РЕГУЛИРУЮЩИЕ КЛАПАНЫ СО ВСТРОЕННЫМ ЗАТВОРОМ Российский патент 2021 года по МПК F16K1/22 F16K1/36 F16K25/00 B22F3/105 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к регулирующим клапанам, и конкретнее, к регулирующим клапанам, содержащим встроенный затвор.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Традиционные регулирующие клапаны содержат отдельные детали затвора, устанавливаемые в корпус клапана во время процесса сборки клапана. Надлежащая установка и/или сборка отдельных деталей затвора представляет собой сложный процесс, вызывающий многочисленные затруднения при изготовлении и сборке. Например, при изготовлении отдельных деталей затвора и их последующей сборки требуется учитывать влияние разброса параметров с тем, чтобы гарантировать надлежащую посадку и/или расположение отдельных деталей затвора в собранном регулирующем клапане.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В данном документе раскрыты регулирующие клапаны, содержащие встроенный затвор. В некоторых раскрытых примерах устройство содержит цельный корпус клапана, имеющий встроенное седло. В некоторых раскрытых примерах устройство содержит несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана.

[0004] В некоторых раскрытых примерах устройство содержит цельный корпус клапана, имеющий встроенное седло и встроенную крышку. В некоторых раскрытых примерах устройство содержит несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана.

[0005] В некоторых раскрытых примерах способ включает формирование цельного корпуса клапана и золотника посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах цельный корпус клапана содержит встроенное седло. В некоторых раскрытых примерах несъемный золотник расположен внутри цельного корпуса клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0006] Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе известного регулирующего клапана.

[0007] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе первого типового регулирующего клапана, содержащего типовой встроенный затвор.

[0008] Фиг. 3. представляет собой вид в поперечном разрезе второго типового регулирующего клапана, содержащего типовой встроенный затвор.

[0009] Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе типового дискового затвора, содержащего типовой цельный корпус затвора и типовой цельный дисковый элемент с валом.

[0010] Некоторые примеры показаны на вышеуказанных фигурах и подробно описаны ниже. Фигуры не обязательно представлены в масштабе, при этом для ясности и/или краткости некоторые характерные особенности и некоторые виды фигур могут быть представлены в увеличенном масштабе или в схематическом изображении.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Традиционные регулирующие клапаны содержат отдельные детали затвора, устанавливаемые в корпус клапана во время процесса сборки клапана. К примерам таких отдельных деталей затвора, среди прочих деталей затвора, могут относиться седельные кольца, прокладки седельных колец, клетки, золотники, спирально-навитые прокладки, регулировочные прокладки, прокладки для крышек и крышки. Правильная установка и/или сборка отдельных деталей затвора представляет собой сложный процесс, вызывающий многочисленные затруднения при изготовлении и сборке, особенно при необходимости монтажа и/или сборки относительно большого количества отдельных деталей затвора в корпусе клапана.

[0012] Например, при изготовлении отдельных деталей затвора и их последующей сборки требуется учитывать влияние разброса параметров с тем, чтобы гарантировать надлежащую посадку и/или расположение отдельных деталей затвора в собранном регулирующем клапане. Неверная установка отдельных деталей затвора может привести к образованию в регулирующем клапане одного или нескольких путей утечки, что тем самым создает возможность загрязнения внешней окружающей среды рабочей средой, проходящей через регулирующий клапан, или наоборот.

[0013] Кроме того, по мере увеличения количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпус клапана, происходит рост по абсолютной величине возможных изменений, связанных с процессами изготовления и сборки таких традиционных регулирующих клапанов. Аналогичным образом, в результате возросшего количества отдельных деталей затвора происходит увеличение времени, расходуемого в процессах изготовления и сборки. Кроме того, каждая отдельная деталь затвора является обслуживаемой деталью, для которой может потребоваться ремонт и/или замена при выходе из строя данной детали. Вследствие этого, по мере увеличения количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпус клапана, одновременно увеличивается вероятность появления необходимости в проведении технического обслуживания для по меньшей мере одной обслуживаемой детали клапана в течение срока эксплуатации клапана.

[0014] В отличие от описанных выше традиционных регулирующих клапанов, содержащих относительно большое количество отдельных деталей затвора, раскрытые в данном документе регулирующие клапаны содержат одну или несколько встроенных деталей затвора, сформированных в виде единого целого совместно с корпусом и/или крышкой клапана. В контексте данного документа по отношению к компоненту (например, корпусу клапана, крышке клапана), термин «цельный» обозначает, как правило, единый, неразъемный компонент, не имеющий сочленений, соединенных и/или герметизированных посредством сварки или иных механических способов крепежа и/или герметизации. Цельный компонент может быть сформирован и/или изготовлен, например, с помощью литья или аддитивного производства. В контексте данного документа термин «аддитивное производство» обозначает, как правило, технологический процесс, посредством которого данные трехмерного проектирования (например, файлы системы автоматизированного проектирования (CAD)) в сочетании с управляемым излучением лазера используют для изготовления цельного компонента путем нанесения последовательных слоев материала на поверхность предыдущих слоев. Например, вместо фрезерования и/или механической обработки компонента из сплошной заготовки материала, в аддитивном производстве компонент изготавливают послойно с использованием одного или нескольких материалов в виде мелкодисперсного порошка (например, металлического порошка, порошкового пластика, композитного порошка и т.п.), пригодного к превращению в твердое тело путем воздействия на него излучением лазера.

[0015] Использование регулирующего клапана, содержащего одну или несколько встроенных деталей затвора, приводит к уменьшению количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпусе клапана во время процесса сборки клапана. Например, использование регулирующего клапана, содержащего цельный корпус клапана, который имеет встроенное седло и встроенную крышку, устраняет необходимость в использовании в регулирующем клапане отдельного седельного кольца, отдельной седельной кольцевой прокладки, отдельной крышки, отдельной спирально-навитой прокладки, отдельной регулировочной прокладки и отдельной прокладки для крышки.

