемент управления потоком и второй элемент управления потоком. В частности, первый и второй элементы управления потоком, описанные в данном документе, для управления потоком флюида через перепускной канал клапана для потока флюида могут иметь возможность ступенчатого перемещения или управления. Например, первый элемент управления потоком может перемещаться в открытое положение, выравнивая или уменьшая перепад давления на противоположных концах второго элемента управления потоком, перед перемещением второго элемента управления потоком в открытое положение, что позволяет существенно уменьшить усилие прорыва по сравнению с известными гидроклапанами. Конкретнее, первый элемент управления потоком, описанный в данном документе, может перемещаться вместе со вторым элементом управления потоком вдоль первой части длины хода привода (например, когда первый элемент управления потоком перемещается в открытое положение), а второй элемент управления потоком перемещается относительно первого элемента управления потоком вдоль второй части длины хода привода (например, когда второй элемент управления потоком перемещается в открытое положение). В некоторых примерах второй элемент управления потоком может быть соединен с возможностью скольжения и / или телескопически относительно первого элемента управления потоком. В некоторых примерах второй элемент управления потоком может перемещаться независимо относительно первого элемента управления потоком вдоль по меньшей мере части длины хода привода. В некоторых примерах первый элемент управления потоком следует за перемещением второго элемента управления потоком, когда второй элемент управления потоком активируется перемещением привода вдоль по меньшей мере части длины хода привода. В некоторых примерах первый элемент управления потоком перемещается между первым или открытым положением, и вторым или закрытым положением под давлением сжатого технологического флюида вверх по потоку от первого элемента управления потоком.

[0014] В результате типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, позволяет первому элементу управления потоком перемещаться между открытым положением и закрытым положением (например, перемещаться относительно первого седла клапана), когда второй элемент управления потоком остается в закрытом положении (например, герметично зацепленным со вторым седлом клапана, отличающимся от первого седла клапана). Аналогично, второй элемент управления потоком может перемещаться между открытым положением и закрытым положением (например, перемещаться относительно второго седла клапана), когда первый элемент управления потоком находится в открытом положении относительно первого седла клапана.

[0015] Типовой первый элемент управления потоком и / или второй элемент управления потоком может содержать средства или элементы (например, отверстия), ослабляющие или устраняющие шум в перепускном канале управляющего клапана благодаря изменениям давления и / или скорости технологического флюида, протекающего через перепускной канал. В некоторых примерах устройство затвора клапана, описанное в данном документе, содержит клетку или цилиндр, имеющие отверстия и / или другие средства или элементы, контролирующие шум, скорость и / или другие характеристики технологического флюида. Конкретнее, первый и второй элементы управления потоком могут быть соединены подвижно относительно внутренней поверхности клетки. В некоторых примерах клетка не предусмотрена, и свойства и / или характеристики, обеспечиваемые клеткой, могут быть обеспечены пространством, смежным с концом первого элемента управления потоком, противоположным концу, имеющему средства ослабления и / или устранения шума.

[0016] В некоторых примерах типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, обеспечивает ослабление и / или устранение шума для сточных управляющих клапанов, открывающихся при нажатии. Конкретно, типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, разбрызгивает или распыляет технологический флюид высокого давления, протекающий от впуска, расположенного над выпуском гидроклапана. В дополнительном или альтернативном варианте по меньшей мере некоторые типовые устройства затвора клапана, описанные в данном документе, расположены в выпускной части устья перепускного канала потока флюида. В результате обеспечивается более короткое расстояние между впускной стороной устья и приводом, и таким образом общая длина типового устройства затвора клапана, значительно меньше, чем длина обычно используемых устройств затвора клапана, расположенных только на впускной стороне устья. Например, типовое устройство затвора клапана, описанное в данном документе, имеет первую часть, расположенную в перепускном канале потока флюида на впускной стороне устья и / или перепускного канала потока флюида, и вторую часть, расположенную в перепускном канале потока флюида на выпускной стороне устья и / или перепускного канала потока флюида. Другими словами, устройство затвора клапана, описанное в данном документе, перекрывает обе стороны устья перепускного канала потока флюида.

[0017] Фиг. 1 иллюстрирует устройство 100 управляющего клапана (например, сточного углового управляющего клапана), выполненного в соответствии с идеями, описанными в данном документе, который может быть использован в системах с высоким перепадом давления. Что касается Фиг. 1, типовое устройство 100 управляющего клапана содержит клапан 102, имеющий боковое отверстие или впуск 104 и нижнее отверстие или выпуск 106. В этом примере впуск 104 повернут под углом (например, под углом 90 градусов) относительно выпуска 106. Крышка 108 соединяет клапан 102 с приводом 110 (например, пневматическим приводом, электрическим приводом, гидравлическим приводом и т.п.).

