резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур

Классы МПК:F16K1/12 с расположенным по оси потока запорным элементом, омываемым потоком при открытом клапане 
F16K31/05 для ручного управления клапанами или для комбинированного управления с помощью двигателя и вручную 
F16K39/02 для подъемных клапанов 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД" (ОАО "ПМЗ ВОСХОД") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-07-02
публикация патента:

Изобретение относится к области гидропневмоавтоматики и предназначено для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды в трубопроводных технологических линиях или магистралях, транспортирующих преимущественно газообразные среды с высокими давлением и температурой, в газовой, нефтяной, химической и других отраслях промышленности. Клапан включает корпус, главный и вспомогательный запорные органы со штоком управления и дополнительно оснащен приводным механизмом. Клапан образован в виде единого блока-модуля с возможностью встраивания непосредственно в магистральную линию и оснащен резервированной системой управления рабочим процессом. Система сконструирована с возможностью избирательной работы клапана на режимах дистанционного управления и управления с фиксированным ручным дублированием электрического сигнала с общими цепями дистанционной и местной сигнализации по положению главного запорного органа в клапане «закрыто-открыто». Приводной механизм упомянутых запорных органов сформирован в виде соединительного устройства из двух составляющих компонентов - электромагнитного привода и резервного привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала. Оба привода кинематически связаны со штоком управления запорного клапана и конструктивно и функционально объединены в единый съемный командный блок управления и жестко связаны общим корпусом и крышкой магнитопровода. Для установки электромагнитного привода в корпусе командного блока управления образована центральная вертикально расположенная сквозная многоступенчатая расточка с резьбовым участком и направляющей цилиндрической поверхностью для герметичного и соосного подсоединения командного блока управления к направляющему цилиндру запорного клапана. В малую ступень центральной расточки корпуса жестко установлена направляющая гильза с наружным кольцевым опорным буртом из антимагнитного материала со стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием. На внешней стороне средней части корпуса образованы полости вводов электропитания. Электромагнитный привод содержит размещенные коаксиально в крышке магнитопровода две электромагнитные катушки. Центральная катушка образована с функцией «импульсной» (пусковой) катушки с кратковременным (импульсным) режимом работы. Другая катушка с периферийным расположением реализована в исполнении «удерживающей» катушки с длительным режимом работы. Имеется блок сигнализации и переключений с тремя герконами и фонарем из светопроницаемого и удароустойчивого материала. Привод фиксированного ручного дублирования электрического сигнала выполнен в виде командного блока управления приводного вала с кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и ручкой с возможностью ограниченного поворота вала в горизонтальной плоскости на угол 180...190°. Кинематическая связь привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала со штоком управления запорного клапана выполнена в виде толкающего пальца с эксцентричным расположением относительно оси поворота. Приводной вал снабжен фиксирующим элементом в виде цилиндрического штифта, радиально и консольно закрепленного в отверстие вала, свободный конец которого входит в профилированный паз боковой поверхности корпуса. Изобретение направлено на повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств клапана. 4 з.п. ф-лы, 7 ил. резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124

резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124 резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения   для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, патент № 2347124

Формула изобретения

1. Резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, содержащий корпус с впускным и выпускным участками для прохода рабочей среды, сообщающимися между собой через разделяющие их кольцевые полости, с центральной вертикально расположенной цилиндрической расточкой, и соосно размещенными в ней двумя последовательно открываемыми подпружиненными запорными органами, причем соосно с корпусом закреплен направляющий цилиндр для первого - главного запорного органа, расположенного с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра и взаимодействия с седлом, а второй - вспомогательный запорный орган выполнен с уменьшенными геометрическими параметрами по сравнению с первым запорным органом и соединен со штоком управления, при этом направляющий цилиндр второго запорного органа расположен соосно направляющему цилиндру главного запорного органа, отличающийся тем, что запорный магистральный клапан, включающий в себя корпус, главный и вспомогательный запорные органы со штоком управления, дополнительно оснащен приводным механизмом, образован в виде единого блока-модуля с возможностью встраивания непосредственно в магистральную линию и выполнен с резервированной системой управления рабочим процессом, сконфигурированной с возможностью избирательной работы клапана на режимах дистанционного управления и управления с фиксированным ручным дублированием электрического сигнала с общими цепями дистанционной и местной сигнализации по положению главного запорного органа в клапане «закрыто-открыто», при этом приводной механизм вспомогательного и соответственно основного запорных органов сформирован в виде соединительного устройства из двух составляющих компонентов - электромагнитного привода и резервного привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала, оба привода кинематически связаны со штоком управления запорного клапана, конструктивно и функционально объединены в единый съемный командный блок управления и жестко связаны общим корпусом и крышкой магнитопровода, в корпусе командного блока управления для установки электромагнитного привода образована центральная вертикально расположенная сквозная многоступенчатая расточка с резьбовым участком и направляющей цилиндрической поверхностью для герметичного и соосного подсоединения командного блока управления к направляющему цилиндру запорного клапана, в малую ступень центральной расточки корпуса жестко установлена направляющая гильза с наружным кольцевым опорным буртом из антимагнитного материала со стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием, на внешней стороне средней части корпуса образованы полости вводов электропитания, а на боковой поверхности центральной расточки - радиально направленное сквозное расточное отверстие, при этом электромагнитный привод содержит размещенные коаксиально в крышке магнитопровода две электромагнитные катушки, центральная из них образована с функцией «импульсной» (пусковой) катушки с кратковременным (импульсным) режимом работы, другая - с периферийным расположением, реализована в исполнении «удерживающей» катушки с длительным режимом работы, с меньшей выходной мощностью и энергопотреблением, установленный внутри направляющей гильзы подпружиненный якорь-сердечник, жестко связанный с штоком управления клапана и тягой указателя конечных положений главного запорного органа, расположенной осесимметрично штоку управления и снабженной постоянным магнитом, блок сигнализации и переключений для автоматического отключения импульсной катушки при достижении основным запорным органом верхнего положения и выдачи информации о состоянии клапана («открыто» - «закрыто») на панель управления, блок сигнализации и переключений включает в себя трубчатый корпус, в верхней части которого закреплен блок переключений с тремя герконами, в верхней зоне крышки магнитопровода установлен фонарь из светопроницаемого и удароустойчивого материала, внутри фонаря смонтирована плата со светоизлучающими диодами различного цвета, привод фиксированного ручного дублирования электрического сигнала выполнен в виде размещенного в направляющей боковой расточке корпуса командного блока управления приводного вала с кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и ручкой с возможностью ограниченного поворота вала в горизонтальной плоскости на угол 180 - 190°, а указанная кинематическая связь привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала со штоком управления запорного клапана выполнена в виде образованного на обращенной стороне торцевой стенки приводного вала толкающего пальца с эксцентричным расположением относительно оси поворота с возможностью на такте ручного управления вхождения пальца в зацепление с торцевой поверхностью кольцевого двухстороннего уступа штока управления и формирования пускового сигнала в виде осевого перемещения штока управления в верхнее крайнее рабочее положение или обратно из этого положения в нижнее крайнее исходное состояние, кроме этого, приводной вал снабжен фиксирующим элементом, исключающим осевые перемещения вала и ограничивающим его угол поворота, и выполнен в виде цилиндрического штифта, радиально и консольно закрепленного в отверстие вала, свободный конец которого входит в профилированный паз боковой поверхности корпуса.