[0016] Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпус клапана, обеспечивает преимущество, которое заключается в снижении вероятности изменений, связанных с процессами изготовления и сборки клапана, уменьшении продолжительности времени, расходуемого в процессах изготовления и сборки клапана, и получении более надежного клапана. Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпус клапана, обеспечивает дополнительное преимущество, которое заключается в уменьшении количества сочленений, присутствующих в клапане, и соответствующем уменьшении количества возможных путей утечки клапана. Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпус клапана, обеспечивает дополнительное преимущество, которое заключается в уменьшении количества обслуживаемых компонентов клапана, что в результате уменьшает вероятность возникновения необходимости в проведении технического обслуживания для по меньшей мере одной обслуживаемой детали клапана в течение срока эксплуатации клапана. Перед подробным рассмотрением типовых регулирующих клапанов, содержащих встроенные детали затвора, приводится описание известного регулирующего клапана с использованием фиг. 1.

[0017] Фиг. 1 представляет собой вид в поперечном разрезе известного регулирующего клапана 100. Регулирующий клапан 100 по фиг. 1 содержит корпус 102 клапана, кольцевую седельную прокладку 104, седельное кольцо 106, клетку 108, золотник 110, уплотнение золотника 112, шток 114, спирально-навитую прокладку 116, регулировочную прокладку 118, прокладку 120 крышки, крышку 122 и уплотнительную набивку 124, каждая из которых является отдельной деталью регулирующего клапана 100.

[0018] Корпус 102 клапана включает впускное отверстие 126, полость 128 и выпускное отверстие 130. Текучая среда, проходящая через корпус 102 клапана и/или, в более общем случае, через регулирующий клапан 100, поступает во впускное отверстие 126, проходит через полость 128 и выходит из выпускного отверстия 130, как отмечено с помощью проходного пути 132, представленного на фиг. 1. Кольцевую седельную прокладку 104, седельное кольцо 106, клетку 108, золотник 110, уплотнение золотника 112, шток 114, спирально-навитую прокладку 116, регулировочную прокладку 118, прокладку 120 крышки регулирующего клапана 100 устанавливают и/или размещают (например, отдельно устанавливают и/или размещают) внутри полости 128 корпуса 102 клапана одновременно со сборкой регулирующего клапана 100.

[0019] Во время сборки регулирующего клапана 100 среди прочих отдельных деталей затвора регулирующего клапана 100, требующих установки в полости 128 корпуса 102 клапана, вначале выполняют установку кольцевой седельной прокладки 104 и седельного кольца 106. Кольцевая седельная прокладка 104 заполняет пространство, которое может существовать между корпусом 102 клапана и седельным кольцом 106 (например, пространство, возникающее из-за неровностей при изготовлении корпуса 102 клапана и/или седельного кольца 106), тем самым предотвращая утечку рабочей среды между корпусом 102 клапана и седельным кольцом 106. Седельное кольцо 106 выполнено с возможностью сопряжения с золотником 110 регулирующего клапана 100 в том случае, когда золотник 110 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 100 находятся в закрытом положении. Как показано на фиг. 1, золотник 110 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 100 находятся в открытом положении.

[0020] Клетка 108 является следующей отдельной деталью затвора регулирующего клапана 100, требующей установки в полости 128 корпуса 102 клапана. При правильной установке в полости 128 клетка 108 прижата к седельному кольцу 106, а седельное кольцо 106 прижато к прокладке 104 седельного кольца. Клетка 108 имеет несколько окон 134 (например, отверстий), расположенных на расстоянии друг от друга по периметру клетки 108. Текучая среда, протекающая через регулирующий клапан 100, проходит от впускного отверстия 126 через одно или несколько окон 134 клетки 108, и через седельное кольцо 106 к выпускному отверстию 130 регулирующего клапана 100. Расположение и/или ориентация окон 134 по периметру клетки 108 влияет на пропускные характеристики текучей среды, проходящей через регулирующий клапан 100, а также на скорость прохождения текучей среды через регулирующий клапан 100.

[0021] Золотник 110, уплотнение золотника 112 и шток 114 являются следующими отдельными деталями затвора регулирующего клапана 100, требующими установки в полости 128 корпуса 102 клапана. Золотник 110 и уплотнение золотника 112 установлены во внутренней области клетки 108. Уплотнение 112 золотника предотвращает утечку рабочей среды между клеткой 108 и золотником 110. Шток 114 соединен с золотником 110, например, с помощью резьбового соединения между концом штока 114 и внутренним отверстием золотника 110. Золотник 110 и шток 114 установлены с возможностью перемещения и/или скользящего перемещения внутри клетки 108 по отношению к седельному кольцу 106 регулирующего клапана 100 вдоль продольной оси 136, образованной штоком 114. При перемещении и/или скользящем перемещении золотника 110 вниз из своего текущего положения, показанного на фиг. 1, мимо окон 134 клетки 108 происходит ограничение и/или блокирование текучей среды, проходящей через регулирующий клапан 100. Золотник 110 выполнен с возможностью сопряжения с седельным кольцом 106 для полного перекрытия проходного пути 132 текучей среды, показанного на фиг. 1.

[0022] Спирально-навитая прокладка 116, регулировочная прокладка 118 и прокладка 120 крышки являются следующими отдельными деталями затвора регулирующего клапана 100, требующими установки в полости 128 корпуса 102 клапана. Спирально-навитая прокладка 116, регулировочная прокладка 118 и прокладка 120 крышки заполняют пространство, которое может существовать между корпусом 102 клапана, клеткой 108 и/или крышкой 122 регулирующего клапана 100, тем самым предотвращая утечку рабочей среды между корпусом 102 клапана, клеткой 108 и/или крышкой 122.

