Клапан, клапанный комплект и способ модификации клапана
VALVE, VALVE SET AND VALVE MODIFICATION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Согласно первому аспекту предложенное изобретение относится к клапану для текучих сред (а также порошков, гранул), имеющему корпус, ограничивающий камеру клапана, соединяющую впускное отверстие с выпускным отверстием, и затвор клапана, расположенный в указанной камере, при этом клапан включает седло клапана, взаимодействующее с затвором клапана, а также первую регулирующую пластину, имеющую сквозное отверстие, которое определяет пропускную способность и характеристику пропускной способности клапана.
Согласно второму аспекту, изобретение относится к клапанному комплекту.
Согласно третьему аспекту, изобретение относится к способу модификации клапана вышеописанного типа.
Следует понимать, что выражение «регулирующая пластина» в настоящей заявке также включает вариант, когда сквозное отверстие упомянутой пластины может пропускать больший поток по сравнению с потоком, обеспечиваемым затвором клапана, находящимся в полностью открытом положении.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пропускная способность и характеристика клапана представляют собой два основных параметра, на которые необходимо обращать внимание при конструировании клапана для текучей среды (далее называемой, главным образом, жидкостью, которая представляет наиболее часто используемую среду, однако без какого-либо ограничения изобретения указанным). Пропускная способность представляет собой расход потока при полностью открытом положении, а характеристика представляет собой расход потока как функцию от степени открытия, например, угла открытия. Разные области применения клапана требуют разного рода характеристик, например, линейной характеристики, характеристики, соответствующей быстрому открытию, и равнопроцентной характеристики, то есть, логарифмической характеристики. Специалистам в данной области техники хорошо известно, что существует два типа характеристик, а именно, собственная характеристика и заданная характеристика. В большинстве случаев наибольший интерес представляет заданная характеристика, при этом, как правило, требуется линейная заданная характеристика.
Если при использовании клапана в определенном технологическом процессе выявлено, что заданная характеристика клапана не оптимизирована для данного процесса, то существует необходимость в характеристике другого рода. В других случаях может быть установлено, что пропускная способность не является достаточно высокой, например, если увеличивается расход по сравнению с изначально предусмотренными параметрами клапана.
Для исключения затрат на приобретение нового клапана для замены несоответствующего клапана, преимущественной является возможность модификации клапана для лучшего согласования с требуемыми режимами работы. Существуют клапаны, выполненные с обеспечением возможности изменения пропускной способности или характеристики клапана, или изменения и того и другого. Типичные примеры данных клапанов описаны, например, в патентных документах US 5480123, US 5937890, US 6039304, US 8413684, ЕР 1736694 и DE 102006027057.
Общим свойством известных клапанов, выполненных с возможностью изменения пропускной способности и/или характеристики клапана, является то, что указанные клапаны требуют в разной степени сравнительно сложных мероприятий для выполнения преобразований, так что снижение расходов, связанных с покупкой нового клапана, ограничено. Кроме того, недостаток многих таких клапанов заключается в том, что они восприимчивы к твердым частицам, переносимым вместе с потоком жидкости, поэтому функциональность клапана снижается или даже сводится к нулю, если в потоке жидкости присутствуют твердые частицы.
В патенте US 6039304 описан клапан такого же типа, что и клапан согласно предложенному изобретению. В указанном документе клапан снабжен диском, имеющим отверстие для протекания жидкости.
Единственная задача диска заключается в установлении пропускной способности/характеристики клапана. При необходимости изменения диск демонтируют и заменяют другим диском. Диск установлен вблизи седла клапана. Для установки седла клапана предусмотрены конкретные детали, удерживающие седло по месту. Сторона диска, обращенная к сферическому затвору клапана, имеет соответствующую сферическую форму и расположена таким образом, что в клапане образован минимальный зазор, определяющий вероятность застревания твердых частиц между диском и головкой клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель предложенного изобретения заключается в устранении недостатков, присущих известным клапанам рассматриваемого типа, в частности, в упрощении возможности изменения пропускной способности и/или характеристики клапана и исключении возможности застревания твердых частиц в данном клапане.
