ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2021 года по МПК F16K49/00 F16K11/10 

Изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре и может быть широко использовано в блоках комплексной очистки, где режим регенерации включает процессы высокотемпературного нагрева и вакуумирования.

Известна конструкция запорной арматуры, содержащей корпус с входным и выходным патрубками для рабочей среды, седло и клапан, уплотнение которых выполнено «металл по металлу», и шток клапана, соединенный с приводом (см. Патент RU 154808).

Хотя данная конструкция надежно работает даже при температуре рабочей среды выше 350C, однако она обладает небольшой герметичностью по затвору и поэтому не может применяться в блоках комплексной очистки, где после высокотемпературного нагрева сорбента в адсорбере требуется осуществить процесс вакуумирования.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является запорный клапан, включающий корпус, входной и выходной патрубки для рабочей среды, седло, клапан и шток, соединенный с приводом, установленным на крышке (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф. «Криогенная арматура», М. Машиностроение, 1978 г., стр. 10, рис. 10).

В данной конструкции обеспечивается высокая степень герметичности затвора клапана в диапазоне рабочих давлений от 1×10^-3 мм рт.ст. до 6,0 МПа и рабочих температур в диапазоне от 15К до 393К за счет применения в качестве уплотнителей фторопласта или поликарбоната. Однако для использования указанной конструкции запорного клапана, где для высококачественной регенерации сорбента требуется его нагрев выше 430К, перед клапаном необходимо устанавливать теплообменник, чтобы понизить температуру рабочей среды, используемой для нагрева, до температуры, при которой уплотнитель клапана сохраняет требуемые для герметичности затвора свойства.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизна.

Целью изобретения является предложить конструкцию запорного клапана, в которой уплотнитель клапана надежно защищен от температурного воздействия рабочей среды, используемой в процессе регенерации.

Поставленная цель достигается тем, что в запорном клапане, включающем корпус, входной и выходной патрубки для рабочей среды, седло, клапан и шток, соединенный с приводом, установленным на крышке, клапан выполнен в виде цилиндра, через шток связанного с приводом, в цилиндре размещены уплотнитель и три камеры, первая и третья, из которых выполнены цилиндрическими, а вторая - кольцевой, первая камера расположена над уплотнителем, при этом она сообщена со второй и третьей камерами с помощью осевых каналов, выполненных в цилиндре, а по периметру каждой камеры выполнены радиальные каналы, кроме того запорный клапан снабжен дополнительной камерой, расположенной со стороны, противоположной крышке относительно корпуса, и имеющей входной патрубок, подпружиненный клапан для подачи охлаждающей среды и уплотнение для полого штока, сообщенного с третьей камерой и взаимодействующею с клапаном для подачи охлаждающей среды, а кроме того на наружную поверхность цилиндра, полого штока и внутреннюю поверхность дополнительной камеры, обращенной в сторону третьей камеры, нанесена термоизоляция.

На фиг. 1 показана конструктивная схема запорного клапана.

Запорный клапан содержит корпус 1, входной патрубок 2 и выходной патрубок 3 для рабочей среды, седло 4, клапан, выполненный в виде цилиндра 5, с размещенным в нем уплотнителем 6 и трех камер. Первая цилиндрическая камера 7 расположена над уплотнителем 5, вторая кольцевая камера 8 и третья - цилиндрическая камера 9 расположена под уплотнителем 5, при этом первая цилиндрическая камера 7 сообщена со второй камерой 8 и третьей камерой 9 осевыми каналами 10, проделанными в цилиндре 5, а по периметру каждой камеры 7, 8 и 9 выполнены радиальные каналы 11. Цилиндр 5 через шток 12 связан с приводом (на черт. не показан), например, с пневмоприводом, установленным на крышке 13 запорного клапана. Запорный клапан снабжен дополнительной камерой 14, расположенной со стороны противоположной крышке 13 относительно корпуса 1, при этом в дополнительной камере 14 выполнены, входной патрубок 15 и подпружиненный клапан 16 для подачи охлаждающей среды и уплотнение 17 для полого штока 18, сообщенного с третьей цилиндрической камерой 9 и взаимодействующего с подпружиненным клапаном 16 для подачи охлаждающей среды. Для снижения расхода охлаждающей среды на наружную поверхность цилиндра 5, наружную поверхность пологе штока 18 и внутреннюю поверхность дополнительной камеры 14, обращенной в сторону третьей цилиндрической камеры 9 нанесена термоизоляция 19.