[0023] Крышка 122 на фиг. 1 имеет разъемное соединение с корпусом 102 клапана посредством нескольких гаек 138 и болтов и/или резьбовых шпилек 140. Когда крышка 122 соединена с корпусом 102 клапана (например, как показано на фиг. 1), крышка 122 удерживает кольцевую седельную прокладку 104, седельное кольцо 106, клетку 108, золотник 110, уплотнение золотника 112, спирально-навитую прокладку 116, регулировочную прокладку 118 и прокладку 120 крышки внутри полости 128 корпуса 102 клапана. Шток 114 проходит через полость 142 крышки 122, и при этом часть 144 штока 114 выходит наружу из полости 142 крышки 122. Уплотнительная набивка 124 (например, уплотнительные кольца и т.п.), установленные и/или размещенные в полости 142 крышки 122, служит опорой штока 114 внутри полости 142 крышки 122 и предотвращает утечку рабочей среды из полости 142 крышки 122 между штоком 114 и крышкой 122. Когда крышка 122 надлежащим образом соединена с корпусом 102 клапана, шток 114 имеет возможность перемещения и/или скользящего перемещения вдоль продольной оси 136 по отношению к седельному кольцу 106 регулирующего клапана 100.

[0024] В отличие от известного регулирующего клапана 100 по фиг. 1, содержащего рассмотренные выше отдельные детали затвора, описанные в данном документе типовые регулирующие клапаны содержат одну или несколько встроенных деталей затвора, сформированных в виде части цельного корпуса клапана и/или цельной крышки клапана.

[0025] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе первого типового регулирующего клапана 200, содержащего типовой встроенный затвор. Регулирующий клапан 200 по фиг. 2 содержит типовой корпус 202 клапана, имеющий типовое встроенное седло 204 и типовую встроенную крышку 206. Формирование встроенного седла 204 и встроенной крышки 206 в виде части цельного корпуса 202 клапана по фиг. 2, обеспечивает преимущество, заключающееся в устранении необходимости использования в регулирующем клапане 200 по фиг. 2 отдельного седельного кольца, отдельной седельной кольцевой прокладки, отдельной спирально-навитой прокладки, отдельной регулировочной прокладки, отдельной прокладки для крышки и отдельной крышки.

[0026] Цельный корпус 202 клапана по фиг. 2 имеет типовое впускное отверстие 208, первую типовую полость 210, вторую типовую полость 212 и типовое выпускное отверстие 214. Первая полость 210 и вторая полость 212 являются результатом формирования встроенной крышки 206 в виде части цельного корпуса 202 клапана. Текучая среда, проходящая через корпус 202 клапана и/или, в более общем случае, через регулирующий клапан 200, поступает во впускное отверстие 208, проходит через полость 210 и выходит из выпускного отверстия 214, как отмечено с помощью проходного пути 216, представленного на фиг. 2. В других примерах может использоваться противоположное обозначение впускного отверстия 208 и выпускного отверстия 214, так что текучая среда, проходящая через корпус 202 клапана и/или, в более общем случае, через регулирующий клапан 200, имеет направление движения, противоположное проходному пути 216, представленному на фиг. 2.

[0027] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 регулирующий клапан 200 также содержит типовой несъемный золотник 218, расположенный внутри цельного корпуса 202 клапана. В контексте данного документа по отношению к детали, размещаемой внутри второй детали (например, золотнику, размещаемому внутри корпуса клапана) термин «несъемная» обозначает, отсутствие возможности извлечения первой детали из второй детали без применения деструктивных действий по отношению к первой детали и/или второй детали. Золотник 218 по фиг. 2 имеет форму, позволяющую осуществлять управление потоком текучей среды, проходящей через регулирующий клапан 200 вдоль проходного пути 216 для текучей среды. Золотник 218 выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седлом 204 регулирующего клапана 200 в том случае, когда золотник 218 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 200 находятся в закрытом положении. Как показано на фиг. 2, золотник 218 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 200 находятся в открытом положении. В то время как на примере по фиг. фиг. 2 представлена конкретная форма золотника 218 и встроенного седла 204 регулирующего клапана 200, золотники и встроенные седла регулирующих клапанов по настоящему описанию могут иметь любую форму, расположение и/или ориентацию при условии, что золотник выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седлом в том случае, когда золотник и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 200 находятся в закрытом положении.

[0028] Регулирующий клапан 200 по фиг. 2 в качестве типового цельного плунжерного элемента 222 содержит также типовой шток 220, сформированный как единое целое с золотником 218. Шток 220 цельного плунжерного элемента 222 проходит через вторую полость 212, образованную встроенной крышкой 206 цельного корпуса 202 клапана. Типовая часть 224 штока 220 цельного плунжерного элемента 222 выступает наружу из второй полости 212 цельного корпуса 202 клапана. Уплотнительная набивка (не показана) может быть установлена и/или размещена во второй полости 212 для опоры штока 220 цельного плунжерного элемента 222 внутри второй полости 212 и для предотвращения утечки рабочей среды из второй полости 212 цельного корпуса 202 клапана между штоком 220 и встроенной крышкой 206. Цельный плунжерный элемент 222 выполнен с возможностью перемещения и/или скользящего перемещения внутри цельного корпуса 202 клапана по отношению к встроенному седлу 204 цельного корпуса 202 клапана вдоль типовой продольной оси 226, образованной штоком 220 цельного плунжерного элемента 222. Золотник 218 цельного плунжерного элемента 222 выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седельным кольцом 204 цельного корпуса 202 клапана для полного перекрытия проходного пути 216 текучей среды, показанного на фиг. 2.

