СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ СЖАТЫМ ГАЗОМ ДЛЯ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ Российский патент 2020 года по МПК F16K41/04 F16J15/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее заявка относится в целом к регулирующим клапанам и, более подробно, к уплотнительному узлу, используемому в регулирующем клапане для ограничения неорганизованных выбросов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Регулирующие клапаны используются в большом разнообразии областей применения, включая, среди множества других, производственные предприятия, такие как очистительные заводы, химические заводы и бумажные заводы. В регулирующих клапанах, как правило, используется управляющий элемент, такой как стержень клапана, диск клапана или другой подходящий управляющий элемент, предназначенный для управления технологической текучей средой или газом, проходящими через трубопровод, такими как пар, вода, природный газ, нефть или химическое соединение. Управляющий элемент, как правило, перемещается исполнительным органом, таким как скользящий шток клапана или вращающийся вал, который проходит через прорезь в корпусе клапана. Для предотвращения утечки или неорганизованных выбросов технологической текучей среды или газа вокруг исполнительного органа, в прорези вокруг исполнительного органа, как правило, располагается уплотнительный материал.

[0003] В большинстве технологических областей применения, таких, которые предусматривают применение ароматических или хлорированных углеводородов, используются регулирующие клапаны, которые склоны к пропусканию небольших количеств продуктов процесса в окружающую среду. Недавно нормы, регламентирующие утечку регулирующего клапана, стали более строгими, и в некоторых применениях требуют, чтобы концентрации неорганизованного выброса были меньше, чем 100 частей на миллион по объему (ppmv). Обычные решения по снижению неорганизованных выбросов включают размещение металлического сильфонного уплотнения вокруг исполнительного органа для улавливания утечки технологического процесса и/или оказания дополнительного сжимающего усилия на уплотнительный материал для создания более плотного уплотнения между исполнительным органом и прорезью корпуса клапана. Однако эти решения могут иметь нежелательные эффекты относительно работы и производительности регулирующего клапана. Например, увеличение сжатия уплотнения приводит к увеличению трения, которое испытывает исполнительный орган. Увеличенное трение препятствует движению исполнительного органа, что, в свою очередь, может осложнять контроль и управление положением управляющего элемента. Более высокие уровни трения также могут потребовать применения более мощного привода, что может увеличить эксплуатационные расходы и производственные затраты, связанные с регулирующим клапаном. Кроме того, установка металлического сильфонного уплотнения приводит к удорожанию, может потребовать регулярного техобслуживания в полевых условиях и/или замены, и/или может ограничить расстояние хода исполнительного органа.

[0004] Таким образом, желательно обеспечить уплотнительный узел для регулирующих клапанов, который демонстрирует почти нулевые неорганизованные выбросы, низкое трение, длительный срок службы и разумную стоимость.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] В соответствии с первым примером регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов содержит корпус клапана, крышку, исполнительный орган, первый и второй уплотнительные элементы, отверстие для подачи газа и источник сжатого газа. Корпус клапана содержит вход, выход и канал, проходящий между входом и выходом. Крышка установлена на корпус клапана и имеет прорезь, которая ведет в корпус клапана. Исполнительный орган проходит через прорезь и функционально связан с управляющим элементом, расположенным в канале. Исполнительный орган выполнен с возможностью перемещения управляющего элемента между закрытым положением и открытым положением для открывания и закрывания канала. Первый уплотнительный элемент расположен в прорези вокруг нижней части исполнительного органа. Второй уплотнительный элемент расположен в прорези вокруг верхней части исполнительного органа. Отверстие для подачи газа проходит через крышку и ведет в прорезь в положение между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом. Источник сжатого газа сформирован с возможностью создания избыточного давления в прорези через отверстие для подачи газа для предотвращения неорганизованных выбросов загрязняющих веществ.

[0006] В соответствии со вторым примером обеспечена система уплотнения сжатым газом, предназначенная для использования в регулирующем клапане, содержащем корпус клапана с каналом, крышку, установленную на корпусе клапана, прорезь, проходящую через крышку и ведущую в корпус клапана, исполнительный орган, проходящий через прорезь и функционально соединенный с управляющим элементом, расположенным в канале. Система уплотнения сжатым газом содержит первый уплотнительный элемент, второй уплотнительный элемент и источник сжатого газа. Первый уплотнительный элемент сформирован с возможностью расположения в прорези вокруг нижней части исполнительного органа. Второй уплотнительный элемент сформирован с возможностью расположения в прорези вокруг верхней части исполнительного органа. Источник сжатого газа сформирован с возможностью создания избыточного давления в части прорези, расположенной между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом.

