ШИБЕРНЫЙ ВЕНТИЛЬ С РАЗГРУЗОЧНЫМ КАНАЛОМ
GATE VALVE WITH DISCHARGE CHANNEL

Данное изобретение относится к вентилям для управления расходом текучей среды. Точнее, но без ограничения описанным конкретным применением, данное изобретение относится к разгрузочному каналу внутри шиберного вентиля.
Шиберный вентиль является типом вентиля для управления расходом текучей среды, который открывают поднятием круглой или прямоугольной задвижки или клина в потоке текучей среды. Общей особенностью всех типов шиберных вентилей является плоская форма уплотняющих поверхностей между задвижкой и опорами. Стороны задвижки могут быть выполнены клиновидной формы или параллельными. Иногда шиберные вентили применяют для регулирования потока, однако многие не пригодны для этой цели, поскольку спроектированы на полное открытие или закрытие. При полном открытии типовой шиберный вентиль не является препятствием на пути потока благодаря низким потерям на трение.
Шиберные вентили подразделяют на имеющие выдвижной или невыдвижной шток. Выдвижные штоки обеспечивают визуальное определение положения вентиля. Невыдвижные штоки применяют, когда вертикальное пространство ограничено или скрыто.
Крышка обеспечивает герметичность корпуса вентиля. Крышку на болтах применяют для вентилей большего размера и с более высоким давлением.
Обычно шиберные вентили имеют боковые отводы с фланцами стандартных размеров, совмещаемыми с фланцами трубопроводов. Для конструирования шиберных вентилей используют чугун, литьевую углеродистую сталь, бронзовый сплав, нержавеющую сталь, легированные стали и ковкие стали.
Возвращаясь к широко известным запорным вентилям большого размера, с применением высокого давления (когда размер вентиля более 10 мм и перепад давления на противоположных сторонах более 35 МПа) на задвижку действует такое большое усилие, что ее трудно или невозможно открыть из-за трения между задвижкой и ее уплотнением. Когда задвижка открывается при таком давлении, трение между ней и ее уплотнением, усилие, необходимое на рукоятке привода, и динамические нагрузки в начальный момент образования потока через открывающуюся задвижку могут быть по отдельности или в сочетании крайне разрушительными для вентиля.
Традиционным решением проблемы является внешний разгрузочный трубопровод между двумя сторонами вентиля, с небольшим игольчатым клапаном или чем-то подобным, управляемым вручную, для выравнивания давлений на задвижке до и после открытия. Однако это решение очень опасно для оператора из-за тенденции игольчатых вентилей к серьезным разрушениям при работе под давлением. Таким образом существует необходимость в безопасном и эффективном средстве выравнивания давлений на противоположных сторонах шиберного вентиля при работе на высоком давлении.
Шиберный вентиль по данному изобретению имеет задвижку с внутренним разгрузочным каналом.
Вентиль, содержит задвижку, установленную с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями внутри корпуса вентиля и снабженную стенками, образующими разгрузочный канал между противоположными наружными уплотняющими сторонами задвижки, выполненный с возможностью его перевода из открытого состояния в закрытое и из закрытого состояния в открытое, при этом внутренние стороны задвижки образуют окно, а разгрузочный канал образован, по меньшей мере, одной перемещающейся внутри указанного окна разгрузочной задвижкой, которая установлена внутри подъемника, расположенного внутри окна задвижки с возможностью линейного перемещения внутри окна между открытым и закрытым положениями посредством рукоятки, расположенной снаружи вентиля, при этом подъемник снабжен разгрузочными окнами, с которыми разгрузочная задвижка имеет подвижный контакт с плотной посадкой.
Подъемник может быть снабжен резьбой, связанной с резьбовым штоком, соединенным с рукояткой.
Подъемник может иметь боковые поверхности, установленные по плотной посадке в соответствующих внутренних сторонах окна в задвижке с возможностью относительного скользящего линейного перемещения внутри окна.
Подъемник может быть снабжен двумя противоположными торцевыми поверхностями, расположенными на расстоянии друг от друга, меньшем расстояния между внутренними торцевыми сторонами окна, так что подъемник имеет возможность перемещения внутри окна во время движения между положениями открытия и закрытия, при этом одна торцевая поверхность подъемника контактирует с одной внутренней торцевой стороной окна в положении открытия, а другая торцевая поверхность подъемника контактирует с другой внутренней торцевой стороной окна в положении закрытия, так что торцевые поверхности подъемника обеспечивают контакт с соответствующими внутренними торцевыми поверхностями среднего слоя для перемещения задвижки между открытым и закрытым положениями.
