КЛАПАН Российский патент 2021 года по МПК F16K5/06 F16K5/20 

Область техники

Изобретение относится к шаровому клапану для задержания текучей среды, в частности к шаровому клапану, имеющему седло с мягкой уплотнительной прокладкой и уплотнительными кромками.

Уровень техники

Шаровые клапаны, как правило, содержат корпус клапана, который может быть соединен с магистральными трубопроводами с помощью впускного трубопровода для притока текучей среды и выпускного трубопровода для оттока текучей среды, поворотный шар с полостью для управления потоком текучей среды, причем полость является соосной с направлением потока в открытом положении и поперечной направлению потока в закрытом положении, причем уплотнение между шаром и трубопроводами выполнено с помощью впускного седла и выпускного седла, расположенных между шаром и корпусом клапана.

Вышеупомянутые клапаны обычно имеют следующие типы конфигураций: с эффектом одностороннего действия поршня (SPE), с эффектом двустороннего действия поршня (DPE), с комбинированным эффектом (SPE-DPE).

В конфигурации с эффектом одностороннего действия поршня (SPE) при закрытом клапане седла и их уплотнения имеют такую форму, что всякий раз, когда давление текучей среды исходит со стороны впуска (или выпуска), это давление удерживает седла прижатыми к шару, обеспечивая уплотнение. В противном случае, если давление текучей среды действует изнутри полости, то возникающая в связи с этим сила толкает седла к трубопроводам корпуса клапана, обеспечивая самосброс избыточного давления в магистральном трубопроводе.

В конфигурации с эффектом двустороннего действия поршня (DPE) при закрытом клапане седла и соответствующие уплотнения имеют такую форму, что всякий раз, когда давление текучей среды исходит со стороны впуска (или выпуска), или действует изнутри шара, возникающая в связи с этим сила всегда толкает седла к шару. Любое избыточное давление внутри полости шара регулируется соответствующими выпускными клапанами. Конфигурация с эффектом двустороннего действия поршня обеспечивает дополнительное уплотнение в случае поломки одного из двух седел, что позволяет избежать попадания текучей среды в магистральный трубопровод.

В конфигурации с комбинированным эффектом (SPE-DPE) впускное седло с эффектом одностороннего действия поршня обеспечивает самосброс, а выпускное седло с эффектом двустороннего действия поршня действует как двойной барьер в случае повреждения впускного седла. Эта конфигурация предусматривает предпочтительное направление установки таким образом, чтобы седло с эффектом одностороннего действия поршня было обращено к впуску.

При наличии агрессивных текучих сред обычной практикой является использование однонаправленных уплотнительных кромок, выполненных из упругих материалов, приводимых в действие пружинами в седлах. В частности, такие уплотнения, как правило, состоят из высокоэффективных полимеров, например прокладок из наполненного политетрафторэтилена (ПТФЭ), полиэфирэфиркетонных добавок (ПЭЭК) и пружин из сплава никель-хром-кобальт (NiCrCo).

Хорошо известно, что при высоких или очень высоких давлениях и/или температурах (например, давление по стандарту ANSI (Американского национального института стандартов) 2500=450 бар - по стандарту API (Американского нефтяного института) 10000/15000=690/1035 бар - Тмакс=200/210°С) однонаправленные уплотнительные кромки при использовании в паре (например, в так называемой сдвоенной конфигурации) испытывают такие механические нагрузки, которые с течением времени приводят к постоянной деформации самого уплотнения, что препятствует его правильной работе. Например, в WO 2013/066187 А1 предложено решить проблему постоянных деформаций кромок уплотнения из ПЭЭК/ПТФЭ с помощью подвижного промежуточного элемента, размещенного между двумя уплотнениями. Хотя это решение и позволяет продлить срок службы кромок уплотнения, такая конфигурация все же имеет недостаток, заключающийся в необходимости придания корпусу клапана формы в соответствии с очертаниями промежуточного элемента, что приводит к увеличению общих производственных затрат для достижения идеального соединения между седлом, промежуточным элементом и корпусом клапана.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость создания клапана, который можно изготовить в целом более простым и быстрым способом, сохраняя при этом низкие производственные затраты без отрицательного влияния на механические и уплотнительные характеристики самого клапана.