[0007] В соответствии с третьим примером система регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов содержит множество регулирующих клапанов и линию подачи сжатого газа. Каждый из регулирующих клапанов содержит корпус клапана, обладающий входом, выходом и каналом, проходящим между входом и выходом. Каждый из регулирующих клапанов также содержит крышку, установленную на корпусе клапана и имеющую прорезь, которая ведет в корпус клапана. Каждый из регулирующих клапанов дополнительно содержит исполнительный орган, проходящий через прорезь и функционально связанный с управляющим элементом, расположенным в канале, причем исполнительный орган сформирован с возможностью перемещения управляющего элемента между закрытым положением и открытым положением для открытия и закрытия канала. Кроме того, каждый из регулирующих клапанов содержит первый уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг нижней части исполнительного органа, и второй уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг верхней части исполнительного органа. Линия подачи сжатого газа сформирована с возможностью создания избыточного давления в прорезях регулирующих клапанов через соответствующие отверстия для подачи газа.

[0008] В соответствии с любым одним или более из предыдущих первого, второго или третьего примеров, регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов, система уплотнения сжатым газом и/или система регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов также включают любой один или более следующих предпочтительных вариантов.

[0009] В одном предпочтительном варианте давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в канале.

[0010] В одном предпочтительном варианте первый уплотнительный элемент содержит первое множество уплотнительных колец, и второй уплотнительный элемент содержит второе множество уплотнительных колец.

[0011] В одном предпочтительном варианте первое множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз, и второе множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх.

[0012] В одном предпочтительном варианте обратный клапан расположен в отверстии для подачи газа.

[0013] В одном предпочтительном варианте источник сжатого газа содержит контейнер сжатого газа, связанную с обратным клапаном.

[0014] В одном предпочтительном варианте источник сжатого газа содержит линию подачи сжатого газа, которая подводит сжатый газ от внешнего источника.

[0015] В одном предпочтительном варианте фонарное кольцо расположено в прорези вокруг средней части исполнительного органа между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом.

[0016] В одном предпочтительном варианте средняя часть фонарного кольца имеет уменьшенный диаметр, и отверстие для подачи газа выровнено со средней частью фонарного кольца.

[0017] В одном предпочтительном варианте исполнительный орган содержит шток клапана, выполненный с возможностью скольжения вдоль оси прорези для перемещения рабочего органа между открытым положением и закрытым положением.

[0018] В одном предпочтительном варианте исполнительный орган содержит поворотный вал для перемещения рабочего органа между открытым положением и закрытым положением.

[0019] В одном предпочтительном варианте давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в канале.

[0020] В одном предпочтительном варианте первое множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз, и второе множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх.

[0021] В одном предпочтительном варианте источник сжатого газа содержит контейнер сжатого газа.

[0022] В одной предпочтительной форме фонарное кольцо сформировано с возможностью расположения в прорези вокруг средней части исполнительного органа между первым множеством уплотнительных колец и вторым множеством уплотнительных колец.

[0023] В одном предпочтительном варианте давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в каналах каждого из регулирующих клапанов.

[0024] В одном предпочтительном варианте первый уплотнительный элемент по меньшей мере одного из регулирующих клапанов содержит первое множество уплотнительных колец, и второй уплотнительный элемент по меньшей мере одного регулирующего клапана содержит второе множество уплотнительных колец.

