запорно-регулирующий клапан

Формула изобретения

Запорно-регулирующий клапан, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный выполнен в виде ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом ступенчатом, сопрягаемом с ним отверстии корпуса и образующего с последним гидравлическую полость, при этом его начало расположено во входном канале, причем ступенчатый шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения упором ступенчатого штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнено радиальное отверстие с расположенным в нем поршнем со штоком, подпоршневая полость которого заполнена жидкостью (маслом) и соединена каналом с гидравлической полостью, а шток установлен с возможностью взаимодействия со штоком поршня, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе, отличающийся тем, что ступенчатый шток выполнен трехступенчатым, причем его начало представляет собой ступень среднего диаметра, ступень меньшего диаметра расположена перед упором, а гидравлическую полость с корпусом образует ступень большего диаметра, при этом запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, по размеру и количеству идентичными отверстиям в трубчатой части седла, также выполненными радиальными, при этом наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости с трубчатой частью седла, которая через канал сообщается с полостью над ступенью большего диаметра, при этом запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия и регулирования расхода транспортируемой среды.

Известен запорно-регулирующий клапан, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный выполнен в виде дополнительного штока с пазом, буртиком и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом сопрягаемом с ним отверстии корпуса, при этом его начало расположено во входном канале, причем дополнительный шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец разгрузочного затвора с буртиком и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения дополнительным штоком вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнен радиальный паз с расположенным в нем штоком с пазом на конце, в котором расположено связанное с ним короткое плечо Г-образного рычага, установленного на оси с возможностью поворота на ней, а на конце длинного плеча рычага выполнен упор, взаимодействующий с пазом дополнительного штока, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующего затворе (патент РФ №2253788, 7МПК F16K 39/04, 1/12, 23.09.2003).

Недостатком известного клапана является невозможность его использования при больших перепадах давления, когда одноступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.

Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены два затвора: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный со штоком, при этом клапан снабжен дополнительным затвором, седло которого закреплено в нижней части корпуса соосно со штоком, а запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды и его седло закреплено в корпусе соосно со штоком, причем в полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором, при этом регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, а его ступени связаны со штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока (патент РФ №2162179, 7МПК F16K 1/44, 22.05.2000).

Недостатком известного клапана является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков выбранным в качестве прототипа является клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный выполнен в виде ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом ступенчатом сопрягаемом с ним отверстии корпуса и образующего с последним гидравлическую полость, при этом его начало расположено во входном канале, причем ступенчатый шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения упором ступенчатого штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнено радиальное отверстие с расположенным в нем поршнем со штоком, подпоршневая полость которого заполнена жидкостью (маслом) и соединена каналом с гидравлической полостью, а шток установлен с возможностью взаимодействия со штоком поршня, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе (патент РФ №2255262, 7МПК Р16K 31/12, 1/12, 18.11.2003).

Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что при больших перепадах давления одноступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.

Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышалась надежность и увеличивалась долговечность работы клапана.

Для достижения названного технического результата в корпусе запорно-регулирующего клапана с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор - разгрузочный выполнен в виде ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью на конце, расположенного в сквозном осевом ступенчатом сопрягаемом с ним отверстии корпуса и образующего с последним гидравлическую полость, при этом его начало расположено во входном канале, причем ступенчатый шток установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец ступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненным трубчатым с отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, а внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения упором ступенчатого штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнено радиальное отверстие с расположенным в нем поршнем со штоком, подпоршневая полость которого заполнена жидкостью (маслом) и соединена каналом с гидравлической полостью, а шток установлен с возможностью взаимодействия со штоком поршня, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе.

Заявляемый запорно-регулирующий клапан отличается от прототипа тем, что ступенчатый шток выполнен трехступенчатым, причем его начало представляет собой ступень среднего диаметра, ступень меньшего диаметра расположена перед упором, а гидравлическую полость с корпусом образует ступень большего диаметра, при этом запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, по размеру и количеству идентичными отверстиям в трубчатой части седла, также выполненными радиальными, при этом наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости с трубчатой частью седла, которая через канал сообщается с полостью над ступенью большего диаметра, при этом запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе.

Предлагаемое изобретение представлено на чертеже, где изображен продольный разрез клапана в закрытом положении.

Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены два затвора, связанные со штоком 4, перемещаемым приводом 5.

Первый затвор - разгрузочный выполнен в виде трехступенчатого штока 6 с упором 7 и уплотнительной поверхностью 8 на конце 9, который расположен в сквозном осевом ступенчатом сопрягаемом с ним отверстии 10 корпуса. Начало 11 трехступенчатого штока представляет собой ступень 12 среднего диаметра и расположено во входном канале корпуса, ступень 13 меньшего диаметра расположена перед упором, а ступень 14 большего диаметра образует с корпусом гидравлическую полость 15. Трехступенчатый шток установлен с возможностью осевого перемещения, а его подвижность ограничена крайними положениями перемещения. Конец трехступенчатого штока с упором и уплотнительной поверхностью расположен соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора 16 (в сборе) с уплотнительным элементом 17, разгрузочным отверстием 18, уплотнительной поверхностью 19 и трубчатой частью 20 с радиальными отверстиями 21, расположенной за уплотнительной поверхностью по ходу потока транспортируемой среды. В одном крайнем положении трехступенчатый шток взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие, а в другом крайнем положении упором прижимает запорно-регулирующий затвор к корпусу.

