РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к запорно-регулировочной арматуре, в частности к клапанам запорно-регулировочной трубопроводной арматуры, применяемым для регулирования расхода транспортируемой среды, и может быть использовано для регулирования расхода газа в технологической обвязке газовой скважины, в газопроводе, на компрессорной станции, в хранилищах газа.
Из существующего уровня техники известен клапан запорно-регулировочной арматуры, включающий корпус с центральным каналом с установленным внутри него клетковым запорным узлом, с подводящим и отводящим патрубками и приводной механизм (см., напр., RU 2270391 С2, опубл. 20.02.2006).
Из существующего уровня техники известен клапан запорно-регулировочной арматуры, включающий корпус с центральным каналом с установленным внутри него клетковым запорным узлом, с подводящим и отводящим патрубками и приводной механизм, который смонтирован на корпусе арматуры (см., напр., RU 2308627 С1, опубл. 20.10.2007).
Из существующего уровня техники регулирующий клапан, используемый в запорно-регулировочной арматуре, включающий корпус с подводящим и отводящим патрубками и запорным узлом, имеющим гильзу с пропускными отверстиями и дроссельную заслонку с пропускными отверстиями (см., напр., RU 2266455 С2, опубл. 08.12.2003).
Недостатками этих известных решений являются недостаточная плавность дросселирования потока транспортируемой среды, преимущественно, из-за выполнения пропускных отверстий в обоих элементах пропускной системы, сложность конструкций, высокая материалоемкость, энерго- и трудоемкость их изготовления.
Задачей настоящей группы полезных моделей является обеспечение плавного дросселирования, высокой пропускной способности клапана и широкого диапазона регулирования при одновременном повышении конструктивной простоты и
надежности его работы в процессе эксплуатации, увеличение срока службы запорно-регулировочной арматуры.
Данная задача по первому варианту выполнения решается за счет того, что регулирующий клапан содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, привод со штоком и установленный в корпусе клетковый запорный узел, состоящий из имеющей стенку гильзы с седлом на внутренней поверхности и пропускными отверстиями для пропуска поступающей под давлением транспортируемой среды, например, газа, и регулируемо запирающего клапан рабочего органа - дроссельной заслонки, размещенной в гильзе с возможностью открывания-закрывания пропускных отверстий и плотного опирания на седло, выполненной в виде соединенного со штоком цилиндра с аэронепрозрачной стенкой, имеющего внутренний опорный выступ для крепления оснащенного перепускным каналом штока, при этом гильза на части ее высоты окружена с внешней стороны выполненным в корпусе и сообщенным с подводящим патрубком кольцевым каналом, а пропускные отверстия в стенке гильзы размещены с возможностью их последовательного задействования или закрывания при осевом движении дроссельной заслонки и при этом разнесены по высоте кольцевого канала не менее, чем на три различные расстояния от торца гильзы и выполнены имеющими диаметры и/или площади пропускных сечений равными или меньшими в направлении, противоположном последовательности их открывания упомянутой аэронепрозрачной стенкой дроссельной заслонки, начиная с отверстий, открываемых для пропуска транспортируемой среды первыми, при этом привод выполнен комбинированным и включает основной механо-гидравлический и дублирующий его приводные механизмы, которые смонтированы на корпусе регулирующего клапана, по меньшей мере, частично конструктивно и функционально совмещены, выполнены с возможностью однонаправленного обеспечения автономного рабочего хода и объединены общим для них, не менее, чем одним приводным механизмом возвратного хода, имеющим рабочий орган автоматического действия на закрытие клапана.
Регулирующий клапан конструктивно выполнен, преимущественно, для пропуска газа или газосодержащей среды из газовой скважины.
Гильза может быть снабжена не менее, чем тремя пропускными отверстиями, разнесенными, предпочтительно, на равные расстояния по периметру стенки гильзы и смещенными по ее высоте с равным шагом в осевом направлении гильзы.