[0029] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 регулирующий клапан 200 также содержит типовые разрушаемые опоры 228 (например, одну или несколько конструкций с профилем низкой прочности), сформированные как единое целое с золотником 218 и цельным корпусом 202 клапана. Разрушаемые опоры 228 позволяют осуществить и/или стабилизируют формирование золотника 218 во время аддитивного технологического процесса, используемого для изготовления регулирующего клапана 200. В проиллюстрированном примере по фиг. 2, разрушаемые опоры 228 выполняют временное соединение золотника 218 с цельным корпусом 202 клапана. Разрушаемые опоры 228 выполнены с возможностью отделения от золотника 218 и цельного корпуса 202 клапана, например, путем поворота золотника 218 относительно цельного корпуса 202 клапана и/или перемещения золотника 218 по отношению к (например, по направлению к или от) встроенному седлу 204 цельного корпуса 202 клапана. После отделения разрушаемых опор 228 от золотника 218 и цельного корпуса 202 клапана разрушаемые опоры 228 могут быть удалены (например, через впускное отверстие 208 или выпускное отверстие 214 по фиг. 2) из цельного корпуса 202 клапана. В то время как на примере по фиг. 2 представлено конкретное количество разрушаемых опор, размещенных в определенных местоположениях внутри регулирующего клапана 200, регулирующие клапаны по настоящему описанию могут содержать любое количество (например, 0, 1, 2, 3 и т.п.) разрушаемых опор, использующих любое место размещения, расположения и/или ориентации внутри регулирующего клапана.

[0030] В проиллюстрированном примере по фиг. 2, регулирующий клапан 200 (например, цельный корпус 202 клапана, цельный плунжерный элемент 222 и разрушаемые опоры 228) формируют и/или изготавливают посредством одного или нескольких аддитивных технологических процессов. Например, регулирующий клапан 200 может быть сформирован с использованием процесса выборочного лазерного спекания/сплавления (selective laser sintering, SLS). Аддитивные технологические процессы позволяют проводить формирование золотника 218 и/или цельного плунжерного элемента 222 по фиг. 2 с несъемным размещением золотника 218 внутри цельного корпуса 202 клапана по фиг. 2. Использование традиционных процессов изготовления, например фрезерования, прессования, литья и т.п., для размещения золотника 218 в таком случае было бы чрезмерно трудным, если не невозможным.

[0031] Фиг. 3. представляет собой вид в поперечном разрезе второго типового регулирующего клапана 300, содержащего типовой встроенный затвор. Регулирующий клапан 300 по фиг. 3 содержит типовой корпус 302 клапана, имеющий типовое встроенное седло 304 и типовую встроенную крышку 306. Формирование встроенного седла 304 и встроенной крышки 306 в виде части цельного корпуса 302 клапана по фиг. 3, обеспечивает преимущество, заключающееся в устранении необходимости использования в регулирующем клапане 300 по фиг. 3 отдельного седельного кольца, отдельной седельной кольцевой прокладки, отдельной спирально-навитой прокладки, отдельной регулировочной прокладки, отдельной прокладки для крышки и отдельной крышки.

[0032] Цельный корпус 302 клапана по фиг. 3 имеет типовое впускное отверстие 308, первую типовую полость 310, вторую типовую полость 312 и типовое выпускное отверстие 314. Первая полость 310 и вторая полость 312 являются результатом формирования встроенной крышки 306 в виде части цельного корпуса 302 клапана. Текучая среда, проходящая через цельный корпус 302 клапана и/или, в более общем случае, через регулирующий клапан 300, поступает во впускное отверстие 308, проходит через полость 310 и выходит из выпускного отверстия 314, как отмечено с помощью типового проходного пути 316, представленного на фиг. 3. В других примерах может использоваться противоположное обозначение впускного отверстия 308 и выпускного отверстия 314, так что текучая среда, проходящая через корпус 302 клапана и/или, в более общем случае, через регулирующий клапан 300, имеет направление движения, противоположное проходному пути 316, представленному на фиг. 3.

[0033] В проиллюстрированном примере по фиг. 3 регулирующий клапан 300 также содержит типовой несъемный золотник 318, расположенный внутри цельного корпуса 302 клапана. Золотник 318 по фиг. 3 имеет форму, позволяющую осуществлять управление потоком текучей среды, проходящей через регулирующий клапан 300 вдоль проходного пути 316 текучей среды. Золотник 318 выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седлом 304 регулирующего клапана 300 в том случае, когда золотник 318 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 300 находятся в закрытом положении. Как показано на фиг. 3, золотник 318 и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 300 находятся в открытом положении. В то время как на примере по фиг. 3 представлена конкретная форма золотника 318 и встроенного седла 304 регулирующего клапана 300, золотники и встроенные седла регулирующих клапанов по настоящему описанию могут иметь любую форму, расположение и/или ориентацию при условии, что золотник выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седлом в том случае, когда золотник и/или, в более общем случае, регулирующий клапан 300 находятся в закрытом положении.

[0034] Регулирующий клапан 300 по фиг. 3 в качестве типового цельного плунжерного элемента 322 содержит также типовой шток 320, сформированный как единое целое с золотником 318. Шток 320 цельного плунжерного элемента 322 проходит через вторую полость 312, образованную встроенной крышкой 306 цельного корпуса 302 клапана. Типовая часть 324 штока 320 цельного плунжерного элемента 322 выступает наружу из второй полости 312 цельного корпуса 302 клапана. Уплотнительная набивка (не показана) может быть установлена и/или размещена во второй полости 312 для опоры штока 320 цельного плунжерного элемента 322 внутри второй полости 312 и для предотвращения утечки рабочей среды из второй полости 312 цельного корпуса 302 клапана между штоком 320 и встроенной крышкой 306. Цельный плунжерный элемент 322 выполнен с возможностью перемещения и/или скользящего перемещения внутри цельного корпуса 302 клапана по отношению к встроенному седлу 304 цельного корпуса 302 клапана вдоль типовой продольной оси 326, образованной штоком 320 цельного плунжерного элемента 322. Золотник 318 цельного плунжерного элемента 322 выполнен с возможностью сопряжения со встроенным седельным кольцом 304 цельного корпуса 302 клапана для полного перекрытия проходного пути 316 текучей среды, показанного на фиг. 3.