[0018] Фиг. 2 иллюстрирует внутренний вид типового устройства 100 управляющего клапана по Фиг. 1. Типовой клапан 102 в проиллюстрированном примере содержит устройство 200 затвора клапана, выполненное в соответствии с идеями, описанными в данном документе. Устройство 200 затвора клапана в проиллюстрированном примере расположено внутри отверстия или перепускного канала 202, образованного корпусом 204 клапана 102, управляющего потоком флюида между впуском 104 и выпуском 106. Кроме того, клапан 102 в проиллюстрированном примере выполнен в виде сточного клапана, и таким образом технологический флюид от впуска 104 течет через перепускной канал 202 по направлению вниз или по пути потока к выпуску 106. Таким образом, устройство 200 затвора клапана в проиллюстрированном примере выполнено с возможностью использования в качестве сточного управляющего клапана.

[0019] В системах с высоким перепадом давления флюид (например, жидкость, газ, пар и т.п.) на впуске 104 клапана 102, как правило, имеет относительно высокое давление, которое снижается до существенно меньшего значения на выпуске 106 клапана 102. Относительно высокий перепад давления на противоположных концах клапана 102 значительно повышает скорость флюида, протекающего через перепускной канал 202 корпуса 204 клапана. Повышенная скорость может заставить флюид, протекающий через клапан 102, производить шум нежелательных или неблагоприятных повышенных уровней (например, аэродинамический шум). Типовое устройство 102 затвора клапана в проиллюстрированном примере содержит средства или элементы, контролирующие, устраняющие, ослабляющие и / или уменьшающие шум, который может быть вызван потоком технологического флюида высокого давления и / или высокой скорости между впуском 104 и выпуском 106.

[0020] Устройство 200 затвора клапана в проиллюстрированном примере содержит: основной или первый элемент 206 управления потоком, вспомогательный или второй элемент 208 управления потоком, седло 210 основного клапана, и седло 212 вспомогательного клапана. Первый элемент 206 управления потоком, второй элемент 208 управления потоком, седло 210 основного клапана и / или седло 212 вспомогательного клапана могут быть изготовлены из: металлического материала, такого как, например, нержавеющая сталь; пластикового материала; каучукового материала; и / или любых других подходящих материалов или комбинаций материалов.

[0021] Седло 210 основного клапана расположено и / или зафиксировано (например, подвешено) между крышкой 108 и корпусом 204 клапана. В частности, седло 210 основного клапана содержит фиксирующее кольцо 214 и основную поверхность 216 герметизации. Фиксирующее кольцо 214 зафиксировано или зажато между крышкой 108 и корпусом 204 клапана так, что основная поверхность 216 герметизации подвешена или навешена внутри перепускного канала 202.

[0022] Первый элемент 206 управления потоком перемещается относительно седла 210 основного клапана, обеспечивая функцию включения / выключения или управления перекрыванием, прекращающую или ограничивающую поток флюида через перепускной канал 202, когда клапан 102 находится в закрытом положении (например, в положении, показанном на Фиг. 2). Второй элемент 208 управления потоком перемещается относительно седла 212 вспомогательного клапана, регулируя поток флюида через перепускной канал 202 между впуском 104 и выпуском 106. В некоторых примерах первый элемент 206 управления потоком и седло 210 основного клапана выполнены с возможностью обеспечения по существу непроницаемого перекрывания (например, класс V по классификации перекрывания, предусмотренной в ANSI/FCI 70-2 1976(R1982).

[0023] Первый элемент 206 управления потоком в проиллюстрированном примере содержит корпус 218 (например, продолговатый корпус цилиндрической формы), имеющий канал или полость 220, и внешнюю поверхность 222. Корпус 218 содержит отверстие 224, прилегающее к первому концу 226 корпуса 218, и наконечник или головку 228 (например, изогнутый или дугообразный наконечник), прилегающий ко второму концу 230 корпуса 218, противоположному первому концу 226. Таким образом, первый элемент 206 управления потоком в проиллюстрированном примере имеет U-образный профиль или поперечное сечение. Первый конец 226 первого элемента 206 управления потоком содержит основную посадочную поверхность 232 (например, металлическую посадочную поверхность), герметично сцепляющуюся с основной поверхностью 216 герметизации (например, металлической поверхностью герметизации) седла 210 основного клапана, обеспечивая относительно непроницаемое перекрывание.

[0024] В проиллюстрированном примере второй конец 230 первого элемента 206 управления потоком содержит деталь 234 ослабления шума вдоль по меньшей мере длины корпуса 218. Деталь 234 ослабления шума в проиллюстрированном примере содержит множество отверстий 236, проходящих через корпус 218 между полостью 220 и внешней поверхностью 222. Отверстия 236 первого элемента 206 управления потоком образуют множество каналов потока, разбрызгивающих или распыляющих флюид, протекающий между впуском 104 и выпуском 106, уменьшая в потоке количество энергии, превращающейся в шум, и / или смещая частоту производимого шума до уровней за пределами слышимого диапазона. Каждое из отверстий 236 в проиллюстрированном примере имеет продольную ось, не параллельную (например, по существу перпендикулярную) продольной оси 238 клапана 102 (например, вертикальной продольной оси в ориентации по Фиг. 2). Кроме того, отверстия 236 в проиллюстрированном примере имеют по существу прямой профиль или форму. Однако в других примерах отверстия 236 могут иметь изогнутый или дугообразный профиль, угловой профиль, конический профиль и / или любой другой профиль или форму.

