УЗЕЛ ШТОКА ДЛЯ ПОВОРОТНОГО КЛАПАНА И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ

Приоритет настоящей заявки заявляется по дате подачи предварительной заявки на патент США №61/319,342, поданной 31 марта 2010 года, и по дате подачи предварительной заявки на патент США №61/333,517, поданной 11 мая 2010 года.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к поворотным клапанам и, в частности, к усовершенствованному узлу клапанного штока.

2. Область изобретения

В поворотных клапанах большого диаметра, таких как шаровые клапаны и конические клапаны, для закрепления поворотного элемента в корпусе клапана обычно используются держатели. Другими словами, поворотный элемент установлен на держателе. В качестве альтернативного варианта крепления на держателе поворотного элемента в клапанах меньшего диаметра поворотный элемент может свободно перемещаться в корпусе клапана. В этих клапанах меньшего размера клапанный шток может иметь конец увеличенного размера для удержания указанного штока в корпусе клапана. Увеличенный конец штока закрепляет шток в корпусе клапана, по существу предохраняя шток от вырывания. Однако в поворотных элементах, установленных на держателе, увеличенный конец не может использоваться, поскольку шток и поворотный элемент не могут быть вставлены в корпус вследствие наличия держателей.

Поэтому в использующихся в течение последних десятилетий клапанах с поворотными элементами, установленными в держателе, для крепления клапанного штока к корпусу клапана используется наружная пластина. Пластина крепится к корпусу клапана с помощью болтов. При этом шток может иметь увеличенный конец, размер которого больше, чем отверстие в пластине, прикрепленной болтами к клапану, но не больше, чем отверстие в поворотном клапане, через которое шток взаимодействует с поворотным элементом и поворачивает его.

Однако в клапане этого типа, использующемся в течение десятилетий, усилия, создаваемые приводом при неоднократном отрывании и закрывании клапанов, могут привести к износу болтов любого типа, прикрепляющих пластину к корпусу, при этом существует вероятность выхода клапанного штока из клапана, когда клапан находится под давлением.

В описанном выше предшествующем уровне техники отсутствует конструктивное решение, которое позволяло бы обойтись без крепления болтами к корпусу или без крепежных средств любого вида, предназначенных для удерживания клапанного штока в зоне давления клапана с поворотным элементом, установленным в держателе. Специалисты оценят настоящее изобретение, в котором решаются вышеперечисленные проблемы и другие существенные проблемы, решение которых описано ниже.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является усовершенствованный поворотный клапан.

Другой целью настоящего изобретения является создание клапанного штока с защитой от вырывания при использовании поворотного элемента, установленного в держателе.

Другой целью настоящего изобретения является также создание корпуса клапана, удерживающего клапанный шток, в котором в держателе установлен поворотный элемент.

Эти и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут ясны из чертежей, приведенного здесь описания и прилагаемых пунктов формулы изобретения. Тем не менее, очевидно, что упомянутые выше цели и/или преимущества изобретения используются лишь для более ясного понимании аспектов изобретения и не ограничивают изобретение, поэтому не содержат полного или всестороннего списка целей, и/или признаков, и/или преимуществ,

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается поворотный клапан, содержащий корпус, который ограничивает отверстие для клапанного штока. Шток содержит выступающую часть, максимальный диаметр которой больше внутреннего диаметра отверстия для клапанного штока, что позволяет зафиксировать клапанный шток в корпусе клапана путем ограничения радиального, в наружном направлении, перемещения клапанного штока относительно корпуса клапана. Первый комплект разрезных опорных элементов содержит по меньшей мере две выполненные с возможностью разъединения части, выполненные с возможностью установки в корпусе клапана с его противоположных сторон. При установке в корпусе клапана первый комплект разрезных опорных элементов может ограничивать первое отверстие.

В одном варианте выполнения изобретения поворотный элемент имеет первую выступающую часть, расположенную в первом отверстии, ограниченном первым комплектом разрезных опорных элементов, при этом первая выступающая часть выполнена с возможностью поворота в первом отверстии. Первая выступающая часть выполнена с возможностью соединения в корпусе клапана с клапанным штоком, в результате чего поворотный элемент поворачивается как следствие поворота клапанного штока.