Согласно первому аспекту изобретения, поставленная цель достигается с помощью того, что клапан, описанный в преамбуле п. 1 формулы изобретения, включает признаки, указанные в отличительной части формулы изобретения. Таким образом, регулирующая пластина представляет собой компонент, который непосредственно или опосредованным образом удерживает седло клапана по месту и расположен на расстоянии от головки клапана.
Таким образом, регулирующая пластина выполняет двойное назначение, являясь как регулирующей, так и закрывающей пластиной, выполненной в виде единого компонента. Установка и удерживание седла посредством закрывающей пластины является простым и преимущественным способом выполнения этой функции по сравнению с обеспечением фланцев, канавок или т.п. внутри корпуса клапана, предназначенных для этого. Если данную закрывающую пластину также используют как регулирующую пластину, обеспечивается возможность изменения пропускной способности и/или характеристики клапана без необходимости наличия отдельного компонента, предназначенного исключительно для указанной задачи. В результате обеспечено сравнительно дешевое и простое устройство для изменения пропускной способности/характеристики путем замены закрывающей/ регулирующей пластины.
Расположение регулирующей пластины на расстоянии от затвора клапана означает, что между указанными элементами образован зазор. Вследствие наличия зазора случайные частицы, волокна или т.п. будут легко проходить от регулирующей пластины и вымываться в камеру клапана, при этом отсутствует или имеет место очень небольшая вероятность того, что указанные вещества застрянут в данной области клапана. Под «расстоянием» следует понимать любое расстояние, превышающее зазор, который обычно необходим между двумя поверхностями, чтобы обеспечить перемещение указанных поверхностей относительно друг друга.
Согласно предпочтительному варианту выполнения клапана согласно изобретению, клапан является клапаном шарового типа, причем затвор клапана включает участок сферической формы, взаимодействующий с седлом клапана и выполненный с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через центр, образованный указанным участком. Таким образом, выражение «шарового типа» следует понимать как включающее шаровые клапаны, а также клапаны с шаровым сегментом и клапаны с шаровым сектором. Однако изобретение в первую очередь подходит для использования применительно к клапанам с шаровым сегментом и клапанам с шаровым сектором.
Преимущества изобретения являются особенно существенными для клапана данного типа. Таким образом, в данном варианте выполнения расстояние от регулирующей пластины до затвора клапана представляет расстояние до поверхности, имеющей сферическую форму.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения клапана согласно изобретению, регулирующая пластина находится в уплотняющем контакте с седлом клапана и оказывает осевое усилие на данное седло, либо непосредственно, либо посредством уплотнительной упругой шайбы, расположенной между указанными седлом и пластиной.
Уплотняющий контакт предотвращает или по меньшей мере уменьшает утечку с задней стороны седла. Приложение осевого усилия к седлу со стороны регулирующей пластины представляет очень простой способ удерживания седла в соответствующем местоположении в клапане. Выражение «осевой» следует понимать как перпендикулярный окружности, образованной седлом.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения, регулирующая пластина прикреплена к корпусу клапана посредством выполненного с возможностью отсоединения прикрепляющего устройства, например, винтового устройства и резьбы, выполненной в корпусе клапана, либо посредством винтов.
Таким образом, замена регулирующей пластины может быть выполнена очень простым способом. Кроме того, прикрепление регулирующей пластины при помощи резьбы или винтов обеспечивает точность и надежность удерживания седла по месту.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения, регулирующая пластина включает наружный кольцевой элемент и по меньшей мере одну фланцевую часть, проходящую в радиально внутреннем направлении от кольцевого элемента.
Такая конструкция является преимущественной для выполнения двойного назначения регулирующей пластины. Кроме того, такая конструкция облегчает изготовление регулирующих пластин, имеющих разные отверстия, при этом кольцевой элемент остается неизменным.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, если затвор клапана имеет часть сферической формы, расстояние между регулирующей пластиной и затвором клапана составляет по меньшей мере 5%, предпочтительно по меньшей мере 10%, от радиуса сферической части затвора клапана.
Чем больше расстояние, тем меньше вероятность застревания твердых частиц. В большинстве случаев надлежащую защиту от указанного явления обеспечивает минимальное установленное расстояние, в частности его увеличенное значение.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, расстояние составляет от 15% до 25% радиуса.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения, расстояние соответствует диапазону значений от 5 мм до 20 мм.