[0025] Первый конец 226 первого элемента 206 управления потоком в проиллюстрированном примере по существу сплошной (то есть, не содержит проемов или отверстий, проходящих через корпус 218). Однако в некоторых примерах, первый конец 226 корпуса может содержать отверстия, прорези, угловые прорези и / или любые другие проемы или отверстия (например, аналогичные отверстиям 236), влияющие на характеристики технологического флюида, протекающего через перепускной канал 202 между впуском 104 и выпуском 106. Хотя это не показано, в некоторых примерах устройство 200 затвора клапана в проиллюстрированном примере может содержать клетку, расположенную между крышкой 108 и / или седлом 210 основного клапана и корпусом 204 клапана так, что первый элемент 206 управления потоком перемещается и / или скользит внутри этой клетки. Клетка может содержать отверстия вдоль длины полости, влияющие на характеристики технологического флюида, протекающего через перепускной канал 202 между впуском 104 и выпуском 106. Если устройство 200 затвора клапана использует клетку, внешняя поверхность 222 первого конца 226 первого элемента 206 управления потоком может перемещаться относительно отверстий клетки, управляя потоком флюида через перепускной канал 202.

[0026] Первый элемент 206 управления потоком в проиллюстрированном примере содержит продольную ось, по существу выровненную (например, коаксиально выровненную) с продольной осью 238 клапана 102. При расположении в перепускном канале 202 по меньшей мере часть второго конца 230 первого элемента 206 управления потоком входит в перепускной канал 202 корпуса 204 клапана в направлении выпуска 106 и от первой стороны 240 второго элемента 208 управления потоком (например, стороны выпуска седла 212 вспомогательного клапана). Аналогичным образом, по меньшей мере часть первого конца 226 первого элемента 206 управления потоком входит в перепускной канал 202 корпуса 204 клапана в направлении крышки 108 и / или седла 210 основного клапана удаляется от второй стороны 242 второго элемента 208 управления потоком (например, стороны впуска седла 212 вспомогательного клапана). Таким образом, первый конец 226 первого элемента 206 управления потоком перемещается относительно седла 210 основного клапана, управляя потоком флюида в перепускном канале 202 относительно стороны впуска седла 212 вспомогательного клапана (например, вверх по потоку от второго элемента 208 управления потоком), а второй конец 230 первого элемента 206 управления потоком изменяет характеристику (например, шум) потока технологического флюида вниз по потоку от стороны выпуска седла 212 вспомогательного клапана (например, вниз по потоку от второго элемента 208 управления потоком).

[0027] Внешняя поверхность 222 первого элемента 206 управления потоком содержит уплотнение 244 (например, уплотнение подвижного соединения), ограничивающее или устраняющее протекание флюида между внешней поверхностью 222 первого элемента 206 управления потоком и внутренней поверхностью или отверстием 246 корпуса 204 клапана. Конкретно, внешняя поверхность 222 первого элемента 206 управления потоком и / или уплотнение 244 имеют фланец 248, сцепляющийся с фланцем 250 корпуса 204 клапана. Первый элемент 206 управления потоком в проиллюстрированном примере соединен с корпусом 204 фиксатором 252 (например, фиксирующим кольцом). Фиксатор 252 позволяет первому элементу 206 управления потоком перемещаться или скользить внутри перепускного канала 202 относительно отверстия 246 корпуса 204 клапана.

[0028] Второй элемент 208 управления потоком соединен или вставлен с возможностью скольжения внутрь полости 220 первого элемента 206 управления потоком через отверстие 224. Конкретнее, второй элемент 208 управления потоком в проиллюстрированном примере имеет продольную ось, по существу выровненную и / или параллельную (например, коаксиальную) относительно продольной оси 238 клапана 102. Кроме того, седло 212 вспомогательного клапана в проиллюстрированном примере вставлено внутрь полости 220 через отверстие 224 и разъемно соединено с полостью 220 первого элемента 206 управления потоком. Например, седло 212 вспомогательного клапана в проиллюстрированном примере ввинчено внутрь полости 220 первого элемента 206 управления потоком. Однако в некоторых примерах седло 212 вспомогательного клапана соединено с первым элементом 206 управления потоком сваркой, химическими крепежными средствами и / или любыми другими крепежными средствами. Продольная ось седла 212 вспомогательного клапана по существу выровнена и / или параллельна (например, коаксиальна) продольной оси 238 клапана 102.