В одном варианте выполнения изобретения поворотный клапан может дополнительно содержать второй комплект разрезных опорных элементов, по меньшей мере с двумя выполненными с возможностью разъединения частями, выполненными с возможностью установки в корпусе клапана на его противоположных сторонах.

В другом возможном варианте выполнения, при установке в корпусе клапана, второй комплект разрезных опорных элементов ограничивает в нем второе отверстие. В этом варианте выполнения вторая выступающая часть на поворотном элементе расположена на стороне, противоположной первой выступающей части. Вторая выступающая часть расположена во втором отверстии, ограниченном первым комплектом разрезных опорных элементов, в результате чего первая выступающая часть выполнена с возможностью поворота в отверстии.

Поворотный клапан может дополнительно содержать первый подшипник, установленный в первом отверстии вокруг первой выступающей части, и второй подшипник, установленный во втором отверстии вокруг второй выступающей части.

Поворотный клапан дополнительно содержит первый концевой соединитель, выполненный с возможностью установки на корпусе клапана, и второй концевой соединитель, выполненный с возможностью установки напротив первой части. Первый концевой соединитель и второй концевой соединитель фиксируют вместе разрезные опорные элементы в корпусе клапана.

В одном варианте выполнения поворотный элемент имеет шарообразную форму. В одном варианте выполнения изобретения первая выступающая часть имеет цилиндрическую форму.

Поворотный клапан дополнительно может содержать упорное кольцо штока, установленное на увеличенном конце клапанного штока, который взаимодействует с внутренней поверхностью корпуса клапана.

В другом варианте выполнения изобретения способ сборки поворотного клапана включает такие этапы, как вставление клапанного штока через отверстие в корпусе клапана и использование не проходящей через отверстие увеличенной части штока для удерживания штока в корпусе клапана.

Другие этапы могут включать вставление поворотного элемента в корпус клапана, при этом верхняя выступающая часть поворотного элемента взаимодействует с клапанным штоком и поддерживает первую выступающую часть на поворотном клапане для выполнения поворотного перемещения путем установки первого комплекта разрезных опорных элементов с противоположных концов корпуса клапана.

Способ также может включать обеспечение поддержки второй выступающей части на поворотном клапане для совершения поворотного перемещения путем установки второго комплекта разрезных опорных элементов с противоположных концов корпуса клапана. В этом случае способ может включать использование первого концевого соединителя и второго концевого соединителя для закрепления в корпусе клапана первого комплекта разрезных опорных элементов и второго комплекта разрезных опорных элементов. Способ может включать установку первого подшипника вокруг первой выступающей части и установку второго подшипника вокруг второй выступающей части.

В одном варианте выполнения изобретения способ может включать установку упорного кольца на увеличенном конце клапанного штока для взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса клапана.

В одном варианте выполнения изобретения способ может предусматривать возможность того, что первый комплект разрезных опорных элементов ограничивает первое отверстие, в которое вставляется первая выступающая часть.

В другом возможном варианте выполнения изобретения поворотный клапан может содержать корпус клапана, ограничивающий отверстие для клапанного штока, при этом увеличенная часть клапанного штока больше, чем отверстие для клапанного штока, благодаря чему шток закреплен. Поворотный элемент на своей одной стороне может содержать первую часть. Первый комплект разрезных опорных элементов может содержать по меньшей мере две выполненные с возможностью разъединения части, выполненные с возможностью установки в корпусе клапана на его противоположных сторонах. Первый комплект разрезных опорных элементов ограничивает первую часть поворотного элемента для обеспечения поворотного перемещения. Поворотный элемент выполнен с возможностью соединения в корпусе клапана с клапанным штоком, в результате чего поворотный элемент поворачивается как следствие поворота штока. Поворотный элемент содержит вторую часть, расположенную на второй стороне поворотного элемента, противоположной первой стороне.