Запорно-регулирующий затвор размещен в седле 22 с уплотнительным элементом 23 и трубчатой частью 24 с радиальными отверстиями 25, по размеру и количеству идентичными отверстиям в трубчатой части запорно-регулирующего затвора и расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока транспортируемой среды. Наружный диаметр запорно-регулирующего затвора до уплотнительной поверхности выполнен ступенчатым, причем ступень 26 меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости 27 с трубчатой частью седла, которая через канал 28 сообщается с полостью 29 над ступенью 30 большего диаметра. Внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента и наружный диаметр ступени большего диаметра запорно-регулирующего затвора выполнены сопрягаемыми. Запорно-регулирующий затвор установлен с возможностью осевого перемещения трехступенчатым штоком вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом он обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе.

В центральной части корпуса выполнено радиальное отверстие 31 с расположенным в нем поршнем 32 со штоком 33, подпоршневая полость 34 которого заполнена жидкостью (маслом) и соединена каналом 35 с гидравлической полостью, а шток установлен с возможностью взаимодействия со штоком поршня.

В корпусе выполнены отверстия 36, соединяющие входной и выходной каналы при открытом запорно-регулирующего затворе.

Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) шток 4 находится в крайнем верхнем положении, как и поршень 32 со штоком 33. Трехступенчатый шток 6 под действием давления транспортируемой среды из-за разных эффективных площадей сечения на торцах ступеней 12, 13 среднего и меньшего диаметров соответственно своей уплотнительной поверхностью 8 прижимается к уплотнительному элементу 17 запорно-регулирующего затвора 16, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 18.

Запорно-регулирующий затвор 16 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 19 прижимается к уплотнительному элементу 23 седла 22, герметично перекрывая поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3.

При необходимости открытия клапана и регулирования расхода транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 вниз. В свою очередь, шток 4 перемещает шток 33 с поршнем 32 вниз с усилием, создающим давление в подпоршневой полости 34 и позволяющим переместить трехступенчатый шток 6 от уплотнительного элемента 17 запорно-регулирующего затвора 16, открывая разгрузочное отверстие 18 для прохода среды, находящейся в полости 29 над запорно-регулирующим затвором 16 для его разгрузки и в полости 27 для разгрузки уплотнительного элемента 23 седла 22 перед открытием запорно-регулирующего затвора 16. Использование разгрузочного затвора в виде трехступенчатого штока 6 позволит значительно снизить усилие привода 5 для его перемещения при открытии разгрузочного отверстия 18 и регулировании расхода транспортируемой среды При дальнейшем движении трехступенчатый шток 6 упором 7 упирается в запорно-регулирующий затвор 16 (в сборе) и перемещает его вдоль трубчатой части 24 седла 22 от уплотнительного элемента 23, открывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 через отверстия 36, радиальные отверстия 25, полость 27 и далее через радиальные отверстия 21 трубчатой части 20 в выходной канал 3. Регулирование расхода транспортируемой среды осуществляется перемещением штока 4 до необходимого положения и его остановкой. Каждому положению штока 4 соответствует определенное положение запорно-регулирующего затвора 16, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды через радиальные отверстия 25 и 21, при этом перепад давления поровну распределяется между обеими ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующего затвора 16.

При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 вверх. В результате давление в подпоршневой полости 34 и связанной с ней каналом 35 гидравлической полости 15 падает, в результате чего трехступенчатый шток 6 под действием давления транспортируемой среды из-за разных эффективных площадей сечения на торцах ступеней 12, 13 среднего и меньшего диаметров соответственно перемещается к уплотнительному элементу 17 запорно-регулирующего затвора 16, закрывая разгрузочное отверстие 18 и перемещая запорно-регулирующий затвор 16 к уплотнительному элементу 23 седла 22. Совместное перемещение трехступенчатого штока 6 и запорно-регулирующего затвора 16 продолжается до тех пор, пока запорно-регулирующий затвор 16 своей уплотнительной поверхностью 19 достигнет уплотнительного элемента 23 седла 22, герметично перекрывая его, а трехступенчатый шток 6 своей уплотнительной поверхностью 8 опустится на уплотнительный элемент 17, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 18 запорно-регулирующего затвора 16. Данное положение трехступенчатого штока 6 соответствую крайнему верхнему положению штока 4 и выключенному приводу 5, при этом поршень 32 со штоком 33 также займут свое крайнее верхнее положение.

Благодаря тому, что при открытии запорно-регулирующего затвора уплотнительный элемент седла находится в разгруженном состоянии, т.е. перепад давления на нем отсутствует, а общий перепад давления при регулировании поровну распределяется между обеими ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.