[0029] Второй элемент 208 управления потоком перемещается или скользит внутри полости 220 первого элемента 206 управления потоком относительно седла 212 вспомогательного клапана. Конкретнее, второй элемент 208 управления потоком соединен с возможностью скольжения относительно первого элемента 206 управления потоком. В некоторых примерах второй элемент 208 управления потоком может независимо перемещаться относительно первого элемента 206 управления потоком (например, вдоль по меньшей мере части длины хода привода). В частности, второй элемент 208 управления потоком имеет вспомогательную посадочную поверхность 254 (например, металлическую регулирующую поверхность) прилегающую к первой стороне 240 второго элемента 208 управления потоком, перемещающуюся относительно регулирующей поверхности 256 седла 212 вспомогательного клапана, регулируя поток флюида через перепускной канал 202. Второй элемент 208 управления потоком, показанный на Фиг. 2, содержит отверстие 258 между первой и второй сторонами 240 и 242, принимающее шток 260 клапана, функционально соединяющий второй элемент 208 управления потоком и привод 110. В проиллюстрированном примере крепежный элемент 262 (например, болт) соединяет второй элемент 208 управления потоком и шток 260 клапана. В некоторых примерах отверстие 258 второго элемента 208 управления потоком имеет резьбу, и часть штока 260 клапана соединена на резьбе со вторым элементом 208 управления потоком. В некоторых примерах шток 260 клапана соединен со вторым элементом 208 управления потоком штифтом. Второй элемент 208 управления потоком в проиллюстрированном примере также содержит каналы 264, проходящие между первой стороной 240 и второй стороной 242, выравнивающие давление второго элемента 208 управления потоком во время работы клапана 102.

[0030] Фиг. 3 представляет собой частичный вид с разрезом типового привода 110 по Фиг. 1. Для перемещения второго элемента 208 управления потоком относительно седла 212 вспомогательного клапана и / или относительно первого элемента 206 управления потоком, второй элемент 208 управления потоком функционально соединен с приводом 110 штоком 260 клапана. В проиллюстрированном примере стержень 302 привода соединяет шток 260 клапана (Фиг. 2) с приводом 110.

[0031] Привод 110 в проиллюстрированном примере содержит чувствительный элемент 304 (например, поршень), расположенный внутри корпуса 306 привода 110, образующий первую камеру 308 и вторую камеру 310. Точнее говоря, чувствительный элемент 304 перемещается вдоль полной длины хода 300 между первым положением 312 (например, перемещение на ноль процентов (0%) длины хода), прилегающим к первому концу 314 корпуса 306 и вторым положением 316 (например, перемещение на 100 процентов длины хода), прилегающим ко второму концу 318 корпуса 306 (например, показано пунктирной линией на Фиг. 3). Например, клапан 102 находится в закрытом положении, прекращающем или ограничивающем поток флюида через перепускной канал 202 между впуском 104 и выпуском 106, когда чувствительный элемент 304 находится в первом положении 312. Клапан 102 находится в полностью открытом положении или в положении максимального потока, позволяющем флюиду течь через перепускной канал 202 между впуском 104 и выпуском 106, когда чувствительный элемент 304 находится во втором положении 316, показанном пунктирными линиями на Фиг. 3. Например, чувствительный элемент 304 перемещается в первое положение 312, когда во вторую камеру 310 поступает управляющий флюид, имеющий давление большее, чем давление (например, атмосферное давление) управляющего флюида в первой камере 308. В свою очередь, чувствительный элемент 304 привода 110 с помощью стержня 302 привода заставляет шток 260 клапана перемещаться в направлении от выпуска 106 перепускного канала 202, что заставляет второй элемент 208 управления потоком перемещаться в направлении седла 212 вспомогательного клапана. Аналогичным образом, чувствительный элемент 304 перемещается во второе положение 316 в направлении второй камеры 310 и от первой камеры 308, когда в первую камеру 308 поступает управляющий флюид, имеющий давление большее, чем давление (например, атмосферное давление) во второй камере 310. В свою очередь, чувствительный элемент 304 привода 110 с помощью стержня 302 привода заставляет шток 260 клапана перемещаться в направлении выпуска 106 перепускного канала 202, что заставляет второй элемент 208 управления потоком перемещаться в направлении от седла 212 вспомогательного клапана. Таким образом, в проиллюстрированном примере перемещение чувствительного элемента 304 между первым положением 312 и вторым положением 316 определяет полную длину хода привода 110.

[0032] Фиг. 4 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства 100 управляющего клапана по Фиг. 1-3, показанного в первом состоянии или в полностью закрытом положении 400. Конкретнее, в полностью закрытом положении 400 чувствительный элемент 304 привода 110 находится в первом положении 312 (Фиг. 3), первый элемент 206 управления потоком находится в закрытом положении 402, и второй элемент 208 управления потоком находится в закрытом положении 404. В частности, в полностью закрытом положении 400 основная посадочная поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком герметично сцеплена с седлом 210 основного клапана, а вспомогательная посадочная поверхность 254 второго элемента 208 управления потоком герметично сцеплена с регулирующей поверхностью 256 седла 212 вспомогательного клапана. В частности, привод 110 передает закрывающее усилие или нагрузку посадки на посадочную поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком и / или вспомогательную посадочную поверхность 254 второго элемента 208 управления потоком. Таким образом, первый элемент 206 управления потоком и седло 210 основного клапана в проиллюстрированном примере обеспечивают по существу непроницаемое уплотнение, препятствующее потоку флюида между впуском 104 и выпуском 106. Другими словами, когда посадочная поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком герметично сцеплена с седлом 210 основного клапана, поток флюида между впуском 104 и полостью 220 первого элемента 206 управления потоком (то есть, стороной впуска седла 212 вспомогательного клапана) ограничен или прекращен. Таким образом, внешняя поверхность 222 первого элемента 206 управления потоком, прилегающая к первому концу 226, и седло 210 основного клапана образуют стенку, препятствующую потоку флюида от впуска 104 в полость 220. В закрытом положении 402, фланец 248 первого элемента 206 управления потоком отделен от фланца 250 корпуса 204 клапана зазором 406 между ними.