Описание изобретения

Одной целью настоящего изобретения является создание клапана, имеющего конструктивные и функциональные характеристики, которые удовлетворяют вышеупомянутым потребностям и в то же время устраняют недостатки, о которых говорилось при описании предшествующего уровня техники. Эта цель достигается с помощью клапана по п. 1 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие характерные признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания одного из предпочтительных вариантов его осуществления, причем это описание носит чисто иллюстративный характер и дано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 - продольный разрез клапана, предлагаемого изобретением;

фиг. 2 и 3 - вид в увеличенном масштабе части продольного разреза клапана с фиг. 1, на котором второе выпускное седло и промежуточный элемент могут перемещаться между первым и вторым положениями;

фиг. 4 - увеличенный продольный разрез первого выпускного седла;

фиг. 5 - увеличенный продольный разрез промежуточного элемента;

фиг. 6 - увеличенный продольный разрез второго выпускного седла;

фиг. 7 - развернутый вид в перспективе первого выпускного седла, промежуточного элемента и второго выпускного седла.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 предлагаемый изобретением клапан обозначен числом 100.

Клапан 100 содержит корпус 101 клапана, который может быть соединен с магистральным трубопроводом (не показан), имеющим впускной трубопровод 110 для притока текучей среды, и выпускной трубопровод 120 для оттока текучей среды. Магистральный трубопроводы обычно используются для транспортировки текучих сред без дисперсии, например, газа, воды, сырой нефти и их производных. В предпочтительном варианте трубопроводы 110, 120 выровнены по продольной оси, обозначенной Х-Х.

Клапан 100 содержит поворотный шар 10, поворачивающийся вокруг своей оси вращения Y-Y, перпендикулярной оси Х-Х. Назначение поворотного шара 10 состоит в том, чтобы управлять потоком текучей среды с помощью полости 11, имеющей ось, перпендикулярную оси вращения Y-Y поворотного шара.

В примере, показанном на фиг. 1, поворотный шар 10 представляет собой тип с боковым разъемом с вводом сбоку. Как вариант, поворотный шар 10 может быть типа с верхним разъемом с вводом сверху.

В предпочтительном варианте поворотный шар 10 состоит, по меньшей мере частично, из материала, выбранного из группы, включающей: сталь, никелево-хромистую сталь, сталь с покрытием, сталь без покрытия, сталь, выплавленную дуплекс-процессом, сплав Инконель®.

В остальной части описания и в формуле изобретения размеры отдельных элементов клапана относятся преимущественно к 16-дюймовому клапану. При упоминании клапана другого размера размеры отдельных элементов изменяются пропорционально.

В предпочтительном варианте полость 11 имеет диаметр d₁₁ 200-600 мм, предпочтительно 400 мм.

Поворотный шар 10 можно поворачивать в положение открытия, при котором полость 11 соосна с направлением потока, и положение закрытия, при котором полость перпендикулярна направлению потока, так что стенки шара прерывают поток. Гидравлическое уплотнение между поворотным шаром 10 и трубопроводами 110, 120 обеспечивается посредством первого впускного седла 210 и первого выпускного седла 220, расположенных между поворотным шаром 10 и корпусом 101 клапана.

Первое впускное седло 210 и первое выпускное седло 220 выполнены с возможностью взаимодействия с поворотным шаром 10 в соответствии с рядом конфигураций. В предпочтительном примере, показанном на фиг. 1, первое впускное седло 210 имеет конфигурацию, обеспечивающую эффект одностороннего действия поршня (SPE) с мягкой уплотнительной прокладкой и уплотнительной кромкой. В данном описании и формуле изобретения термины «радиально внутренний» и «радиально внешний» используются для указания более близкого и более удаленного положения, соответственно, в радиальном направлении относительно продольной оси Х-Х клапана.