2. Резервированный запорный магистральный клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус клапана с впускным и выпускным участками для прохода рабочей среды выполнен в виде монолитной конструкции, а центральная вертикально расположенная расточка корпуса выполнена многоступенчатой с формированием на участке средней ступени основного седла и двух кольцевых цилиндрических проточек, образующих при взаимодействии с главным запорным органом замкнутые кольцевые полости входа и выхода рабочего тела, а на участке меньшей ступени - глухой направляющей цилиндрической расточки, формирующей при взаимодействии с главным запорным органом кольцевую разгрузочную полость, ограниченную днищем глухой расточки, причем корпус конструктивно и функционально выполнен по симметричной горизонтально ориентированной схеме расположения впускного и выпускного участков, включая боковые радиальные каналы, напрямую соединяющие кольцевые проточки входа и выхода центральной расточки корпуса с соответствующими отверстиями впускного и выпускного участков, при этом запорный магистральный клапан сформирован в виде соосно размещенных в центральной многоступенчатой расточке корпуса и направляющем цилиндре двух гидравлически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления главным и вспомогательным запорными органами с запирающими элементами типа «клапан-седло», с общей камерой командного давления, размещенной между указанными устройствами с возможностью сообщения ее через дроссель с источником поступающего давления, устройство управления главным запорным органом состоит из корпуса с основным седлом, с кольцевыми полостями входа и выхода, разделяющего эти полости главного запорного органа с конической уплотняющей частью, и соосно закрепленного с корпусом направляющего цилиндра, при этом главный запорный орган подпружинен относительно противоположно лежащего опорного торца и выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической дифференциальной полой втулки с наружной кольцевой проточкой нагнетания и уплотнением на внешней установочной поверхности - большей ступени, с конической запорной частью - на средней ступени, с осевым наружным центрирующим выступом, образующим меньшую ступень со стороны конической уплотняющей части, и с внутренней сквозной многоступенчатой расточкой, с седлом, образованным в центральном канале меньшей ступени, на поверхности направляющей расточки средней ступени на участке перехода к меньшей ступени сформирована кольцевая коллекторная канавка, образующая при взаимодействии с вспомогательным запорным органом камеру командного давления и соединение ее с наружной кольцевой проточкой нагнетания через радиально направленные дросселирующие каналы, причем главный запорный орган установлен с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения в направляющих расточках неподвижного цилиндра и корпуса и плотного контакта и взаимодействия конической запорной части с седлом входной кольцевой проточки корпуса, при этом в теле центрирующего выступа главного запорного органа опозитно кольцевой проточке выхода рабочей среды выполнена диаметрально расположенная пара радиально ориентированных проходных отверстий с возможностью постоянного сообщения между собой упомянутой кольцевой проточки, кольцевой разгрузочной полости и центрального канала отвода рабочей среды от вспомогательного запорного органа, устройство управления вспомогательным запорным органом конструктивно образовано в виде самостоятельной сборочной единицы с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри охватывающей направляющей расточки большей ступени главного запорного органа и сообщения внутренних полостей с камерой командного давления, устройство содержит корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы, внутри которой соосно наружной поверхности сформированы торцевые направляющие расточки, между которыми образована перегородка со сквозным отверстием, с одной стороны перегородки размещены беззазорно связанные между собой подпружиненные плунжер и шток управления с возможностью в режиме управления ограниченного возвратно-поступательного перемещения, с другой стороны размещен вспомогательный запорный орган, выполненный с наружным кольцевым двухсторонним уступом и цилиндрической направляющей частью с равномерно расположенными и направленными параллельно центральной оси лысками и с переходом ее в участок с конической уплотняющей поверхностью, причем указанный участок снабжен осевым хвостовиком цилиндрической формы, соосно выведенным в зону центрального отводного канала рабочей среды главного запорного органа, при этом вспомогательный запорный орган установлен в расточке гильзы с гарантированным кольцевым зазором и с возможностью одновременного контакта периферийной поверхности направляющей части, конической уплотняющей поверхности и открытого торца двухстороннего уступа с соответствующими поверхностями главного запорного органа и сферической торцевой поверхностью штока управления клапана, причем осевой хвостовик запорного органа сориентирован в центральном канале главного запорного органа с гарантированным кольцевым зазором для прохождения рабочей среды, кроме того, направляющие расточки гильзы снабжены кольцевыми проточками с прямоугольной формой сечения, выполненными на участках, прилегающих к открытым торцам, а узел соединения устройства управления вспомогательным запорным органом выполнен в виде плоских пружинных стопорных колец, установленных с гарантированным радиальным натягом в упомянутых проточках с возможностью ограничения осевых перемещений внутренних составляющих элементов устройства, кроме этого, шток управления клапана снабжен наружным кольцевым двухсторонним уступом с развитыми к периферии торцевыми поверхностями.

3. Резервированный запорный магистральный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочие уплотняющие поверхности седел корпуса и главного запорного органа выполнены коническими и притертыми к соответствующим рабочим коническим поверхностям главного и вспомогательного запорных органов, причем каждая из уплотняющих поверхностей образует боковую поверхность усеченного конуса, коаксиально расположенного относительно соответствующей направляющей расточки, обращенного меньшим основанием в сторону выходного канала, при этом углы усеченного конуса седла и соответствующей конической части запорного органа выполнены с равными значениями в диапазоне от 45 до 52°, а отношение высоты усеченного конуса седла к диаметру его выходного канала выбрано в соответствии с соотношением

Н ук/Dвк=0,06...0,1,

где Н ук - высота усеченного конуса седла, мм;

D вк - диаметр выходного канала седла, мм.

4. Резервированный запорный магистральный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что диаметры сопряжений главного запорного органа с неподвижно закрепленным направляющим цилиндром и с корпусом по седлу клапана выбраны в соответствии с соотношением

D рц/Dск=1,16...1,22,

где D рц - уплотнительный диаметр внутренней расточки неподвижно закрепленного направляющего цилиндра, мм;

D ск - диаметр уплотняющей кромки седла корпуса клапана, мм.

5. Резервированный запорный магистральный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что внешнее уплотнение установочной поверхности главного запорного органа образовано в виде манжетного уплотнения, встроенного в кольцевую прямоугольную канавку, при этом манжетное уплотнение выполнено в виде размещенного в канавке с предварительным натягом упругого резинового круглого кольца и манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала, имеющей в радиальном сечении П-образную форму и установленной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью внутренней расточки направляющего цилиндра и упругим резиновым кольцом, при этом за исходный наружный диаметр обечайки выбран диаметр внутренней расточки направляющего цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидропневмоавтоматики, в частности к запорно-регулирующим устройствам, используемым в газодобывающей, газоперерабатывающей, нефтяной, нефтехимической и химической промышленности для регулирования и перекрытия потоков рабочей среды в трубопроводных технологических линиях или магистралях, транспортирующих преимущественно газообразные среды с высокими давлениями и температурой.

Известен запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана, выполненное в корпусе, и подпружиненный запорный элемент с направляющей цилиндрической поверхностью и уплотняющей конической частью (см. Т.М.Башта, «Гидравлические приводы летательных аппаратов», М.: Машиностроение, 1967 г., с.242, рис.179).