В одном варианте выполнения изобретения второй комплект разрезных опорных элементов может содержать по меньшей мере две выполненные с возможностью разъединения части, выполненные с возможностью установки в корпусе клапана с его противоположных сторон. При установке в корпусе клапана второй комплект разрезных опорных элементов фиксирует первую часть поворотного элемента для обеспечения поворотного перемещения и предотвращает осевое перемещение вдоль оси проточного канала, проходящего через клапан.

В одном варианте выполнения изобретения первая часть поворотного элемента имеет первую выступающую часть цилиндрической формы, а вторая часть поворотного элемента содержит вторую выступающую часть цилиндрической формы.

В другом варианте выполнения изобретения поворотный клапан может содержать корпус, ограничивающий отверстие для клапанного штока, благодаря чему клапанный шток, с увеличенной частью по сравнению с отверстием для клапанного штока, закреплен в корпусе клапана.

Поворотный элемент может иметь верхние и нижние выступы. Верхние и нижние разрезные держатели могут быть использованы для осевой поддержки верхних и нижних выступов для обеспечения поворота поворотного элемента.

Вокруг верхних и нижних выступов поворотный клапан может дополнительно содержать верхние и нижние подшипники держателя.

В другом варианте выполнения способ сборки поворотного клапана может включить вставление клапанного штока через отверстие в корпусе клапана, в результате чего отверстие удерживает относительно увеличенную часть клапанного штока в корпусе клапана.

Другие этапы могут включать вставление поворотного элемента в корпус клапана, в результате чего верхний выступ вступает в контакт с клапанным штоком, который может представлять собой увеличенную часть клапанного штока.

Кроме того, способ может включать обеспечение опоры на поворотном клапане для верхних и нижних выступов путем вставления верхних и нижних элементов разрезных держателей с противоположных концов корпуса клапана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные другие цели, признаки и сопутствующие преимущества настоящего изобретения будут более ясны и понятны совместно с рассмотрением прилагаемых чертежей, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии поворотного клапана в разобранном виде, с удерживающим корпусом клапанного штока и разрезными держателями, в соответствии с одним возможным вариантом выполнения настоящего изобретения; и

Фиг.2 представляет собой вид в аксонометрии, частично в сечении, поворотного клапана, показанного на Фиг.1, в соответствии с одним возможным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Несмотря на то, что настоящее изобретение будет описано применительно к предпочтительным вариантам выполнения, следует понимать, что это описание не предназначено ограничивать изобретение указанными вариантами выполнения. Напротив, оно включает в себя альтернативы, модификации и эквиваленты, находящиеся в пределах сущности изобретения, как определено в приложенных пунктах формулы изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Со ссылкой на чертежи, в частности на Фиг.1 и Фиг.2, настоящее изобретение представляет собой поворотный клапан 10, в данном случае шаровой клапан, предусматривающий удерживаемый корпусом клапанный шток 16, расположенный в корпусе 12 клапана.

Корпус 12 ограничивает отверстие 14 для клапанного штока в нем. В одном варианте выполнения изобретения отверстие 14 представляет собой цилиндрическое отверстие с прямыми стенками. Отверстие 14 может также иметь и другие конфигурации. Шток 16 может содержать цилиндрический удлиненный корпус 18 с увеличенной частью 20 на одном конце, которая также может иметь цилиндрическую форму. Диаметр увеличенной части 20 больше диаметра отверстия 14, поэтому она удерживается в корпусе 12, имеющем полнопрочную стенку 24, без использования болтов или крепежных элементов.

Увеличенная часть 20 может быть выполнена различными способами и в этом варианте выполнения изобретения может содержать любой увеличенный элемент или часть штока 16, который непосредственно или опосредованно вступает в контакт с внутренней поверхностью стенки 24 корпуса клапана или с внутренней частью отверстия 14, для ограничения радиального направленного наружу перемещения штока 16 и удержания штока 16 в корпусе 12. В другом варианте выполнения увеличенный конец 20 может содержать упорный подшипник или аналогичный ему элемент, который имеет увеличенный размер по сравнению с отверстием 14.

