заменяемое седло клапана

Формула изобретения

1. Заменяемое кольцевое седло клапана, содержащее корпус кольцевого седла, открытый проточный канал, проходящий через корпус кольцевого седла, зону дросселирования, определяемую частью кольцевого седла клапана, имеющую минимальную проточную площадь, причем зона дросселирования немного расширена в направлении радиально наружу, опорную поверхность и зону приема инструмента, образованную концентрично с проточным каналом и, по меньшей мере, частично вдоль проточного канала, при этом зона приема инструмента содержит выемку, образованную в верхней поверхности кольцевого седла с заданной глубиной для в ставки в нее головки стандартного инструмента для установки и извлечения кольцевого седла клапана.

2. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, дополнительно имеющее отверстие для дросселирования потока, расположенное последовательно и концентрично относительно зоны приема инструмента, по меньшей мере, вдоль части проточного канала.

3. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.2, в котором отверстие для дросселирования потока выполнено с контуром и размерами, отличными от зоны приема инструмента, для получения заданных параметров потока, и расположено за зоной приема инструмента по ходу потока.

4. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.2, в котором переходные поверхности, проходящие между отверстием для дросселирования потока и зоной приема инструмента, выполнены по существу гладкими и плавными для повышения эффективности прохождения потока и улучшения динамики потока.

5. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, в котором зона приема инструмента проходит вдоль существенной части длины проточного канала.

6. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, в котором корпус кольцевого седла имеет наружную периферийную поверхность и элемент для обеспечения механического соединения, выполненный, по меньшей мере, на части наружной периферийной поверхности, при этом элемент для обеспечения механического соединения выполнен с возможностью соединения с взаимодействующей частью клапанного узла.

7. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.6, в котором наружная периферийная поверхность представляет собой цилиндр, а элемент для обеспечения механического соединения включает множество витков резьбы.

8. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, в котором зона приема инструмента представляет собой по существу квадрат для приема выступающей части стандартного торцевого ключа в части проточного канала.

9. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, дополнительно имеющее наружную круговую цилиндрическую периферийную поверхность с первой частью, имеющей первый диаметр, и с суженной установочной частью, которая имеет второй диаметр, который меньше первого диаметра, и предназначена для выравнивания кольцевого седла клапана при установке его в клапане.

10. Заменяемое кольцевое седло клапана по п.1, в котором переходные поверхности, проходящие между опорной поверхностью и зоной приема инструмента, выполнены по существу гладкими и плавными для повышения эффективности прохождения потока и улучшения динамики потока.

11. Клапанный узел, содержащий корпус клапана, канал для прохода текучей среды, проходящий через корпус клапана и имеющий отверстие для впуска текучей среды и отверстие для выпуска текучей среды, зону дросселирования, образованную в канале для прохода текучей среды, пробку клапана, расположенную в канале, и заменяемое кольцевое седло клапана, расположенное в зоне дросселирования, при этом кольцевое седло клапана и пробка клапана выполнены с возможностью смещения друг относительно друга для избирательного открытия или закрытия проточного канала, причем кольцевое седло клапана имеет открытый проточный канал, проходящий через него, при этом зона дросселирования определяется частью кольцевого седла клапана и имеет минимальную проточную площадь, причем зона дросселирования немного расширена в направлении радиально наружу, опорную поверхность, расположенную рядом с одним концом проточного канала, и зону приема инструмента, образованную концентрично с проточным каналом и, по меньшей мере, частично вдоль проточного канала, при этом зона приема инструмента представляет собой по существу квадрат для приема выступающей части стандартного ключа в части проточного канала.

12. Клапанный узел по п.11, в котором кольцевое седло клапана установлено в фиксированном положении в зоне дросселирования, а пробка клапана выполнена с возможностью ее избирательного смещения для ввода ее в контакт с опорной поверхностью кольцевого седла клапана и вывода из контакта с опорной поверхностью кольцевого седла клапана.