Достоинством известного клапана является его высокая чувствительность, достигаемая обеспечением нулевого перекрытия проходных окон. Такие клапанные устройства просты в изготовлении и достаточно надежны в эксплуатации. Клапан приводится в действие вручную или с помощью механических или электротехнических устройств. Главным недостатком известного клапана являются большие усилия, которые требуются для преодоления сил от давления жидкости на рабочую поверхность запорного элемента. В связи с этим разгрузка клапанов от сил давления жидкости на их рабочие элементы имеет большое практическое значение, так как большие усилия на ручке управления затрудняют работу оператора, а также ограничивают применение клапанов в гидропневмосистемах автоматики, особенно при высоких перепадах давления и при больших проходных сечениях и расходах.

Известен клапан (см. RU 2200265 С1, кл. F16K 3/24, 20.02.2001 г.), содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, седло клапана в виде торцовой кольцевой поверхности, запорный орган, соединенный с приводом, и уплотнительные узлы, при этом в корпусе жестко установлен цилиндрический вкладыш, а запорный элемент выполнен в виде полой втулки ступенчатой формы, установленной в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности цилиндрического вкладыша.

Достоинством известного клапана является то, что он отличается простотой конструкции и компактностью исполнения, достигнутыми в основном вследствие размещения всех деталей клапана непосредственно в ступенчатой цилиндрической расточке корпуса. Кроме того, известный клапан позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения запорного элемента. Конструктивно это достигается тем, что запорный элемент выполнен гидравлически или пневматически разгруженным от статических сил давления жидкости во входной камере, в результате чего исключаются условия возникновения значительных аксиальных составляющих сил, отрицательно воздействующих на привод запорного элемента.

В известном клапане нашли отражение и преимущества выполнения запорных органов с уплотняющими элементами тарельчатого типа. Так, герметичность клапана в закрытом положении обеспечивается за счет приработки (притирки) плоского седла клапана и нижней кромки запорного органа.

Для обеспечения работоспособности данного клапана сопрягаемые между собой направляющие цилиндрические поверхности корпуса, запорного элемента и неподвижно закрепленного вкладыша уплотнены и, следовательно, изготовлены с достаточно малыми кольцевыми зазорами. Учитывая, что при этом должно быть достигнуто и плотное торцовое прилегание запорного элемента к седлу вкладыша, это обстоятельство приводит к необходимости изготовления указанных деталей с высокой точностью. С другой стороны, высокая точность изготовления сопрягаемых пар, например, по направляющим поверхностям во многом обуславливает большую вероятность снижения герметичности клапана из-за отсутствия во время работы возможности самоустанавливания запорного элемента относительно контактной поверхности седла вкладыша.

Недостатком известного клапана является также низкая чувствительность и недостаточное быстродействие, вызванные значительными перекрытиями проходных отверстий вкладыша. В известном клапане, кроме того, при протекании через него рабочей среды высока вероятность формирования турбулентных потоков. Конструкция известного клапана увеличивает путь прохождения рабочей среды, что способствует отложению твердых осадков на элементах клапана и истиранию клапана механическими частицами, находящимися в потоке рабочей среды во взвешенном состоянии.

Для повышения чувствительности клапанов и стабильности давления, а также для обеспечения эффективной разгрузки клапанов от осевых сил в настоящее время широко используются клапаны с серводействием (см. Т.М.Башта, «Гидравлические приводы летательных аппаратов», М.: Машиностроение, 1967 г., с.246, рис.184).

В конструкциях такого типа клапанов помимо основного запорного органа применен вспомогательный запорный орган с уменьшенными геометрическими рабочими параметрами, перемещения которого отслеживает основной запорный орган, перепускающий или закрывающий основной поток рабочей среды под давлением. При открытии вспомогательного запорного органа давление в его камере управления понижается, в результате чего основной запорный орган синхронно открывается. При подаче команды на закрытие вспомогательного запорного органа основной запорный орган автоматически закрывается, причем усилие для открытия клапана с серводействием определяется только площадью запорной части вспомогательного запорного органа и соответствующим управляющим давлением рабочей среды.

Из числа известных аналогов заявляемого технического решения ближайшим аналогом (прототипом) служит запорно-регулирующее устройство нормально закрытого типа с двухступенчатым режимом работы (см. патент RU 2184897 С2, 7 F16K 1/12, опубликованный 10.07.2002, бюллетень №19). Известное устройство содержит максимальное количество сходных с заявляемым клапаном конструктивных признаков, а именно: устройство и клапан содержат корпус с впускным и выпускным участками для прохода рабочей среды, сообщающимися между собой через разделяющие их кольцевые полости, с центральной вертикально расположенной цилиндрической расточкой и соосно размещенными в ней двумя последовательно открываемыми подпружиненными запорными органами, причем соосно с корпусом закреплен направляющий цилиндр для первого - главного запорного органа, расположенного с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра и взаимодействия с седлом, а второй - вспомогательный запорный орган выполнен с уменьшенными геометрическими параметрами по сравнению с первым запорным органом и соединен со штоком управления, при этом направляющий цилиндр второго запорного органа расположен соосно направляющему цилиндру главного запорного органа. В целом это устройство (в дальнейшем - клапан) отличается не только конструктивной сложностью, но и нетехнологичностью из-за необходимости обеспечения не только точности изготовления, а и строгой соосности взаимодействующих между собой деталей, установленных во внутренней ступенчатой расточке корпуса. Сложность конструкции во многом обуславливается труднодоступностью расположения неподвижно установленных седел первого и второго запорных органов со своими элементами крепления и стопорения (контровки).

Для плавного вхождения запорных органов на седла или схода с них при рабочих перемещениях заходные фаски запорных органов должны быть выполнены с высоким качеством. К недостатку следует отнести и то, что применяемые эластомерные уплотнения седел работают в тяжелых условиях, так как при переключениях эти уплотнения последовательно входят-выходят из контакта с запорными органами, испытывая при этом знакопеременные деформации от кромок заходных фасок запорных органов и перепадов давления и температур и, как следствие этого, подвергаются усиленному преждевременному механическому износу, что снижает эксплуатационную надежность и ресурс клапана в целом. Вертикальное расположение присоединительных фланцев накладывает определенные дополнительные технологические трудности в организации осуществления монтажа (демонтажа), технических осмотров, обслуживания и ремонта.

Конструктивное исполнение приведенного клапана-прототипа с соответствующими габаритно-массовыми характеристиками обеспечивает прохождение рабочей среды при открытых запорных органах, однако функциональные возможности его существенно ограничены и отличаются невысокими энергетическими показателями и недостаточной пропускной способностью проводимой среды, что обусловлено конструкцией седла - направляющего цилиндра, перфорированного проходными отверстиями.

Образованные при этом перемычки в окружном направлении существенно снижают полезную площадь расчетного сечения проходного канала седла. Кроме того, конструкция клапана аналога-прототипа повторяет недостаток клапана аналога (см. RU 2200265 С1, кл. F16K 3/24, 20.02.2001 г.), заключающийся в низкой чувствительности и недостаточном быстродействии из-за наличия увеличенных перекрытий проходных окон, образованных в силу конструктивной необходимости размещения и встройки на направляющих поверхностях седел уплотняющих эластомерных элементов.

Следует отметить, что эксплуатационные и потребительские свойства известных клапанов, в том числе и прототипа, во многом ограничиваются невозможностью их прямого (без доработки) применения в системах с дистанционным управлением с помощью электрического сигнала, формируемого соответствующими функциональными кнопками на панели управления с удержанием запорных органов в открытом состоянии.