Указанные диапазоны значений, выраженные, соответственно, в процентном значении от радиуса или в мм, обеспечивают баланс между необходимостью иметь как можно большее расстояние для исключения застревания твердых частиц, и, с другой стороны, необходимостью поддерживать достаточно небольшое расстояние для получения заданной характеристики клапана, являющейся результатом взаимосвязи между углом открытия затвора клапана и формой отверстия регулирующей пластины. В данной связи предпочтительным является расстояние от 7 мм до 15 мм.
Согласно второму аспекту изобретения поставленная цель достигается благодаря тому, что клапанный комплект включает клапан согласно предложенному изобретению, в частности, согласно любому из предпочтительных вариантов выполнения изобретения, при этом клапанный комплект также включает одну или более дополнительных регулирующих пластин, каждая из которых подходит к указанному клапану с обеспечением возможности замены первой регулирующей пластины любой из указанных одной или более дополнительных регулирующих пластин, причем отверстие, выполненное в каждой регулирующей пластине, отличается от отверстия, выполненного в каждой другой регулирующей пластине из комплекта.
Клапанный комплект согласно изобретению обеспечивает возможность простого изменения пропускной способности/характеристики клапана исключительно путем выбора соответствующей одной из регулирующих пластин. Клапанный комплект может иметь либо уже установленную первую регулирующую пластину, либо в альтернативном варианте первая регулирующая пластина выполнена тоже в качестве дополнительного компонента.
Дополнительная регулирующая пластина (пластины) может быть предоставлена при поставке клапана пользователю или же позже по требованию пользователя. Таким образом, выражение «клапанный комплект» включает также случай, когда пользователь клапана не располагает дополнительной регулирующей пластиной и данную другую регулирующую пластину можно купить у поставщика клапана.
Согласно предпочтительному варианту выполнения клапанного комплекта согласно изобретению, данный комплект включает множество указанных дополнительных регулирующих пластин.
Чем больше имеется регулирующих пластин для выбора, тем выше возможность оптимизации пропускной способности и характеристики клапана. В большинстве случаев достаточно будет от 3 до 12 регулирующих пластин.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения, отверстия отличаются друг от друга размерами и/или формами.
Под размером отверстия понимают площадь его проходного сечения, а под формой подразумевают профиль отверстия, через которое протекает жидкость. Размер отверстия является определяющим в плане пропускной способности. Форма отверстия является главным фактором для определения характеристики пропускной способности клапана. Таким образом, изменение указанных двух факторов среди разных регулирующих пластин согласовывают с необходимостью изменения упомянутых качеств клапана. В комплект регулирующих пластин могут входить только пластины, имеющие разный размер, но в большинстве случаев необходимо, чтобы комплект включал регулирующие пластины, отверстия которых отличаются также и по форме.
Клапанный комплект может включать, например, регулирующие пластины четырех разных размеров, и для каждого размера по три разные характеристики, к примеру, линейную, логарифмическую и быстрого открытия, что означает наличие в общей сложности двенадцати регулирующих пластин в комплекте.
Согласно третьему аспекту изобретения, поставленная цель достигается посредством способа модификации клапана для жидкой среды, имеющего корпус, ограничивающий камеру клапана, соединяющую впуск с отверстием, и затвор клапана, расположенный в указанной камере, при этом клапан включает седло клапана, взаимодействующее с затвором клапана, и первую регулирующую пластину, имеющую сквозное отверстие, которое определяет пропускную способность и характеристику пропускной способности клапана, причем регулирующая пластина представляет собой компонент, который удерживает седло клапана на месте и расположен на расстоянии от головки клапана.
Способ согласно изобретению включает следующие этапы:
- удаление первой регулирующей пластины,
- обеспечение второй регулирующей пластины, которая предназначена для установки на том же месте, что и первая регулирующая пластина, и которая имеет отверстие, отличающееся от отверстия, выполненного в первой регулирующей пластине, и
- установку второй регулирующей пластины на место первой регулирующей пластины.
Согласно предпочтительным вариантам выполнения способа согласно изобретению, способ применяют к клапану, выполненному в соответствии с предложенным изобретением, в частности, в соответствии с любым предпочтительным вариантом выполнения предложенного изобретения.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения способа, отверстие, выполненное во второй регулирующей пластине, отличается от отверстия, выполненного в первой регулирующей пластине, размером и/или формой.