13. Клапанный узел по п.11, в котором кольцевое седло клапана имеет наружную периферийную поверхность и элемент для обеспечения механического соединения, выполненный, по меньшей мере, на части наружной периферийной поверхности, а часть отверстия для дросселирования имеет сопрягаемый механический элемент, приспособленный для соединения с предназначенным для обеспечения механического соединения элементом поверхности кольцевого седла клапана с возможностью разъединения для фиксации и выравнивания кольцевого седла клапана в зоне дросселирования.

14. Клапанный узел по п.13, в котором элемент для обеспечения механического соединения и сопрягаемый с ним механический элемент содержат наружную или внутреннюю резьбу.

15. Клапанный узел по п.11, в котором кольцевое седло клапана имеет наружную цилиндрическую периферийную поверхность с первой частью, имеющей первый диаметр, и с суженной установочной частью, которая имеет второй диаметр, который меньше первого диаметра, при этом отверстие для дросселирования имеет сопрягаемую поверхность с уступом.

16. Клапанный узел по п.11, в котором кольцевое седло клапана также имеет отверстие для дросселирования потока, расположенное последовательно и концентрично относительно зоны приема инструмента, по меньшей мере, вдоль части проточного канала, при этом отверстие для дросселирования потока выполнено с разными контурами и размерами по сравнению с зоной приема инструмента, для обеспечения заданных параметров потока, при этом переходные поверхности, проходящие между отверстием для дросселирования потока и зоной приема инструмента, выполнены по существу гладкими и плавными для повышения эффективности прохождения потока и улучшения динамики потока.

17. Заменяемое кольцевое седло клапана, содержащее корпус кольцевого седла, открытый проточный канал, проходящий через корпус кольцевого седла, зону дросселирования, определяемую частью кольцевого седла клапана, имеющую минимальную проточную площадь, причем зона дросселирования немного расширена в направлении радиально наружу, опорную поверхность, и по существу квадратную зону приема инструмента, образованную концентрично с проточным каналом и, по меньшей мере, частично вдоль проточного клапана, при этом зона приема инструмента выполнена с возможностью вставки в нее квадратной головки стандартного инструмента для установки и извлечения кольцевого седла клапана, причем квадратная зона приема инструмента является большей, чем зона дросселирования.

Описание изобретения к патенту

Информация о родственных заявках

Данная заявка является родственной по отношению к одновременной находящейся на рассмотрении предварительной заявке на патент США с порядковым номером 60/335994, которая была подана 15 ноября 2001.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к клапанам и, более точно, к заменяемому кольцевому седлу клапана для потоков текучих сред.

Предпосылки создания изобретения

Клапаны для текучих сред используются в различных случаях применения систем обработки и регулирования потоков текучих сред для регулирования различных параметров потока рабочей текучей среды. Известно множество различных типов клапанов, которое может включать, например, клапаны сброса давления, регулирующие клапаны, дроссельные клапаны и т.п. Аналогичным образом, системы обработки и регулирования потоков текучих сред используются для работы с бесчисленным количеством различных текучих сред.

Типовой клапан имеет отверстие для впуска текучей среды, соединенное посредством зоны регулирования потока или дросселирования с отверстием для выпуска текучей среды. В зоне регулирования потока, как правило, предусмотрено закрывающее устройство какого-либо типа с частью, которая выполнена с возможностью смещения для регулирования потока текучей среды из впускного отверстия клапана к выпускному отверстию клапана. Подвижная часть часто представляет собой пробку клапана, которая может быть смещена так, чтобы она опиралась на соответствующую неподвижную опорную поверхность закрывающего устройства для избирательного перекрытия потока текучей среды через клапан. В процессе непрерывного длительного использования такого клапана опорная поверхность закрывающего устройства неизбежно становится изношенной или поврежденной. В результате этого будет происходить ненадлежащее перекрытие потока посредством закрывающего устройства, что приводит к плохой работе клапана или выходу его из строя. Таким образом, в конце концов возникнет необходимость в устранении дефектов опорной поверхности или замене ее или необходимо будет заменить весь клапан, чтобы снова добиться необходимого функционирования клапана.