Недостатком известных технических решений, включая и прототип, является также отсутствие возможности управления запорным клапаном с помощью вспомогательного привода ручного дублирования электрического сигнала, объективно необходимого для осуществления ручного управления клапаном в случаях проведения пусконаладочных или ремонтно-восстановительных работ при отключенной системе электропитания. Кроме того, ручной привод управления в полной мере обеспечивает безотказную эксплуатацию клапана в экстремальных или аварийных ситуациях.

Рост технического уровня эксплуатации магистральных систем с переменным потреблением энергии рабочей среды требует создания запорно-регулирующей аппаратуры с качественно новыми характеристиками. Помимо этого, она должна быть компактной и обладать высокой эксплуатационной технологичностью.

Необходимо отметить, что большинство рассмотренных типов конструкций запорных клапанов, включая конструкцию аналога-прототипа, имеют, как правило, «монофункциональное» применение, поэтому наиболее актуальным на сегодняшний день становится вопрос разработки и создания запорных клапанов универсального применения, сочетающих в себе «многофункциональные» возможности и позволяющих при этом уменьшить существующую номенклатуру конструкций двухкаскадных запорных клапанов.

На существующем уровне техники известные конструкции запорно-регулирующих устройств, включая конструкцию аналога-прототипа, не удовлетворяют разработчиков объектов применения из-за несоответствия запорных устройств специальным требованиям. В частности, выдвигаются требования по выполнению современных принципов агрегатирования и модульности исполнения составляющих элементов. Соблюдение указанных принципов, как известно, открывает возможность проводить автономную отработку технических характеристик и испытания, позволяет выполнить встройку запорно-регулирующего устройства непосредственно в технологическую линию или в линию магистральной системы, а также упростить работы, связанные с монтажом, демонтажем и ремонтом непосредственно на объекте применения.

В совокупности указанные недостатки известного запорно-регулирующего устройства аналога-прототипа в достаточной мере снижают эксплуатационные качества и ограничивают его применение, например, в условиях воздействия высоких температур, давлений и значительной энергии потока «сдросселированного» газа, нередко несущего в своем составе посторонние включения и механические примеси.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание такой конструкции запорного клапана, которая сочетает в себе возможности и достоинства известных запорных устройств, но имеет при этом более надежную, технологичную и ремонтопригодную конструкцию с одновременным достижением других технико-экономических показателей:

- реализация выполнения запорного клапана в виде единого блока-модуля с возможностью легкого встраивания непосредственно в линию магистральной системы и автономной отработки технических характеристик,

- снижение потерь напора и мощности путем сокращения пути и максимального «спрямления» траектории прохождения основного потока рабочей среды через клапан,

- повышение чувствительности и быстродействия запорных органов и снижения гистерезисных явлений на переходных режимах управления,

- повышение работоспособности и герметичности запорных органов клапана в условиях воздействия высоких температур и давлений рабочей среды,

- улучшение и стабилизация параметров герметичности по вспомогательному органу за счет компенсации всевозможных погрешностей, возникающих при изготовлении и вследствие температурных и упругих деформационных процессов в деталях в период эксплуатации, путем возможности его самоустановки на уплотняющее седло главного запорного органа,

- расширение эксплуатационных возможностей запорного клапана и повышение безопасности эксплуатации за счет:

- обеспечения управления клапаном как вручную, так и дистанционно с помощью электрического сигнала, формируемого на панели управления,

- повышения экономичности электромагнитного привода путем создания энергосберегающей магнитной катушки с автоматически изменяемой в процессе работы мощностью,

- автоматической выдачи информации о занимаемой позиции основного запорного органа в клапане («закрыто-открыто»).