В другом исполнении вентиль содержит
задвижку, имеющую внутренние стенки, образующие главный проход и перемещаемую между открытым и закрытым положениями внутри корпуса вентиля, в котором в открытом положении главный проход сообщен со стенками, образующими главные каналы в корпусе вентиля на противоположных сторонах задвижки, для формирования потока через вентиль и в котором в закрытом положении наружные уплотняющие стороны задвижки совмещены с главными каналами в корпусе вентиля для прекращения потока через вентиль совместно с уплотнениями между задвижкой и корпусом вентиля,
внутренний разгрузочный канал, выполненный с возможностью его перевода из открытого состояния в закрытое и из закрытого состояния в открытое при работе задвижки,
внутренние стороны, образующие окно внутри задвижки,
внутренний разгрузочный канал, образованный, по меньшей мере, одной перемещаемой внутри окна разгрузочной задвижкой, расположенной внутри подъемника, установленного внутри окна задвижки, причём подъемник установлен с возможностью линейного перемещения между положениями открытия и закрытия,
при этом подъемник имеет боковые поверхности, установленные по плотной посадке в соответствующих внутренних сторонах окна задвижки для относительного скользящего линейного перемещения внутри окна, а также имеет две противоположные торцевые поверхности, расположенные на расстоянии друг от друга, меньшем расстояния между внутренними торцевыми сторонами окна, так что подъемник имеет возможность перемещения внутри окна во время движения между положениями открытия и закрытия, причём одна торцевая поверхность контактирует с одной внутренней торцевой стороной окна в положении открытия, а другая торцевая поверхность контактирует с другой внутренней торцевой стороной окна в положении закрытия, так что торцевые поверхности подъемника обеспечивают контакт с соответствующими внутренними торцевыми поверхностями для перемещения задвижки между открытым и закрытым положениями,
внутренний разгрузочный канал в разгрузочной задвижке выполнен с возможностью его открытия при сообщении с разгрузочными каналами в задвижке, когда подъемник находится в положении открытия, и закрытия его при отсутствии сообщения с разгрузочными каналами в задвижке, когда подъемник находится в положении закрытия.
Задвижка может быть выполнена из двух наружных и среднего слоя с уплотняющими сторонами задвижки на наружных слоях и с внутренними стенками главного прохода задвижки, совмещёнными внутри наружных и среднего слоёв, так что стенки в наружных слоях задвижки образуют разгрузочный канал в каждом наружном слое, доходящий до наружной уплотняющей стороны наружного слоя задвижки.
Каждый наружный слой, может иметь внутреннюю сторону, противоположную внутренней стороне другого наружного слоя, и средний слой, имеющий противоположные внутренние боковые стороны, контактирующие с противоположными внутренними торцевыми сторонами, причём внутренние стороны наружных и среднего слоёв совместно образуют внутри задвижки окно.
Подъемник может быть снабжен внутренней резьбой соединенной с резьбовым штоком, направленным к рукоятке, для линейного перемещения подъемника.
Подъемник может содержать центральный элемент и два примыкающих элемента, расположенных с противоположных сторон от центрального элемента, в котором выполнена внутренняя резьба для соединения с резьбовым штоком, при этом центральный элемент проходит через прорезь в одной из внутренних торцевых сторон среднего слоя, а боковые поверхности подъемника выполнены на примыкающих элементах.
Торцевые поверхности подъемника могут быть выполнены на примыкающих элементах, каждый из которых имеет две противоположные торцевые поверхности и расположены на расстоянии друг от друга, меньшем расстояния между внутренними торцевыми сторонами среднего слоя.
Каждый примыкающий элемент может иметь внутренние стенки, образующие разгрузочные окна, открытые в направлении внутренних сторон наружных слоёв задвижки, разгрузочные задвижки внутри разгрузочных окон установлены по плотной посадке с подвижным соединением в разгрузочных окнах и стенками, образующими внутренний разгрузочный канал внутри каждой разгрузочной задвижки.
Каждая разгрузочная задвижка может иметь две противоположные уплотняющие поверхности, обращённые по направлению внутренних сторон наружных слоёв задвижек, и снабжена, по меньшей мере, одной уплотняющей пластиной, размещённой между каждой уплотняющей поверхностью каждой разгрузочной задвижки и соответствующей ей внутренней стороной наружных слоёв задвижек.