В одном известном примере кольцевое седло клапана имеет опорную поверхность и расположено в зоне регулирования потока или дросселирования в клапане. Кольцевое седло выполнено с возможностью снятия для замены кольцевого седла или устранения дефектов опорной поверхности. Съемное кольцевое седло данного типа имеет шестигранную головку, проходящую вверх от верхней поверхности кольцевого седла. Шестигранная головка выполнена с возможностью приема определенного шестигранного торцевого ключа или гаечного ключа стандартного размера для установки или извлечения кольцевого седла. Тем не менее, выступающая вверх шестигранная головка оказывает отрицательное воздействие на поток текучей среды, проходящий через зону дросселирования в клапане, и специалист по обслуживанию должен иметь в наличии инструмент определенного размера.

В другом известном примере пара небольших глухих отверстий образована в верхней поверхности кольцевого седла. Эти отверстия выполнены с возможностью вставки в них двух расположенных на определенном расстоянии друг друга выступов специализированного инструмента для установки или извлечения кольцевого седла. Специалист по обслуживанию должен иметь доступ к этому специализированному инструменту в любое время для обеспечения возможности обслуживания клапана данного типа.

Краткое описание чертежей

Задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении нижеприведенного описания совместно с чертежами, на которых:

На фиг.1 изображено сечение одного примера клапана сброса давления, имеющего заменяемое кольцевое седло клапана, выполненное согласно настоящему изобретению.

На фиг.2 изображен вид в перспективе кольцевого седла клапана сброса давления, показанного на фиг.1.

На фиг.3 изображен вид сверху кольцевого седла, показанного на фиг.2.

На фиг.4 изображено выполненное по линии IV-IV боковое сечение кольцевого седла, показанного на фиг.3.

На фиг.5 изображено выполненное по линии V-V боковое сечение кольцевого седла, показанного на фиг.3.

На фиг.6 изображено боковое сечение кольцевого седла, подобное показанному на фиг.4 и иллюстрирующее стандартную выступающую часть торцевого гаечного ключа, вставленного в кольцевое седло для установки или извлечения его из клапана сброса давления, показанного на фиг.1.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

В данном описании раскрыто кольцевое седло клапана, предназначенное для клапана для текучих сред или т.п., которое легко устанавливать, удалять и заменять путем использования обычных ручных инструментов. Такое кольцевое седло клапана пригодно для клапанов многих разных типов. Пример, приведенный здесь, описан применительно к тому, что известно как конструкция клапана сброса давления с подвижным штоком. Тем не менее, кольцевое седло в равной степени хорошо подходит для многих других типов и конструкций клапанов, например таких как регулирующие клапаны, дроссельные клапаны или т.п. Настоящее описание не следует ограничивать каким-либо определенным типом клапана.

Кольцевое седло имеет зону для приема выступающей части торцевого гаечного ключа стандартного размера и формы. Стандартный торцевой гаечный ключ может быть использован для удаления и установки кольцевого седла в клапане по желанию. Кольцевое седло клапана также позволяет обеспечить ламинарное течение совместно с зоной приема инструмента.

На фиг.1 показано сечение одного примера клапана 10 сброса давления с подвижным штоком, выполненного согласно настоящему изобретению. Клапан 10 сброса давления имеет корпус 12 клапана с отверстием 14 для впуска текучей среды на одном конце и с отверстием 16 для выпуска текучей среды на противоположном конце. Отверстие для впуска текучей среды сообщается с впускным каналом 18, и отверстие для выпуска текучей среды сообщается с выпускным каналом 20. Впускной и выпускной каналы, обозначенные соответственно 18 и 20, пересекаются по существу в корпусе 12 клапана и сообщаются друг с другом посредством зоны 22 дросселирования.

Клапан 10 имеет пробку 24 клапана, присоединенную к штоку 26 клапана на одном конце. Противоположный конец штока 26 клапана присоединен к приводному устройству (непоказанному), которое может обеспечить смещение штока и пробки клапана вдоль продольной оси штока.

