Регулирующий двухплунжерный клапан Российский патент 2021 года по МПК F16K1/04 F16K1/38 

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности, к регулирующим клапанам, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначена для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.

Известен проходной клапан содержащий корпус с крышкой, между которыми установлена прокладка крышки, во внутреннем объеме корпуса размещено седло с уплотнением, вертикальный приводной шток. Данный клапан снабжен системой внутренней разгрузки, представляющей собой дополнительный внутренний клапан меньшего диаметра [Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза. Часть 1. Трубопроводная арматура: Учебное пособие. / В.Т. Новиков, Томский политехнический университет ун-т. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 292 с., - С. 117, рис. 3.25].

К недостаткам данного клапана следует отнести возникновение кавитации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является клапан запорно-регулирующий [Патент РФ №2727199, МПК F1K 39/02, F1K 47/04] содержащий корпус со входным и выходным патрубками, внутри корпуса размещены седло, два затвора, связанные со штоком, управляемым приводом. Шток выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами и буртом, первый затвор выполнен в виде охватывающего шток ступенчатого плунжера с уплотнительным элементом и уплотнительной поверхностью, ступенчатый плунжер расположен соосно второму затвору с уплотнительным элементом, отличающийся тем, что внешняя поверхность ступенчатого плунжера и его внутренняя полость выполнены цилиндроконическими, причем высота цилиндрической части внешней поверхности больше глубины цилиндрической части внутренней полости. Угол конусности конической части внешней поверхности больше угла конусности конической части внутренней полости, на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера выполнены прямоугольные окна, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, а уплотнительный элемент установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера.

К недостаткам данного клапана следует отнести возникновение кавитации.

Задачей данного изобретения является создание регулирующего двухплунжерного клапана предотвращающего возникновение кавитации.

Поставленная задача достигается тем, что в регулирующем двухплунжерном клапане содержащем корпус с входным и выходным патрубками, внутри корпуса размещены седло, два затвора, связанные со штоком, управляемым приводом, шток выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами и буртом, первый затвор выполнен в виде охватывающего шток ступенчатого плунжера с уплотнительным элементом и уплотнительной поверхностью, ступенчатый плунжер расположен соосно второму затвору с уплотнительным элементом, на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера выполнены прямоугольные окна, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, а уплотнительный элемент установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера.

Отличительными признаками предлагаемого двухплунжерного клапана является то, что во внутреннем объеме корпуса соосно ступенчатому плунжеру размещены коаксиальные обечайки, выполненные в виде полых усеченных конусов, с отверстиями на боковой поверхности, крепящиеся нижними (большими) основаниями к корпусу, причем высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней к внешней, а расстояния между ними увеличиваются от внешней к внутренней.

На фиг. 1 изображена схема регулирующего двухплунжерного клапана.

На фиг. 2 показано полностью закрытое положение.

На фиг. 3 показано начальное положение открытия клапана с поднятым (открытым) вторым затвором.

На фиг. 4 показано полностью открытое положение.

На фиг. 5 показано сечение А-А. Регулирующий двухплунжерный клапан содержит корпус 1 со входным 2 и выходным патрубками 3. Внутри корпуса 1 размещены два затвора, связанные со штоком 4, управляемым приводом 5. Шток 4 выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами 6 и буртом 7. Первый затвор выполнен в виде охватывающего шток 4 ступенчатого плунжера 8 с уплотнительным элементом 9 и уплотнительной поверхностью 10. Ступенчатый плунжер 8 расположен соосно второму затвору 11 с уплотнительным элементом 12, который установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера 8.

На цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера 8 выполнены прямоугольные окна 13, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости. Ступенчатый плунжер 8 в закрытом положении контактирует с седлом 14.

Во внутреннем объеме корпуса 1 соосно ступенчатому плунжеру 8 размещены коаксиальные обечайки 15, 16 и 17, выполненные в виде полых усеченных конусов, с отверстиями 18 на боковой поверхности. Коаксиальные обечайки крепятся нижними (большими) основаниями к корпусу 1. Высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней коаксиальной обечайке 15 к внешней 17, а расстояния между коаксиальными обечайками увеличиваются от внешней 17 к внутренней 15.

Регулирующий двухплунжерный клапан работает следующим образом.

В полностью закрытом положении (Фиг. 2) ступенчатый плунжер 8 контактирует с седлом 14, а второй затвор 11 нижним концом упирается в уплотнительный элемент 12, который установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера 8.