[0035] В проиллюстрированном примере по фиг. 3, типовой неспеченный материал 328 расположен внутри впускного отверстия 308, первой полости 310, второй полости 312 и выпускного отверстия 314 цельного корпуса 302 клапана. Неспеченный материал 328 используют в качестве опоры (например, опорной поверхности и/или боковой опоры) при формировании золотника 318, штока 320 и/или цельного плунжерного элемента 322 в цельном корпусе 302 клапана. После завершения технологического процесса, используемого для изготовления регулирующего клапана 300 по фиг. 3 неспеченный материал 328 удаляют из впускного отверстия 308, первой полости 310, второй полости 312 и выпускного отверстия 314 цельного корпуса 302 клапана.

[0036] Регулирующий клапан 300 по фиг. 3 также содержит упрочненные поверхностные слои, сформированные как единое целое на нижележащих поверхностях регулирующего клапана 300. Упрочненные поверхностные слои увеличивают стойкость регулирующего клапана 300 к износу, возникающему в результате прохождения текучей среды через регулирующий клапан 300. Например, упрочненные поверхностные слои могут быть расположены на встроенном седле 304 и/или золотнике 318 регулирующего клапана 300, и/или вдоль одной или нескольких направляющих поверхностей и/или сечений высокой скорости цельного корпуса 302 регулирующего клапана 300 по фиг. 3. В проиллюстрированном примере по фиг. 3, первый типовой упрочненный поверхностный слой 330 сформирован на части верхней поверхности внутренней стенки входного участка цельного корпуса 302 клапана. Второй типовой упрочненный поверхностный слой 332 сформирован на части поверхности внутренней стенки встроенного седла 304 цельного корпуса 302 клапана. Третий типовой упрочненный поверхностный слой 334 сформирован на верхней части наружной поверхности золотника 318 цельного корпуса 302 клапана. Четвертый типовой упрочненный поверхностный слой 336 сформирован на нижней части наружной поверхности золотника 318 цельного корпуса 302 клапана.

[0037] В проиллюстрированном примере по фиг. 3, каждый из первого, второго, третьего и четвертого упрочненных поверхностных слоев 330, 332, 334, 336 сформирован из материала, имеющего соответствующий показатель твердости, превышающий соответствующий показатель твердости материала, из которого сформирован соответствующий нижележащий поверхностный слой. Например, каждый из первого, второго, третьего и четвертого упрочненных поверхностных слоев 330, 332, 334, 336 может быть сформирован из материала сплава 6, при этом каждый из соответствующих нижележащих поверхностных слоев (например, цельного корпуса 302 клапана, золотника 318, штока 320 и/или цельного плунжерного элемента 322) могут быть сформированы из нержавеющей стали марки 316. В то время как на примере по фиг. 3 представлено конкретное количество упрочненных поверхностных слоев, расположенных в определенных местоположениях внутри регулирующего клапана 300, регулирующие клапаны по настоящему описанию могут содержать любое количество (например, 0, 1, 2, 3 и т.п.) упрочненных поверхностных слоев, использующих любое место размещения, расположения и/или ориентации внутри регулирующего клапана.

[0038] В проиллюстрированном примере по фиг. 3, регулирующий клапан 300 (например, цельный корпус 302 клапана, цельный плунжерный элемент 322 и неспеченный материал 328) формируют и/или изготавливают посредством одного или нескольких аддитивных технологических процессов. Например, регулирующий клапан 300 может быть сформирован с использованием процесса выборочного лазерного спекания/сплавления (SLS) и/или гибридного процесса прямого подвода энергии и материала. Аддитивные технологические процессы позволяют проводить формирование золотника 318 и/или цельного плунжерного элемента 322 по фиг. 3 с несъемным размещением золотника 318 внутри цельного корпуса 302 клапана по фиг. 3. Использование традиционных процессов изготовления, например фрезерования, прессования, литья и т.п., для размещения золотника 318 в таком случае было бы чрезмерно трудным, если не невозможным.

[0039] Последние достижения в области аддитивных технологических процессов позволяют наносить несколько различных материалов в течение одного цикла построения и/или печати технологического процесса. Например, аддитивные технологические процессы позволяют осуществлять нанесение и/или формирование кобальтхромового сплава (например, сплава 6) наносимого и/или формируемого поверх нержавеющей стали (например, нержавеющей стали марки 316). В некоторых примерах выбор аддитивных технологических процессов для изготовления цельного корпуса 302 клапана по фиг. 3, может позволить использование аналогичного материала при формировании цельного корпуса 302 клапана, встроенного седла 304, встроенной крышки 306, золотника 318, штока 320 и цельного плунжерного элемента 322. В таких примерах первый, второй, третий и четвертый упрочненные поверхностные слои 330, 332, 334, 336 цельного корпуса 302 клапана могут быть сформированы из одного или нескольких материалов, которые отличаются (например, имеют более высокую твердость) от материала, использованного для формирования цельного корпуса 302 клапана, встроенного седла 304, встроенной крышки 306, золотника 318, штока 320 и цельного плунжерного элемента 322 цельного корпуса 302 клапана. В других примерах соответствующие компоненты, выбранные из цельного корпуса 302 клапана, встроенного седла 304, встроенной крышки 306, золотника 318 и штока 320 могут быть сформированы из одного или нескольких различных материалов.