Пробка 24 клапана имеет опорную поверхность 28, которая входит в контакт с кольцевым седлом 30 клапана и опирается на него, когда клапан находится в закрытом положении. Кольцевое седло 30 клапана установлено в зоне 22 дросселирования, как более подробно описано ниже. Во время работы клапана 10 сброса давления приводное устройство (непоказанное) обеспечивает смещение штока 26 клапана и пробки 24 клапана в сторону опорной поверхности 32 кольцевого седла 30 и в сторону от опорной поверхности 32 кольцевого седла 30 соответственно для закрытия и открытия клапана сброса давления с тем, чтобы обеспечить возможность прохода текучей среды от впускного отверстия 14 к выпускному отверстию 16 по каналам.

Согласно настоящему изобретению кольцевое седло 30, показанное на фиг.1, установлено с возможностью снятия в зоне 22 дросселирования в корпусе 12 клапана. Зона 22 дросселирования имеет отверстие 34, проходящее между впускным каналом 18 и выпускным каналом 20. Отверстие 34 имеет внутреннюю резьбу 36, образованную в осевом направлении вдоль, по меньшей мере, части отверстия и в окружном направлении вокруг, по меньшей мере, части отверстия.

Как показано на фиг.2-5, кольцевое седло 30 имеет цилиндрическую периферийную или окружную поверхность 38 с наружной резьбой 40, которая соответствует внутренней резьбе 36 отверстия 34. Как показано на фиг.1, кольцевое седло 30 после установки оказывается ввинченным в отверстие 34. За счет поворота кольцевого седла 30 в одном направлении относительно отверстия 34 кольцевое седло может быть установлено в зоне 22 дросселирования. За счет поворота кольцевого седла в противоположном направлении относительно отверстия 34 кольцевое седло 30 может быть извлечено и заменено.

Как показано на фиг.2 и 3, кольцевое седло 30 определяет отверстие 42 для дросселирования потока, проходящего через зону 22 дросселирования, когда кольцевое седло 30 установлено. Текучая среда проходит через отверстие 42 для дросселирования, выполненное в кольцевом седле 30, когда пробка 24 клапана находится на некотором расстоянии от опорной поверхности 32 кольцевого седла 30 при открытом положении клапана. Показанное отверстие 42 для дросселирования потока, выполненное в кольцевом седле 30, представляет собой круглое отверстие для дросселирования, хотя форма отверстия для дросселирования может изменяться в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкции конкретного клапана, и в соответствии с заданными параметрами потока, которые необходимо обеспечить. Входной конец отверстия 42 для дросселирования совпадает с опорной поверхностью 32 кольцевого седла 30.

Дополнительные элементы показанного кольцевого седла 30, выполненного согласно настоящему изобретению, описаны со ссылкой на фиг.3-5. Часть периферийной поверхности 38 кольцевого седла 30, имеющая больший диаметр и наружную резьбу 40, выполнена в виде поверхности кругового цилиндра. Кольцевое седло 30 также имеет суженный конец 44 с меньшим диаметром рядом с выходным концом отверстия 42 для дросселирования. Суженный конец 44 входит в соответствующую выполненную с меньшим диаметром часть 45 отверстия 34, когда кольцевое седло 30 установлено. Назначение суженного конца 44 состоит в том, чтобы обеспечить надлежащую установку кольцевого седла 30 в зоне 22 дросселирования и выравнивание кольцевого гнезда относительно части 45 отверстия 34, выполненной с меньшим диаметром. Поверхность 46 кольцевого уступа проходит между суженным концом 44 и периферийной поверхностью 38 кольцевого седла, выполненной с резьбой, и соединяет суженный конец 44 с периферийной поверхностью 38. При установке кольцевого седла 30, как показано на фиг.1, поверхность 46 уступа кольцевого седла 30 упирается в соответствующую поверхность 48 уступа или упора в отверстии 34. Поверхность уступа опирается на поверхность упора для обеспечения точного выравнивания установленного кольцевого седла 30 в отверстии 34 корпуса 12 клапана.

Несмотря на то, что в данном случае резьбы описаны как средство механического соединения при установке кольцевого седла, также могут быть использованы другие механические средства для фиксации седла клапана в заданном положении. Например, также может быть использована система со шпонкой и шпоночным пазом, при этом седло и часть зоны дросселирования соединяются друг с другом посредством поворота и фиксации. Другие альтернативные конструкции также безусловно находятся в пределах существа и объема изобретения.