В начальной фазе открытия (Фиг. 3) происходит поднятие штока 4 с размещенным на его нижнем конце вторым затвором 11. При этом жидкость начинает двигаться в зазоре между внешней поверхностью второго затвора 11 и конической частью внутренней полости ступенчатого плунжера 8, а далее проходит через прямоугольные окна 13 и направляется к выходному патрубку 3. При таком способе открытия (открытие только второго затвора 11) удается обеспечить минимальные значения расхода.

Далее, когда второй затвор 11 достигает верхней поверхности внутренней полости ступенчатого плунжера 8, происходит открытие основного проходного сечения за счет поднятия ступенчатого плунжера 8.

По мере поднятия ступенчатого плунжера 8 увеличивается размер проходного сечения и повышается расход. Таким образом, процесс плавного увеличения расхода осуществляется вначале путем поднятия второго затвора, а затем при подъеме ступенчатого плунжера 8. Такой способ позволяет увеличить диапазон регулирования.

Наличие на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера прямоугольных окон, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, позволяет осуществлять деление потока на струи (не взаимодействующие между собой), что обеспечивает снижение кавитации.

Размещение уплотнительного элемента в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера позволяет обеспечить герметичность в полностью закрытом положении.

Благодаря тому, что во внутреннем объеме корпуса 1 соосно ступенчатому плунжеру 8 размещены коаксиальные обечайки 15, 16 и 17, выполненные в виде полых усеченных конусов, с отверстиями на боковой поверхности потоки жидкости, выходящие из прямоугольных окон 13 проходя через отверстия 18 дополнительно разбиваются на отдельные струи. Это снижает интенсивность возникновения кавитации.

За счет того, что коаксиальные обечайки крепятся нижними (большими) основаниями к корпусу 1 удается их разместить в зоне выхода струй из прямоугольных окон 13. Высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней коаксиальной обечайке 15 к внешней 17, а расстояния между коаксиальными обечайками увеличиваются от внешней 17 к внутренней 15 это позволяет задействовать на нижнем участке (на начальном этапе открытия клапана, когда скорости потоков максимальны и вероятность возникновения кавитации наибольшая) отверстия 18 во всех коаксиальных обечайках 15, 16 и 17. По мере подъема ступенчатого плунжера 8 расход жидкости увеличивается и скорости потока снижаются (снижается и перепад давлений, способствующий возникновению кавитации). Для этого, с целью снижения гидравлического сопротивления, высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней коаксиальной обечайке 15 к внешней 17, а расстояния между коаксиальными обечайками увеличиваются от внешней 17 к внутренней 15. Коническая форма коаксиальных обечаек позволяет наиболее эффективно разместить отверстия 18, направить образованные струи в направления, препятствующих их слиянию, то есть обеспечивают снижение интенсивности кавитации.

Предлагаемый регулирующий двухплунжерный клапан предотвращает возникновение кавитации и обладает хорошей герметичностью в закрытом положении.

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности к регулирующим клапанам, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов. Конструктивной особенностью предлагаемого регулирующего двухплунжерного клапана является то, что во внутреннем объеме корпуса соосно ступенчатому плунжеру размещены коаксиальные обечайки, выполненные в виде полых усеченных конусов, с отверстиями на боковой поверхности, крепящиеся нижними большими основаниями к корпусу, причем высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней к внешней, а расстояния между ними увеличиваются от внешней к внутренней. Техническим результатом является предотвращение возникновения кавитации и хорошая герметичность в закрытом положении. 5 ил.

Регулирующий двухплунжерный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри корпуса размещены седло, два затвора, связанные со штоком, управляемым приводом, шток выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами и буртом, первый затвор выполнен в виде охватывающего шток ступенчатого плунжера с уплотнительным элементом и уплотнительной поверхностью, ступенчатый плунжер расположен соосно второму затвору с уплотнительным элементом, на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера выполнены прямоугольные окна, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, а уплотнительный элемент установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера, отличающийся тем, что во внутреннем объеме корпуса соосно ступенчатому плунжеру размещены коаксиальные обечайки, выполненные в виде полых усеченных конусов, с отверстиями на боковой поверхности, крепящиеся нижними большими основаниями к корпусу, причем высота коаксиальных обечаек уменьшается от внутренней к внешней, а расстояния между ними увеличиваются от внешней к внутренней.