Вентиль может быть снабжен двумя уплотняющими пластинами, размещёнными между каждой уплотняющей поверхностью каждой разгрузочной задвижки и соответствующей ей внутренней стороной корпуса наружных слоёв задвижек.
В другом исполнении вентиль содержит
задвижку с внутренними стенками, образующими главный проход и перемещаемую между открытым и закрытым положениями внутри корпуса вентиля, в котором в открытом положении главный проход задвижки совмещён со стенками, образующими главные каналы в корпусе вентиля на противоположных сторонах задвижки для обеспечения потока через вентиль, и в котором в закрытом положении наружные уплотняющие стороны задвижки сообщены с главными каналами в корпусе вентиля для прекращения потока через вентиль совместно с уплотнениями между задвижкой и корпусом вентиля, при этом задвижка состоит из двух наружных слоёв и среднего слоя, которые соединены крепёжными штифтами, и имеет наружные уплотняющие стороны на наружных слоях и внутренние стенки главного прохода задвижки, совмещённые внутри наружных и среднего слоёв,
каждый наружный слой, имеющий внутреннюю сторону, противоположную внутренней стороне другого наружного слоя, и средний слой, имеющий противоположные внутренние боковые стороны, соединённые с противоположными внутренними торцевыми сторонами, причём внутренние стороны наружных и среднего слоёв вместе образуют внутри задвижки окно, противоположное наружным уплотняющим сторонам задвижки,
подъемник, установленный внутри окна с возможностью перемещения между положениями открытия и закрытия и соединённый для линейного перемещения внутренней резьбой внутри подъемника с резьбовым штоком, связанным с рукояткой снаружи вентиля,
при этом подъемник состоит из центрального элемента и двух примыкающих элементов, соединённых с противоположными сторонами центрального элемента, имеющего внутреннюю резьбу и проходящего через прорезь в одной из внутренних торцевых сторон среднего слоя,
примыкающие элементы имеют каждый боковую поверхность и установлены по плотной посадке в соответствующих внутренних боковых сторонах среднего слоя для относительного скользящего линейного перемещения внутри окна,
примыкающие элементы имеют каждый две противоположные торцевые поверхности, расположенные на расстоянии друг от друга, меньшем расстояния между внутренними торцевыми сторонами среднего слоя, так что подъемник имеет возможность перемещения внутри окна во время движения между положениями открытия и закрытия, причём одна торцевая поверхность контактирует с одной внутренней торцевой стороной среднего слоя в положении открытия, а другая торцевая поверхность контактирует с другой внутренней торцевой стороной среднего слоя в положении закрытия, так что торцевые поверхности примыкающих элементов обеспечивают контакт с соответствующими внутренними торцевыми сторонами среднего слоя для перемещения задвижки между открытым и закрытым положениями,
примыкающие элементы имеют каждый внутренние стенки, образующие разгрузочные окна, открытые в направлениях внутренних сторон наружных слоёв задвижки, в которых расположены разгрузочные задвижки по плотной посадке с подвижным контактом в разгрузочных окнах,
при этом каждая разгрузочная задвижка имеет две противоположные уплотняющие поверхности, обращённые по направлениям внутренних сторон наружных слоёв задвижек,
две уплотняющие пластины, размещённые между каждой уплотняющей поверхностью каждой разгрузочной задвижки и соответствующей ей внутренней стороной наружных слоёв задвижек,
стенки в наружных слоях задвижки, образующие два разгрузочных канала между противоположными наружными уплотняющими сторонами задвижки, причём разгрузочные каналы задвижек проходят от наружной уплотняющей стороны каждого наружного слоя до окна между наружными слоями,
стенки уплотняющих пластин, образующие уплотняющие разгрузочные каналы в уплотняющих пластинах, совмещенные с разгрузочными каналами задвижек,
стенки в разгрузочных задвижках, образующие внутренний разгрузочный канал в каждой разгрузочной задвижке, выполненный с возможностью открытия при совмещении с разгрузочными каналами задвижек и уплотняющими разгрузочными каналами, когда подъемник находится в положения открытия и с возможностью закрытия при отсутствии сообщения с разгрузочными каналами задвижек и уплотняющими разгрузочными каналами, когда подъемник находится в положении закрытия.
Более полное понимание изобретения и его преимуществ будет очевидным из подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - вид в перспективе с частичным вырезом шиберного вентиля по данному изобретению;
фиг.2 - вид сбоку вентиля с частичным вырезом;
фиг.3 - вид в разрезе по линии 3-3 на фиг.2;
фиг.4 - вид в разрезе по линии 4-4 на фиг.2;
фиг.5 - вид в перспективе с деталировкой;
фиг.6А-6G - виды последовательности операций открытия и закрытия вентиля; и
фиг.7 - вентиль с подъемным штоком с разгрузочной задвижкой альтернативной формы.