[0025] В одном предпочтительном варианте первое множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз, и второе множество уплотнительных колец имеет V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0026] На фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе одного варианта реализации регулирующего клапана со скользящим штоком, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0027] На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе варианта реализации регулирующего клапана с вращательным валом, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0028] На фиг. 3 показана принципиальная схема системы регулирующих клапанов, созданной в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Принципы настоящего изобретения применимы к различным типам регулирующих клапанов, таких как регулирующие клапаны со скользящим штоком и регулирующие клапаны с вращающимся валом, а также различным уплотнительным устройствам, таким как пробочные или динамически нагружаемые, и различным уплотнительным материалам, таким как политетрафторэтилен (PTFE) и графит. На фиг. 1 изображен, например, регулирующий клапан 10 типа скользящий шток, имеющий динамически нагружаемое уплотнительное устройство и уплотнительные кольца PTFE, который включает в себя систему уплотнения сжатым газом в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0030] Изображенная часть регулирующего клапана 10 содержит крышку 12, установленную на корпусе 14 клапана, и исполнительный орган, такой как скользящий шток 15, который проходит через прорезь 16, сформированную в крышке 12. Крепежные детали 17 могут быть использованы для съемного прикрепления крышки 12 к корпусу 14 клапана. Канал 18 проходит через корпус 14 клапана между входом 20 и выходом 22 и обеспечивает путь для прохождения технологической жидкости или газа через регулирующий клапан 10. Технологическая жидкость или газ могут быть любой текучей средой или газом, включая, без ограничения, пар, воду, природный газ, нефть и/или химическое соединение. Канал 18 открывается и закрывается управляющим элементом 24, который выполнен с возможностью перемещения исполнительным органом 15 между закрытым положением и открытым положением. В закрытом положении, как показано на фиг. 1, управляющий элемент 24 входит в плотный контакт с седлом 26 клапана для предотвращения прохождения технологической текучей среды или газа через регулирующий клапан 10. В открытом положении управляющий элемент 24 поднимают с седла 26 клапана для обеспечения возможности прохождения технологической текучей среды или газа от входа 20 к выходу 22. Движение управляющего элемента 24 осуществляется путем соединения управляющего элемента 24, посредством скользящего штока 15, к приводу (не показан). Привод перемещает скользящий шток 15 линейно вдоль оси A1 прорези 16 в направлениях вверх и вниз, тем самым вызывая перемещение управляющего элемента 24 между открытым и закрытым положениями, а также другими промежуточными положениями.

[0031] В одном варианте реализации регулирующий клапан 10 обеспечен двойным динамически нагружаемым уплотнительным устройством с V-образными кольцами, таким как уплотнение Enviro-Seal® PTFE от Fisher Controls International LLC , Маршалтаун, Айова. Согласно фиг. 1 уплотнительное устройство содержит целый ряд уплотнительных гаек 30, которые навинчены на соответствующие уплотнительные шпильки 32 для регулировки усилия на уплотнении в прорези 16 и вокруг скользящего штока 15. Первый набор 34 уплотнительных колец расположен в прорези 16 вокруг нижней части скользящего штока 15. Первый набор 34 уплотнительных колец содержит три V-образных кольца, включая нижнее охватывающее V-образное переходное кольцо 36, среднее V-образное кольцо 38 и верхнее охватываемое V-образное переходное кольцо 40. V-образные уплотнительные кольца 36, 38, 40 могут быть сформированы из материала PTFE или любого другого подходящего полимера на основе синтетической смолы. Соответствующая графитовая втулка 42 может быть обеспечена на каждом конце первого набора 34 уплотнительных колец.

[0032] Второй набор 44 уплотнительных колец расположен в прорези 16 вокруг верхней части скользящего штока 15. Второй набор 44 уплотнительных колец содержит три V-образных кольца, имеющие верхнее охватывающее V-образное переходное кольцо 46, среднее V-образное кольцо 48 и нижнее охватываемое V-образное переходное кольцо 50. V-образные уплотнительные кольца 46, 48, 50 могут быть сформированы из материала PTFE или другого подходящего полимера на основе синтетической смолы. Соответствующая графитовая втулка 52 может быть обеспечена на каждом конце второго набора 44 уплотнительных колец.

[0033] Согласно фиг. 1, уплотнительные V-образные кольца 36, 38, 40, связанные с первым набором 34 уплотнительных колец, могут иметь V-образное поперечное сечение, которое направлено в направлении вниз, тогда как V-образные уплотнительных кольца 46, 48, 50, связанные со вторым набором 44 уплотнительных колец, могут иметь V-образное поперечное сечение, которое направлено в направлении вверх. Согласно представленному ниже более подробному описанию устройство уплотнительных колец V-типа, в некоторых случаях, может способствовать сжатому воздуху, введенному в прорезь 16, сжимать V-образные уплотнительные кольца 36, 38, 40 таким образом, чтобы герметизировать прорезь 16. В альтернативном варианте реализации все V-образные уплотнительные кольца 36, 38, 40, 46, 48, 50 могут иметь V-образное поперечное сечение с вершинами в направлении вверх (или направлении вниз).