Как показано на фиг. 4 и 7, первое выпускное седло 220 в предпочтительном варианте имеет форму кольца и имеет внутреннюю поверхность 225, проходящую в осевом направлении вокруг радиуса r₂₂₅ с длиной, практически соответствующей радиусу (соответствующему половине диаметра d11) полости 11 поворотного шара 10. Таким образом, в предпочтительном варианте внутренняя поверхность 225 первого выпускного седла 220 и внутренняя поверхность полости 11 практически выровнены, когда поворотный шар 10 находится в открытом положении.

В предпочтительном варианте первое выпускное седло 220 сужается уступами по направлению к выпускному трубопроводу 120. В частности, первое выпускное седло 220 имеет такую форму, что образует ряд радиальных внешних поверхностей 221, 222, 222, 224 (предпочтительно в количестве, равном четырем), которые постепенно уменьшаются в направлении выпускного трубопровода 120.

Как показано в примере на фиг. 4, каждая из внешних поверхностей 221, 222, 222, 224 проходит вокруг своего радиуса r₂₂₁, r₂₂₂, r₂₂₃, r₂₂₄. В частности, первая поверхность 221 выступает радиально наружу относительно второй поверхности 222, причем последняя выступает радиально наружу относительно третьей поверхности 223. Наконец, четвертая поверхность 224 находится радиально внутри относительно третьей поверхности 223.

В предпочтительном варианте каждая из внешних поверхностей 221, 222, 222, 224 имеет радиус от 100 мм до 300 мм. В частности, первая поверхность 221 имеет предпочтительный радиус r₂₂₁, равный 248 мм; вторая поверхность 222 имеет предпочтительный радиус r₂₂₂, равный 222,5 мм; третья поверхность 223 имеет предпочтительный радиус r₂₂₃ равный 213 мм; четвертая поверхность 224 имеет предпочтительный радиус r₂₂₄, равный 207 мм.

В предпочтительном варианте первая поверхность 221 выступает на 50 мм, вторая поверхность 222 выступает на 20 мм, третья поверхность 223 выступает на 32 мм, а четвертая поверхность 224 выступает на 48 мм.

Первая поверхность 221 и пятая поверхность 225 первого выпускного седла 220 соединены вместе боковой поверхностью, включающей в себя вертикальную часть 226, проходящую практически вдоль направления Y-Y, и изогнутую часть 227. В предпочтительном варианте изогнутая часть 227 имеет поверхность, предназначенную для контактирования, по меньшей мере частично, путем сопряжения формы с частью внешней поверхности поворотного шара 10. В частности, первое выпускное седло 220 имеет гнездо 240, выполненное на изогнутой поверхности 227, для размещения прокладки 250, выполняющей функцию гидравлического уплотнения между первым выпускным седлом 220 и поворотным шаром 10 клапана. В предпочтительном варианте прокладка 250 может быть мягкого или жесткого типа. Она может состоять, по меньшей мере частично, из наполненного политетрафторэтилена, полиэфирэфиркетона или Kel-f® (политрифторхлорэтилена).

Как показано в примере на фиг. 4, первая поверхность 221 и вторая поверхность 222 первого выпускного седла 220 в любом случае соединены первой боковой поверхностью 221а, идущей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте первая боковая поверхность 221а выступает на 25 мм. Вторая поверхность 222 и третья поверхность 223 соединены второй боковой поверхностью 222а, идущей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте вторая боковая поверхность 222а выступает на 9,5 мм. Третья поверхность 223 и четвертая поверхность 224 соединены третьей боковой поверхностью 223а, идущей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте третья боковая поверхность 223а выступает на 6 мм. Наконец, четвертая поверхность 224 и пятая поверхность 225 соединены четвертой боковой поверхностью 224а, идущей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте четвертая боковая поверхность 224а выступает на 7 мм.

В предпочтительном варианте клапан 100 содержит второе выпускное седло 420, расположенное в осевом направлении между первым выпускным седлом 220 и выпускным трубопроводом 120. Второе выпускное седло 420 может перемещаться в осевом направлении между выпускным трубопроводом 120 и промежуточным элементом 320, как подробно описано в остальной части данного описания.