На фиг.1-6G, где одинаковые номера позиций обозначают идентичные и соответствующие элементы, представлен шиберный вентиль 10, который снабжен задвижкой 12, имеющей внутренние стенки, образующие ее главный проход 14, и перемещаемой между открытым и закрытым положениями внутри корпуса 16 вентиля. В открытом положении главный проход 14 задвижки совмещен со стенками, образующими главные каналы 18, 20 в корпусе 16 вентиля на противоположных сторонах задвижки 12, для обеспечения потока через вентиль, а в закрытом положении (фиг.1-3) наружные уплотняющие стороны 22, 24 задвижки сообщены с уплотняющими прокладками 26, 28 главных проходов 18, 20 в корпусе 16 вентиля для прекращения потока через вентиль.
Задвижка 12 образована из двух наружных слоев 40, 42 и среднего слоя 44, причем наружные и внутренний слои соединены крепежным штифтом 46. Наружные уплотняющие стороны 22, 24 задвижки 12 находятся на наружных слоях, и внутренние стенки главного прохода 14 задвижки расположены внутри наружных и среднего слоев 40, 42, 44.
Каждый наружный слой 40, 42 имеет внутреннюю сторону 48, 50, противоположную внутренней стороне другого наружного слоя. Средний слой 44 имеет противоположные внутренние боковые стороны 52, 54, соединенные с противоположными внутренними торцевыми сторонами 56, 58, причем внутренние стороны 52, 54, 56, 58 наружных и среднего слоев 40,42, 44 вместе образуют окно 60 внутри задвижки 12, противоположное наружным изолирующим сторонам 22,24 задвижки 12.
Подъемник 70 внутри окна 60 установлен с возможностью перемещения между положениями открытия и закрытия и соединен для линейного перемещения внутренней резьбой 72 с резьбовым штоком 74, связанным с рукояткой 76 снаружи вентиля 10. Подъемник 70 содержит центральный элемент 78 и два примыкающих элемента 80, 82 с противоположных сторон центрального элемента 78. Внутренняя резьба 72 выполнена в центральном элементе 78, который проходит через прорезь 84 в одной из внутренних торцевых сторон 58 среднего слоя.
Каждый из примыкающих элементов 80, 82 имеет боковую поверхность 86 и установлен по плотной посадке в смежных внутренних боковых сторонах 52, 54 среднего слоя 44  для относительного скользящего линейного перемещения внутри окна 60. Каждый из примыкающих элементов 80, 82 имеет две противоположные торцевые поверхности 88, 90. Торцевые поверхности 88, 90 на каждом примыкающем элементе 80, 82 имеют расстояние между собой меньше расстояния между внутренними торцевыми сторонами 56, 58 среднего слоя 14, так что подъемник 70 имеет диапазон линейного хода внутри окна 60 во время перемещения между открытым и закрытым положениями. Одна торцевая поверхность 88 контактирует с одной внутренней торцевой стороной 58 среднего слоя в положении открытия, а другая торцевая поверхность 90 контактирует с другой внутренней торцевой стороной 56 среднего слоя в положении закрытия. В этих положениях торцевые поверхности 88, 90 примыкающих элементов обеспечивают контакт с соответствующими внутренними торцевыми сторонами 56, 58 среднего слоя для перемещения задвижки 12 между открытым и закрытым положениями.
Каждый из примыкающих элементов 80, 82 имеет внутренние стенки, образующие разгрузочные окна 100, открытые в направлениях внутренних сторон 48, 50 наружных слоев 40, 42 задвижки. Разгрузочные задвижки 102 внутри разгрузочных окон 100 имеют плотную посадку с подвижным контактом с разгрузочными окнами 100. Каждая разгрузочная задвижка 102 имеет две противоположные уплотняющие поверхности 104, обращенные по направлениям внутренних сторон 48, 50 наружных слоев 40, 42.
Две уплотняющие пластины 106 размещены между каждой уплотняющей поверхностью 104 каждой разгрузочной задвижки 102 и соответствующей ей внутренней стороной 48, 50 наружных слоев 40, 42. Уплотняющие пластины 106 выполнены из уплотняющего материала, например, тефлона.