Шаг осевого смещения смежных по периметру гильзы пропускных отверстий может быть принят меньше радиуса, по меньшей мере, одного отверстия, открываемого первым при перемещении дроссельной заслонки в режиме запуска подачи транспортируемой среды.
Пропускные отверстия в стенке гильзы могут быть выполнены круглоцилиндрическими, преимущественно, одинакового диаметра пропускного сечения.
По крайней мере, часть пропускных отверстий в стенке гильзы может быть выполнена с переменным линейным размером в их осевых сечениях, в том числе овальной, эллиптической, овоидальной или комбинированно-протяженной конфигурации.
Пропускные отверстия, имеющие переменный линейный размер в их осевых сечениях, могут быть ориентированы наибольшим размером в осевом направлении гильзы или под углом к образующей цилиндрической поверхности гильзы.
Пропускные отверстия могут быть размещены в стенке гильзы попарно симметрично относительно условной оси гильзы.
Пропускные отверстия могут быть размещены в стенке гильзы с образованием системы не менее, чем из трех горизонтально ориентированных рядов с последовательным наращиванием шага осевого смещения центров от торца гильзы или аналогичного смещения одноименных по расположению относительно оси гильзы кромок, указанных отверстий в направлении, обратном направлению движения транспортируемой среды.
Пропускные отверстия могут быть разнесены по высоте и периметру стенки гильзы по спирали с равномерным спиральным шагом с образованием при этом, по меньшей мере, однозаходной, предпочтительно, не менее, чем двухзаходной, условной спирали, соединяющей центры указанных отверстий. При этом условная спираль, проходящая через центры пропускных отверстий, может быть выполнена с переменным осевым шагом, уменьшающимся от нижнего отверстия, наименее
удаленного от торца кольцевого канала в корпусе клапана, обращенного к выходному патрубку по направлению движения в клапане транспортируемой среды.
Пропускные отверстия, смещенные по высоте стенки гильзы, могут быть выполнены с переменным диаметром, нарастающим в направлении, обратном направлению движения транспортируемой среды.
Центры поперечного сечения пропускных отверстий могут быть разнесены в стенке гильзы по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала патрубка по условной синусоиде, вписанной в цилиндрическую поверхность гильзы и отстоящую вершинами от ближайшего к ней торца гильзы на расстояние, превышающее скалярную величину обращенного к нему радиуса, размещенного непосредственно в вершине упомянутой синусоиды или ближайшего к указанной вершине.
Центры поперечного сечения пропускных отверстий могут быть разнесены в стенке гильзы по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала патрубка по условной линии, имеющей комбинированную конфигурацию, состоящую из ломаных отрезков прямых, кривых линий или их сочетаний, например, в виде сочетаний, образующих в развертке поверхности стенки гильзы ломанную линию с чередованием образующих угол обращенных вершиной в сторону движения транспортируемой среды двух прямолинейных или криволинейных участков и замыкаемых со смежной аналогичной парой условных линий центров отверстий одним периметральным условным плоским или полого выпуклым соединительным отрезком линий размещения центров отверстий.
Рабочий орган приводного механизма возвратного хода комбинированного привода может быть выполнен с возможностью накопления преобразуемой в потенциальную кинетической энергии при движении, направленном на открытие клапана запорно-регулировочной арматуры любым из упомянутых приводных механизмов.
В корпусе запорно-регулировочной арматуры могут быть смонтированы имеющий выступающий хвостовик приводной шток для соединения с клапаном запорно-регулировочной арматуры, а на корпусе запорно-регулировочной арматуры может быть смонтирован корпус комбинированного привода, в котором, по крайней
мере, частично размещены упомянутые приводные механизмы с пропуском через них упомянутого хвостовика штока.
Хвостовик штока может быть снабжен поршнем, образующим с одной стороны совместно с корпусами запорно-регулировочной арматуры и комбинированного привода герметичную рабочую камеру механо-гидравлического приводного механизма, выполненную с возможностью подачи в нее рабочей среды, а с другой стороны подвижную опору рабочего органа, общего для упомянутых основного и дублирующего его приводных механизмов, приводного механизма возвратного поступательного хода.
