ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ШАРОВОЙ КЛАПАН С ПЛАВАЮЩИМ ШАРОМ

Полезная модель относится к области клапанов и, более конкретно, двунаправленных шаровых клапанов с плавающим шаром, содержащих средства сброса давления.
Уровень техники
Двунаправленные шаровые клапаны с плавающим шаром, такие как раскрытые в US 4552335 A или US 2020355276 A1, известны в уровне техники. Эти типы клапанов включают в себя корпус с впускным и выпускным отверстиями и шар со сквозным отверстием, расположенным между отверстиями, что позволяет открывать и закрывать проход между отверстиями в зависимости от вращения, прикладываемого с помощью закрепленного на нем штока. В корпусе также находятся уплотнительные гнезда, расположенные по бокам шара. Когда шар находится в закрытом положении, отверстие, в котором меньше давление, уплотнено за счет перемещения шара к его гнезду.
В криогенных установках, где текучей средой, управляемой клапаном, является сжиженный газ, возникает проблема при выполнении маневров клапана (либо при его открытии, либо при закрытии), поскольку текучая среда задерживается в полостях клапана, что может вызвать чрезмерное внутреннее избыточное давление, вызывающее сильное повреждение клапана, который может даже лопнуть. Чтобы избежать этого, шары некоторых клапанов имеют перфорацию, которая сообщает указанные полости с одним из отверстий, чтобы в них можно было сбросить давление. Однако есть области применения, где перфорированные шаровые клапаны этого типа не подходят, например, при загрузке резервуаров сжиженного природного газа (СПГ). В этом случае перед заполнением резервуаров азот подается к приемному отверстию, чтобы сделать его инертным, и, если давление азота превышает давление в резервуаре, шар прижимается к гнезду отверстия резервуара, так что гнездо приемника не будет уплотнять вход азота в полости. Поскольку полости клапана находятся в сообщении по текучей среде с отверстием резервуара через вышеупомянутую перфорацию, азот имеет свободный путь к резервуару, что может привести к отключению горелки, используемой в системе безопасности, и прекращению работы указанной системы.
Таким образом, существует очевидная необходимость в создании двунаправленного клапана, который был бы способен перекрывать прохождение для текучей среды в обоих направлениях, обеспечивая при этом сброс давления в полостях внутри него.
Раскрытие сущности полезной модели
Целью настоящей полезной модели является создание клапана, в котором устранены вышеупомянутые недостатки, а также представлены преимущества, описанные ниже.
Настоящий двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром относится к типу, содержащему:
- корпус со стенками, объединяющими первое отверстие, сообщающееся по текучей среде со вторым отверстием через полость, при этом полость ограничена:
- центральным корпусом, расположенным между двумя отверстиями, и
- периферийной камерой, расположенной на периферии центрального корпуса,
- шар со сквозным отверстием, прикрепленный к штоку, при этом шар размещен в указанном центральном корпусе, а шток доступен снаружи корпуса таким образом, что шар (2) выполнен с возможностью вращения и управляемым размещением либо в открытом положении, в котором сквозное отверстие обеспечивает сообщение по текучей среде между обоими отверстиями, либо закрытом положении, в котором стенки шара блокируют прохождение текучей среды между отверстиями,
- первое уплотнительное гнездо, расположенное между шаром и первым отверстием, и второе уплотнительное гнездо, расположенное между шаром и вторым отверстием, при этом шар расположен между указанными уплотнительными гнездами, так что, когда шар находится в закрытом положении, только уплотнительное гнездо, отверстие которого находится под меньшим давлением, перекрывает прохождение для текучей среды из-за смещения шара относительно него.
Этот двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром отличается тем, что он содержит механизм сброса давления, состоящий из обратного клапана, устроенного таким образом, чтобы обеспечить прохождение текучей среды из периферийной камеры в первое отверстие и предотвратить ее прохождение в противоположном направлении.
В результате настоящий двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром способен перекрыть прохождение для текучей среды в обоих направлениях, в то же время, допуская сброс давления в его периферийной полости в случае, если текучая среда задерживается в нем после закрытия.
При необходимости шар может содержать отверстие, которое по текучей среде сообщает внутреннее сквозное отверстие шара с периферийной камерой, так что давление в периферийной полости может быть сброшено, когда шар находится в открытом положении.
В первом варианте осуществления периферийная камера продолжается в продольном направлении первого отверстия, а указанный обратный клапан расположен на стенке корпуса, расположенного между периферийной камерой и первым отверстием.
Во втором варианте осуществления двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром содержит по меньшей мере одну первую металлическую втулку, размещенную в первом отверстии (при необходимости двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром может содержать две металлические втулки, каждая из которых размещена в одном из отверстий), которая удерживает первое уплотнительное гнездо. В этом случае обратный клапан может быть расположен на стенке первой металлической втулки, а периферийная камера содержит канал для сообщения по текучей среде, который доходит до обратного клапана.
В третьем варианте осуществления двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром, в котором шар содержит отверстие, сообщающее по текучей среде внутреннее сквозное отверстие шара с периферийной камерой, обратный клапан расположен в секции стенки шара, предназначенной для закупоривания первого отверстия (таким образом обеспечивая прохождение текучей среды из периферийной камеры в первое отверстие через сквозное отверстие). В этом случае обратный клапан может быть расположен продольно, и предпочтительно в этом последнем варианте осуществления обратный клапан расположен перпендикулярно продольной оси сквозного отверстия.