[0033] Привод 110 с чувствительным элементом 304 в первом положении 312 прикладывает закрывающее усилие 408 (например, направленное вверх усилие в ориентации по Фиг. 4) через шток 260 клапана, удерживающее второй элемент 208 управления потоком в герметичном зацеплении с седлом 212 вспомогательного клапана. В свою очередь, закрывающее усилие 408 прикладывается к первому элементу 206 управления потоком благодаря соединению (например, жесткому соединению) седла 212 вспомогательного клапана с первым элементом 206 управления потоком. Другими словами, закрывающее усилие 408, приложенное к седлу 212 вспомогательного клапана, заставляет основную посадочную поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком герметично соединяться (например, герметично сцепляться) с основной поверхностью 216 герметизации седла 210 основного клапана, обеспечивая относительно непроницаемое перекрывание. Таким образом, когда чувствительный элемент 304 находится в первом положении 312 (Фиг. 3), на первый элемент 206 управления потоком передается усилие вытягивания в направлении от выпуска 106 перепускного канала 202 в ориентации по Фиг. 4, благодаря зацеплению второго элемента 208 управления потоком и седла 212 вспомогательного клапана.

[0034] Фиг. 5 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства 100 управляющего клапана по Фиг. 1-3, показанного во втором состоянии или в промежуточном положении 500 (например, в частично открытом положении). В промежуточном положении 500 первый элемент 206 управления потоком перемещается от седла 210 основного клапана в открытое положение 502. По мере перемещения первого элемента 206 управления потоком от седла 210 основного клапана зазор 406 (Фиг. 4) между фланцем 248 первого элемента 206 управления потоком и фланцем 250 корпуса 204 клапана уменьшается и / или исчезает. В открытом положении 502 основная посадочная поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком отделена от основной поверхности 216 герметизации седла 210 основного клапана, что обеспечивает путь потоку, позволяя флюиду протекать между впуском 104 и полостью 220 первого элемента 206 управления потоком. Другими словами, флюид имеет возможность течь к седлу 212 вспомогательного клапана и второму элементу 208 управления потоком. Однако в промежуточном положении 500 второй элемент 208 управления потоком находится в закрытом положении 404 (например, герметично сцеплен с седлом 212 вспомогательного клапана), препятствуя потоку флюида между впуском 104 и выпуском 106.

[0035] Для перемещения первого элемента 206 управления потоком от седла 210 основного клапана в открытое положение 502 в первую камеру 308 (Фиг. 3) привода 110 подается управляющий флюид. Этот управляющий флюид имеет давление выше, чем давление управляющего флюида во второй камере 310, что заставляет чувствительный элемент 304 перемещаться в направлении второго положения 316. В свою очередь, по мере перемещения чувствительного элемента 304 в направлении второго положения 316, шток 260 клапана и второй элемент 208 управления потоком перемещаются в направлении выпуска 106 перепускного канала 202. По мере перемещения второго элемента 208 управления потоком в направлении выпуска 106, закрывающее усилие, прикладываемое к первому элементу 206 управления потоком со стороны второго элемента 208 управления потоком, как указано выше, уменьшается. Таким образом, когда чувствительный элемент 304 перемещается между первым положением 312 и вторым положением 316, давление технологического флюида на впуске 104 влияет и / или воздействует на положение первого элемента 206 управления потоком, уменьшая закрывающее усилие, поскольку первый элемент 206 управления потоком свободно скользит относительно второго элемента 208 управления потоком. Таким образом, сжатый флюид на впуске 104, действуя на первый элемент 206 управления потоком, заставляет первый элемент 206 управления потоком перемещаться в направлении выпуска 106 перепускного канала 202 (например, в направлении вниз в ориентации по Фиг. 5) по мере перемещения второго элемента 208 управления потоком в направлении выпуска 106.

[0036] Поскольку второй элемент 208 управления потоком пытается переместиться от седла 212 вспомогательного клапана, когда чувствительный элемент 304 перемещается в направлении второго положения 316, сжатый флюид на впуске 104 передает усилие первому элементу 206 управления потоком, заставляя первый элемент 206 управления потоком перемещаться или скользить в направлении второго элемента 208 управления потоком, таким образом, заставляя седло 212 вспомогательного клапана оставаться в зацеплении со вторым элементом 208 управления потоком. Другими словами, второй элемент 208 управления потоком остается в зацеплении с седлом 212 вспомогательного клапана, когда первый элемент 206 управления потоком перемещается между закрытым положением 402 и открытым положением 502, показанным на Фиг. 5, поскольку второй элемент 208 управления потоком расположен между первым усилием (например, усилием вытягивания), передаваемым приводом 110 на вторую сторону 242 второго элемента 208 управления потоком в направлении седла 210 основного клапана (например, в направлении вверх в ориентации по Фиг. 5), и вторым усилием, передаваемым технологическим флюидом на впуске 104 на первый элемент 206 управления потоком в направлении выпуска 106 (например, в направлении вниз в ориентации по Фиг. 5). Поэтому второй элемент 208 управления потоком остается в герметичном зацеплении с седлом 212 вспомогательного клапана вдоль части длины хода 300 привода 110, когда первый элемент 206 управления потоком перемещается между закрытым положением 402 и открытым положением 502. В проиллюстрированном примере первый элемент 206 управления потоком перемещается в направлении выпуска 106, пока фланец 248 первого элемента 206 управления потоком и/или фиксатор 252 не зацепится с фланцем 250 корпуса 204 клапана.