Преимущества клапанного комплекта согласно изобретению и способа согласно изобретению подобны преимуществам, описанным выше применительно к клапану согласно изобретению, в частности, согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения.
Вышеописанные предпочтительные варианты выполнения изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что другие предпочтительные варианты выполнения могут включать любое возможное сочетание признаков описанных предпочтительных вариантов выполнения и любое возможное сочетание признаков данных вариантов и признаков описанных далее примеров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 представлен вид сбоку клапана, выполненного согласно примеру предложенного изобретения.
На Фиг. 2 представлен клапан, изображенный на Фиг. 1, в разрезе по линии А-А.
На Фиг. 3 представлен вид в аксонометрии несколько измененной регулирующей пластины клапана согласно изобретению.
На Фиг. 4 представлен схематический вид четырех разных регулирующих пластин из клапанного комплекта согласно предложенному изобретению.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ
На Фиг. 1 - Фиг. 2 изображен клапан для жидкой среды, выполненный согласно предложенному изобретению. Клапан представляет собой клапан шарового типа, точнее, клапан с шаровым сегментом, и имеет сферический сегмент в виде затвора 3 клапана. Затвор 3 клапана является затвором неплавающего типа и расположен в камере 2 клапана, имеющей сферическую форму и ограниченной корпусом 1. Камера 2 сообщается с впуском 10 и выпуском 11 для жидкой среды. На впуске расположено седло 5 клапана, взаимодействующее со сферическим сегментом, образующим затвор 3. Седло 5 представляет собой круговое кольцо, при этом его сторона, обращенная к затвору 3 клапана, имеет форму, обеспечивающую плотное прилегание к сферической поверхности 17 затвора 3 клапана.
На чертежах клапан показан в закрытом положении, когда затвор 3 перекрывает сообщение между впуском 10 и камерой 2 клапана. Затвор 3 клапана посредством болтов 12 прикреплен к рычагу 13 коленчатого вала 4. Открытие клапана выполняют путем поворота коленчатого вала 4.
На впуске установлена пластина 6, в настоящей заявке называемая регулирующей пластиной 6. Регулирующая пластина 6 имеет двойное назначение, заключающееся в регулировании количества жидкости и использовании в качестве закрывающей пластины для удерживания седла 5 клапана по месту. Регулирующая пластина 6 имеет наружный кольцевой элемент 15, который при помощи винтов 7 прикреплен к корпусу 1 клапана. При прикреплении регулирующей пластины 6 кольцевой элемент 15 будет упираться в торец седла 5, обращенный в сторону от камеры клапана и, тем самым, прижимать седло 5 к упорному ободу 14, который является деталью корпуса 1 клапана, расположенной внутри корпуса. Между регулирующей пластиной 6 и седлом 5 клапана, предпочтительно, выполнена упругая уплотнительная шайба (не показано на чертежах), обеспечивающая возможность саморегулирования, например, в результате износа и/или температурных деформаций. Специалистам в данной области техники очевидно, что возможность упругого регулирования также может быть обеспечена на кольцевом элементе 15, например, посредством промежуточного резинового кольца. Таким образом, седло 5 посредством обода 14 удерживается в строго определенном положении относительно корпуса клапана и надежно удерживается в данном положении посредством кольцевым элементом 15 регулирующей пластины 6. Непосредственный или опосредованный контакт между кольцевым элементом 15 регулирующей пластины 6 и седлом 5 предотвращает утечку жидкости наружу седла 5.
На радиально внутренней стороне кольцевого элемента 15 проходят две расположенных напротив друг друга фланцевых части 8, которые составляют единое целое с регулирующей пластиной 6. Указанные фланцы 8 занимают часть площади круга, ограниченного внутренним краем 16 кольцевого элемента 15, при этом остальная часть круга представляет отверстие 9, обеспечивающее протекание потока жидкости. Как лучше всего видно на Фиг. 1, в проиллюстрированном примере данное отверстие 9 образовано участками внутреннего края 16 кольцевого элемента 15 и профилями 18 фланцевых частей 8.
Размер отверстия 9 определяет пропускную способность клапана. Форма отверстия определяет характеристику клапана.