В возможном варианте осуществления обратный клапан представляет собой клапан пружинного типа, в котором затвор, поддерживаемый пружиной, перекрывает прохождение для текучей среды в обоих направлениях, за исключением случаев, когда давление на входе превышает усилие пружины, а давление на выходе, когда это позволяет прохождение для текучей среды вниз по потоку от обратного клапана. Предпочтительно пружина установлена таким образом, чтобы затвор позволял прохождению текучей среды, когда давление на входе в 1,33 раза больше давления на выходе обратного клапана или равно этому давлению. Что касается затвора, то он может иметь различную геометрию, например сферическую или усеченно-коническую.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания вышесказанного прилагаются некоторые чертежи, на которых схематически представлен практический случай реализации, только в качестве неограничивающего примера.
Фиг. 1 представляет собой вид первого варианта осуществления настоящего двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром в разрезе.
Фиг. 2 представляет собой вид второго варианта осуществления настоящего двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром в разрезе.
Фиг. 3 представляет собой вид третьего варианта осуществления настоящего двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром в разрезе.
Фиг. 4 представляет собой детальный вид первого примера варианта осуществления обратного клапана в разрезе.
Фиг. 5 представляет собой детальный вид второго примера варианта осуществления обратного клапана в разрезе.
Осуществление полезной модели
Предпочтительные варианты осуществления настоящего двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром описаны ниже со ссылками на Фиг. 1-5.
Виды трех различных вариантов осуществления двунаправленного шарового клапана с плавающим шаром в разрезе показаны на Фигурах 1-3. Они показывают по существу цилиндрический корпус (1) со стенками, которые объединяют первое отверстие (11) в сообщении по текучей среде со вторым отверстием (12) через полость. Эта полость образована центральным корпусом (130), расположенным между обоими отверстиями (11, 12), и периферийной камерой (131), расположенной на периферии центрального корпуса (130). Также имеется шар (2) со сквозным отверстием (21), который крепится к штоку (22). Шток (22) доступен снаружи корпуса (1) для вращения, хотя на Фигурах показан только его участок. Шар (2) размещен в указанном центральном корпусе (130) так, что он может вращаться посредством штока (22). Таким образом, его можно регулировать от открытого положения, в котором сквозное отверстие (21) обеспечивает сообщение по текучей среде между обоими отверстиями (11, 12), до закрытого положения, при котором стенки шара (2) блокируют прохождение текучей среды между обоими отверстиями (11, 12). Также показаны первое уплотнительное гнездо (31), расположенное между шаром (2) и первым отверстием (11), и второе уплотнительное гнездо (32), расположенное между шаром (2) и вторым отверстием (12). Шар (2) расположен между указанными уплотнительными гнездами (31, 32), так что только уплотнительное гнездо (31, 32), отверстие (11, 12) которого находится под меньшим давлением, перекрывает прохождение для текучей среды из-за смещения шара (2) относительно него. Также следует понимать, что периферийная камера (131) проходит в продольном направлении первого отверстия (11) и что шар (2) содержит отверстие (23), которое по текучей среде сообщается со сквозным отверстием (21) внутри шара (2) с периферийной камерой (131).
В варианте осуществления по Фиг. 1 периферийная камера (131) проходит в продольном направлении от первого отверстия (11), а обратный клапан (4) находится на стенке (1) корпуса, расположенной между периферийной камерой (131) и первым отверстием (11).
В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, двунаправленный шаровой клапан с плавающим шаром содержит металлическую втулку (311), размещенную в первом отверстии (11), которая удерживает первое уплотнительное гнездо (31). В этом случае обратный клапан (4) расположен на стенке металлической втулки (311) и, таким образом, имеется обратное сообщение по текучей среде между периферийной камерой (131) и первым отверстием (11) через металлическую втулку (311).
В варианте осуществления по Фиг. 3 обратный клапан (4) расположен в секции стенки шара (2), предназначенной для закрытия первого отверстия (11), чтобы обеспечить прохождение текучей среды из периферийной камеры (131) к первому отверстию (11) через сквозное отверстие (21). В этом предпочтительном случае продольное направление обратного клапана (4) расположено перпендикулярно продольной оси сквозного отверстия (21).
Подробные виды и разрезы двух различных приведенных для примера вариантов осуществления обратного клапана (4), используемого в качестве механизма сброса давления в двунаправленном шаровом клапане с плавающим шаром, показаны на Фигурах 4 и 5. В обоих случаях корпус (40) обратного клапана (4) ограничен продольной формой и затвором (41), поддерживаемым пружиной (42), причем пружина (42) установлена так, что затвор (41) обеспечивает прохождение текучей среды, когда давление на входе в 1,33 раза больше или равно давлению на выходе обратного клапана (4). В варианте осуществления, показанном на Фиг. 4, затвор (41) имеет сферическую форму, тогда как в варианте осуществления, показанном на Фиг. 5, затвор (41') имеет форму усеченного конуса.
Хотя была сделана ссылка на конкретные варианты осуществления полезной модели, специалисту в данной области техники ясно, что описанная полезная модель допускает многочисленные варианты и модификации и что все упомянутые детали могут быть заменены другими технически эквивалентными без отклонения от объема охраны, определенного прилагаемой формулой полезной модели.