В соответствии с «Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления» ПБ 12-529-03 («Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», г.Москва, 2003 г, п.2.4.1, с.31-32) обязательным требованием к газопроводной аппаратуре, в частности, к запорным клапанам, является наличие питающего напряжения на катушке электромагнита в рабочем состоянии клапана, при этом закрытие клапана может осуществляться только снятием напряжения питания с электромагнита. По этой причине, например, клапаны с импульсным управлением не могут быть использованы в качестве отсечных в системах автоматики с использованием природного газа.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом резервированном запорном магистральном клапане модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур, содержащем корпус с впускным и выпускным участками для прохода рабочей среды, сообщающимися между собой через разделяющие их кольцевые полости, с центральной вертикально расположенной цилиндрической расточкой и соосно размещенными в ней двумя последовательно открываемыми подпружиненными запорными органами, причем соосно с корпусом закреплен направляющий цилиндр для первого - главного запорного органа, расположенного с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра и взаимодействия с седлом, а второй - вспомогательный запорный орган выполнен с уменьшенными геометрическими параметрами по сравнению с первым запорным органом и соединен со штоком управления, при этом направляющий цилиндр второго запорного органа расположен соосно направляющему цилиндру главного запорного органа, согласно изобретению запорный магистральный клапан, включающий в себя корпус, главный и вспомогательный запорные органы со штоком управления, дополнительно оснащен приводным механизмом и образован в виде единого блока-модуля с возможностью встраивания непосредственно в магистральную линию и выполнен с резервированной системой управления рабочим процессом, сконфигурированной с возможностью избирательной работы клапана на режимах дистанционного управления и управления с фиксированным ручным дублированием электрического сигнала с общими цепями дистанционной и местной сигнализации по положению главного запорного органа в клапане «закрыто-открыто», при этом приводной механизм вспомогательного и, соответственно, основного запорных органов сформирован в виде соединительного устройства из двух составляющих компонентов - электромагнитного привода и резервного привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала, оба привода кинематически связаны со штоком управления запорного клапана и конструктивно и функционально объединены в единый съемный командный блок управления и жестко связаны общим корпусом и крышкой магнитопровода, в корпусе командного блока управления, для установки электромагнитного привода, образована центральная вертикально расположенная сквозная многоступенчатая расточка с резьбовым участком и направляющей цилиндрической поверхностью для герметичного и соосного подсоединения командного блока управления к направляющему цилиндру запорного клапана, в малую ступень центральной расточки корпуса жестко установлена направляющая гильза с наружным кольцевым опорным буртом из антимагнитного материала со стопом из магнитомягкого материала с центральным отверстием, на внешней стороне средней части корпуса образованы полости вводов электропитания, а на боковой поверхности центральной расточки - радиально направленное сквозное расточное отверстие, при этом электромагнитный привод содержит размещенные коаксиально в крышке магнитопровода две электромагнитные катушки, центральная из них образована с функцией «импульсной» (пусковой) катушки с кратковременным (импульсным) режимом работы, другая - с периферийным расположением, реализована в исполнении «удерживающей» катушки с длительным режимом работы, с меньшей выходной мощностью и энергопотреблением, установленный внутри направляющей гильзы подпружиненный якорь-сердечник, жестко связанный со штоком управления клапана и тягой указателя конечных положений главного запорного органа, расположенной осесимметрично штоку управления и снабженной постоянным магнитом, блок сигнализации и переключений для автоматического отключения импульсной катушки при достижении основным запорным органом верхнего положения и выдачи информации о состоянии клапана («открыто-закрыто») на панель управления, блок сигнализации и переключений включает в себя трубчатый корпус, в верхней части которого закреплен блок переключений с тремя герконами, в верхней зоне крышки магнитопровода установлен фонарь из светопроницаемого и удароустойчивого материала, внутри фонаря смонтирована плата со светоизлучающими диодами различного цвета, привод фиксированного ручного дублирования электрического сигнала выполнен в виде размещенного в направляющей боковой расточке корпуса командного блока управления приводного вала с кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и ручкой с возможностью ограниченного поворота вала в горизонтальной плоскости на угол 180...190°, а указанная кинематическая связь привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала со штоком управления запорного клапана выполнена в виде образованного на обращенной стороне торцовой стенки приводного вала толкающего пальца с эксцентричным расположением относительно оси поворота с возможностью на такте ручного управления вхождения пальца в зацепление с торцовой поверхностью кольцевого двухстороннего уступа штока управления и формирования пускового сигнала в виде осевого перемещения штока управления в верхнее крайнее рабочее положение или обратно из этого положения в нижнее крайнее исходное состояние, кроме того, приводной вал снабжен фиксирующим элементом, исключающим осевые перемещения вала и ограничивающим его угол поворота, и выполнен в виде цилиндрического штифта, радиально и консольно закрепленного в отверстие вала, свободный конец которого входит в профилированный паз боковой поверхности корпуса, согласно изобретению корпус клапана с впускным и выпускным участками для прохода рабочей среды выполнен в виде монолитной конструкции, а центральная вертикально расположенная расточка корпуса выполнена многоступенчатой с формированием на участке средней ступени основного седла и двух кольцевых цилиндрических проточек, образующих при взаимодействии с главным запорным органом замкнутые кольцевые полости входа и выхода рабочего тела, а на участке меньшей ступени - глухой направляющей цилиндрической расточки, формирующей при взаимодействии с главным запорным органом кольцевую разгрузочную полость, ограниченную днищем глухой расточки, причем корпус конструктивно и функционально выполнен по симметричной горизонтально ориентированной схеме расположения впускного и выпускного участков, включая боковые радиальные каналы, напрямую соединяющие кольцевые проточки входа и выхода центральной расточки корпуса с соответствующими отверстиями впускного и выпускного участков, при этом запорный магистральный клапан сформирован в виде соосно размещенных в центральной многоступенчатой расточке корпуса и направляющем цилиндре двух гидравлически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления главным и вспомогательным запорными органами с запирающими элементами типа «клапан-седло», с общей камерой командного давления, размещенной между указанными устройствами с возможностью сообщения ее через дроссель с источником поступающего давления, устройство управления главным запорным органом состоит из корпуса с основным седлом, с кольцевыми полостями входа и выхода, разделяющего эти полости главного запорного органа с конической уплотняющей частью, и соосно закрепленного с корпусом направляющего цилиндра, при этом главный запорный орган подпружинен относительно противоположно лежащего опорного торца и выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической дифференциальной полой втулки с наружной кольцевой проточкой нагнетания и уплотнением на внешней установочной поверхности - большей ступени, с конической запорной частью - на средней ступени, с осевым наружным центрирующим выступом, образующим меньшую ступень со стороны конической уплотняющей части и с внутренней сквозной многоступенчатой расточкой, с седлом, образованным в центральном канале меньшей ступени, на поверхности направляющей расточки средней ступени на участке перехода к меньшей ступени сформирована кольцевая коллекторная канавка, образующая при взаимодействии с вспомогательным запорным органом камеру командного давления и соединение ее с наружной кольцевой проточкой нагнетания через радиально направленные дросселирующие каналы, причем главный запорный орган установлен с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения в направляющих расточках неподвижного цилиндра и корпуса и плотного контакта и взаимодействия конической запорной части с седлом входной кольцевой проточки корпуса, при этом в теле центрирующего выступа главного запорного органа опозитно кольцевой проточке выхода рабочей среды выполнена диаметрально расположенная пара радиально ориентированных проходных отверстий с возможностью постоянного сообщения между собой упомянутой кольцевой проточки, кольцевой разгрузочной полости и центрального канала отвода рабочей среды от вспомогательного запорного органа, устройство управления вспомогательным запорным органом конструктивно образовано в виде самостоятельной сборочной единицы с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри охватывающей направляющей расточки большей ступени главного запорного органа и сообщения внутренних полостей с камерой командного давления, устройство содержит корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы, внутри которой соосно наружной поверхности сформированы торцовые направляющие расточки, между которыми образована перегородка со сквозным отверстием, с одной стороны перегородки размещены беззазорно связанные между собой подпружиненные плунжер и шток управления с возможностью в режиме управления ограниченного возвратно-поступательного перемещения, с другой стороны - размещен вспомогательный запорный орган, выполненный с наружным кольцевым двухсторонним уступом и цилиндрической направляющей частью с равномерно расположенными и направленными параллельно центральной оси лысками и с переходом ее в участок с конической уплотняющей поверхностью, причем указанный участок снабжен осевым хвостовиком цилиндрической формы, соосно выведенным в зону центрального отводного канала рабочей среды главного запорного органа, при этом вспомогательный запорный орган установлен в расточке гильзы с гарантированным кольцевым зазором и с возможностью одновременного контакта периферийной поверхности направляющей части, конической уплотняющей поверхности и открытого торца двухстороннего уступа с соответствующими поверхностями главного запорного органа и сферической торцовой поверхностью штока управления клапана, причем осевой хвостовик запорного органа сориентирован в центральном канале главного запорного органа с гарантированным кольцевым зазором для прохождения рабочей среды, кроме того, направляющие расточки гильзы снабжены кольцевыми проточками с прямоугольной формой сечения, выполненными на участках, прилегающих к открытым торцам, а узел соединения устройства управления вспомогательным запорным органом выполнен в виде плоских пружинных стопорных колец, установленных с гарантированным радиальным натягом в упомянутых проточках с возможностью ограничения осевых перемещений внутренних составляющих элементов устройства, кроме того, шток управления клапана снабжен наружным кольцевым двухсторонним уступом с развитыми к периферии торцовыми поверхностями, согласно изобретению рабочие уплотняющие поверхности седел корпуса и главного запорного органа выполнены коническими и притертыми к соответствующим рабочим коническим поверхностям главного и вспомогательного запорных органов, причем каждая из уплотняющих поверхностей образует боковую поверхность усеченного конуса, коаксиально расположенного относительно соответствующей направляющей расточки, обращенного меньшим основанием в сторону выходного канала, при этом угол усеченного конуса седла и соответствующей конической части запорного органа выполнены с равными значениями в диапазоне от 45° до 52°, а отношение высоты усеченного конуса седла к диаметру его выходного канала выбрано в соответствии с соотношением:

Н ук/Dвк=0,06...0,1,

где Н ук - высота усеченного конуса седла, мм,

D вк - диаметр выходного канала седла, мм,

согласно изобретению диаметры сопряжений главного запорного органа с неподвижно закрепленным направляющим цилиндром и с корпусом по седлу клапана выбраны в соответствии с соотношением:

D рц/Dск=1,16...1,22,

где D рц - уплотнительный диаметр внутренней расточки неподвижно закрепленного направляющего цилиндра, мм,

D ск - диаметр уплотняющей кромки седла корпуса клапана, мм,

согласно изобретению внешнее уплотнение установочной поверхности главного запорного органа образовано в виде манжетного уплотнения, встроенного в кольцевую прямоугольную канавку, при этом манжетное уплотнение выполнено в виде размещенного в канавке с предварительным натягом, упругого резинового круглого кольца и манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала, имеющей в радиальном сечении П-образную форму и установленной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью внутренней расточки направляющего цилиндра и упругим резиновым кольцом, при этом за исходный наружный диаметр обечайки выбран диаметр внутренней расточки направляющего цилиндра.