[0034] Фонарное кольцо 54 расположено вокруг скользящего штока 15 в прорези 16 между первым набором 34 уплотнения и вторым набором 44 уплотнения. Фонарное кольцо 54 имеет первый конец 55, второй конец 56 и среднюю часть 57, проходящую между первым концом 55 и вторым концом 56. Средняя часть 57 обладает уменьшенным диаметром относительно первого и второго концов 55, 56. Диаметр средней части 57 может быть меньше, чем диаметр прорези 16 так, чтобы между средней частью 57 фонарного кольца 54 и внутренней стенкой прорези 16 существовал кольцевой зазор 58. Согласно дополнительному пояснению, представленному в приведенном ниже описании, в этом кольцевом зазоре 58 может быть создано избыточное давление посредством внешнего источника сжатого воздуха для облегчения предотвращения неорганизованных выбросов.

[0035] Динамически нагружаемое уплотнительное устройство также содержит вкладыш 59 уплотнения, имеющий основание 60 вкладыша на одном конце, направляющую гильзу 62 вкладыша на другом конце и фланец 64 вкладыша, проходящий между основанием 60 вкладыша и направляющей гильзой 62 вкладыша. Целый ряд тарельчатых пружин 68, таких как пружины Бельвиля, установлены с возможностью скольжения на направляющей гильзе 62 вкладыша, одним концом тарельчатые пружины 68 в контакте с фланцем 64 вкладыша, а другой конец тарельчатых пружин 68 в контакте с фланцем 70 уплотнения. Уплотнительные шпильки 32 и скользящий шток 15 проходят через соответствующие отверстия во фланце 70 уплотнения.

[0036] После сборки компонентов уплотнения в прорези 16 и вокруг скользящего штока 15, уплотнительные гайки 30 на шпильках 32 затягивают так, чтобы фланец 70 уплотнения передавал нагрузку от гаек к тарельчатым пружинам 68. Тарельчатые пружины 68 сжимаются от непрерывной затяжки уплотнительных гаек 30 для поддержания нагрузки от пружин на первом и втором наборах 34, 44 уплотнительных колец через вкладыш 59 уплотнения. Сжатие V-образных колец 36, 38, 40, 46, 48, 50 вызывает их выпрямление и они плотно входят в контакт со скользящим штоком 15 и внутренней стенкой прорези 16. Повышенное давление между V-образными кольцами 36, 38, 40, 46, 48, 50 и скользящим штоком 15 создает трение, которое сдерживает осевое движение скользящего штока 15. Таким образом, дополнительное сжатие v-образных колец 36, 38, 40, 46, 48, 50 увеличивает эффективность уплотнения, но также увеличивает трение на скользящем штоке 15, которое может влиять на динамическую характеристику регулирующего клапана 10.

[0037] Регулирующий клапан 10 настоящего изобретения выполнен с возможностью оснащения источником сжатого газа, таким как контейнер 80 сжатого газа, изображенный на фиг. 1. Контейнер 80 сжатого газа установлен с внешней стороны крышки 12 и содержит выходное сопло 82, выполненное с возможностью связи с отверстием 84 для подачи газа, проходящим через крышку 12. Отверстие 84 для подачи газа может быть проходом, который проходит между прорезью 16 и наружной стороной крышки 12 таким образом, что один конец отверстия 84 для подачи газа ведет в прорезь 16, а другой конец отверстия 84 для подачи газа ведет наружу регулирующего клапана 10. Конец отверстия 84 для подачи газа, ведущий в прорезь 16, может быть размещен, в осевом направлении, между первым набором 34 уплотнительных колец и вторым набором 44 уплотнительных колец. Кроме того, отверстие 84 для подачи газа может быть выровнен со средней частью 57 фонарного кольца 54 таким образом, чтобы отверстие 84 для подачи газа сообщался непосредственно с кольцевым зазором 58, определенным средней частью 57 фонарного кольца 54, имеющей уменьшенный диаметр.

