Результат интеллектуальной деятельности: КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ С ВЕРХНИМ ФЛАНЦЕВЫМ РАЗЪЕМОМ

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к клапанам регулирующим осесимметричным с верхним фланцевым разъемом, для объектов энергетики и газонефтехимии, предназначенным для регулирования и перекрытия жидких и газообразных рабочих сред.

Одним из требований, предъявляемых к трубопроводной арматуре, является герметичность в течение всего срока эксплуатации и обеспечение ремонтопригодности без вырезки из трубопровода.

Известен регулирующий клапан с осевым потоком, содержащий корпус и внутренний корпус-обтекатель, формирующие кольцевой проходной канал, соединенный с входным и выходным патрубками, и расположенный во внутреннем корпусе реечный механизм перемещения запирающего элемента, выполненного в виде поршня, расположенного внутри гильзы с отверстиями, с возможностью в одном режиме сообщения полости входного патрубка с полостью выходного патрубка, а в другом положении - перекрытия упомянутых отверстий гильзы, которая установлена в корпусе и выходном патрубке и поджата установочным элементом - седлом, с возможностью демонтажа последних, при этом ведомый шток, с установленным с возможностью демонтажа поршнем, соединен с ведущим штоком зубчато-реечного механизма и расположен, посредством уплотнителей, в направляющей втулке, выполненной из бронзы, имеющей со свободной стороны ведущего штока полость со смазкой. (Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.2008). Для уменьшения нагрузок на привод и предотвращения процессов эрозионного износа деталей поршень и гильза могут быть выполнены из алюминия, с упрочнением рабочих поверхностей плазменным электролитическим оксидированием, или из титановых сплавов, или из стали.

Недостатком известной конструкции клапана является воздействие кавитационных процессов в турбулентном потоке транспортируемой жидкости на поверхности деталей в выходном канале, обуславливающее износ поверхности деталей клапана и соединенного с ним трубопровода и требующее упрочнения их поверхностей или выполнения из особо прочных материалов, что значительно повышает стоимость клапана и трубопровода.

Недостатком известного клапана является также невозможность выполнения технического обслуживания и ремонта внутрикорпусных устройств без вырезки из трубопровода.

Известен регулирующий клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и, размещенный внутри корпуса, с образованием кольцевого канала, обтекатель, в выходной части которого размещен цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом (Патент РФ №84938 на полезную модель «Регулирующий клапан осевого потока» по Кл. F16K 39/04, опубликован 20.07.2009). В выходном патрубке клапана зафиксировано седло, с которым контактирует цилиндрический поршень, перемещаясь в конечное положение при перекрытии выходного канала, в котором установлена перфорированная кольцевая гильза. Цилиндрический поршень выполнен разгруженным посредством выполненных в нем параллельных оси каналов, соединяющих внутреннюю полость поршня с полостью выходного патрубка.

Недостатком клапана, при использовании его для регулирования расходных параметров потока рабочей среды энергетического объекта, является увеличение гидравлического сопротивления регулируемого потока рабочей среды в переходные моменты (в моменты открытия - закрытия клапана), что вызвано возникновением дополнительных турбулентных возмущений в потоке, ведущих к возникновению эффекта помпажа. В рабочих режимах клапана при регулировании расходных параметров жидкостных рабочих сред с высоким давлением и температурой избыточная турбулентность потока ведет к возникновению процессов кавитации на поверхности поршня, седла и трубопровода, что непредсказуемо влияет на процесс регулирования и обусловливает эрозионный износ их поверхностей.

Недостатком известного клапана является также невозможность выполнения технического обслуживания и ремонта внутрикорпусных устройств без вырезки из трубопровода.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению, достигаемому результату и технической сущности является клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики (Патент RU 2455543 C2). Клапан содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, закрепленный посредством пилона на крышке верхнего разъема внутренний корпус-обтекатель, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, связанный с механизмом осевого перемещения разгруженного поршня, контактирующего с седлом, установленным в выходном патрубке. Седло выполнено с направляющим кольцевым выступом в зоне контакта с поршнем, выполненным с вогнутой торцевой поверхностью, по периметру которой сформирована ответная контактной поверхности направляющего кольцевого выступа седла поверхность, при этом направляющий кольцевой выступ седла выполнен с диффузорным сечением, а седло снабжено рассекателем потока, установленным на наружной торцевой поверхности седла и выполненным в виде перфорированной пластины, отверстия на которой выполнены с переменным шагом перфорации.