В другом примере шток 16 может содержать коническую или сужающуюся часть, которая взаимодействует с конической или сужающейся частью отверстия 14. При этом отверстие 14 и шток 16 имеют любое подходящее отношение размеров, при котором шток 16 содержит часть большего диаметра, чем по меньшей мере часть отверстия 14, так что шток 16 удерживается в корпусе 12.

При сборке указанного варианта выполнения изобретения цилиндрический удлиненный конец 18 штока 16 вставляют с внутренней стороны отверстия 14 в корпус 12. При этом удлиненный конец 20 затем располагают во внутренней части 22 корпуса 12, в результате чего внутренняя поверхность корпуса 12 предотвращает дальнейшее радиальное, направленное наружу, перемещение штока 16. Таким образом, толщина стенки 24 корпуса 12 надежно удерживает шток 16 в корпусе 12, предохраняя удерживаемый корпусом шток 16 от вырывания. Перед установкой в отверстие 14 для уплотнения штока 16 могут использоваться уплотнения, подшипники и аналогичные уплотнительные средства. Несмотря на то, что существует много возможных средств, в данном варианте выполнения используют упорное кольцо 68 для штока, верхнее уплотнение 70 штока и уплотнительные кольца 72 штока. Затем упорное кольцо 68 вступает в контакт с внутренней поверхностью стенки 24 корпуса 12.

В данном варианте выполнения изобретения для обеспечения сборки установленного в держатель поворотного клапана 10 с удерживаемым корпусом штоком 16 используют верхний и нижний разрезные держатели 26 и 28. Разрезные держатели содержат отдельные элементы 26а, 26b и 28а, 28b, которые могут быть вставлены с противоположных сторон корпуса 12.

В зависимости от конструктивного исполнения элементов, нижний держатель 28, при необходимости, может быть выполнен не разрезным ввиду отсутствия необходимости в клапанном штоке на нижней стороне. Однако по меньшей мере верхний держатель 26 предпочтительно выполнен разрезным для того, чтобы верхний держатель 26 можно было вставить в корпус 12 после того, как поворотный элемент 30 и шток 16 вставлены в корпус 12.

Как используется в настоящем документе, держатель представляет собой опорный элемент, использующийся для поддержки верхних и нижних частей поворотного элемента 30 в корпусе 12, для ограничения поворотного перемещения поворотного элемента 30 чисто поворотным перемещением без перемещения в осевом направлении вдоль оси проточного канала 42, проходящего через клапан 12. Иными словами, поворотный элемент 30 не «перемещается свободно» вдоль оси проточного канала, как в других упомянутых выше типах поворотных клапанов. Таким образом, термин «опорный элемент» или «разрезной опорный элемент» может относиться к верхнему и/или нижнему держателям 26 и 28. Держатели взаимодействуют с верхними и нижними частями поворотного элемента 30, которые могут иметь различную форму и которые могут содержать, а могут и не содержать выступающие части или выступы поворотного элемента 30.

В этом варианте выполнения изобретения верхний и нижний разрезные держатели 26 и 28 предназначены для крепления или поддержки верхних и нижних выступов 32 и 34. Верхний и нижний выступы 32 и 34 могут быть, но не обязательно, выступающими или удлиненными частями на верхних и нижних сторонах поворотного элемента 30. В этом варианте выполнения изобретения верхний и нижний выступы 32 и 34 содержат удлинения цилиндрической формы, имеющие по существу одинаковый диаметр по всей своей длине.

При этом не требуется иметь одинаковый диаметр верхнего и нижнего выступов 32 и 34, а также выступы или удлинения не обязательно должны иметь прямую сторону. Например, удлиненная часть может быть закругленной в месте, где верхний выступ 32 имеет форму прямостороннего цилиндра. В качестве другого примера верхние и нижние выступы могут содержать верхнюю часть поверхности поворотного элемента 30 без удлинения.

По существу, верхний и нижний выступы 32 и 34 представляют собой посадочные участки на элементе 30, которые поддерживаются верхними и нижними держателями, для ограничения поворотного перемещения, без перемещения в осевом направлении вдоль проточного канала 42. Это решение отличается от других поворотных клапанов со свободно перемещающимся поворотным элементом. Верхний и нижний выступы 32 и 34 не обязательно должны представлять собой выступающие части, но могут содержать любой возможный поворотный участок для поддержки поворотного элемента 30 или для ограничения поворотного перемещения элемента 30, одновременно препятствуя перемещению в осевом направлении вдоль проточного канала 42.