Как показано на фиг.4 и 5, отверстие 42 для дросселирования потока в данном примере проходит только вдоль части толщины или высоты кольцевого седла 30. Входной конец отверстия 42 для дросселирования открывается в выемку 50 большего размера, предназначенную для приема инструмента, и сообщается с данной выемкой 50. Выемка 50 для инструмента образована в верхней поверхности 52 кольца с заданной глубиной. Выемка 50 для инструмента в данном примере заканчивается у промежуточной поверхности 54 в корпусе кольцевого седла 30. Промежуточная поверхность по существу лежит в плоскости входного конца отверстия 42 для дросселирования. Опорная поверхность 32 выполнена в виде кольцевой поверхности, которая «утоплена» относительно промежуточной поверхности, и окружает входной конец отверстия 42 для дросселирования потока.

В показанном примере выемка для инструмента или зона 50 приема инструмента представляет собой по существу квадратное отверстие, имеющее четыре стороны 56а, 56b, 56с и 56d. Четыре стороны по существу ориентированы вертикально, хотя стороны могут быть немного наклонены под углом штамповочного или литейного уклона для отливки или штамповки. В данном примере четыре стороны 56а-56d и промежуточная поверхность 54 вместе ограничивают выемку 50 для инструмента, имеющую форму, которая соответствует выступающей части стандартного торцевого гаечного ключа. В одном примере выступающая часть стандартного торцевого гаечного ключа с размером три четверти дюйма может быть вставлена непосредственно в выемку для инструмента для извлечения или установки кольцевого седла 30 (см. фиг.6 и нижеприведенное описание). В других примерах выемка 50 для инструмента может быть выполнена с такой конфигурацией, которая обеспечивает возможность вставки в выемку выступающих частей торцевых гаечных ключей разных размеров, таких как выступающие части со стандартными размерами полдюйма или три восьмых дюйма. В других примерах выемка 50 для инструмента может быть выполнена с конфигурацией, которая обеспечивает возможность вставки в выемку другой головки инструмента стандартной конфигурации, отличной от выступающей части торцевого гаечного ключа, такой как головка TORX, универсальный гаечный ключ, шестигранная головка или другая стандартная конфигурация.

Поскольку описанное кольцевое седло 30 требует использования только выступающей части стандартного торцевого гаечного ключа, кольцевое седло устраняет необходимость в приобретении, обслуживании и хранении специального инструмента или инструмента особого размера для установки или извлечения кольцевого седла. Вместо этого достаточно только выступающей части стандартного торцевого гаечного ключа, который обычно имеется в ящике для инструментов почти у каждого специалиста по обслуживанию, для установки и извлечения кольцевого седла клапана. На фиг.6 показана выступающая часть 58 стандартного торцевого гаечного ключа с головкой 60 выступающей части, входящей в выемку 50 для инструмента, выполненную в кольцевом седле 30.

Помимо того, что кольцевое седло 30 клапана обеспечивает улучшенные возможности его установки и извлечения, данное кольцевое седло также обеспечивает получение потока текучей среды с улучшенными параметрами ламинарного потока. Например, выемка 50 для инструмента проходит только вдоль части высоты кольцевого седла 30 клапана и не имеет никакой части или элемента, которая(-ый) выступает вверх от верхней поверхности кольцевого седла или внутрь в отверстие 42 для дросселирования потока. Таким образом, данная конструкция кольцевого седла представляет собой существенное усовершенствование по отношению к многим предшествующим конструкциям, которые имеют выступающий элемент, предназначенный для приема инструмента с особой конфигурацией, как описано выше.