Запорный клапан работает следующим образом. Перед тем, как подать на запорный клапан расход высокотемпературной рабочей среды, например, газообразный азот, часто используемый в процессе регенерации адсорберов, с температурой более 200°С и давлением 0,02-0,03 МПа, производят открытие клапана для предварительной подачи охлаждающей среды, например, того же азота с температурой 20°С-25°С. С этой целью под действием усилия от привода, например, пневмопривода (на черт. не показан), установленного на крышке 13 запорного клапана, передаваемого через шток 12, цилиндр 5 отрывается от седла 4 и поднимается вверх на высоту, равную ходу клапана. Одновременно поднимается и полый шток 18, сообщенный с цилиндрической камерой 9. При движении вверх полый шток 18 открывает подпружиненный клапан 16. В результате газообразный азот через входной патрубок 15, открытый клапан 16 и полый шток 18 поступает в цилиндрическую камеру 9, а затем газообразный азот через осевые каналы 10, проделанные в цилиндре 5, поступает в цилиндрическую камеру 7 и кольцевую камеру 8. Из камер 7, 8 и 9 газообразный азот через радиальные каналы 11 отводится из выходного патрубка 3 в атмосферу. Таким образом, вокруг цилиндра 5 и уплотнителя 6, выполненного, например, из фторопласта и установленного в цилиндре 5, заранее создается поток холодного газа, обеспечивающий тепловую защиту уплотнителя 6, которая дополняется за счет слоя термоизоляции 19, нанесенной на наружную поверхность корпуса 5, полого штока 18 и внутреннюю поверхность дополнительной камеры 14, обращенной в сторону цилиндрической камеры 9. На следующем этапе через входной патрубок 2 подается газообразный азот с температурой порядка 280°С-320°С, при этом высокотемпературный поток азота будет оттесняться от цилиндра 5 и уплотнителя 6 холодным потоком газообразного азота, таким образом, обеспечивая надежную термозащиту уплотнителя 6. Далее оба потока смешиваются и через выходной патрубок 3 общий поток сбрасывается в атмосферу. После прекращения подачи расхода высокотемпературного потока азота подача холодного азота еще продолжается определенное время, гарантирующее охлаждение седла 4 и дополнительной камеры 14 до температуры порядка 50°С-70°С, обеспечивающей безопасность уплотнителя 6 и сохранения его свойств, требуемых для герметичности затвора. После посадки цилиндра 5 с уплотнителем 6 на седло 4 клапан 16 под действием пружины закрывается, прекращается подача холодного азота, а под действием усилия со сторону привода на уплотнителе 6 создается необходимое удельное давление для достижения требуемой герметичности затвора, что позволяет выполнить следующий процесс вакуумирования во взаимосвязанным с запорным клапаном изделии, например, в адсорбере до давления порядка 1×10^-2-1×10^-3 мм рт.ст., учитывая при этом, что подпружиненный клапан 16 и уплотнение 17 полого штока 18, установленные в дополнительной камере 14, рассчитаны для данной работы.

Таким образом, технические решения, предложенные в конструкции запорного клапана, позволяют выполнить цель изобретения.

Сравнение существенных признаков предлагаемого и уже известных решений дает основание считать, что предлагаемое техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применяемость».

Изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре и может быть широко использовано в блоках комплексной очистки, где режим регенерации включает процессы высокотемпературного нагрева и вакуумирования. Запорный клапан выполнен в виде цилиндра, через шток связанного с приводом, в цилиндре размещены уплотнитель и три камеры, первая и третья из которых выполнены цилиндрическими, а вторая - кольцевой, первая камера расположена над уплотнителем, при этом она сообщена со второй и третьей камерами с помощью осевых каналов, выполненных в цилиндре, а по периметру каждой камеры выполнены радиальные каналы, кроме того запорный клапан снабжен дополнительной камерой, расположенной со стороны противоположной крышке относительно корпуса и имеющей входной патрубок, подпружиненный клапан для подачи охлаждающей среды и уплотнение для полого штока, сообщенного с третьей камерой и взаимодействующего с клапаном для подачи охлаждающей среды, а кроме того на наружную поверхность цилиндра, полого штока и внутреннюю поверхность дополнительной камеры, обращенной в сторону третьей камеры, нанесена термоизоляция. Изобретение позволяет создать конструкцию запорного клапана, в которой уплотнитель клапана надежно защищен от температурного воздействия рабочей среды, используемой в процессе регенерации. 1 ил.

Запорный клапан, включающий корпус, входной и выходной патрубки для рабочей среды, седло, клапан и шток, соединенный с приводом, установленным на крышке, отличающийся тем, что клапан выполнен в виде цилиндра, через шток связанного с приводом, в цилиндре размещены уплотнитель и три камеры, первая и третья из которых выполнены цилиндрическими, а вторая - кольцевой, первая камера расположена над уплотнителем, при этом она сообщена со второй и третьей камерами с помощью осевых каналов, выполненных в цилиндре, а по периметру каждой камеры выполнены радиальные каналы, кроме того запорный клапан снабжен дополнительной камерой, расположенной со стороны, противоположной крышке относительно корпуса, и имеющей входной патрубок, подпружиненный клапан для подачи охлаждающей среды и уплотнение для полого штока, сообщенного с третьей камерой и взаимодействующего с клапаном для подачи охлаждающей среды, а кроме того на наружную поверхность цилиндра, полого штока и внутреннюю поверхность дополнительной камеры, обращенной в сторону третьей камеры, нанесена термоизоляция.