В этом варианте выполнения изобретения верхний и нижний держатели 26 и 28 ограничивают верхние и нижние сопряженные цилиндрические отверстия 36 и 38, которые поддерживают верхние и нижние выступы 32 и 34 для поворотного перемещения поворотного элемента 30 в корпусе 12 для открытия и закрытия клапана 10. Отверстия или контактные поверхности, выполненные в верхнем и нижнем держателях 26 и 28, сопрягаются с верхними и нижними выступами 32 и 34 и имеют отверстия и/или опорные поверхности любой формы, которые соответствуют форме выступов. Хотя в этом примере цилиндрические отверстия 36 и 38 имеют одинаковый диаметр с прямыми сторонами, в другом примере отверстия 36 и 38 могут быть сужающимися и/или криволинейными в диаметре.

Сквозное проточное отверстие 40 в элементе 30 может быть повернуто параллельно или перпендикулярно проточному каналу 42 для открытия и закрытия клапана 10. Когда проточное отверстие 40 открыто, проточный канал 42 может быть цилиндрическим и проходить по оси через клапан 10.

Верхние и нижние элементы 26а, 26b и 28а, 28b держателей запрессованы вместе во внутренней части 22 корпуса и зафиксированы с помощью концевых соединителей 44 и 46, чтобы, тем самым, зафиксировать верхние и нижние выступы 32 и 34 таким образом, чтобы перемещение поворотного элемента 30 было ограничено поворотным перемещением, без перемещения в осевом направлении вдоль проточного канала 42. Иными словами, поворотный элемент 30 не является так называемым свободно перемещающимся поворотным элементом.

После вставления штока 16 в корпус 12 поворотный элемент 30 может быть вставлен в корпус 12 с целью введения в зацепление со штоком 16. В данном варианте выполнения шток 16 содержит блокировочный элемент, который вставляется в сопряженный паз 48 в верхнем выступе 32, чтобы прикрепить с возможностью поворота шток 16 к верхнему выступу 32, в результате чего поворот штока 16 приводит к соответствующему повороту элемента 30. Несмотря на то, что для закрепления или фиксации штока 16 к верхнему выступу 32 с возможностью поворота могут быть использованы различные типы блокировочных элементов, блокировочный элемент и сопряженный паз 48 представляют собой лишь один пример такого выполнения.

Как показано на Фиг.1 и 2, при сборке поворотного клапана 10 конец 18 штока 16 вставляют через отверстие 14 с внутренней части 22 корпуса 12. Таким образом, увеличенная часть или конец 20, или упорный подшипник, или аналогичный ему элемент входят в контакт с внутренней поверхностью стенки 24 корпуса клапана, препятствуя выходу штока 16 радиально наружу из поворотного клапана 10, даже если клапан 10 находится под высоким давлением. Затем поворотный элемент 30 может быть вставлен в корпус 12, при этом шток 16 блокируется с пазом 48 в верхнем выступе 32 элемента 30.

Затем с целью установки элемента 30 в держателе верхний и нижний разрезные держатели 26 и 28 вставляют с противоположных сторон корпуса 12. Следует понимать, что крепление в держателе / выступе может иметь множество различных конфигураций. В данном случае верхний и нижний разрезные держатели 26 и 28, когда собраны вместе, имеют в целом прямоугольную форму и криволинейные наружные поверхности 49 и 50. В собранном состоянии внутренний диаметр отверстий 36 и 38 немного больше внешнего диаметра цилиндрических выступов 32 и 34.

Перед вставлением поворотного элемента 30 в корпус 12 верхнее и нижнее упорные кольца 52 и 54 могут быть установлены на верхний и нижний выступы 32 и 34. Верхний и нижний поворотные подшипники держателей 56 и 58 можно также установить на верхнем и нижнем выступах 32 и 34. Затем при вставлении поворотный элемент 30 может быть установлен под углом так, чтобы паз 48 сначала входил в контакт со штоком 16, не повреждая верхний поворотный подшипник 56.