Второе выпускное седло 420 изнутри выполнено таким образом, что имеет первую внутреннюю поверхность 425, вторую внутреннюю поверхность 426 и третью внутреннюю поверхность 427, каждая из которых проходит вокруг своего радиуса r₄₂₅, r₄₂₆, r₄₂₇ соответственно.

Как показано в примере на фиг. 6, первая внутренняя поверхность 425 проходит радиально внутрь относительно второй внутренней поверхности 426. Третья внутренняя поверхность 427 проходит радиально наружу относительно второй внутренней поверхности 426. В предпочтительном варианте внутренняя поверхность 425 проходит в осевом направлении вокруг радиуса r₄₂₅, который практически соответствует радиусу r₁₁ полости 11 поворотного шара 10. Таким образом, внутренняя поверхность 225 первого выпускного седла 220, внутренняя поверхность полости 11 и внутренняя поверхность 425 второго выпускного седла 420 практически выровнены, когда поворотный шар 10 находится в открытом положении.

В предпочтительном варианте каждая внутренняя поверхность 426, 427 имеет радиус от 100 до 300 мм. В частности, вторая внутренняя поверхность 426 имеет предпочтительный радиус r₄₂₆, равный 207 мм; третья внутренняя поверхность 427 имеет предпочтительный радиус r₄₂₇, равный 216,5 мм.

В предпочтительном варианте первая внутренняя поверхность 425 выступает на 40 мм, вторая внутренняя поверхность 426 выступает на 8 мм, а третья внутренняя поверхность 427 выступает на 34 мм.

Второе выпускное седло 420 снаружи выполнено таким образом, что имеет первую внешнюю поверхность 421 и вторую внешнюю поверхность 422, каждая из которых проходит вокруг собственного радиуса r₄₂₁, r₄₂₂. Вторая внешняя поверхность 422 проходит радиально внутрь относительно первой поверхности 421.

В предпочтительном варианте внешние поверхности 421, 422 имеют радиус от 100 мм до 300 мм. В частности, первая внешняя поверхность 421 имеет предпочтительный радиус r₄₂₁, равный 222,5 мм; вторая внешняя поверхность 422 имеет предпочтительный радиус r₄₂₂, равный 213 мм.

В предпочтительном варианте первая внешняя поверхность 421 выступает на 48 мм, а вторая внешняя поверхность 422 выступает на 34 мм.

В предпочтительном варианте первая поверхность 421 расположена в радиальном положении, по существу, соответствующем радиальному положению второй внешней поверхности 222 первого выпускного седла 220. Фактически, первая внешняя поверхность 421 второго выпускного седла 420 и вторая внешняя поверхность 222 первого выпускного седла 220 по существу выровнена и проходит вокруг одного и того же радиуса.

Как показано в примере на фиг. 6, первая внешняя поверхность 421 и вторая внешняя поверхность 422 второго выпускного седла 420 соединены первой боковой поверхностью 221а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте первая боковая поверхность 421а выступает на 9,5 мм. Вторая внешняя поверхность 422 и первая внутренняя поверхность 425 соединены второй боковой поверхностью 422а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте вторая боковая поверхность 422а выступает на 13 мм.

Первая внутренняя поверхность 425 и вторая внутренняя поверхность 426 соединены третьей боковой поверхностью 425а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте третья боковая поверхность 425а выступает на 9,5 мм. Вторая внутренняя поверхность 426 и третья внутренняя поверхность 427 соединены четвертой боковой поверхностью 426а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. Четвертая боковая поверхность 426а предпочтительно выступает на 7 мм. Третья внутренняя поверхность 427 и первая внешняя поверхность 421 соединены пятой боковой поверхностью 427а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. Пятая боковая поверхность 427а предпочтительно выступает на 6 мм.

В предпочтительном варианте клапан 100 содержит промежуточный элемент 320, расположенный в осевом направлении между первым выпускным седлом 220 и вторым выпускным седлом 420. Промежуточный элемент 320 может перемещаться в осевом направлении между первым выпускным седлом 220 и вторым выпускным седлом 420, как подробно описано в остальной части данного описания.