Хвостовик приводного штока может быть выполнен с превышением длины корпуса комбинированного привода на величину, не менее необходимой для размещения на нем выступающей части дублирующего приводного механизма.
Данная задача в части другого варианта выполнения регулирующего клапана решается за счет того, что он содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками, привод со штоком и установленный в корпусе клетковый запорный узел, состоящий из имеющей стенку гильзы с седлом на внутренней поверхности и пропускными отверстиями для пропуска поступающей под давлением транспортируемой среды, например, газа, и регулируемо запирающего клапан рабочего органа - дроссельной заслонки, размещенной в гильзе с возможностью открывания-закрывания пропускных отверстий и плотного опирания на седло, выполненной в виде соединенного со штоком цилиндра с аэронепрозрачной стенкой, имеющего внутренний опорный выступ для крепления оснащенного перепускным каналом штока, при этом гильза на части ее высоты окружена с внешней стороны выполненным в корпусе и сообщенным с подводящим патрубком кольцевым каналом, а пропускные отверстия разнесены по высоте кольцевого канала не менее, чем на три различные расстояния от торца гильзы и выполнены имеющими диаметры и/или площади пропускных сечений равными или меньшими в направлении, противоположном последовательности их открывания упомянутой аэронепрозрачной стенкой дроссельной заслонки, начиная с отверстий, открываемых для пропуска транспортируемой среды первыми с возможностью последовательного наращивания общей площади пропускного сечения отверстий гильзы при перемещении упомянутой дроссельной заслонки на расстояние, перекрывающее пропускную площадь, по
меньшей мере, двух первых разноудаленных от торца гильзы пропускных отверстий, при этом привод выполнен комбинированным и включает основной механо-гидравлический и дублирующий его приводные механизмы, которые смонтированы на корпусе регулирующего клапана, по меньшей мере, частично конструктивно и функционально совмещены, выполнены с возможностью однонаправленного обеспечения автономного рабочего хода и объединены общим для них, не менее, чем одним приводным механизмом возвратного хода, имеющим рабочий орган автоматического действия на закрытие клапана.
Пропускные отверстия могут быть разнесены по высоте и периметру стенки гильзы по спирали с равномерным спиральным шагом с образованием при этом, по меньшей мере, однозаходной, предпочтительно, не менее, чем двухзаходной, условной спирали, соединяющей центры указанных отверстий.
Центры поперечного сечения пропускных отверстий могут быть разнесены в стенке гильзы по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала патрубка по условной синусоиде, вписанной в цилиндрическую поверхность гильзы и отстоящую вершинами от ближайшего к ней торца гильзы на расстояние, превышающее скалярную величину обращенного к нему радиуса, размещенного непосредственно в вершине упомянутой синусоиды или ближайшего к указанной вершине.
Центры поперечного сечения пропускных отверстий могут быть разнесены в стенке гильзы по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала патрубка по условной линии, имеющей комбинированную конфигурацию, состоящую из ломаных отрезков прямых, кривых линий или их сочетаний, например, в виде сочетаний, образующих в развертке поверхности стенки гильзы ломанную линию с чередованием образующих угол обращенных вершиной в сторону движения транспортируемой среды двух прямолинейных или криволинейных участков и замыкаемых со смежной аналогичной парой условных линий центров отверстий одним периметральным условным плоским или полого выпуклым соединительным отрезком линий размещения центров отверстий.
Рабочий орган приводного механизма возвратного хода комбинированного привода может быть выполнен с возможностью накопления преобразуемой в потенциальную кинетической энергии при движении, направленном на открытие
клапана запорно-регулировочной арматуры любым из упомянутых приводных механизмов.
В корпусе запорно-регулировочной арматуры могут быть смонтированы имеющий выступающий хвостовик приводной шток для соединения с клапаном запорно-регулировочной арматуры, а на корпусе запорно-регулировочной арматуры может быть смонтирован корпус комбинированного привода, в котором, по крайней мере, частично размещены упомянутые приводные механизмы с пропуском через них упомянутого хвостовика штока.