В данном варианте выполнения поворотного клапана 10 поворотный элемент 30 имеет шарообразную форму. Однако настоящее изобретение может быть использовано с любым типом поворотного клапана, такими как шаровые клапаны, конические клапаны и т.п.

В данном варианте выполнения комплект первичных уплотнений 72 и вторичных уплотнений 74 используется для герметизации пространства между цилиндрическим проточным каналом 42 сквозь поворотный клапан 10 и противоположными сторонами поворотного элемента 30. Однако, в соответствии с настоящим изобретением, для герметизации элемента 30 при необходимости могут также использоваться и другие уплотнения.

Концевые соединители 44 и 46 клапана 10 фиксируют держатели, уплотнители и другие элементы в корпусе 12 путем использования крепежных деталей, болтов, штырей, гаек и/или аналогичных им деталей, как показано номером позиции 60.

При этом шток 16 также проходит через отверстие 62, расположенное в переходной пластине 64, закрепленной с использованием крепежных деталей, болтов, штырей, гаек и/или аналогичных им деталей, как показано номером позиции 66. Однако для закрепления штока 16 на корпусе 12 переходная пластина 64 не обязательна. Вместо этого шток 16 вставляют в корпус 12 так, что увеличенная часть 20, которая в данном варианте выполнения находится в нижнем конце штока 16, удерживает шток 16 в корпусе 12 без использования крепежных деталей. В данном варианте выполнения переходная пластина 64 используется для соединения привода (не показан) с корпусом 12.

Во время сборки уплотнительные кольца 73, верхнее уплотнение 70 штока и упорное кольцо 68 штока устанавливают на штоке 16. Упорные кольца 52, 54 и подшипники 56, 58 держателей размещают на верхнем и нижнем выступах 32, 34 элемента 30. После этого, при необходимости, поворотный элемент 30 может быть вставлен в корпус 12 под таким углом, что соединитель на штоке 16 входит в контакт с пазом 48 или с другим блокирующим элементом на верхнем выступе 32 поворотного элемента 30. Когда упомянутые элементы находятся на своем месте в корпусе 12, то затем верхний и нижний разрезные держатели 26, 28 могут быть установлены на верхнем и нижнем выступах 32, 34 с противоположных сторон корпуса 12. Первичное 72 и вторичное уплотнения 74 устанавливают на противоположных сторонах поворотного элемента 30, при этом концевые соединители 44 и 46 прикрепляют к противоположным сторонам корпуса 12. Затем с помощью винтов 66 с буртом или аналогичных крепежных деталей прикручивают на место переходную пластину 64 привода.

В целом следует понимать, что выражения «вверх», «вниз», «вертикально» и аналогичные им даны со ссылками на чертежи и/или по отношению к поверхности земли, при этом устройства могут и не располагаться в указанных положениях на всех этапах, в зависимости от вариантов эксплуатации, транспортировки, установки и т.п. Например, такие выражения в данном документе, как «верхний» и «нижний», можно заменить терминами «первый» и «второй». Кроме того, чертежи предназначены для описания сущности изобретения, поэтому представленные варианты выполнения изобретения будут очевидны специалистам, при этом они не используются как промышленные чертежи или изображения готовых изделий и могут содержать упрощенные концептуальные виды для упрощения и облегчения понимания или пояснения изобретения. После ознакомления с описанием изобретения специалистам будет понятно, что относительный размер и конфигурация элементов могут существенно отличаться от показанных на чертежах и что изобретение может быть использовано в соответствии с новыми принципами работы, изложенными в данном документе.

Таким образом, приведенное выше раскрытие сущности изобретения и описание изобретения являются иллюстративными и поясняющими, при этом следует понимать, что без отступления от сущности изобретения могут быть внесены различные изменения в последовательность этапов, диапазоны, посадки с натягом, зазоры, крепеж и/или характеристики и параметры, а также в детальные чертежи или в совокупности признаков, присущих описанным способам и системе.