[0040] Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе типового дискового затвора 400, содержащего типовой цельный корпус 402 затвора и типовой цельный дисковый элемент 404 с валом. Цельный несъемный дисковый элемент 404 с валом по фиг. 4 расположен внутри цельного корпуса 402 дискового затвора по фиг. 4. Цельный корпус 402 дискового затвора по фиг. 4 образует типовую полость 406 диска, первую типовую полость 408 вала и вторую типовую полость 410 вала. Цельный дисковый элемент 404 с валом по фиг. 4 содержит типовой диск 412, первый типовой вал 414 и второй типовой вал 416. Первый вал 414 и второй вал 416 сформированы как единое целое с диском 412 цельного дискового элемента 404 с валом по фиг. 4. Формирование цельного дискового элемента 404 с валом в цельном корпусе 402 дискового затвора по фиг. 4 обеспечивает преимущество, заключающееся в устранении необходимости использования в дисковом затворе 400 по фиг. 4 многокомпонентного корпуса дискового затвора, отдельного диска и/или отдельного вала.

[0041] В проиллюстрированном примере по фиг. 4, диск 412 цельного дискового элемента 404 с валом расположен внутри полости 406 диска цельного корпуса 402 дискового затвора. Полость 406 диска цельного корпуса 402 дискового затвора выполнена с возможностью размещения уплотнения диска (не показано), которое должно быть установлено в дисковый затвор 400 по фиг. 4 после изготовления цельного корпуса 402 дискового затвора и цельного дискового элемента 404 с валом. Полость 406 диска цельного корпуса 402 дискового затвора выполнена с возможностью прохождения текучей среды через полость 406 диска в случае нахождения диска 412 цельного дискового элемента 404 с валом в не закрытом положении (например, в отсутствии соприкосновения диска 412 цельного дискового элемента 404 с валом с уплотнением диска дискового затвора 400). Диск 412 выполнен с возможностью сопряжения с уплотнением диска дискового затвора 400 для перекрытия и/или отсечения потока текучей среды через полость 406 диска в том случае, когда диск 412 и/или, в более общем случае, дисковый затвор 400 находятся в закрытом положении.

[0042] В проиллюстрированном примере по фиг. 4, первый вал 414 цельного дискового элемента 404 с валом расположен в первой полости 408 вала цельного корпуса 402 дискового затвора, при этом второй вал 416 цельного дискового элемента 404 с валом расположен внутри второй полости 410 вала цельного корпуса 402 дискового затвора. Первая полость 408 вала и вторая полость 410 вала соответственно выполнены с возможностью установки соответствующих подшипников первого и второго валов (не показаны), которые устанавливают в дисковый затвор 400 по фиг. 4 после изготовления цельного корпуса 402 дискового затвора и цельного дискового элемента 404 с валом. Диск 412, первый вал 414, второй вал 416 и/или, в более общем случае, цельный дисковый элемент 404 с валом выполнены с возможностью поворота внутри цельного корпуса 402 дискового затвора вокруг типовой поворотной оси 418 по фиг. 4.

[0043] В проиллюстрированном примере по фиг. 4 типовой неспеченный материал 420 расположен внутри полости 406 диска, первой полости 408 вала и второй полости 410 вала цельного корпуса 402 дискового затвора. Неспеченный материал 420 используют в качестве опоры (например, опорной поверхности и/или боковой опоры) при формировании диска 412, первого вала 414, второго вала 416 и/или цельного дискового элемента 404 с валом в цельном корпусе 402 дискового затвора. После завершения технологического процесса, используемого для изготовления дискового затвора 400 по фиг. 4, неспеченный материал 420 удаляют из полости 406 диска, первой полости 408 вала и второй полости 410 вала цельного корпуса 402 дискового затвора.

[0044] В проиллюстрированном примере по фиг. 4, дисковый затвор 400 (например, цельный корпус 402 дискового затвора, цельный дисковый элемент 404 с валом и неспеченный материал 420) формируют и/или изготавливают посредством одного или нескольких аддитивных технологических процессов. Например, дисковый затвор 400 может быть сформирован с использованием процесса выборочного лазерного спекания/сплавления (SLS) и/или гибридного процесса прямого подвода энергии и материала. Аддитивные технологические процессы позволяют проводить формирование цельного дискового элемента 404 с валом по фиг. 4 с несъемным размещением дискового элемента 404 с валом внутри цельного корпуса 402 дискового затвора по фиг. 4. Использование традиционных процессов изготовления, например фрезерования, прессования, литья и т.п., для размещения цельного дискового элемента 404 с валом в таком случае было бы чрезмерно трудным, если не невозможным.

[0045] Последние достижения в области аддитивных технологических процессов позволяют наносить несколько различных материалов в течение одного цикла построения и/или печати технологического процесса. Например, цельный корпус 402 дискового затвора и цельный дисковый элемент 404 с валом могут быть сформированы из разных материалов. В некоторых примерах использование в аддитивном технологическом процессе нескольких материалов позволяет размещать вышеописанный неспеченный материал 420 с возможностью его последующего удаления в полости 406 диска, первой полости 408 вала и второй полости 410 вала цельного корпуса 402 дискового затвора в качестве опоры диска 412, первого вала 414, второго вала 416 и/или цельного дискового элемента 404 с валом во время изготовления дискового затвора 400. В таких примерах неспеченный материал 420, не имея соединения с какой-либо другой частью дискового затвора 400, тем не менее создает опору для формирования диска 412, первого вала 414, второго вала 416 и/или цельного дискового элемента 404 с валом, и затем может быть удален (например, через полость 406 диска, первую полость 408 вала и/или вторую полость 410 вала по фиг. 4) из цельного корпуса 402 дискового затвора по завершении аддитивного технологического процесса.

