ДВУХЗАПОРНЫЙ КЛАПАН
TWO-WAY SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к области атомного энергетического машиностроения и может быть использовано в трубопроводах с потенциально опасной рабочей средой, работающих при высоких параметрах рабочей среды и высоких требованиях по надежности, например, в атомных энергетических установках в качестве локализующего запорного устройства, для экстренного отсечения парогенератора по 2 контуру при обнаружении межконтурной неплотности, т.е. течи среды первого контура (вода высокого давления) во второй контур (область «низкого давления»).
Специфической особенностью при эксплуатации локализующей арматуры второго контура является нагружение затворов клапана, при возникновении межконтурной неплотности, давлением среды первого контура, многократно превышающим давление пара при нормальной работе установки. По этой причине приемлемые массо-габаритные характеристики клапана могут быть получены только при использовании давления среды для самоуплотнении в затворах, т.е. давление должно действовать в направлении «на затвор» (в настоящем описании используется терминология по ГОСТ Р 52720-2007 «Арматура трубопроводная, термины и определения», в соответствии с которой затвор - это «совокупность подвижных (золотник…) и неподвижных (седло) элементов арматуры, образующих проходное сечение и соединение, препятствующее протеканию рабочей среды). В соответствии с этим применительно к двухзапорному клапану примененный в настоящем описании термин «основной затвор» означает совокупность основного запирающего органа и соответствующего седла корпуса, а термин «дополнительный затвор» означает совокупность дополнительного запирающего органа и соответствующего седла корпуса.
Конкретная область применения предполагаемого изобретения - использование в качестве запорного отсечного устройства, размещенного на выходном вертикальном патрубке парогенератора, обеспечивающего двойное перекрытие прохода.
Известен трехходовой клапан по патенту Германии №206730, кл. 47g 20/01, 1907 г, содержащий корпус с двумя седлами и взаимодействующие с ними основной и дополнительный запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными штоками, связанными с приводами, обеспечивающими независимое перемещение запорных органов. Назначение этой конструкции - перераспределение потоков рабочей среды, в качестве отсечного устройства ее использовать невозможно.
Известен клапан по а.с. СССР № SU 1376671, A1 F16K, опубл. 24.01.86, содержащий корпус с входным и выходными патрубками, установленные в корпусе соосно седла, причем дополнительный патрубок сообщен с дополнительной полостью между седлами, выполненной в виде кольцевой проточки смещенной в сторону дополнительного патрубка. Данная конструкция предназначена для организации полномасштабного потока рабочей среды через дополнительный патрубок. Для клапанов, в которых дополнительный патрубок имеет целью только отвод возможных протечек через основной затвор, применение этой конструкции нецелесообразно, поскольку она имеет повышенные массо-габаритные характеристики.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является клапан по а.с. СССР № SU 1137848, F16K 11/20, опубл. 17.06.83, содержащий корпус с седлами и взаимодействующие с ними основной и дополнительный запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными штоками, связанными с приводами, обеспечивающими независимое перемещение запорных органов, и дополнительную полость с патрубком, дополнительная полость выполнена в виде кольцевого коллектора, концентрично расположенного с внешней стороны корпуса, в котором по его периметру между седлами выполнены отверстия, посредством которых внутренняя полость клапана сообщена с дополнительной полостью.
Данная конструкция предназначена для обеспечения возможности организации потока рабочей среды через дополнительный патрубок. Для клапанов, в которых дополнительный патрубок имеет целью только отвод возможных протечек через основной затвор, применение этой конструкции также нецелесообразно по причине повышенных массо-габаритных характеристик.
Общим недостатком указанных конструкций, исключающим их применение в реакторных установках с вертикальным выходным патрубком парогенератора, на котором должен размещаться клапан, является невозможность использовать принцип самоуплотнения в затворе в закрытом положении клапана.
Целью изобретения является создание конструкции двухзапорного клапана, установленного на выходном осевом патрубке изделия - источника давления, обеспечивающего сниженные массо-габаритных характеристик путем использования принципа самоуплотнения в затворе за счет того, что закрытие клапана осуществляется в направлении, совпадающим с направлением потока среды.
Поставленная цель достигается тем, что в известном двухзапорном клапане, содержащим угловой корпус с осевым и боковым патрубками и двумя уплотнительными седлами, взаимодействующие с последними, основной и дополнительный запирающие органы, расположенные во внутренней полости корпуса и соединенные с коаксиально расположенными штоками и их независимыми приводами, основной и дополнительный запирающие органы снабжены золотниками, соединенными с коаксиально расположенными штоками и размещенными со стороны осевого патрубка противоположно боковому патрубку, причем золотник основного запирающего органа соединен с трубчатым штоком, а золотник дополнительного запирающего органа выполнен в виде стакана, глубина которого больше хода основного запирающего органа.