[0038] В некоторых случаях можно использовать существующий ранее канал смазки регулирующего клапана в качестве отверстия 84 для подачи газа. Каналы смазки создаются на многих регулирующих клапанах в целях введения смазки в прорезь для снижения трения скольжения между скользящим штоком и уплотнительными кольцами. Соответственно, некоторые регулирующие клапаны могут быть оснащены источником сжатого газа в соответствии с принципами настоящего изобретения, по существу без изменения конструкции или строения регулирующего клапана.

[0039] Обратный клапан 86 может быть расположен в отверстии 84 для подачи газа для пропускания потока газа в прорезь 16 и сдерживания потока газа из прорези 16. Выходное сопло 82 контейнера 80 сжатого газа может быть съемно присоединено к обратному клапану 86, как изображено на фиг. 1. В одном варианте реализации выходное сопло 82 и обратный клапан 86 могут формировать быстроразъемное соединение. При расположении контейнера 80 источника сжатого газа с наружной стороны регулирующего клапана 10 можно производить замену контейнера 80 источника сжатого газа без демонтажа всего регулирующего клапана 10. Для защиты контейнера 80 сжатого газа от повреждения и внешних элементов контейнер 80 сжатого газа может быть размещен в оболочке 88, предназначенной для картриджа с газом.

[0040] При использовании контейнер 80 сжатого газа подает сжатый газ к части прорези 16, расположенной между первым набором 34 уплотнительных колец и вторым набором 44 уплотнительных колец. В варианте реализации, изображенном на фиг. 1, часть под давлением прорези 16 включает кольцевой зазор 58, сформированный между средней частью 57 уменьшенного диаметра фонарного кольца 54 и внутренней стенкой прорези 16. Сжатый газ в прорези 16 обеспечивает газонепроницаемый занавес или защитный слой, который предотвращает утечку технологической жидкости или газа за первый набор 34 уплотнительных колец. Сжатый газ в прорези 16 вызывает усилие, которое отталкивает любую технологическую жидкость или газ, которые пытаются протечь за первый набор 34 уплотнительных колец, назад в канал 18. Соответственно, сжатый газ предотвращает неорганизованные выбросы из регулирующего клапана 10 и осуществляет это без приложения существенных дополнительных сжимающих усилий к первому и второму наборам 34, 44 уплотнительных колец. Дополнительное уплотнение, обеспеченное источником сжатого газа, также уменьшает необходимость чрезмерной затяжки уплотнительных гаек 30 на шпильках 32. В результате подходящее уплотнение может быть достигнуто без нежелательного трения, связанного с сильной затяжкой уплотнительных гаек 30. Соответственно источник сжатого воздуха помогает сохранить динамическую характеристику регулирующего клапана 10.

[0041] В одном варианте реализации сжатый газ, обеспеченный источником сжатого газа, является инертным газом, таким как углекислый газ или любой другой подходящий газ. Использование инертного газа уменьшает вероятность, что сжатый газ химически изменит технологическую текучую среду или газ, проходящий через регулирующий клапан 10, в случае, когда сжатый газ просачивается за первый набор 34 уплотнительных колец и в канал 18. Кроме того, инертный газ нельзя считать загрязняющей внешнюю среду утечкой, которая подлежит правительственному регулированию, в случае, если инертный газ просочится за второй набор 44 уплотнительных колец и в атмосферу. В одном варианте реализации сжатый газ действует как смазка, которая уменьшает трение между скользящим штоком 15 и первым и вторым наборами 34, 44 уплотнительных колец.

[0042] В одном варианте реализации начальная масса сжатого газа, содержащегося в контейнере 80 сжатого газа, приблизительно равна (например, ± 10%) 12 граммам, или меньше или больше. Это количество сжатого газа, при использовании в сочетании с уплотнением клапана, сжатым до степени сжатия класса C по ISO 15848-1, составляющим 1x10^-2 мг/ (с*м), приводит в результате к сроку службы контейнера сжатого газа приблизительно (например, ± 10%) 3,16 года. При использовании с уплотнением клапана, сжатым до степени сжатия класса B согласно ISO 15848-1, контейнер с 12 граммами сжатого газа теоретически может обеспечивать давление в течение более 300 лет. Соответственно, относительно маленький контейнер сжатого газа может обеспечить достаточное давление для уплотнения регулирующего клапана в течение значительного периода времени.