[0037] Кроме того, когда первый элемент 204 управления потоком перемещается в открытое положение 502, образуется отверстие между основной посадочной поверхностью 232 и основной поверхностью 216 герметизации, позволяющее технологическому флюиду на впуске 104 течь в полость 220 первого элемента 206 управления потоком и в направлении второго элемента 208 управления потоком. Однако поскольку второй элемент 208 управления потоком ограничивает или перекрывает поток флюида через клапан 102, когда вспомогательная посадочная поверхность 254 герметично сцеплена с регулирующей поверхностью 256 седла 212 вспомогательного клапана, флюид высокого давления на впуске 104 течет через основную посадочную поверхность 232 первого элемента 206 управления потоком и / или основную поверхность 216 герметизации седла 210 основного клапана без значительного падения или перепада давления. Другими словами, перепад давления на противоположных сторонах основной посадочной поверхности 232 первого элемента 206 управления потоком и / или основной поверхности 216 герметизации седла 210 основного клапана относительно мал или незначителен, когда основной элемент 206 управления потоком открывается или перемещается от основной поверхности 216 герметизации. Уменьшение или сведение к минимуму падения или перепада давления на противоположных сторонах основной посадочной поверхности 232 и / или основной поверхности 216 герметизации значительно увеличивает срок службы основной поверхности 216 герметизации и / или основной посадочной поверхности 232, и таким образом, устройства 200 затвора клапана.

[0038] Кроме того, когда технологический флюид находится в полости 220 первого элемента 206 управления потоком, сжатый флюид на впуске 104 протекает через каналы 264 второго элемента 208 управления потоком, выравнивая давление второго элемента 208 управления потоком. Таким образом, когда первый элемент 206 управления потоком перемещается в открытое положение 502, перепад давления на противоположных концах второго элемента управления потоком выравнивается и / или уменьшается перед тем, как второй элемент 208 управления потоком переместится в открытое положение от седла 212 вспомогательного клапана, позволяя значительно уменьшить необходимое усилие прорыва.

[0039] Фиг. 6 представляет собой вид с частичным разрезом типового устройства 100 управляющего клапана по Фиг. 1-5, показанного в третьем состоянии или в открытом положении 600 (например, в полностью открытом положении). В открытом положении 600 первый элемент 206 управления потоком находится в открытом положении 502, и второй элемент 208 управления потоком находится в открытом положении 602, позволяющем флюиду на впуске 104 течь к выпуску 106 через перепускной канал 202. Конкретно, в открытом положении 600 первый элемент 206 управления потоком отделен от седла 210 основного клапана, а второй элемент 208 управления потоком отделен от седла 212 вспомогательного клапана, что делает возможным (например, максимальный) поток флюида через перепускной канал 202 корпуса 204 клапана между впуском 104 и выпуском 106. Как отмечено выше, второй элемент 208 управления потоком независимо перемещается относительно первого элемента 206 управления потоком вдоль по меньшей мере части длины хода привода 110, когда чувствительный элемент 304 перемещается между первым положением 312 и вторым положением 316.

[0040] Для перемещения второго элемента 208 управления потоком в открытое положение 602 сжатый флюид продолжает поступать в первую камеру 308 привода 110, а давление сжатого флюида во второй камере 310 продолжает снижаться или уменьшаться. Когда чувствительный элемент 304 перемещается в направлении второго положения 316, шток 260 клапана заставляет второй элемент 208 управления потоком перемещаться далее в направлении выпуска 106 перепускного канала 202. Однако когда первый элемент 206 управления потоком зацеплен с корпусом 204 клапана, первый элемент 206 управления потоком не может перемещаться далее в направлении выпуска 106. Таким образом, второй элемент 208 управления потоком перемещается от седла 212 вспомогательного клапана в открытое положение 602. Когда второй элемент 208 управления потоком перемещается от седла 212 вспомогательного клапана между закрытым положением 304 по Фиг. 2, 4, 5 и полностью открытым положением 602 по Фиг. 6, давление флюида, текущего от впуска 104 через перепускной канал 202, падает на противоположных концах седла 212 вспомогательного клапана, таким образом, вызывая увеличение скорости потока флюида. Со вторым элементом 208 управления потоком в открытом положении 602, поток флюида высокой скорости от впуска 104 направляется через отверстия 236 на втором конце 230 первого элемента 206 управления потоком. Конкретнее, поток флюида высокой скорости распыляется и разбрызгивается через отверстия 236, благодаря чему снижается скорость технологического флюида между впуском 104 и выпуском 106. В результате отверстия 236 ослабляют и / или устраняют шум, который иначе возникал бы во время протекания технологического флюида через перепускной канал 202. Кроме того, когда первый элемент 206 управления потоком находится в открытом положении 502, второй элемент 208 управления потоком может быть расположен или перемещен относительно седла 212 вспомогательного клапана с помощью привода 110 для регулирования потока флюида через перепускной канал 202, между впуском 104 и выпуском 106. Например, привод 110 может перемещаться между первым положением 312 и вторым положением 316, регулируя поток флюида через перепускной канал 202.

