ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН
STOP AND CONTROL VALVE

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, 7 МПК кл. 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.
Известно устройство, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены запорный и регулирующий затворы, объединенные в запорно-регулирующий затвор и соединенные со штоком, перемещаемым приводом, причем шток выполнен в виде ступенчатого штока-рейки, на ступени большего диаметра которого выполнена рейка, расположенная в сквозном осевом, сопрягаемом со ступенью большего диаметра, отверстии корпуса, причем ступень меньшего диаметра и начало ступени большего диаметра расположены во входном канале, при этом запорно-регулирующий затвор выполнен в виде втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью и отверстиями, установленной на ступени меньшего диаметра штока-рейки, причем втулка-плунжер установлена с возможностью осевого перемещения со штоком-рейкой и фиксации ее в крайних положениях, при этом втулка-плунжер расположена соосно в сопрягаемом с ней седле с уплотнительным элементом, выполненным цилиндрическим с радиальными отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента по ходу потока среды, причем в корпусе выполнено радиальное эксцентричное отверстие, в котором расположен вал-шестерня, соединенный с приводом и взаимодействующий со штоком-рейкой, а в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе (патент FR №2571115 А1, кл. F16K 1/12,31/54, 04.04.1986 г.).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является запорно-регулирующий клапан, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены дна затвора, перемещаемые приводом.
причем первый затвор, разгрузочный, выполнен в виде дополнительного штока-рейки с 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-рейка 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, 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 дополнительным штоком-рейкой вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнено радиальное эксцентричное отверстие, в котором расположен вал-шестерня, соединенный с приводом и взаимодействующий с дополнительным штоком-рейкой, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующего затворе (патент РФ №2279599, 7 МПК кл. F16K 1/12, 3/22, 39/02, 31/54, 25.11.2004).
Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что при больших перепадах давления одноступенчатое регулирование расхода транспортируемой среды 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, перемещаемые приводом, причем первый затвор, разгрузочный, выполнен в виде дополнительного штока-рейки с 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-рейка установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации его в крайних положениях, при этом конец разгрузочного затвора с уплотнительной поверхностью и буртик расположены соосно внутри второго запорно-регулирующего затвора и в одном крайнем положении конец разгрузочного затвора 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-рейкой вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом в центральной части корпуса выполнено радиальное эксцентричное отверстие, в котором расположен вал-шестерня, соединенный с приводом и взаимодействующий с дополнительным штоком-рейкой, при этом в корпусе выполнены отверстия, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующего затворе.
Заявляемый запорно-регулирующий клапан отличается от прототипа тем, что запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, по размеру и количеству идентичными отверстиям в трубчатой части седла, также выполненным 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 один канал сообщается с полостью над ступенью большего диаметра, а через другой - с разгрузочным отверстием, выполненным глухим, причем внутренний диаметр запорно-регулирующего затвора со стороны ступени большего диаметра выполнен не более наружного диаметра его трубчатой части и сопрягается с корпусом, образуя с последним полость, соединенную с разгрузочным отверстием, которая через отверстие в запорно-регулирующем затворе сообщается с выходным каналом, при этом начало дополнительного штока-рейки выполнено ступенчатым и торец ступени меньшего диаметра, выполненный не менее диаметра его конца, расположен во входном канале, а полость над ступенью большего диаметра сообщается через канал в корпусе и отверстие в запорно-регулирующем затворе с выходным каналом, при этом запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе.
Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где на фиг.1 изображен продольный разрез клапана в закрытом положении, на фиг.2-разрез А-А на фиг.1.
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены два затвора, перемещаемые приводом 4 (неполноповоротным электроприводом).
Первый затвор - разгрузочный - выполнен в виде дополнительного штока-рейки 5 с буртиком 6 и уплотнительной поверхностью 7 на конце 8. Дополнительный шток-рейка расположен в сквозном осевом, сопрягаемом с ним, отверстии 9 корпуса, при этом его начало 10 выполнено ступенчатым и торец 11 ступени 12 меньшего диаметра, выполненный не менее диаметра его конца, расположен во входном канале корпуса. Дополнительный шток-рейка установлен с возможностью осевого перемещения, а его подвижность ограничена крайними положениями перемещения. Конец дополнительного штока-рейки с уплотнительной поверхностью и буртик расположены соосно внутри второго - запорно-регулирующего затвора 13 (в сборе) с уплотнительным элементом 14, разгрузочным отверстием 15, уплотнительной поверхностью 16 и трубчатой частью 17 с радиальными отверстиями 18, расположенной за уплотнительной поверхностью по ходу потока транспортируемой среды. В одном крайнем положении дополнительный шток-рейка взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие, а в другом крайнем положении буртиком прижимает запорно-регулирующий затвор к корпусу.