[0043] Давление источника сжатого газа может быть выбрано на основании давления технологической текучей среды или газа, проходящего через регулирующий клапан. В некоторых вариантах реализации давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа, проходящего через канал 18 регулирующего клапана 10. В одном варианте реализации давление источника сжатого газа может быть в диапазоне между приблизительно (например, ± 10%) 50 - 5 000 фунтов на квадратный дюйм (psi) (344 – 34473 кПа), например, между 200 - 2 000 фунтов на квадратный дюйм (psi) (1379 – 13790 кПа) и, например, между 500 - 1 000 фунтов на квадратный дюйм (psi) (3447 – 6895 кПа). В одном варианте реализации источник сжатого газа может быть стандартным картриджем сжатого газа (например, картриджем с CO₂), имеющим давления приблизительно (например, ± 10%) 800 фунтов на квадратный дюйм (psi) (5516 кПа).

[0044] Согласно приведенному выше описанию V-образные кольца 38, 40, 42 первого набора 34 уплотнительных колец могут быть сформированы в прорези 16 таким образом, чтобы острия V-образного поперечного сечения были направлены в направлении вниз к каналу 18 и от второго набора 44 уплотнительных колец. Такое строение первого набора 34 уплотнительных колец может способствовать направлению усилия сжатого газа в направлении вниз так, чтобы сжатый газ отталкивал любую технологическую жидкость или газ, который просачивается в V-образные кольца 38, 40, 42, назад в канал 18. В других вариантах реализации расположение может быть другим, например, V-образные кольца 38, 40, 42 обращены в направлении вверх, например, для облегчения достижения высоких уровней сжатия, обеспеченного уплотнительными гайками 30.

[0045] Несмотря на то, что источник сжатого газа настоящего варианта реализации раскрыт в качестве контейнера сжатого газа, в альтернативных вариантах реализации расположения могут быть другими, например, источник сжатого газа представляет собой линию подачи сжатого газа, которая принимает сжатый газ от внешнего насоса (не изображен). В одном варианте реализации источник сжатого газа может подключаться к источнику сжатого воздуха, который подводит рабочее давление к множеству различных устройств на производственном объекте.

[0046] Источник сжатого газа настоящего изобретения может быть осуществлен во множестве различных регулирующих клапанов и использоваться со множеством различных типов уплотнительных материалов. На фиг. 2 изображен регулирующий клапан 210, включающий вращающийся вал 215, который проходит через прорезь 216, сформированная в крышке 212. Корпус 214 клапана скреплен с крышкой 212 и содержит канал 218 для технологической текучей среды или газа. Вращающийся вал 215 перемещает управляющий элемент 224 между открытым положением и закрытым положением для управления потоком технологического процесса через регулирующий клапан 210. Для уплотнения вращающегося вала 215 в прорези 216 регулирующий клапан 210 использует статически нагруженное уплотнительное устройство, содержащее первый набор 234 уплотнительных колец и второй набор 244 уплотнительных колец. Резьбовой уплотнительный фланец 70 ввернут в верхний край прорези 216 для приложения статистической нагрузки к первому и второму наборам 234, 244 уплотнительных колец. Каждый из первого и второго наборов 234, 244 уплотнительных колец состоит из одного или более графитовых колец. Между первым и вторым наборами 234, 244 уплотнительных колец расположено фонарное кольцо 254. В одном варианте реализации фонарное кольцо 254 сформировано таким же образом, как фонарное кольцо 54, рассмотренное в приведенном выше описании, включая среднюю часть уменьшенного диаметра, которая определяет кольцевой зазор между фонарным кольцом 254 и внутренней стенкой прорези 216.

[0047] Регулирующий клапан 210 содержит отверстие 284 для подачи газа, проходящее между прорезью 216 и наружной стороной крышки 212 таким образом, что один конец отверстия 284 для подачи газа ведет в прорезь 216, а другой конец ведет наружу регулирующего клапана 210. Конец отверстия 284 для подачи газа, ведущий в прорезь 216, может быть размещен, в осевом направлении, между первым набором 234 уплотнительных колец и вторым набором 244 уплотнительных колец. Контейнер 280 сжатого газа установлена снаружи крышки 280 и содержит выходное сопло 282, размещенное в отверстии 284 для подачи газа. Контейнер 280 сжатого газа подает сжатый газ к прорези 216 для создания защитного газового слоя или газонепроницаемого занавеса, который предотвращает неорганизованные выбросы технологической текучей среды или газа подобно контейнеру 80 сжатого газа, раскрытому в приведенном выше описании. Представленное выше описание различных вариантов реализации источника сжатого газа по варианту реализации на фиг. 1 одинаково применимо к варианту реализации на фиг. 2.