Предложенное техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогом-прототипом и другими известными решениями, обеспечивающими достижение поставленной цели - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных показателей запорного клапана. Отличительной особенностью предлагаемого клапана является то, что его основные составляющие части - взаимодействующие между собой автоматические устройства управления главным и вспомогательным запорными органами вместе со штоком управления и приводным механизмом конструктивно и функционально объединены в единый модульный блок с горизонтально ориентированными участками впуска и выпуска рабочей среды.

Блок отличается более высокой технологичностью, возможностью легкой встройки непосредственно в линию магистральной системы и автономной отработки технических характеристик.

Перевод работы запорного клапана на клапанную систему распределения и отсечку рабочей среды значительно повышает эффективность работы этой системы и обеспечивает надежное и мгновенное срабатывание клапана из-за нулевых перекрытий проходных окон, при этом достигается высокая степень герметичности и минимально допустимые перетоки в режиме закрытия за счет сведения контактных уплотняемых поверхностей к минимальным значениям.

Благодаря указанной особенности повышается чувствительность и быстродействие клапана и создаются реальные возможности для его использования и применения в гидропневмосистемах с автоматическим управлением в условиях воздействия высоких температур и перепадов давлений.

Образование в главном запорном органе наружного центрирующего выступа со стороны расположения уплотняющей запорной части с возможностью постоянного контакта с направляющей расточкой корпуса обеспечивает лучшую установку по седлу и позволяет повысить эффективность уплотнения запорной части и исключить вероятность возникновения пневмоударов, автоколебаний и вибраций клапана при прохождении рабочей среды, а образование гарантированного кольцевого зазора по наружной поверхности двухстороннего уступа вспомогательного запорного органа обеспечивает его стабильное положение и плотный контакт с уплотняющей поверхностью седла главного запорного органа.

Конструктивная и технологическая простота исполнения главного запорного органа с возможностью максимального «спрямления» траектории проводимой рабочей среды позволила решить задачу увеличения пропускной способности клапана без изменения его габаритно-массовых характеристик.

Использование в качестве внешнего уплотнения главного запорного органа рационального сочетания упругого резинового кольца и облегающей его манжеты-обечайки из полимерного антифрикционного материала, например, из фторопласта, позволяет минимизировать величину трения перемещения запорного органа и повысить ресурс работы клапана в целом.

Цилиндрический хвостовик вспомогательного запорного органа, соосно выведенного в зону центрального отводного канала главного запорного органа, обеспечивает выравнивание окружной неравномерности потока и снижение пульсаций при высоких скоростях истечения газовой среды.

Выполнение приводного механизма в виде единого съемного командного блока управления, состоящего из электромагнитного привода с автоматически изменяемой в процессе работы мощностью, резервного привода ручного дублирования электрического сигнала и блока сигнализации переключений, позволяет осуществлять управление запорным клапаном как вручную, так и дистанционно с помощью электросигнала, формируемого нажатием одной из кнопок панели управления с автоматическим удержанием запорных органов в открытом положении с выдачей информации о занимаемой позиции основного запорного органа в клапане («открыто-закрыто») через линию дистанционной сигнализации.

В целом предлагаемое техническое решение обусловлено необходимостью обеспечения компактности размещения заявляемого клапана в магистральных газовых линиях или системах и удобства обслуживания и подсоединения к нему соответствующих трубопроводов питания.

Заявляемое техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогом-прототипом и другими известными решениями, обеспечивающим достижение поставленной задачи - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств запорного магистрального клапана, выполненного в варианте модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид, разрез резервированного запорного магистрального клапана модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур с двумя последовательно взаимодействующими между собой автоматическими устройствами 53 и 54 управления главным 5 и вспомогательным 6 запорными органами со съемным командным блоком управления 12. Электрические сигналы управления отсутствуют;

- на фиг.2 показано место А на фиг.1 - конструктивное исполнение седла 8 главного запорного органа 5;

- на фиг.3 показано место Б на фиг.1 - конструктивное исполнение внешнего уплотнительного устройства 60 главного запорного органа 5;

- на фиг.4 показано место В на фиг.1, разрез съемного командного блока управления 12 - приводного механизма для вспомогательного 6 и основного 5 запорных органов;

- на фиг.5 показано место Г на фиг.1, разрез автоматического устройства 54 управления вспомогательным запорным органом 6;

- на фиг.6 показан общий вид, разрез резервированного запорного магистрального клапана модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур с двумя последовательно взаимодействующими между собой автоматическими устройствами 53 и 54 управления главным 5 и вспомогательным 6 запорными органами. Поданы электрические сигналы управления на электромагнитный привод 10 блока управления 12;

- на фиг.7 показан общий вид, разрез резервированного запорного магистрального клапана модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур с двумя последовательно взаимодействующими между собой автоматическими устройствами 53 и 54 управления главным 5 и вспомогательным 6 запорными органами. Электрические сигналы управления отсутствуют. Приводной вал 39 резервного привода фиксированного ручного дублирования электрического сигнала 11 повернут от исходного положения в положение «ОТКРЫТО» на угол 180...190°. Вспомогательный 6 и главный 5 запорные органы кинематически приведены в открытые положения.

Резервированный запорный магистральный клапан модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур (фиг.1) содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 участками для прохода рабочей среды, с центральной вертикально расположенной цилиндрической расточкой 4 и соосно размещенными в ней двумя последовательно открываемыми подпружиненными запорными органами 5 и 6, причем соосно с корпусом 1 закреплен направляющий цилиндр 7 для первого - главного запорного органа 5, расположенного с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра 7 и взаимодействия с седлом 8 (фиг.2), а второй - вспомогательный запорный орган 6 с уменьшенными геометрическими размерами по сравнению с первым запорным органом 5 беззазорно состыкован со штоком управления 9.

Запорный клапан, включающий в себя корпус 1, главный 5 и вспомогательный 6 запорные органы со штоком управления 9, оснащен приводным механизмом, состоящим из электромагнитного привода 10 и резервного привода 11 фиксированного ручного дублирования электрического сигнала.

Оба привода кинематически связаны со штоком управления 9 запорного клапана и конструктивно и функционально объединены в единый съемный командный блок управления 12 и жестко связаны общим корпусом 13 и крышкой магнитопровода 14. В корпусе 13 (фиг.4) для установки электромагнитного привода 10 образована центральная вертикально расположенная сквозная многоступенчатая расточка 15 с резьбовым участком 16 и направляющей цилиндрической поверхностью 17 для герметичного и соосного подсоединения блока управления 12 к направляющему цилиндру 7.

В малую ступень 18 центральной расточки 15 жестко установлена направляющая гильза 19 с наружным кольцевым опорным буртом 20 и стопом 21 с центральным отверстием 22. На внешней стороне средней части корпуса 13 образованы полости вводов электропитания 23, а на боковой поверхности центральной расточки 24 - радиально направленное расточное отверстие 25.

Электромагнитный привод 10 содержит размещенные коаксиально в крышке магнитопровода 14 две электромагнитные катушки, центральная из них 26 - импульсная, другая - 27 с периферийным расположением выполнена с функцией «удерживающей» катушки.