Хвостовик приводного штока может быть выполнен с превышением длины корпуса комбинированного привода на величину, не менее необходимой для размещения на нем выступающей части дублирующего приводного механизма и может быть снабжен поршнем, образующим с одной стороны совместно с корпусами запорно-регулировочной арматуры и комбинированного привода герметичную рабочую камеру механо-гидравлического приводного механизма, выполненную с возможностью подачи в нее рабочей среды, а с другой стороны подвижную опору рабочего органа, общего для упомянутых основного и дублирующего его приводных механизмов, приводного механизма возвратного поступательного хода.
Техническим результатом, достигаемым при реализации данной группы полезных моделей, является обеспечение плавного дросселирования, высокой пропускной способности клапана и широкого диапазона регулирования за счет оригинального выполнения и расположения пропускных отверстий в гильзе регулирующего клапана, повышение конструктивной простоты и надежности его эксплуатации, увеличение срока службы запорно-регулировочной арматуры за счет выполнения дроссельной заслонки с перепускным каналом, обеспечение плавного движения транспортируемой среды к зоне дросселирования в том числе за счет выполнения в корпусе клапана в зоне сообщения с подводящим патрубком кольцевого канала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на
фиг.1 изображен продольный разрез клапана,
фиг.2 изображен клетковый запорный узел;
фиг.3 изображено выполнение пропускных отверстий эллиптической формы;
фиг.4 то же овальной формы;
фиг.5 то же комбинированно-протяженной конфигурации;
фиг.6 то же овоидальной формы
фиг.7 изображен вариант размещения пропускных отверстий гильзы в развертке;
фиг.8 то же по синусоиде;
фиг.9 то же по ломаной линии.
Регулирующий клапан содержит корпус 1 с подводящим и отводящим патрубками 2,3 соответственно, привод 4 со штоком 5 и установленный в корпусе 1 клетковый запорный узел 6. Клетковый запорный узел 6 состоит из гильзы 7, имеющей стенку. На ее внутренней поверхности выполнено седло 8. В стенке гильзы 7 выполнены пропускные отверстия 9 для пропуска поступающей под давлением транспортируемой среды, например, газа. Рабочим органом, регулируемо-запирающим клапан, служит дроссельная заслонка 10, размещенная в гильзе 7 с возможностью открывания - закрывания ее пропускных отверстий и плотного опирания на седло 8. Дроссельная заслонка 10 выполнена в виде соединенного со штоком 5 цилиндра 11 с аэронепрозрачной стенкой, имеющего внутренний опорный выступ 12 для крепления штока 5. В дроссельной заслонке выполнен перепускной канал 13, позволяющий перетекать транспортируемой среде в полость за дроссельной заслонкой, тем самым уравновешивая давление и перед дроссельной заслонкой и за ней для избежания ударов и увеличения срока службы запорно-регулировочной арматуры. При этом гильза 7 на части ее высоты окружена с внешней стороны выполненным в корпусе и сообщенным с подводящим патрубком 2 кольцевым каналом 14. Пропускные отверстия 9 в стенке гильзы 7 размещены с возможностью их последовательного задействования или закрывания при осевом движении дроссельной заслонки 10. Они разнесены по высоте кольцевого канала 14 не менее, чем на три различные расстояния от торца гильзы 7 и выполнены имеющими диаметры и/или площади пропускных сечений равными или меньшими в направлении, противоположном последовательности их открывания аэронепрозрачной стенкой цилиндра 11 дроссельной заслонки 10, начиная с отверстий, открываемых для пропуска среды первыми.