[0048] На фиг. 3 изображена система 300 регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов, созданных в соответствии с принципами настоящего изобретения. Система 300 регулирующих с низким значением неорганизованных выбросов содержит трубопровод 302 для передачи первой технологической текучей среды или газа и трубопроводов 304, 306 для передач второй технологической текучей среды или газа. Регулирующий клапан 310a размещен вдоль трубопровода 302, и два регулирующих клапана 310b, 310c размещены вдоль трубопровода 304. Регулирующие клапаны 310a, 310b, 310c могут содержать конструктивные особенности, подобные регулирующему клапану 10 и/или регулирующему клапану 210, описанным в приведенном выше описании. Каждый из регулирующих клапанов 310a, 310b, 310c обладает отверстием для подачи газа, обеспечивающим герметизации прорези 216 возможность предотвращения неорганизованных выбросов. К каждому из регулирующих клапанов 310a, 310b, 310c подводится сжатый газ от линии подачи 314 сжатого газа. Ответвления 320a, 320b, 320c соответственно соединяют отверстия для подачи газа каждого из регулирующих клапанов 310a, 310b, 310c с линией 314 подачи сжатого газа. Таким образом, в каждом из регулирующих клапанов 310a, 310b, 310c может быть создано избыточное давление единственным источником сжатого воздуха. Система 300 регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов может использовать основную пневматическую сеть производственного объекта для создания избыточного давления в регулирующих клапанах 310a, 310b, 310c. Соответственно, система 300 регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов может быть использована в существующей ранее инфраструктуре, таким образом сокращая затраты на монтаж. Кроме того, использование линии подачи сжатого воздуха исключает затраты на замену контейнеров сжатого воздуха.

[0049] Несмотря на то, что устройство уплотнения сжатым газом было описано в связи с регулирующим клапаном, тем не менее, объем настоящего изобретения не ограничен этим вариантом реализации. Любое устройство, содержащее герметизированный подвижный исполнительный орган или вал, может включать устройство уплотнения сжатым газом настоящего изобретения. В одном варианте реализации устройство уплотнения сжатым газом осуществлено для уплотнения вала возвратно-поступательного насоса.

[0050] Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано относительно определенных вариантов реализации, тем не менее, подразумевается, что в него могут быть внесены изменения, которые также охватываются объемом приложенных пунктов формулы изобретения.

Раскрыта система уплотнения сжатым газом, предназначенная для использования в регулирующем клапане. Система уплотнения сжатым газом может содержать первый уплотнительный элемент, содержащий первое множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз, второй уплотнительный элемент, содержащий второе множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх, вкладыш уплотнения, проходящий в прорезь и выполненный с возможностью регулировки сжимающей нагрузки, приложенной по меньшей мере ко второму уплотнительному элементу и источник сжатого газа. Первый и второй уплотнительные элементы могут быть расположены вокруг, соответственно, нижней и верхней частей исполнительного элемента, который проходит через прорезь в регулирующем клапане. Источник сжатого газа может быть сформирован с возможностью создания избыточного давления в части прорези, расположенной между первым и вторым уплотнительными элементами. Также раскрыты регулирующий клапан и система регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов, содержащий:

корпус клапана, содержащий вход, выход и канал, проходящий между входом и выходом;

крышку, установленную на корпусе клапана и имеющую прорезь, которая ведет в корпус клапана;

исполнительный орган, проходящий через прорезь и функционально связанный с управляющим элементом, расположенным в канале, при этом исполнительный орган выполнен с возможностью перемещения управляющего элемента между закрытым положением и открытым положением для открытия и закрытия канала;

первый уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг нижней части исполнительного органа и содержащий первое множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз;

второй уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг верхней части исполнительного органа и содержащий второе множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх;

вкладыш уплотнения, проходящий в прорезь и выполненный с возможностью регулировки сжимающей нагрузки, приложенной по меньшей мере ко второму уплотнительному элементу;

отверстие для подачи газа, проходящее через крышку и ведущее в прорезь в положение между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом; и

источник сжатого газа, сформированный с возможностью создания избыточного давления в прорези через отверстие для подачи газа для предотвращения неорганизованных выбросов.

2. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по п. 1, в котором давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в канале.

3. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по любому из предыдущих пунктов, содержащий обратный клапан, расположенный в отверстии для подачи газа.

4. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по п. 3, в котором источник сжатого газа содержит контейнер для сжатого газа, соединенный с обратным клапаном.

5. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по п. 1, в котором источник сжатого газа содержит линию подачи сжатого газа, которая подает сжатый газ от внешнего источника.

6. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по любому из предыдущих пунктов, содержащий фонарное кольцо, расположенное в прорези вокруг средней части исполнительного органа между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом.

7. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по п. 6, в котором средняя часть фонарного кольца имеет уменьшенный диаметр, и отверстие для подачи газа выровнено со средней частью фонарного кольца.

8. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по любому из предыдущих пунктов, в котором исполнительный орган содержит шток клапана, выполненный с возможностью скольжения вдоль оси прорези для перемещения управляющего элемента между открытым положением и закрытым положением.

9. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по любому из предыдущих пунктов, в котором исполнительный орган содержит поворотный вал для перемещения управляющего элемента между открытым положением и закрытым положением.

10. Регулирующий клапан с низким значением неорганизованных выбросов по п. 1, дополнительно содержащий пружину, выполненную с возможностью смещения вкладыша уплотнения в направлении вниз, ко второму уплотнительному элементу.

11. Система уплотнения сжатым газом, предназначенная для использования в регулирующем клапане, содержащем корпус клапана с каналом, крышку, установленную на корпусе клапана, прорезь, проходящую через крышку и ведущую в корпус клапана, исполнительный орган, проходящий через прорезь и функционально связанный с управляющим элементом, расположенным в канале, причем указанная система уплотнения содержит:

первый уплотнительный элемент, сформированный с возможностью установки в прорези вокруг нижней части исполнительного органа и содержащий первое множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз;

второй уплотнительный элемент, сформированный с возможностью установки в прорези вокруг верхней части исполнительного органа и содержащий второе множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх;

вкладыш уплотнения, проходящий в прорезь и выполненный с возможностью регулировки сжимающей нагрузки, приложенной по меньшей мере ко второму уплотнительному элементу; и

источник сжатого газа, сформированный с возможностью создания избыточного давления в части прорези, расположенной между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом.

12. Система уплотнения по п. 11, в которой давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в канале.

13. Система уплотнения по п. 11 или 12, в которой источник сжатого газа содержит контейнер для сжатого газа.

14. Система уплотнения по одному из пп. 11-13, содержащая фонарное кольцо, сформированное с возможностью расположения в прорези вокруг средней части исполнительного органа между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом.

15. Система регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов, содержащая:

множество регулирующих клапанов, каждый из которых содержит:

корпус клапана, содержащий вход, выход и канал, проходящий между входом и выходом;

крышку, установленную на корпусе клапана и имеющую прорезь, ведущую в корпус клапана;

исполнительный орган, проходящий через прорезь и функционально связанный с управляющим элементом, расположенным в канале, причем исполнительный орган сформирован с возможностью перемещения управляющего элемента между закрытым положением и открытым положением для открытия и закрытия канала;

первый уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг нижней части исполнительного органа и содержащий первое множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вниз;

второй уплотнительный элемент, расположенный в прорези вокруг верхней части исполнительного органа и содержащий второе множество уплотнительных колец, имеющих V-образное поперечное сечение, острие которого ориентировано в направлении вверх;

вкладыш уплотнения, проходящий в прорезь и выполненный с возможностью регулировки сжимающей нагрузки, приложенной по меньшей мере ко второму уплотнительному элементу; и

отверстие для подачи газа, проходящее через крышку и ведущее в прорезь в положение между первым уплотнительным элементом и вторым уплотнительным элементом; и

линию подачи сжатого газа, сформированную с возможностью создания избыточного давления в прорезях регулирующих клапанов через соответствующие отверстия для подачи газа.

16. Система регулирующих клапанов с низким значением неорганизованных выбросов по п. 15, в которой давление источника сжатого газа больше или равно давлению технологической текучей среды или газа в каналах каждого из регулирующих клапанов.