Внутри направляющей гильзы 19 размещен подпружиненный якорь-сердечник 28, жестко связанный со штоком управления 9 клапана и тягой указателя конечных положений 29 главного запорного органа 5, расположенной осесимметрично штоку управления 9 и снабженной постоянным магнитом 30. Электромагнитный привод 10 снабжен блоком сигнализации и переключений 31, включающим в себя трубчатый корпус 32, в верхней части которого закреплен блок переключений с тремя герконами 33, 34 и 35. В верхней зоне крышки магнитопровода 14 установлен фонарь 36, а внутри фонаря смонтирована плата 37 со светоизлучающими диодами 38 различного цвета.

Привод фиксированного ручного дублирования электрического сигнала 11 выполнен в виде размещенного в направляющей боковой расточке 25 корпуса 13 приводного вала 39 с уплотнительными элементами 40 и ручкой 41. Кинематическая связь между приводом 11 фиксированного ручного дублирования электрического сигнала и штоком управления 9 выполнена в виде образованного на торцовой стенке 42 приводного вала 39 толкающего пальца 43 с возможностью вхождения его в зацепление с торцовой поверхностью 90 кольцевого двухстороннего уступа 89 штока управления 9. Приводной вал 39 снабжен фиксирующим элементом в виде цилиндрического радиально установленного штифта 44.

Центральная вертикально расположенная расточка 4 корпуса 1 (фиг.1) выполнена многоступенчатой. На участке средней ступени сформированы основное седло 8 (фиг.2) и две кольцевые цилиндрические проточки 45 и 46 (фиг.1), образующие при взаимодействии с главным запорным органом 5 замкнутые кольцевые полости входа 47 и выхода 48, сообщенные с участками впуска 2 и выпуска 3 через каналы 49 и 50 соответственно. На участке меньшей ступени центральной расточки 4 образована глухая направляющая цилиндрическая расточка 51, формирующая при взаимодействии с главным запорным органом 5 разгрузочную полость 52. Запорный магистральный клапан образован в виде соосно размещенных в центральной многоступенчатой расточке 4 корпуса 1 и направляющем цилиндре 7 двух гидравлически связанных и последовательно взаимодействующих между собой автоматических устройств управления: 53 - главным запорным органом 5 и 54 - вспомогательным запорным органом 6. Между устройствами управления 53 и 54 размещена общая камера командного давления 55 (фиг.5), сообщенная через дроссельные отверстия 56 с источником управляющего давления через кольцевую полость входа 47 и входной канал 49 (фиг.1).

Устройство управления 53 главным запорным органом 5 состоит из корпуса 1 с основным седлом 8 (фиг.2), с кольцевыми полостями входа 47 и выхода 48, разделяющего эти полости главного запорного органа 5 с конической уплотняющей частью 57, и соосно закрепленного с корпусом 1 направляющего цилиндра 7, при этом главный запорный орган 5 подпружинен относительно противоположно лежащего опорного торца 58 и выполнен в форме многоступенчатой цилиндрической дифференциальной полой втулки с наружной кольцевой проточкой нагнетания 59 и уплотнением 60 (фиг.3) на внешней установочной поверхности большей ступени 61, с конической запорной частью 57 - на средней ступени 62 и с осевым наружным центрирующим выступом, образующим меньшую ступень 63.

Внутри главного запорного органа 5 образована сквозная многоступенчатая расточка 64 с седлом 65 (фиг.5), образованным в центральном канале 66 меньшей ступени, на поверхности направляющей расточки 67 средней ступени, на участке перехода к меньшей ступени, сформирована кольцевая коллекторная канавка 68, образующая при взаимодействии с вспомогательным запорным органом 6 камеру командного давления 55 и соединение ее с наружной кольцевой проточкой нагнетания 59 (фиг.1) через радиально направленные дросселирующие каналы 56.

В теле центрирующего выступа 63 главного запорного органа 5 на участке расположения кольцевой полости выхода 48 выполнена диаметрально расположенная пара радиально ориентированных проходных отверстий 69 и 70 с возможностью постоянного сообщения между собой упомянутой кольцевой полости выхода 48, кольцевой разгрузочной полости 52 и центрального канала 66 отвода рабочей среды от вспомогательного запорного органа 6.

Устройство 54 (фиг.5) содержит корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы 71, внутри которой соосно наружной поверхности сформированы торцовые направляющие расточки 72 и 73, между которыми образована перегородка 74 со сквозным отверстием 75. В расточке 72 размещены беззазорно связанные между собой подпружиненный плунжер 76 и шток управления 9 с возможностью осевого перемещения. В расточке 73 размещен вспомогательный запорный орган 6, выполненный с наружным кольцевым двухсторонним уступом 77 и цилиндрической направляющей частью 78 с равномерно расположенными и направленными параллельно центральной оси лысками 79 и с переходом ее в участок с конической уплотняющей поверхностью 80, который снабжен осевым хвостовиком 81 цилиндрической формы, выведенным в зону центрального отводного канала 66 главного запорного органа 5. Вспомогательный запорный орган 6 установлен в расточке 73 гильзы 71 с гарантированным кольцевым зазором 82 и с возможностью одновременного контакта направляющей части 78, конического уступа 80 и открытого торца 83 двухстороннего уступа 77 с соответствующими поверхностями главного запорного органа 5 и сферической торцовой поверхностью 84 штока управления 9. Осевой хвостовик 81 запорного органа 6 соосно сориентирован в центральном канале 66 главного запорного органа с гарантированным кольцевым зазором 85.

Направляющие расточки 72 и 73 гильзы 71 снабжены кольцевыми проточками 86 и 87, а узел соединения устройства 54 управления вспомогательным запорным органом 6 выполнен в виде плоских пружинных стопорных колец 88, установленных с гарантированным радиальным натягом в проточках 86 и 87 с возможностью ограничения осевых перемещений внутренних составляющих элементов - вспомогательного запорного органа 6, плунжера 76 и штока управления 9. Шток управления 9 снабжен кольцевым двухсторонним уступом 89 (фиг.4) с развитыми к периферии торцовыми поверхностями 90 и 91.

Рабочие уплотняющие поверхности седла 8 (фиг.2) корпуса 1 и седла 65 (фиг.5) главного запорного органа 5 (фиг.1) выполнены коническими и притертыми к соответствующим рабочим коническим поверхностям главного и вспомогательного запорных органов 5 и 6 соответственно. Каждая из уплотняющих поверхностей образует боковую поверхность усеченного конуса.

Внешнее уплотнение 60 (фиг.3З) установочной поверхности главного запорного органа 5 образовано в виде манжетного уплотнения, встроенного в кольцевую прямоугольную канавку 92. Манжетное уплотнение состоит из резинового круглого кольца 93 и манжеты-обечайки 94 из полимерного антифрикционного материала, например, из фторопласта, имеющей в радиальном сечении П-образную форму, установленной в канавке 92 с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями 95 и 96 с поверхностью внутренней расточки направляющего цилиндра 7 и упругим резиновым кольцом 93. Внутренние полости клапана, находящиеся под давлением, герметизируются относительно окружающей среды соответствующими кольцами и прокладками.

Резервированный запорный магистральный клапан работает следующим образом:

В режиме исходного рабочего состояния. К клапану в канал входа 49 подведено номинальное рабочее давление от источника магистральной газовой системы. Электрический сигнал управления отсутствует. Клапан закрыт. Привод ручного управления 11 находится в положении «ЗАКРЫТО». Замкнут контакт нижнего геркона 33 закрытого положения (фиг.1).