[0046] Из вышеизложенного понятно, что раскрытые регулирующие клапаны, содержащие одну или несколько встроенных деталей затвора, обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с традиционными регулирующими клапанами, содержащими отдельные детали затвора. Использование регулирующего клапана, содержащего одну или несколько встроенных деталей затвора, приводит к уменьшению количества отдельных деталей затвора, требующих установки в корпусе клапана во время процесса сборки клапана. Например, использование регулирующего клапана, содержащего цельный корпус клапана, который имеет встроенное седло и встроенную крышку, обеспечивает преимущество, которое заключается в устранении необходимости использования в регулирующем клапане отдельного седельного кольца, отдельной седельной кольцевой прокладки, отдельной крышки, отдельной спирально-навитой прокладки, отдельной регулировочной прокладки и отдельной прокладки для крышки.

[0047] Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки и сборки в корпусе клапана, обеспечивает преимущество, которое заключается в снижении вероятности изменений, связанных с процессами изготовления и сборки клапана, уменьшении продолжительности времени, расходуемого в процессах изготовления и сборки клапана, и получении более надежного клапана. Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки и сборки в корпусе клапана, обеспечивает дополнительное преимущество, которое заключается в уменьшении количества сочленений, присутствующих в клапане, и соответствующем уменьшении количества возможных путей утечки клапана. Уменьшение количества отдельных деталей затвора, требующих установки и сборки в корпусе клапана, обеспечивает дополнительное преимущество, которое заключается в уменьшении количества обслуживаемых компонентов клапана, что в результате уменьшает вероятность возникновения необходимости в проведении технического обслуживания для по меньшей мере одной обслуживаемой детали клапана в течение срока эксплуатации клапана.

[0048] Вышеупомянутые преимущества и/или выгоды достигаются благодаря раскрытым регулирующим клапанам, имеющим встроенный затвор. В некоторых раскрытых примерах устройство содержит цельный корпус клапана, имеющий встроенное седло. В некоторых раскрытых примерах устройство дополнительно содержит несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана.

[0049] В некоторых раскрытых примерах устройство дополнительно содержит шток, сформированный как единое целое с золотником в виде цельного плунжерного элемента. В некоторых раскрытых примерах часть штока должна выступать наружу из цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах цельный плунжерный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно встроенного седла. В некоторых раскрытых примерах золотник цельного плунжерного элемента должен сопрягаться со встроенным седлом для закрытия проходного пути текучей среды, расположенного внутри цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах золотник цельного плунжерного элемента имеет форму, позволяющую осуществлять управление потоком текучей среды, проходящей через проходной путь текучей среды.

[0050] В некоторых раскрытых примерах цельный корпус клапана дополнительно содержит встроенную крышку, имеющую полость. В некоторых раскрытых примерах полость встроенной крышки выполнена с возможностью размещения штока, сформированного как единое целое с золотником в виде цельного плунжерного элемента. В некоторых раскрытых примерах часть штока должна выступать наружу из полости встроенной крышки.

[0051] В некоторых раскрытых примерах устройство дополнительно содержит разрушаемую опору, сформированную как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана. В некоторых раскрытых примерах разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана. В некоторых раскрытых примерах разрушаемая опора выполнена с возможностью отделения от золотника и цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах разрушаемая опора выполнена с возможностью удаления из цельного корпуса клапана после отделения разрушаемой опоры от золотника и цельного корпуса клапана.

[0052] В некоторых раскрытых примерах устройство дополнительно содержит неспеченный материал в качестве опоры золотника внутри цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах неспеченный материал предназначен к удалению из цельного корпуса клапана.

[0053] В некоторых раскрытых примерах устройство дополнительно содержит упрочненный поверхностный слой, сформированный как единое целое с нижележащей поверхностью. В некоторых раскрытых примерах нижележащая поверхность сформирована из первого материала, имеющего первый показатель твердости. В некоторых раскрытых примерах упрочненный поверхностный слой сформирован из второго материала, имеющего второй показатель твердости, превышающий первый показатель твердости. В некоторых раскрытых примерах нижележащая поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности внутренней стенки цельного корпуса клапана, поверхности встроенного седла и поверхности золотника.

[0054] В некоторых раскрытых примерах способ включает формирование цельного корпуса клапана и золотника посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах цельный корпус клапана содержит встроенное седло. В некоторых раскрытых примерах несъемный золотник расположен внутри цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах цельный корпус клапана, сформированный посредством аддитивного технологического процесса, дополнительно содержит встроенную крышку.

[0055] В некоторых раскрытых примерах способ включает формирование цельного плунжерного элемента посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах цельный плунжерный элемент содержит шток, выполненный как единое целое с золотником.

[0056] В некоторых раскрытых примерах способ включает формирование разрушаемой опоры посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах разрушаемая опора сформирована как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана. В некоторых раскрытых примерах разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана.

[0057] В некоторых раскрытых примерах способ включает размещение неспеченного материала в цельном корпусе клапана посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах неспеченный материал предназначен в качестве опоры золотника внутри цельного корпуса клапана. В некоторых раскрытых примерах неспеченный материал предназначен к удалению из цельного корпуса клапана.

[0058] В некоторых раскрытых примерах способ включает формирование упрочненного поверхностного слоя посредством аддитивного технологического процесса. В некоторых раскрытых примерах упрочненный поверхностный слой сформирован как единое целое с нижележащей поверхностью. В некоторых раскрытых примерах нижележащая поверхность сформирована из первого материала, имеющего первый показатель твердости. В некоторых раскрытых примерах упрочненный поверхностный слой сформирован из второго материала, имеющего второй показатель твердости, превышающий первый показатель твердости. В некоторых раскрытых примерах нижележащая поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности внутренней стенки цельного корпуса клапана, поверхности встроенного седла и поверхности золотника.