Как показано в примере на фиг. 5, промежуточный элемент 320 изнутри выполнен таким образом, что имеет первую внутреннюю поверхность 325 и вторую внутреннюю поверхность 326, каждая из которых проходит вокруг радиуса r₃₂₅, r₃₂₆ соответственно. Первая внутренняя поверхность 325 проходит радиально внутрь относительно второй внутренней поверхности 326.

В предпочтительном варианте каждая внутренняя поверхность 325, 326 имеет радиус от 100 до 300 мм. В частности, первая внутренняя поверхность 325 имеет предпочтительный радиус r₃₂₅ равный 207 мм; вторая внутренняя поверхность 326 имеет предпочтительный радиус r₃₂₆, равный 213 мм.

В предпочтительном варианте первая внутренняя поверхность 325 выступает на 11 мм, а вторая внутренняя поверхность 326 выступает на 5 мм.

В предпочтительном варианте промежуточный элемент 320 снаружи выполнен таки образом, что имеет первую внешнюю поверхность 321 и вторую внешнюю поверхность 322, каждая из которых проходит вокруг собственного радиуса r₃₂₁, r₃₂₂. Вторая внешняя поверхность 322 проходит радиально наружу относительно первой внешней поверхности 321.

В предпочтительном варианте внешние поверхности 321, 322 имеют радиус от 100 мм до 300 мм. В частности, первая внешняя поверхность 321 имеет предпочтительный радиус r₃₂₁, равный 216,5 мм; вторая внешняя поверхность 322 имеет предпочтительный радиус r₃₂₂, равный 222,5 мм.

В предпочтительном варианте первая внешняя поверхность 321 выступает на 6 мм, а вторая внешняя поверхность 322 выступает на 10 мм.

Как показано в примере на фиг. 5, первая внешняя поверхность 321 и вторая внешняя поверхность 322 промежуточного элемента 320 соединены первой боковой поверхностью 321а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте первая боковая поверхность 321а выступает на 6 мм. Вторая внешняя поверхность 322 и вторая внутренняя поверхность 326 соединены второй боковой поверхностью 322а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте вторая боковая поверхность 322а выступает на 7 мм. Вторая внутренняя поверхность 326 и первая внутренняя поверхность 325 соединены третьей боковой поверхностью 323а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. В предпочтительном варианте третья боковая поверхность 323а выступает на 6 мм. Наконец, первая внутренняя поверхность 325 и первая внешняя поверхность 321 соединены четвертой боковой поверхностью 324а, проходящей вдоль вертикального направления Y-Y. Четвертая боковая поверхность 324а предпочтительно выступает на 6 мм.

Как показано на фиг. 2 и 3, промежуточный элемент 320 частично посажен на первое выпускное седло 220. Таким образом, внутренние поверхности 325, 326 промежуточного элемента 320 по меньшей мере частично обращены к внешним поверхностям 223, 224 первого выпускного седла 220.

В предпочтительном варианте вторая внешняя поверхность 222 первого выпускного седла 220, вторая внешняя поверхность 322 промежуточного элемента 320 и вторая внешняя поверхность 421 второго выпускного седла 420 практически выровнены друг с другом и размещены в соответствующем радиальном положении.

В предпочтительном варианте промежуточный элемент 320 имеет толщину менее 2/3 толщины второго выпускного седла 420. Таким образом, обеспечивается компактность седел 220, 420, что обеспечивает упрощенное изготовление и конструкцию элементов, составляющих клапан.

Как показано в примерах на фиг. 2 и 3, во время работы, второе выпускное седло 420 частично посажено на промежуточный элемент 320. Таким образом, третья внутренняя поверхность 427 второго выпускного седла 420 по меньшей мере частично обращена к первой внешней поверхности 321 промежуточного элемента 320.

Второе выпускное седло 420 по меньшей мере частично посажено на промежуточный элемент 320 и первое выпускное седло 220. Таким образом, вторая внутренняя поверхность 426 второго выпускного седла 420, по меньшей мере частично, обращена к четвертой внешней поверхности 224 первого выпускного седла 220, а третья внутренняя поверхность 427 второго выпускного седла 420, по меньшей мере частично, обращена к первой внешней поверхности 321 промежуточного элемента 320.