Рабочее давление через канал входа 49, кольцевую полость входа 47 корпуса 1 и дроссельные отверстия 56 (фиг.5) главного запорного органа 5 поступает в камеру командного давления 55, откуда через образованные лыски 79 и осевые отверстия во вспомогательном запорном органе 6 проходит во внутренние полости устройств управления 53 и 54 главного и вспомогательного запорных органов. Таким образом давление рабочей среды во внутренних полостях устройств управления 53 и 54 равно давлению входа. В связи с тем, что площадь направляющей и уплотненной части 61 главного запорного органа 5 выполнена больше площади седла 8 (фиг.2) корпуса 1, закрываемой главным запорным органом 5, последний перемещается в сторону расположения выходного канала 50 и закрывает седло 8 с силой, пропорциональной разности вышеуказанных площадей, исключая переток рабочей среды под давлением в кольцевую полость выхода 48.

Одновременно вспомогательный запорный орган 6 рабочим давлением прижимается к седлу 65 (фиг.5) главного запорного органа 5, исключая переток рабочей среды под давлением через центральный отводной канал 66. Главный 5 и вспомогательный 6 запорные органы дополнительно прижимаются к своим седлам пружинами сжатия, установленными во внутренних полостях устройств управления 53 и 54.

В режиме прокачки через клапан рабочей среды под давлением. К клапану в канал входа 49 подведено номинальное рабочее давление от источника магистральной газовой системы. На электромагнитный привод 10 (в «импульсную» катушку 26 и катушку «удерживания» 27) подан электрический сигнал управления. Привод ручного дублирования 11 (ручка 41) находится в положении «ЗАКРЫТО» (фиг.6).

Под действием электрического сигнала управления якорь-сердечник 28 втягивается (перемещается вверх по схеме) вместе с присоединенным к нему штоком управления 9, преодолевая усилие пружин устройств управления 53 и 54. Синхронно штоку 9 в том же направлении перемещается цилиндрическая гильза 71 устройства управления 54 вместе с вспомогательным запорным органом 6, который отходит от седла 65 главного запорного органа 5 (фиг.5), при этом внутренняя полость над запорным органом 5 соединяется через центральный канал 66 и проходные отверстия 69 и 70 (фиг.1) с кольцевой полостью выхода 48.

Благодаря дроссельным отверстиям 56 (фиг.5), проходные сечения которых могут быть выбраны достаточно малыми, происходит резкое падение давления во внутренней полости главного запорного органа 5, что вызывает его подъем на рабочий ход из-за возникновения выталкивающей силы от действующего в кольцевой полости входа 47 давления рабочей среды.

Основной поток этой среды под давлением через седло 8 и среднюю расточку корпуса 1 направляется в канал 50 выхода рабочей среды. После прохождения запорным органом 5 рабочего хода, а вместе с ним и тяги указателя конечных положений 29 (фиг.6) с магнитом 30, нижний геркон 33 закрытого положения клапана размыкается, а верхний геркон 34 замыкается, чем формируются электрический и световой сигналы об открытии запорного клапана. Одновременно магнитом 30 размыкается переключающий геркон 35 (фиг.4) блока сигнализации и переключений 31, чем достигается отключение импульсной катушки 26, при этом «удерживающая» катушка 27 остается под напряжением с меньшей потребляемой мощностью, но достаточной для удержания запорных органов 5 и 6 в открытом состоянии.

Для закрытия клапана «удерживающая» катушка 27 отключается, при этом запорные органы 5 и 6 возвращаются в исходное закрытое положение, прекращая движение потока рабочей среды через клапан. Таким образом осуществляется двухступенчатый режим работы запорного клапана.

В случаях ручного управления открытием запорного клапана (фиг.7) производится поворот ручки 41 привода ручного дублирования электрического сигнала 11 в направлении «ОТКРЫТО» на угол 180...190° до упора, при этом боковой эксцентрично расположенный толкающий палец 43 приводного вала 39 входит в контактное сцепление с торцовой поверхностью 90 двухстороннего уступа 89 штока управления 9 и перемещает его в направлении расположения электромагнитного привода 10 на величину рабочего хода главного запорного органа 5, равного двойному эксцентриситету расположения толкающего пальца 43 относительно оси вращения приводного вала 39. Дальнейший процесс происходит аналогично описанному выше, когда открытие запорного клапана осуществляется с помощью электромагнитного привода 10 путем подачи на него электрического сигнала управления.

Предлагаемый запорный клапан с заявленной совокупностью существенных конструктивных признаков обуславливает получение технического результата - возможности создания перспективного ряда запорных магистральных клапанов модульного исполнения для встроенного монтажа, отличающихся эксплуатационной надежностью, безопасностью и расширенной областью использования как в составе устройств автоматики для магистральных газовых систем, так и самостоятельного применения на входе газового технологического оборудования средней и большой мощности, за счет возможности осуществления управления запорным органом клапана как вручную, так и дистанционно с помощью электросигналов, формируемых на пультах управления с выдачей необходимой информации о работе клапана через линию дистанционной сигнализации.

Заявляемый клапан обеспечивает снижение потребляемой мощности более чем на порядок по сравнению с известными конструкциями электромагнитных клапанов.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2347124

patent-2347124.pdf

Класс F16K1/12 с расположенным по оси потока запорным элементом, омываемым потоком при открытом клапане 

Класс F16K31/05 для ручного управления клапанами или для комбинированного управления с помощью двигателя и вручную 

устройство перевода на ручное управление для линейных приводов -  патент 2523458 (20.07.2014)
силовая ступень для ручного привода трубопроводной арматуры -  патент 2416051 (10.04.2011)
система ручного и автоматического привода для клапана и комплектующий набор для них -  патент 2406905 (20.12.2010)
клапан герметический вентиляционный защитный -  патент 2386877 (20.04.2010)
электропривод запорной арматуры -  патент 2366848 (10.09.2009)
электропривод запорной арматуры -  патент 2364780 (20.08.2009)
резервированный запорный магистральный электропневматический клапан модульного исполнения для встроенного монтажа, высоких давлений и температур -  патент 2350813 (27.03.2009)
электроприводной исполнительный механизм вентиля (варианты) -  патент 2334152 (20.09.2008)
привод с комбинированным управлением от электродвигателя и вручную -  патент 2332607 (27.08.2008)
электропривод -  патент 2330204 (27.07.2008)

Класс F16K39/02 для подъемных клапанов 

сборная головка клапана, съемная в полевых условиях -  патент 2525987 (20.08.2014)
трубопроводная арматура со съемными внутренними исполнительными механизмами -  патент 2521695 (10.07.2014)
орган управления расходом текучей среды, предназначенный для применения в трубопроводной арматуре -  патент 2521426 (27.06.2014)
вентиль -  патент 2520792 (27.06.2014)
орган управления расходом текучей среды, предназначенный для применения в трубопроводной арматуре -  патент 2519290 (10.06.2014)
рагруженный клапан -  патент 2516994 (27.05.2014)
орган управления расходом текучей среды, предназначенный для применения в трубопроводной арматуре -  патент 2508490 (27.02.2014)
устройство для запирания и отпирания потока текучей среды, а также соответствующий способ -  патент 2473829 (27.01.2013)
вентиль высокого давления -  патент 2449196 (27.04.2012)
уплотнительный узел устройства регулирования давления текучей среды -  патент 2408811 (10.01.2011)
Наверх