Недостатком известного клапана является невозможность контроля герметичности разъемных соединений во время сборки клапана или устранения течи через разъемные соединения при эксплуатации, что очень важно для объектов газонефтехимии.

Недостатками известных конструкций (Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.2008), (Патент РФ №84938 на полезную модель «Регулирующий клапан осевого потока» по Кл. F16K 39/04, опубликован 20.07.2009) является возможное засорение накипью, загрязнение и закупоривание отверстий сепаратора, над которыми постоянно находится рабочая среда.

Техническим результатом при использовании заявляемого в качестве изобретения клапана регулирующего осесимметричного с верхним фланцевым разъемом для трубопроводной арматуры является возможность: работы с жидкими и газообразными средами, обеспечения постоянного контроля герметичности разъемных соединений клапана и информации о положении запорного органа, устранения течи в разъемных соединениях за счет подачи в герметичный замкнутый контур уплотнительной смазки, исключения засорения отверстий сепаратора, обеспечения ремонтопригодности без вырезки из трубопровода, отсутствия необходимости технического обслуживания в течение межремонтного периода, повышения надежности, безопасности и долговечности клапанов регулирующих осесимметричных с верхним фланцевым разъемом в течение всего срока службы.

Для достижения указанного технического результата в клапане регулирующем осесимметричном с верхним фланцевым разъемом для работы с жидкими и газообразными средами, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, с размещенным внутри корпуса с образованием кольцевого осесимметричного канала обтекателем, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, посредством приводного зубчато-реечного механизма, установлен разгруженный цилиндрический затвор. При этом, согласно изобретению, корпус имеет верхний фланцевый разъем с проточкой, в которой установлен уплотнительный элемент для герметизации разъема корпус-крышка, а затвор содержит полость с верхней, нижней и внутренней поверхностями, являющимися одновременно направляющими и опорой сепаратора, уплотнен в обтекателе уплотнительными элементами, при перемещении внутрь обтекателя открывает отверстия сепаратора, обеспечивая непрерывный линейный или равнопроцентный прирост площади проходного сечения, и предохраняет отверстия сепаратора от возможного закупоривания. Между корпусом и крышкой имеется герметичный замкнутый контур, образованный за счет того, что корпус с крышкой уплотнены уплотнительным элементом с одной стороны, а с другой стороны в крышке на цилиндрической поверхности, контактирующей с корпусом, выполнена кольцевая проточка и выполнен хотя бы один канал, соединяющий кольцевую проточку с вертикальным каналом контроля герметичности, ниже которой в крышке или в корпусе выполнена канавка для установки уплотнительного кольца. Для контроля герметичности замкнутого контура зубчато-реечного механизма в крышке выполнен хотя бы один канал контроля герметичности и резьбовое отверстие. Каналы контроля герметичности закрыты пробками, имеющими аналогичные с пресс-масленками резьбы.

Заявленный клапан регулирующий осесимметричный с верхним фланцевым разъемом поясняется чертежами и рисунком.

На фиг.1 приведен общий вид клапана регулирующего осесимметричного с верхним фланцевым разъемом в закрытом состоянии.

На фиг.2 представлена схема контроля герметичности по штоку (выносной элемент А Фиг.2);

На фиг.3 представлена схема контроля герметичности фланцевого разъема (выносной элемент Б Фиг.3)

На фиг.4 представлен эскиз затвора, вид по оси клапана (выносной элемент В Фиг.4).