Между первым выпускным седлом 220 и промежуточным элементом 320 расположена первая уплотнительная кромка 51, задняя часть 51а которой опирается на вторую боковую поверхность 322а промежуточного элемента 320. Аналогичным образом, между вторым выпускным седлом 420 и промежуточным элементом 320, расположена вторая уплотнительная кромка 52, задняя часть 52а которой опирается на четвертую боковую поверхность 324а промежуточного элемента 320.

Как показано в примерах на фиг. 2 и 3, между вторым выпускным седлом 420 и выпускным трубопроводом 120 расположена третья уплотнительная кромка 53, задняя часть 53а которой опирается на первую боковую поверхность 421а второго выпускного седла 420.

В предпочтительном варианте клапан 100 содержит не более трех уплотнительных кромок 51, 52, 53, расположенных в выпускном трубопроводе 120. Таким образом, благодаря наличию уменьшенного количества элементов, составляющих клапан, предлагаемый клапан можно изготавливать, сохраняя низкие производственные затраты.

Между первым выпускным седлом 220 и промежуточным элементом 320 расположена только одна уплотнительная кромка 51. Аналогичным образом, между промежуточным элементом 320 и вторым выпускным седлом 420 расположена только одна уплотнительная кромка 52.

В предпочтительном варианте первая уплотнительная кромка 51 находится в радиальном положении, практически соответствующем радиальному положению третьей уплотнительной кромки 53.

Благодаря согласованию форм выпускного трубопровода 120, выпускных седел 220, 420 и промежуточного элемента, для создания конфигурации с эффектом двустороннего действия поршня (DPE) требуется не более трех уплотнительных кромок 53, расположенных между первым выпускным седлом 220 и выпускным трубопроводом 120. Таким образом, конструкция клапана 100 экономически выгодна и сборка его значительно упрощается.

В предпочтительном варианте клапан 100 имеет конфигурацию, обеспечивающую комбинированный эффект (SPE-DPE). В частности, первое впускное седло 210 имеет конфигурацию с эффектом одностороннего действия поршня (SPE), а первое выпускное седло 220, промежуточный элемент 320 и второе выпускное седло 420 выполнены в конфигурации, обеспечивающей эффект двустороннего действия поршня (DPE).

Как показано в примерах на фиг. 2 и 3, уплотнительные кромки 51, 52, 53 имеют практически аналогичную толщину. В предпочтительном варианте эта толщина в основном соответствует толщине упомянутых уплотнительных кромок 51, 52, 53.

Прокладка 250 размещена в радиальном положении, в основном соответствующем радиальному положению первой уплотнительной кромки 51 и третьей уплотнительной кромки 53.

Как показано в примерах на фиг. 2 и 3, ниже объясняется работа второго выпускного седла 420 и промежуточного элемента 320 в зависимости от того, исходит ли давление из выпускного трубопровода 120 или из полости 11 поворотного шара. 10.

Как сказано выше, второе выпускное седло 420 и промежуточный элемент 320 могут перемещаться в осевом направлении между первым выпускным седлом 220 и выпускным трубопроводом 120. В этом случае второе выпускное седло 420 и промежуточный элемент 320 перемещаются вместе между первым положением, при котором промежуточный элемент 320 упирается в первое выпускное седло 220, и вторым положением, при котором второе выпускное седло 420 упирается в выпускной трубопровод 120. В частности, между вторым положением и первым положением второе выпускное седло 420 и промежуточный элемент 320 удаляются от выпускного трубопровода 120. Конкретнее, боковая поверхность 323а промежуточного элемента 320 упирается в боковую поверхность 223а первого выпускного седла 220, а боковая поверхность 427а второго выпускного седла 420 упирается в боковую поверхность 321а промежуточного элемента, тогда как во втором положении боковая поверхность 422а второго выпускного седла 420 упирается в боковую поверхность 120а выпускного трубопровода 120.