Корпус клапана снабжен ступенчатой втулкой, взаимодействующей в открытом положении основного затвора с опорной торцевой поверхностью штока основного запирающего органа.
Шток дополнительного запирающего органа снабжен опорной торцевой поверхностью, взаимодействующей с корпусом привода в открытом положении дополнительного затвора.
В осевой патрубок установлена резьбовая втулка с профильной внутренней поверхностью.
На Фиг. представлено изображение предлагаемого двухзапорного клапана.
Двухзапорный клапан состоит из следующих составных частей:
- корпуса 1 углового типа с осевым 2 и боковым 3 патрубками, двумя последовательно размещенными во внутренней полости уплотнительными седлами 4 и 5, дренажным штуцером 6 для отвода возможных протечек через дополнительный затвор из межседельной полости, направляющими 7 и 8 и осевым каналом 9 в верхней части, фланцем 10 для стыковки со стойкой 11, штуцером 12 для отвода протечек из сальников осевого канала 9 и ввинченной резьбовой втулкой 13 с профильной внутренней поверхностью. К верхнему торцу корпуса 1 прикреплена ступенчатая втулка 14, выполняющая при управлении основным запирающим органом 15 функцию ограничения перемещения штока 16.
Уплотнительные седла 4 и 5 размещены во внутренней полости корпуса 1 со стороны, противоположной боковому патрубку 3, в связи с чем давление транспортируемой среды используется для самоуплотнения в затворах при закрытом положении клапана, поскольку закрытие клапана осуществляется в направлении, совпадающим с направлением потока среды;
- основного запирающего органа 15, состоящего из трубчатых штоков 16 и 17, соединенных между собой муфтой 18, золотника 19 и соединительной гайки 20;
- дополнительного запирающего органа 21, состоящего из штоков 22 и 23, находящихся внутри штоков 16 и 17 соответственно, соединенных между собой муфтой 24, золотника 25 и гайки 26. На верхнем конце штока 23 закреплен ходовой винт 27. Золотник 25 дополнительного запирающего органа 21 выполнен в виде стакана, глубина бортовой части которого превышает величину хода Б основного запирающего органа;
- привода 28 основного затвора, включающего пневмопривод двухстороннего действия 29, размещенный в корпусе 30, и ручной дублирующий привод 31, выполненный в виде, например, червячного редуктора;
- привода 32 дополнительного затвора, выполненного, например, в виде червячного редуктора.
Двухзапорный клапан работает следующим образом.
При нормальной работе реакторной установки оба затвора клапана находятся в открытом положении, пар из парогенератора через проточную часть клапана поступает на турбину.
Под действием усилия привода 28 торец муфты 18 упирается в торец В ступенчатой втулки 14 корпуса 1, чем обеспечивается фиксированное открытое положение основного запирающего органа 15.
Торец ходового винта 27 упирается в торец Г корпуса 30 пневмопривода 29, жестко соединенного с корпусом 1 клапана через стойку 11, что обеспечивает фиксированное открытое положение дополнительного запирающего органа 21.
При выявлении вероятности появления межконтурной неплотности основной затвор двухзапорного клапана автоматически закрывается с целью локализации аварии путем максимального ограничения распространения потенциально опасной среды первого контура, при этом золотник 19 упирается в седло 4 корпуса 1.
При подтверждении наличия течи среды первого контура во второй контур приводится в действие ручной привод 32, в результате чего закрывается дополнительный затвор в положении упора золотника 25 в седло 5 корпуса 1, открывается отверстие в дренажном штуцере 6 и возможная протечка среды через дополнительный затвор отводится через дренажный штуцер 6. Основной затвор работает в условиях отсутствия давления и обеспечивает надежную герметичность полости второго контура от первого контура. Размещение штоков 22 и 23 дополнительного запирающего органа 21 в каналах штоков 16 и 17 основного запирающего органа 15 обеспечивает возможность независимой работы приводных органов 28 и 32 основного и дополнительного затворов. Золотник 25 выполнен в виде стакана, глубина которого больше расстояния А между торцами золотников 19 и 25 в открытом положении обоих запирающих органов, которое в свою очередь превышает ход Б основного запирающего органа 15, что позволяет управлять перемещением запирающих органов независимо от их взаимного расположения, в частности, осуществлять закрытие клапана дополнительным запирающим органом 21 независимо от положения основного запирающего органа 15 и открытие основного запирающего органа 15 независимо от положения дополнительного запирающего органа 21.
Усилие от давления потока среды, действуя в направлении «на затвор», способствует герметизации затворов, обеспечивая тем самым принцип самоуплотнения.
Реализация принципа самоуплотнения в предлагаемой конструкциии позволила снизить потребную мощность привода и, следовательно, массо-габаритные характеристики двухзапорного клапана и решить задачу создания двухзапорного клапана, предназначенного для двойного перекрытия потока среды при установке клапана осевым патрубком на патрубок изделия -источника давления.