Запорно-регулирующий затвор размещен в седле 19 с уплотнительным элементом 20 и трубчатой частью 21 с радиальными отверстиями 22, 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 23 меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости 24 с трубчатой частью седла, которая через канал 25 сообщается с полостью 26 над ступенью 27 большего диаметра, а через канал 28 сообщается с разгрузочным отверстием, выполненным глухим. Внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента и наружный диаметр ступени большего диаметра запорно-регулирующего затвора выполнены сопрягаемыми. Внутренний диаметр запорно-регулирующего затвора со стороны ступени большего диаметра выполнен не более наружного диаметра его трубчатой части и сопрягается с корпусом, образуя с последним полость 29, соединенную с разгрузочным отверстием, которая через отверстие 30 в запорно-регулирующем затворе сообщается с выходным каналом. Полость 31 над ступенью большего 32 диаметра штока-рейки сообщается через канал 33 в корпусе и отверстие в запорно-регулирующем затворе с выходным каналом. Запорно-регулирующий затвор установлен с возможностью осевого перемещения дополнительным штоком-рейкой 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 эксцентричное отверстие 34, в котором расположен вал-шестерня 35. Вал-шестерня соединен с приводом и одновременно взаимодействует с дополнительным штоком-рейкой.
В корпусе выполнены отверстия 36, соединяющие входной и выходной каналы при открытом запорно-регулирующего затворе.
Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) дополнительный шток-рейка 5 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 7 прижимается к уплотнительному элементу 14 запорно-регулирующего затвора 13, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 15.
Запорно-регулирующий затвор 13 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 16 прижимается к уплотнительному элементу 20 седла 19, 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 4, который начинает поворачивать против часовой стрелки соединенный с ним вал-шестерню 35. Одновременно вал-шестерня 35, находясь в зацеплении с дополнительным штоком-рейкой 5, перемещает его от уплотнительного элемента 14 запорно-регулирующего затвора 13, открывая разгрузочное отверстие 15 для прохода среды, находящейся в полости 26 для разгрузки запорно-регулирующего затвора 13 и в полости 24 для разгрузки уплотнительного элемента 20 седла 19 через каналы 25, 28 и отверстие 30, перед открытием запорно-регулирующего затвора 13. При дальнейшем движении дополнительный шток 5 буртиком 6 упирается в запорно-регулирующий затвор 13 (в сборе) и перемещает его вдоль трубчатой части 21 седла 19 от уплотнительного элемента 20, открывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 через отверстия 36, радиальные отверстия 22, полость 24 и далее через радиальные отверстия 18 трубчатой части 17 в выходной канал 3. Регулирование расхода транспортируемой среды осуществляется поворотом вала-шестерни 35 до необходимого положения и его остановкой. Каждому положению вала-шестерни 35 соответствует определенное положение запорно-регулирующего затвора 13, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды через радиальные отверстия 22 и 18, при этом перепад давления поровну распределяется между обеими ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующего затвора 13.
При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 4, который начинает поворачивать по часовой стрелке соединенный с ним вал-шестерню 35. Одновременно вал-шестерня 35, находясь в зацеплении с дополнительным штоком-рейкой 5, перемещает его к уплотнительному элементу 14 запорно-регулирующего затвора 13, закрывая разгрузочное отверстие 15 и перемещая запорно-регулирующий затвор 13 к уплотнительному элементу 20 седла 19. Совместное перемещение дополнительного штока-рейки 5 и запорно-регулирующего затвора 13 продолжается до тех пор, пока запорно-регулирующий затвор 13 своей уплотнительной поверхностью 16 достигнет уплотнительного элемента 20 седла 19, герметично перекрывая его, а дополнительный шток-рейка 5 своей уплотнительной поверхностью 7 опустится на уплотнительный элемент 14, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 15 запорно-регулирующего затвора 13. Данное положение дополнительного штока-рейки 5 соответствует выключенному приводу.
Благодаря тому что при открытии запорно-регулирующего затвора уплотнительный элемент седла находится в разгруженном состоянии, т.е. перепад давления на нем отсутствует, а при регулировании расхода среды общий перепад давления поровну распределяется между обеими ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.