Как показано в примере на фиг. 2, во время работы, когда клапан закрыт, давление текучей среды, поступающей из выпускного трубопровода 120, воздействует на второе выпускное седло 420, чтобы отодвинуть его от боковой поверхности 120а выпускного трубопровода 120. Второе выпускное седло 420 при перемещении к поворотному шару 10 толкает промежуточный элемент 320 (в частности, действует боковая поверхность 427а второго выпускного седла 420, подталкивая боковую поверхность 321а промежуточного элемента 320), который, в свою очередь, действует, продвигая первое выпускное седло 220, перемещая его в упор к поворотному шару 10 и обеспечивая уплотнение.

Благодаря согласованию форм первого выпускного седла 220, второго выпускного седла 420 и промежуточного элемента 320 можно обеспечить уплотнение между шаром и седлом, поскольку давление, прикладываемое к боковым поверхностям 422а и 421а (при посредстве третьей уплотнительной кромки 53) второго выпускного седла 420, превышает давление, действующее на поверхность 227 первого выпускного седла 220. Следовательно, первое выпускное седло 220 действует, продвигаясь к поворотному шару 10 под давлением текучей среды, поступающей со стороны выпуска и обеспечивающей его уплотнение. Фактически, с помощью этого решения выполняется эквивалентная операция в конфигурации с эффектом одностороннего действия поршня (SPE). Поэтому нет необходимости использовать пружины, которые можно соединять с седлами 220, 420 и/или с промежуточным элементом 320, чтобы удерживать второе выпускное седло 420 прижатым к промежуточному элементу 320, который, в свою очередь, действует в результате толкания первого выпускного седла 220.

Как показано в примере на фиг. 3, во время работы, когда клапан закрыт, давление текучей среды, поступающей из полости 11 поворотного шара 10, действует на промежуточный элемент 320 (при посредстве первой уплотнительной кромки 51), который подталкивает второе выпускное седло 420, перемещая его в упор к выпускному трубопроводу 120. В частности, давление воздействует на первую уплотнительную кромку 51 таким образом, что боковая поверхность 321а промежуточного элемента 320 толкает второе выпускное седло 420 (при посредстве боковой поверхности 427а), перемещая последнее к выпускному трубопроводу 120.

Поскольку при давлении, исходящем из полости 11 поворотного шара 10, перемещение промежуточного элемента 320 и второго выпускного седла 420 удерживается во втором положении, то есть когда боковая поверхность 422а второго выпускного седла 420 упирается в боковую поверхность 120а выпускного трубопровода 120, давление может действовать только в направлении к поворотному шару 10. В частности, давление, действующее на боковые поверхности 222а и 221а первого выпускного седла 220, превышает давление, действующее на участок поверхности, представленный поверхностью 226 вплоть до точки контакта прокладки 250 с поворотным шаром 10. Следовательно, благодаря согласованию форм первого выпускного седла 220, второго выпускного седла 420 и промежуточного элемента 320 также можно обеспечить уплотнение между шаром и седлом за счет давления текучей среды, поступающей из полости 11 поворотного шара 10.

Изобретение относится к шаровому клапану для перекрытия текучей среды, в частности к шаровому клапану, имеющему седло с мягкой уплотнительной прокладкой и уплотнительными кромками. Целью заявленного изобретения является сохранение на клапане функции седла с эффектом двустороннего действия поршня (DPE) с использованием уплотнений, не установленных вплотную друг к другу. Преимуществом является наличие двух уплотнений, установленных в выпускном седле, с одинаковым диаметром для работы на одной и той же поверхности. Основное отличие предложенного клапана состоит в наличии «группы седел», состоящей из первого выпускного седла (220), промежуточного элемента (320) и второго выпускного седла (420), выполненных просто и экономично. Техническое решение направлено на сохранение диаметра корпуса для указанной группы седел как можно более постоянным для сокращения процессов обработки. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Клапан (100), содержащий:

- корпус (101) клапана, имеющий впускной трубопровод (110) для притока текучей среды и выпускной трубопровод (120) для оттока текучей среды, при этом трубопроводы (110, 120), по существу, выровнены вдоль продольной оси (Х-Х);

- поворотный шар (10) для управления потоком текучей среды, имеющий полость (11), ось которой перпендикулярна оси вращения (Y-Y) поворотного шара;