В варианте выполнения регулирующего клапана пропускные отверстия 9 разнесены по высоте кольцевого канала 14 не менее, чем на три различные расстояния от торца гильзы 7 и выполнены имеющими диаметры и/или площади пропускных сечений равными или меньшими в направлении, противоположном последовательности их открывания аэронепрозрачной стенкой дроссельной заслонки 10, начиная с отверстий, открываемых для пропуска транспортируемой среды первыми с возможностью последовательного наращивания общей площади пропускного сечения отверстий гильзы при перемещении упомянутой дроссельной заслонки на расстояние, перекрывающее пропускную площадь, по меньшей мере, двух первых разноудаленных от торца гильзы пропускных отверстий.
Гильза 7 может быть снабжена не менее, чем тремя пропускными отверстиями 9, разнесенными, предпочтительно, на равные расстояния по периметру стенки гильзы 7 и смещенными по ее высоте с равным шагом в осевом направлении гильзы 7.
Шаг осевого смещения смежных по периметру гильзы 7 пропускных отверстий 9 принят меньше радиуса, по меньшей мере, одного пропускного отверстия 9, открываемого первым при перемещении дроссельной заслонки 10 в режиме запуска подачи транспортируемой среды.
Пропускные отверстия 9 в стенке гильзы могут быть выполнены круглоцилиндрическими, преимущественно, одинакового диаметра пропускного сечения.
По крайней мере, часть пропускных отверстий 9 может быть выполнена с переменным линейным размером в их осевых сечениях, в том числе овальной (фиг.4), эллиптической (фиг.3), овоидальной (фиг.6) или комбинированно-протяженной конфигурации, например составной овальной (фиг.5). Такие отверстия могут быть ориентированы наибольшим размером в осевом направлении гильзы 7 или под углом к образующей цилиндрической поверхности гильзы 7.
Кроме того, пропускные отверстия 9 могут быть размещены в стенке гильзы попарно симметрично относительно условной оси гильзы 7.
В другом исполнении пропускные отверстия 9 могут быть размещены в стенке гильзы 7 с образованием системы не менее, чем из трех горизонтально ориентированных рядов с последовательным наращиванием шага осевого смещения центров от торца гильзы или аналогичного смещения одноименных по расположению
относительно оси гильзы кромок, указанных отверстий в направлении, обратном направлению движения транспортируемой среды (фиг.9).
Пропускные отверстия 9 могут быть разнесены по высоте и периметру стенки гильзы 7 по спирали с равномерным спиральным шагом с образованием при этом, по меньшей мере, однозаходной (фиг.8), предпочтительно, не менее, чем двухзаходной, условной спирали, соединяющей центры указанных отверстий 9. В этом случае условная спираль, проходящая через  центры пропускных отверстий 9, может быть выполнена с переменным осевым шагом, уменьшающимся от нижнего отверстия, наименее удаленного от торца кольцевого канала в корпусе клапана, обращенного к выходному патрубку по направлению движения в клапане транспортируемой среды. Кроме того, пропускные отверстия 9 могут быть выполнены с переменным диаметром, нарастающим в направлении, обратном направлению движения транспортируемой среды.
Центры поперечного сечения пропускных отверстий 9 могут быть разнесены в стенке гильзы 7 по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала 14 по условной синусоиде, вписанной в цилиндрическую поверхность гильзы и отстоящую вершинами от ближайшего к ней торца гильзы на расстояние, превышающее скалярную величину обращенного к нему радиуса, размещенного непосредственно в вершине упомянутой синусоиды или ближайшего к указанной вершине (фиг.8).
Центры поперечного сечения пропускных отверстий 9 могут быть разнесены в стенке гильзы 7 по ее высоте в пределах высоты и периметра кольцевого канала 14 по условной линии, имеющей комбинированную конфигурацию, состоящую из ломаных отрезков прямых, кривых линий или их сочетаний, например, в виде сочетаний, образующих в развертке поверхности стенки гильзы ломанную линию с чередованием образующих угол обращенных вершиной в сторону движения транспортируемой среды двух прямолинейных или криволинейных участков и замыкаемых со смежной аналогичной парой условных линий центров отверстий одним периметральным условным плоским или полого выпуклым соединительным отрезком линий размещения центров отверстий (фиг.9).