Описанное кольцевое седло 30 позволяет получить ламинарный поток текучей среды с улучшенными параметрами, что обусловлено также дополнительными причинами. Как показано на фиг.4 и 5, отверстие 42 для дросселирования потока немного расширено в направлении радиально наружу от входного конца к выходному концу. Конусообразное расширение отверстия 42 для дросселирования в направлении радиально наружу может обеспечить получение определенных параметров потока посредством отверстия для дросселирования, и подобная конусность может варьироваться, может быть устранена или изменена иным образом для получения определенных заданных параметров потока. Другие альтернативные размеры и конфигурации отверстия для дросселирования потока также находятся в пределах объема и существа настоящего изобретения. В качестве одного примера можно привести конструкцию, в которой отдельное отверстие 42 для дросселирования потока может быть исключено, и выемка 50 для инструмента может проходить на всю высоту кольцевого седла 30 и служить в качестве отверстия для дросселирования потока на всей длине выемки. Однако в таком примере пробка клапана и выемка для инструмента должны быть выполнены с такой конфигурацией, которая позволяет гарантировать надлежащую установку пробки в седле клапана для обеспечения перекрытия потока. Контуры выемки для инструмента в таком примере могут быть соответственно ровными и плавными с тем, чтобы не оказывать сильного воздействия на параметры потока, проходящего через выемку.

Как показано на фиг.4 и 5, в описанном примере верхняя поверхность 52 кольцевого седла 30 немного конусообразно скошена вниз от зоны, находящейся рядом с периферийной поверхностью 38, в направлении сторон 56а-56d выемки 50 для инструмента. Переходы от верхней поверхности к боковым поверхностям 56а-56d выемки выполнены в виде плавных, скругленных краев или поверхностей 62. Боковые поверхности 56а-56d также плавно переходят в промежуточную поверхность 54 в зоне плавных, скругленных внутренних нижних угловых участков 64. Стороны 56а-56d также переходят друг в друга в боковом направлении в зоне плавных, скругленных угловых участков 66. Промежуточная поверхность 54 также наклонена или конусообразно скошена немного вниз от сторон 56а-56d выемки для инструмента в направлении опорной поверхности 32 у входного конца отверстия 42 для дросселирования потока. Промежуточная поверхность 54 и опорная поверхность 32 плавно переходят в отверстия 42 для дросселирования потока. Стенка отверстия 42 для дросселирования, как описано выше, также конусообразно скошена радиально наружу к суженному концу 44 кольцевого седла 30. Все эти плавные и слегка скошенные поверхности и плавные угловые части обеспечивают получение плавных траекторий для прохода текучей среды, проходящей через зону 22 дросселирования в клапане 10. Гладкие поверхности, вдоль которых проходит поток, предотвращают образование полостей с текучей средой, в которых имеет место нестабильное или турбулентное течение и которые могут отрицательно повлиять на параметры потока и эксплуатационные характеристики клапана.

Описанное здесь заменяемое кольцевое седло 30 клапана обеспечивает возможность использования стандартного торцевого гаечного ключа или другого подобного стандартного инструмента для установки и извлечения кольцевого седла из клапана 10 для устранения дефектов или замены, когда имеет место повреждение кольцевого седла. Кроме того, описанное кольцевое седло обеспечивает получение потока текучей среды с существенно улучшенными параметрами потока как над кольцевым седлом, так и через кольцевое седло, по сравнению с предшествующими известными конструкциями заменяемых седел клапана. Как очевидно для обычного специалиста в данной области техники и как указано выше, выемка 50 для инструмента может отличаться от той, которая описана и показана. В качестве дополнительного примера можно привести конструкцию, в которой выемка может представлять собой шестистороннюю выемку для приема инструмента, такого как универсальный гаечный ключ, и тем не менее выполнять свои функции надлежащим образом, как описано здесь. Также возможны другие варианты кольцевого седла. Несмотря на то, что кольцевое седло, описанное здесь, может быть изготовлено из многочисленных различных материалов, одним предпочтительным материалом является достаточно твердый и исключительно долговечный материал, известный как Alloy 6.

Несмотря на то, что здесь были раскрыты и описаны определенные заменяемые кольцевые седла клапанов, выполненные в соответствии с идеями настоящего изобретения, объем охраны по данной заявке не ограничен ими. Напротив, данная заявка защищает все варианты реализации идей изобретения, которые действительно находятся в пределах объема допустимых эквивалентов.