Между внутренней поверхностью 19 регулирующей пластины 6 и наружной поверхностью 17 затвора 3 клапана выполнен зазор d, который в проиллюстрированном примере соответствует примерно 20% радиуса R сферической поверхности 17. Внутренняя поверхность 19 регулирующей пластины 6, предпочтительно, проходит в плоскости, нормаль которой по существу параллельна (±10°) нормали наружной поверхности 16 затвора 3 клапана. Зазор d является достаточно большим (предпочтительно составляет по меньшей мере 5% от R) для предотвращения застревания твердых частиц, волокон и т.д. между фланцевыми частями 8 регулирующей пластины и затвором 3 клапана. Зазор d достаточно мал (предпочтительно составляет не более 30% от R) для обеспечения взаимосвязи между углом открытия затвора 3 клапана и формой отверстия 9 регулирующей пластины 6 для обеспечения заданной характеристики клапана.
В данном примере отверстие 9 обеспечивает регулирование потока с помощью фланцевых частей 8 с уменьшением пропускной способности по сравнению с максимальной номинальной пропускной способностью клапана. Таким образом, предполагается, что клапан применяют для технологического процесса, в котором данная пропускная способность является соответствующей. Если в дальнейшем потребуется повышение производительности, требующее более высокой пропускной способности, регулирующую пластину 6 демонтируют и заменяют другой пластиной, имеющей увеличенное отверстие 9, например, регулирующей пластиной, имеющей фланцевые части 8 меньшего размера или не имеющие указанных частей, с обеспечением прохождения жидкости через регулирующую пластину, соответствующую номинальной пропускной способности клапана, при меньшем регулировании потока или при отсутствии данного регулирования. Например, номинальная пропускная способность может соответствовать номинальному диаметру DN150, тогда как пропускная способность регулирующей пластины, изображенной на чертежах, соответствует пропускной способности для DN125.
В примере, проиллюстрированном на Фиг. 1 и Фиг. 2, форма отверстия такова, что характеристика клапана является по существу линейной, при этом выполнены две фланцевых части одинакового размера, симметричным образом расположенные относительно центральной плоскости, имеющей ось С вращения в виде нормали, причем фланцевая часть 8 выступает по нарастающей во внутреннем направлении от внутренней боковой части от внутреннего края к середине.
На Фиг. 3 представлена форма фланцев 8, которые по существу те же самые, если смотреть на виде спереди (как на Фиг. 1), но по сравнению с Фиг. 1 и Фиг. 2 немного отличаются тем, что имеют выступающие сферическим образом наружные поверхности 20 (по сравнению с плоской поверхностью 20, изображенной на Фиг. 1, Фиг. 2), так что характеристика является более или менее полностью линейной.
Если установлено, что для технологического процесса более подходящей является характеристика другого вида, регулирующую пластину 6 заменяют другой регулирующей пластиной, имеющей другую форму отверстия 9, обеспечиваемую другой формой фланцевых частей 8.
На Фиг. 4 схематически изображен комплект регулирующих пластин, имеющих разные отверстия 9а, 9b, 9с, 9d с разными размерами и/или формой. Кольцевой элемент 15 регулирующих пластин одинаков для всех указанных пластин, что обеспечивает возможность замены регулирующих пластин друг с другом в одном и том же клапане. Наличие клапанного комплекта, который включает клапан и множество разных регулирующих пластин, обеспечивает возможность адаптации клапана в соответствии с разными необходимыми модификациями. Следует понимать, что регулирующие пластины, изображенные на Фиг. 4, приведены исключительно в качестве иллюстрации общего принципа, и поэтому изображенные на чертеже формы профиля не представляют реальные формы, обеспечивающие заданные характеристики.
Изобретение не ограничено объемом, представленным описанными выше примерами, а ограничено объемом прилагаемой формулы изобретения, поскольку как очевидно специалистам в данной области техники, могут быть выполнены многочисленные изменения деталей, не имеющих отношения к изобретению, и при этом обеспечены основные функциональные преимущества изобретения. Например, очевидно, что вместо упругой шайбы могут быть использованы разнообразные упругие устройства, которые обеспечивают преимущество, подобное преимуществу, которое имеет упругая шайба.