Стенки в наружных слоях 40, 42 задвижки 12 имеют два разгрузочных канала 110, 112 между противоположными наружными уплотняющими сторонами 22, 24 задвижки 12. Разгрузочные каналы 110, 112 задвижки направлены от наружной уплотняющей стороны 22, 24 каждого наружного слоя 40, 42 до окна 60 между наружными слоями 40, 42. В уплотняющих пластинах 106 имеются разгрузочные каналы 114, совмещенные с разгрузочными каналами 110, 112. В каждой разгрузочной задвижке 102 имеется внутренний разгрузочный канал 116. Внутренние разгрузочные каналы 116 выполнены с возможностью открытия при совмещении с разгрузочными каналами 110, 112 и разгрузочными каналами 114, когда подъемник 70 находится в положении открытия, и закрытия при отсутствии сообщения с разгрузочными каналами 110, 112 и разгрузочными каналами 114, когда подъемник 70 находится в положении закрытия.
При работе, как показано на фиг.6А-6G, открытие и закрытие разгрузочных каналов 110, 112, 114, 116 происходит в автоматической последовательности вращением рукоятки 75 для перемещения задвижки 12. На фиг.6А вентиль 10 закрыт, задвижка 12 и подъемник 70 находятся в закрытом положении. Внутренние разгрузочные каналы 116 не сообщены с разгрузочными каналами 110, 112 задвижек и разгрузочными каналами 114, что обусловливает закрытие разгрузочного канала при перепаде давления на вентиле. Плавающая установка разгрузочных задвижек 102 в окнах 100 обеспечивает прижим разгрузочных задвижек 102 под действием перепада давления к уплотняющим пластинам 106.
На фиг.6В рукоятка повернута для подъема подъемника 70 до положения открытия, когда торцевые поверхности примыкающих элементов прижаты к внутренним торцевым поверхностям среднего слоя задвижки. Задвижка 12 еще не имеет перемещения. Это перемещение подъемника 70 сообщает каналы 110, 112, 114, 116, открывая разгрузочный канал и выравнивая давление в вентиле. Даже при высоком перепаде давления усилие, требуемое для открытия разгрузочных каналов, минимальное благодаря малым задействованным площадям поверхности. В случае поломки при повторных включениях из-за наличии потока и трения поломку быстро и недорого устраняют заменой недорогих уплотняющих пластин из тефлона.
На фиг.6С задвижка поднята подъемником 70 до точки, когда главный проход намного открыт. Поскольку давление в вентиле уже выровнено, то для перемещения задвижки требуется минимальное усилие и открытие вентиля происходит в непрерывном потоке. На фиг.6В вентиль полностью открыт с задвижкой в открытом положении. Подъемник 70 неподвижен в положении открытия.
Фиг.6Е и 6G показывают последовательность закрытия. Начальным вращением рукоятки 76 подъемник 70 перемещают в положение закрытия, показанное на фиг.6Е. Разгрузочные каналы 110, 112, 114, 116 выходят из положения сообщения, закрывая разгрузочный канал. Задвижка 12 пока неподвижна. На фиг.6F вентиль частично закрыт, а на фиг.6G вентиль полностью закрыт (как на фиг.6А).
Фиг.7 представляет альтернативный вариант осуществления, где вентиль 150 имеет выдвижной шток. В вентиле с выдвижным штоком шток 152 ввинчивают по внутренней резьбе 154 рукоятки 156. В отличие от вентиля 10 шток 152 не вращается относительно задвижки 158. Это устраняет необходимость в прохождении штока через подъемник, что обусловливает наличие двух примыкающих элементов 80, 82 и центрального элемента 78 с разгрузочной задвижкой 102 в каждом примыкающем элементе. В вентиле по фиг.7 применена более простая одинарная разгрузочная задвижка 160 с разгрузочными каналами 162, 164, выполненными иным образом, чем те, которые применены в вентиле 10.
Понятно, что каждый из элементов, описанных выше, или два или более совместно могут также найти полезное применение в других видах конструкций, отличающихся от описанного выше типа.
Хотя изобретение показано и описано применительно к конкретным шиберным вентилям, это не предполагает ограничений указанными конструкциями, поскольку ясно, что разные модификации, замены и изменения по формам и деталям представленных устройств и их работы могут быть сделаны специалистами в данной области техники без отступления в каком-то виде от сущности данного изобретения.
Без дальнейшего анализа вышеизложенное позволяет установить сущность данного изобретения, которое другие могут с использованием современных знаний легко адаптировать без упущения особенностей, с точки зрения современного уровня, существенных признаков общих и специфических аспектов данного изобретения.