[0041] Таким образом, устройство 200 затвора клапана делает возможной конфигурацию управляющего клапана, открывающуюся при нажатии. В результате, устройство 100 управляющего клапана может перемещаться в открытое положение без необходимости полной длины хода привода 110. Например, первый элемент 206 управления потоком и второй элемент 208 управления потоком могут быть помещены в соответствующие открытые положения 402 и 602 без необходимости полного перемещения чувствительного элемента 304 из первого положения 312 во второе положение 316. Например, первый элемент 206 управления потоком может перемещаться в открытое положение 602 до перемещения чувствительного элемента 304 во второе положение 316. Кроме того, второй элемент 208 управления потоком может перемещаться в открытое положение 602 до перемещения чувствительного элемента 304 во второе положение 316. В открытом положении 602, показанном на Фиг. 6, второй элемент 208 управления потоком может быть перемещен далее в направлении выпуска 106 в полностью открытое положение для пропускания технологического флюида через дополнительные отверстия 236, когда чувствительный элемент 304 перемещается во второе положение 316.

[0042] Кроме того, поскольку первый элемент 216 управления потоком проходит между обеими сторонами отверстия 246 (Фиг. 2), длина хода привода 300, открывающего первый и второй элементы 206 и 208 управления потоком, может быть меньше длины хода, необходимого для открывания первого и / или второго элементов 206 и 208 управления потоком, если первый элемент 206 управления потоком и второй элемент 208 управления потоком расположены только с одной стороны (например, со стороны выпуска 106) отверстия 246. Кроме того, поскольку основная поверхность 216 герметизации навешена или подвешена в перепускном канале 202 потока флюида, то для перемещения первого и / или второго элементов 206 и 208 управления потоком между открытыми 502 и 602 и закрытыми 200 и 402 положениями требуется меньшая длина хода. Таким образом, устройство затвора клапана, имеющее относительно небольшие габаритные размеры, может быть использовано с клапанами, выполненными в виде открывающихся при нажатии спускных клапанов.

[0043] Благодаря углу корпуса 204 клапана, угловые клапаны преимущественно позволяют легко выполнить слив, поскольку корпус клапана или путь потока таких клапанов не имеют никаких карманов или зон, позволяющих накапливаться флюиду и / или его остаткам. Таким образом, угловые управляющие клапаны, как правило, используются в химической и нефтяной промышленности, где часто требуется контролировать остатки нефти или других жидкостей, способных образовывать нагар. Однако использование типовых устройств 200 затвора клапана, описанных в данном документе, не ограничено угловыми гидроклапанами. В других примерах могут быть использованы такие гидроклапаны, как, например, шаровые клапаны, поворотные клапаны, линейные клапаны и т.п.

[0044] Хотя в данном документе описаны некоторые устройства, объем защиты данного патента ими не ограничен. Напротив, данный патент охватывает все устройства, объективно принадлежащие к объему приложенной формулы изобретения либо буквально, либо по теории эквивалентов.

Данное изобретение в целом относится к управляющим клапанам, в частности к устройству затвора, имеющему несколько элементов управления потоком флюида. Представлены устройства (200) затвора клапана, имеющие несколько элементов управления потоком флюида. Типовое устройство затвора клапана содержит седло (212) основного клапана и первый элемент (206) управления потоком, имеющий полость (220), а также первую посадочную поверхность (232), причем первый элемент управления потоком может перемещаться относительно седла основного клапана. Второй элемент (208) управления потоком расположен внутри полости и соединен с возможностью скольжения относительно первого элемента управления потоком. Седло (212) вспомогательного клапана соединено с первым элементом управления потоком, а второй элемент управления потоком перемещается относительно седла вспомогательного клапана, регулируя поток флюида через седло вспомогательного клапана. Технический результат изобретения направлен на устранение аэродинамического шума, который может быть вызван потоком технологического флюида высокого давления и высокой скорости между впуском и выпуском, а также на смещение частоты производимого шума до уровней за пределами слышимого диапазона. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство затвора клапана, используемое с гидроклапаном, содержащее:

седло основного клапана;

первый элемент управления потоком, имеющий полость и первую посадочную поверхность, выполненный с возможностью перемещения относительно седла основного клапана; и

второй элемент управления потоком, расположенный внутри полости, соединенный с возможностью скольжения относительно первого элемента управления потоком; и

седло вспомогательного клапана, соединенное с первым элементом управления потоком, причем второй элемент управления потоком выполнен с возможностью перемещения относительно седла вспомогательного клапана для регулирования потока флюида через седло вспомогательного клапана,

при этом второй элемент управления потоком выполнен с возможностью перемещения от седла вспомогательного клапана, когда первый элемент управления потоком находится в открытом положении относительно седла основного клапана.