- первое впускное седло (210), действующее совместно с впускным трубопроводом (110) и поворотным шаром (10);

- первое выпускное седло (220), действующее совместно с выпускным трубопроводом (120) и поворотным шаром (10), первое выпускное седло (220) сужается уступами по направлению к выпускному трубопроводу (120), что образует ряд радиальных внешних поверхностей (221, 222, 222, 224), которые постепенно уменьшаются в направлении выпускного трубопровода (120), причем первая поверхность (221) выступает радиально наружу относительно второй поверхности (222),

- второе выпускное седло (420), расположенное в осевом направлении между первым выпускным седлом (220) и выпускным трубопроводом (120), второе выпускное седло (420) снаружи выполнено таким образом, что имеет первую внешнюю поверхность (421), и

- промежуточный элемент (320), расположенный в осевом направлении между первым выпускным седлом (220) и вторым выпускным седлом (420) и который может перемещаться в осевом направлении между первым выпускным седлом (220) и вторым выпускным седлом (420), промежуточный элемент (320) снаружи выполнен таким образом, что имеет первую внешнюю поверхность (321) и вторую внешнюю поверхность (322), проходящую радиально наружу относительно первой внешней поверхности (321),

причем вторая внешняя поверхность (222) первого выпускного седла (220), вторая внешняя поверхность (322) промежуточного элемента (320) и вторая внешняя поверхность (421) второго выпускного седла (420) практически выровнены друг с другом и размещены в соответствующем радиальном положении,

причем между упомянутым первым выпускным седлом (220) и упомянутым промежуточным элементом (320) расположена первая уплотнительная кромка (51), между упомянутым вторым выпускным седлом (420) и упомянутым промежуточным элементом (320) расположена вторая уплотнительная кромка (52), и между упомянутым вторым выпускным седлом (420) и выпускным трубопроводом (120) расположена третья уплотнительная кромка (53),

причем между первым выпускным седлом (220) и промежуточным элементом (320) расположена только одна первая уплотнительная кромка (51),

причем между промежуточным элементом (320) и вторым выпускным седлом (420) расположена только одна вторая уплотнительная кромка (52),

причем между вторым выпускным седлом (420) и выпускным трубопроводом (120) расположена только одна третья уплотнительная кромка (53), и

при этом, когда давление текучей среды поступает из полости (11), давление действует на промежуточный элемент (320), который подталкивает второе выпускное седло (420), перемещая его в упор к выпускному трубопроводу (120), и

когда давление упомянутой текучей среды поступает из выпускного трубопровода (120), упомянутое давление воздействует на второе выпускное седло (420), которое толкает упомянутый промежуточный элемент (320), который, в свою очередь, действует, продвигая упомянутое первое выпускное седло (220), перемещая его в упор к поворотному шару (10).

2. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что содержит не более трех уплотнительных кромок (51, 52, 53), расположенных в выпускном трубопроводе (120).

3. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что первая уплотнительная кромка (51) находится в радиальном положении, практически соответствующем радиальному положению третьей уплотнительной кромки (53).

4. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что содержит прокладку (250), по меньшей мере частично вставленную в первое выпускное седло (220) и имеющую толщину, в основном соответствующую толщине уплотнительных кромок (51, 52, 53).

5. Клапан (100) по п. 4, отличающийся тем, что прокладка (250) размещена в радиальном положении, в основном соответствующем радиальному положению первой уплотнительной кромки (51) и третьей уплотнительной кромки (53).

6. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный элемент (320) частично посажен на первое выпускное седло (220).

7. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что второе выпускное седло (420) по меньшей мере частично посажено на первое выпускное седло (220) и промежуточный элемент (320).

8. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный элемент (320) имеет толщину менее 2/3 толщины второго выпускного седла (420).

9. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что первое выпускное седло имеет конфигурацию, обеспечивающую эффект одностороннего действия поршня.

10. Клапан (100) по п. 1, отличающийся тем, что первое выпускное седло (220), промежуточный элемент (320) и второе выпускное седло (420) имеют конфигурацию, обеспечивающую эффект двустороннего действия поршня.