[0059] Хотя в настоящем документе описываются некоторые типовые устройства и способы, объем настоящего патента ими не ограничивается. Наоборот, данный патент включает все устройства и способы, справедливо находящиеся в пределах объема формулы изобретения настоящего патента.

Группа изобретений относится к регулирующему клапану со встроенным затвором и к способу изготовления регулирующего клапана. Регулирующий клапан со встроенным затвором содержит цельный корпус клапана, содержащий встроенное седло и встроенную крышку, несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана и разрушаемую опору, сформированную как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана. Разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана. Техническим результатом является упрощение сборки и монтажа клапана. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Регулирующий клапан со встроенным затвором, содержащий: цельный корпус клапана, содержащий встроенное седло; несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана; и разрушаемую опору, сформированную как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана, причем разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана.

2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит шток, сформированный как единое целое с золотником в виде цельного плунжерного элемента, причем часть штока выступает наружу из цельного корпуса клапана.

3. Регулирующий клапан по п. 2, отличающийся тем, что цельный плунжерный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно встроенного седла, причем золотник цельного плунжерного элемента должен сопрягаться со встроенным седлом для закрытия проходного пути текучей среды, расположенного внутри цельного корпуса клапана.

4. Регулирующий клапан по п. 3, отличающийся тем, что золотник цельного плунжерного элемента имеет форму, позволяющую осуществлять управление потоком текучей среды, проходящей через проходной путь текучей среды.

5. Регулирующий клапан по п. 1, отличающийся тем, что цельный корпус клапана дополнительно содержит встроенную крышку, имеющую полость с возможностью размещения штока, сформированного как единое целое с золотником в виде цельного плунжерного элемента, причем часть штока выступает наружу из полости встроенной крышки.

6. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что разрушаемая опора выполнена с возможностью отделения от золотника и цельного корпуса клапана, причем разрушаемую опору можно удалять из цельного корпуса клапана после отделения разрушаемой опоры от золотника и цельного корпуса клапана.

7. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит неспеченный материал в качестве опоры золотника внутри цельного корпуса клапана, причем неспеченный материал можно удалять из цельного корпуса клапана.

8. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дополнительно содержит упрочненный поверхностный слой, сформированный как единое целое с нижележащей поверхностью, при этом нижележащая поверхность сформирована из первого материала, имеющего первый показатель твердости, а упрочненный поверхностный слой сформирован из второго материала, имеющего второй показатель твердости, который превышает первый показатель твердости, причем нижележащая поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности внутренней стенки цельного корпуса клапана, поверхности встроенного седла и поверхности золотника.

9. Регулирующий клапан со встроенным затвором, содержащий: цельный корпус клапана, содержащий встроенное седло и встроенную крышку; несъемный золотник, расположенный внутри цельного корпуса клапана; и разрушаемую опору, сформированную как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана, причем разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана.

10. Регулирующий клапан по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно содержит шток, сформированный как единое целое с золотником в виде цельного плунжерного элемента, причем часть штока выступает наружу из полости встроенной крышки цельного корпуса клапана.

11. Регулирующий клапан по п. 10, отличающийся тем, что цельный плунжерный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно встроенного седла, причем золотник цельного плунжерного элемента должен сопрягаться со встроенным седлом для закрытия проходного пути текучей среды, расположенного внутри цельного корпуса клапана.

12. Регулирующий клапан по п. 11, отличающийся тем, что золотник цельного плунжерного элемента имеет форму, позволяющую осуществлять управление потоком текучей среды, проходящей через проходной путь текучей среды.

13. Регулирующий клапан по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что дополнительно содержит упрочненный поверхностный слой, сформированный как единое целое с нижележащей поверхностью, при этом нижележащая поверхность сформирована из первого материала, имеющего первый показатель твердости, а упрочненный поверхностный слой сформирован из второго материала, имеющего второй показатель твердости, который превышает первый показатель твердости, причем нижележащая поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности внутренней стенки цельного корпуса клапана, поверхности встроенного седла и поверхности золотника.

14. Способ изготовления регулирующего клапана со встроенным затвором, включающий: формирование цельного корпуса клапана и золотника посредством аддитивного технологического процесса, причем цельный корпус клапана содержит встроенное седло, при этом несъемный золотник расположен внутри цельного корпуса клапана; и формирование разрушаемой опоры посредством аддитивного технологического процесса, причем разрушаемую опору формируют как единое целое с золотником и цельным корпусом клапана, при этом разрушаемая опора предназначена для временного соединения золотника с цельным корпусом клапана.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что цельный корпус клапана, сформированный посредством аддитивного технологического процесса, дополнительно содержит встроенную крышку.

16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что включает формирование цельного плунжерного элемента посредством аддитивного технологического процесса, причем цельный плунжерный элемент содержит шток, сформированный как единое целое с золотником.

17. Способ по любому из пп. 14-16, отличающийся тем, что включает формирование упрочненного поверхностного слоя посредством аддитивного технологического процесса, причем упрочненный поверхностный слой формируют как единое целое с нижележащей поверхностью, при этом нижележащую поверхность формируют из первого материала, имеющего первый показатель твердости, а упрочненный поверхностный слой формируют из второго материала, имеющего второй показатель твердости, который превышает первый показатель твердости, причем нижележащая поверхность представляет собой по меньшей мере одну из поверхности внутренней стенки цельного корпуса клапана, поверхности встроенного седла и поверхности золотника.