2. Устройство затвора клапана по п. 1, отличающееся тем, что седло вспомогательного клапана расположено внутри полости первого элемента управления потоком.

3. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что седло вспомогательного клапана соединено резьбой с внутренней поверхностью полости первого элемента управления потоком.

4. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый элемент управления потоком содержит корпус, имеющий первый конец, образующий первую посадочную поверхность, и второй конец, противоположный первому концу, образующий средство ослабления шума.

5. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средство ослабления шума содержит множество отверстий.

6. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что полость первого элемента управления потоком выполнена с возможностью приема технологического флюида из впуска управляющего клапана.

7. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый элемент управления потоком имеет U-образный профиль.

8. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый элемент управления потоком и второй элемент управления потоком выровнены коаксиально.

9. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что седло основного клапана и седло вспомогательного клапана выровнены коаксиально.

10. Устройство затвора клапана по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что второй элемент управления потоком выполнен с возможностью независимого перемещения относительно первого элемента управления потоком.

11. Управляющий клапан, содержащий:

корпус клапана, образующий перепускной канал потока флюида между впуском и выпуском; и

устройство затвора клапана, расположенное внутри перепускного канала, управляющее потоком флюида между впуском и выпуском, содержащее:

седло основного клапана, зафиксированное между крышкой и корпусом клапана, подвешенное внутри перепускного канала потока флюида;

первый элемент управления потоком, имеющий полость и первую посадочную поверхность, выполненную с возможностью зацепления с седлом основного клапана для обеспечения управления перекрыванием и ограничения потока флюида через перепускной канал;

седло вспомогательного клапана, расположенное внутри полости первого элемента управления потоком; и

второй элемент управления потоком, расположенный внутри полости первого элемента управления потоком, соединенный с возможностью скольжения с первым элементом управления потоком, выполненный с возможностью перемещения относительно седла вспомогательного клапана для перекрытия потока флюида через перепускной канал,

при этом второй элемент управления потоком выполнен с возможностью перемещения от седла вспомогательного клапана, когда первый элемент управления потоком находится в открытом положении относительно седла основного клапана.

12. Клапан по п. 11, отличающийся тем, что первый элемент управления потоком имеет первый конец, образующий первую посадочную поверхность, и второй конец, противоположный первому концу.

13. Клапан по п. 11 или 12, отличающийся тем, что первый конец вставлен в перепускной канал выше по потоку от стороны впуска седла вспомогательного клапана, а второй конец первого элемента управления потоком вставлен в перепускной канал ниже по потоку от стороны выпуска седла вспомогательного клапана.

14. Клапан по любому из пп. 11-13, дополнительно содержащий привод, функционально соединенный со вторым элементом управления потоком.

15. Клапан по любому из пп. 11-14, отличающийся тем, что второй элемент управления потоком имеет отверстие, принимающее первый конец штока клапана, а второй конец штока клапана соединен с чувствительным элементом привода.

16. Клапан по любому из пп. 11-15, отличающийся тем, что первый элемент управления потоком выполнен с возможностью перемещения вместе со вторым элементом управления потоком вдоль по меньшей мере первой части длины хода привода.

17. Клапан по любому из пп. 11-16, отличающийся тем, что второй элемент управления потоком выполнен с возможностью независимого перемещения относительно первого элемента управления потоком вдоль по меньшей мере второй части длины хода привода.

18. Клапан по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что управляющий клапан имеет сточную конфигурацию, открывающуюся при нажатии.

19. Устройство затвора клапана, используемое с гидроклапанами, содержащее: первый механизм, образующий первую поверхность герметизации,

расположенный внутри перепускного канала корпуса клапана между впуском и выпуском;

первый механизм, управляющий потоком флюида через перепускной канал корпуса клапана между впуском и выпуском, образующий механизм посадки, обеспечивающий перекрывание потока флюида, и механизм ослабления шума, производимого потоком флюида через перепускной канал;

второй механизм, образующий вторую поверхность герметизации, расположенный в полости, образованной первым механизмом управления потоком флюида; и

второй механизм, управляющий потоком флюида через перепускной канал, расположенный в полости первого управляющего механизма, соединенный с возможностью скольжения с первым механизмом, управляющим потоком флюида, регулирующий поток флюида через перепускной канал корпуса клапана, выполненный с возможностью перемещения вдоль полости первого управляющего механизма между первым положением, останавливающим поток флюида через механизм ослабления шума, и вторым положением, пропускающим поток флюида через механизм ослабления шума,

при этом второй механизм, управляющий потоком флюида через перепускной канал, выполнен с возможностью перемещения от второго механизма, образующего вторую поверхность герметизации, когда первый механизм, управляющий потоком флюида через перепускной канал, находится в открытом положении относительно первого механизма, образующего первую поверхность герметизации.