В предпочтительном варианте выполнения привод 4 смонтирован на корпусе 1 регулирующего клапана, имеет корпус 15 и может быть выполнен комбинированным. Он включает основной механо-гидравлический и дублирующий его приводные
механизмы 16, 17 соответственно. Корпус 15 комбинированного привода смонтирован на корпусе 1 регулирующего клапана, в котором приводные механизмы 16, 17 по меньшей мере, частично конструктивно и функционально совмещены, выполнены с возможностью однонаправленного обеспечения автономного рабочего хода и объединены общим для них приводным механизмом 18 возвратного хода. Приводной механизм 18 возвратного хода имеет рабочий орган автоматического действия на закрытие клапана, открытого тем или другим приводными механизмами 16, 17. Рабочий орган приводного механизма 18 возвратного хода выполнен с возможностью накопления кинетической энергии при движении, направленном на открытие регулирующего клапана любым из упомянутых приводных механизмов 16, 17. Шток 5 имеет хвостовик 19, который проходит сквозь корпус 15 комбинированного привода, в котором, по крайней мере, частично размещены упомянутые приводные механизмы с пропуском через них упомянутого хвостовика штока. Хвостовик 19 штока 5 снабжен поршнем 20. Он образует с одной стороны совместно с корпусами 1, 15 регулирующего клапана и комбинированного привода герметичную рабочую камеру 21 механо-гидравлического приводного механизма 16. а с другой стороны подвижную опору рабочего органа, общего для упомянутых основного и дублирующего его приводных механизмов 16, 17 приводного механизма 18 возвратного поступательного хода. Герметичная рабочая камера 21 выполнена с возможностью подачи в нее рабочей среды. Дублирующий приводной механизм 17 размещен на хвостовике 19 штока 5, который для этого выполнен с превышением длины корпуса 15 привода 4.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В исходном положении пропускные отверстия 9 гильзы 7 перекрыты дроссельной заслонкой 10, регулирующий клапан закрыт.
Для открытия регулирующего клапана с помощью основного механо-гидравлического приводного механизма 16 в его герметичную рабочую камеру 21 подается под давлением рабочая жидкость, которая перемещает поршень 20. Поршень 20 перемещается совместно с хвостовиком 19 штока 5, на котором он жестко закреплен. Шток 5, перемещаясь, приводит в движение дроссельную заслонку 10 клеткового запорного узла 6, открывая регулирующий клапан и регулируя при этом расход транспортируемой среды в зависимости от положения дроссельной заслонки 10 по отношению к гильзе7. Через открытые пропускные отверстия 9 транспортируемая
среда поступает из подводящего патрубка 2 в отводящий патрубок 3. Во время перемещения штока 5 рабочий орган приводного механизма 18 возвратного хода накапливает кинетическую энергию, которая преобразуется в потенциальную энергию.
Для закрытия регулирующего клапана подача рабочей жидкости в герметичную рабочую камеру 21 основного механо-гидравлического приводного механизма 16 прекращается, снимается избыточное давление в рабочей камере 21 и поршень 20 возвращается в исходное положение с помощью рабочего органа приводного механизма 18 возвратного хода, благодаря накопленной кинетической энергии, преобразуемой в потенциальную, при открытии регулирующего клапана.
Для открытия регулирующего клапана может быть применен дублирующий приводной механизм 17, приводимый во вращательное движение вручную или механически и преобразующий вращательный момент в поступательное движение штока 5. Перемещаясь, шток 5 приводит в движение дроссельную заслонку 10, открывая пропускные отверстия 9 гильзы 7. Во время перемещения штока 5 рабочий орган приводного механизма 18 возвратного хода накапливает кинетическую энергию, преобразуемую в потенциальную.
Закрытие клапана происходит путем вращения дублирующего приводного механизма 17 в противоположную сторону, обеспечивающего при этом возможность возвратного перемещения штока 5 посредством приводного механизма 18 возвратного хода путем разжатия его рабочего органа, благодаря накопленной кинетической энергии при открытии регулирующего клапана.