Клапан регулирующий осесимметричный с верхним фланцевым разъемом содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и закрепленный на крышке 4 посредством пилона 5 с образованием кольцевого осесимметричного канала Г обтекатель 6, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, посредством зубчато-реечного механизма 7, установлен разгруженный цилиндрический затвор 8. Разгрузка затвора 8 осуществляется посредством каналов Д, соединяющих объем внутренней полости Е затвора с полостью Ж, сформированной на торцевой поверхности 9 затвора 8. Затвор 8, (Фиг.4), содержит полость с внутренней 3, верхней И и нижней К поверхностями. При перемещении затвор 8 открывает отверстия 10 сепаратора 11 в седле 12. Седло 12 ввернуто в выходном патрубке 3 корпуса 1 посредством резьбы Л, уплотнено манжетой 13 и зафиксировано в корпусе 1 от самопроизвольного откручивания. Уплотнение затвора 8 в полости Е обтекателя 6 осуществляется посредством уплотнительных элементов 14. Между корпусом 1 и крышкой 4 имеется герметичный замкнутый контур М (Фиг.3), образованный за счет того, что крышка 4 с корпусом 1 уплотнены уплотнительным элементом 15 с одной стороны, а с другой стороны в крышке 4 на цилиндрической поверхности 16, контактирующей с корпусом, выполнена кольцевая проточка 17 и выполнен хотя бы один канал 18, соединяющий кольцевую проточку 17 с вертикальным каналом контроля герметичности 19. Ниже кольцевой проточки 17 в крышке 4 или в корпусе 1 выполнена канавка 20 для установки уплотнительного кольца 21. В крышке 4 имеется канал 22 (Фиг.2) для установки штока 23, между уплотнением 24 штока 23 и уплотнениями 25, 26, 27, 28 зубчато-реечного механизма 7 образован герметичный замкнутый контур 29. В крышке 4 выполнены каналы контроля герметичности 30 (Фиг.2) и резьбовые отверстия 31. Каналы контроля герметичности 19 и 30 закрыты пробками 32, имеющими аналогичные с пресс-масленками 33 резьбы.

Открывание клапана осуществляется перемещением (поворотом) штока 23 приводом клапана (на чертеже не показан) посредством зубчато-реечного механизма 7, при этом затвор 8 перемещается внутрь полости Е обтекателя 6. Контактные поверхности Н затвора 8 и П седла 12 размыкаются, рабочая среда поступает в отверстия 10 сепаратора 11, открываемые при перемещении затвора 8, и попадает в виде направленных струй потока в полость Р, образованную вогнутой торцевой поверхностью 9 затвора 8. Рабочая среда поступает во внутреннюю полость Е обтекателя 6, выравнивая давление в полостях Е и Ж и разгружая затвор 8. Поток рабочей среды в полости Р разворачивается вогнутой торцевой поверхностью 9 затвора 8, направляется в выходной патрубок 3 и выводится из клапана в трубопровод (на чертеже не показан).

При установке затвора 8 в крайнее левое положение в полости Е обтекателя 6 клапан полностью открывается. Закрывание клапана осуществляется в обратном порядке - при перемещении затвора 8 зубчато-реечным механизмом 7 из полости Е в сторону седла 12.

Собранный клапан перед подачей давления можно проверить на герметичность фланцевого разъема 4, подав давление в вертикальный канал контроля герметичности 19, а также на герметичность контура зубчато-реечного механизма 7, подав давление в канал контроля герметичности 30. При эксплуатации, установив в каналы 19 и 30 датчики герметичности, возможно контролировать состояние разъемных соединений клапана или, установив пресс-масленки, возможно подать герметизирующую смазку для обеспечения герметичности разъема.

Использование заявленного клапана регулирующего осесимметричного с верхним фланцевым разъемом с герметичными замкнутыми контурами разъемных соединений позволит использовать клапан для работы с жидкими и газообразными средами, обеспечить ремонтопригодность без вырезки из трубопровода, осуществлять контроль герметичности фланцевого разъема или устранять течь в разъемных соединениях за счет подачи в герметичный замкнутый контур уплотнительной смазки, что значительно повышает надежность и приведет к снижению затрат на обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации.