КЛАПАН ПРОТОЧНЫЙ
FLOWING VALVE

Изобретение относится к промышленной трубопроводной арматуре, устанавливаемой в трубопроводах и предназначенной для недопущения изменения направления потока среды в технологической системе с обеспечением максимальной герметичности, и позволяет использовать диагностическое оборудование.
Известен вертикальный отсечной клапан (патент RU 2111400 С1), в котором имеются корпус с вертикальным патрубком, седлом, входным и выходным отверстиями и установленным в нем с возможностью перемещения в вертикальном патрубке корпуса полый запорный элемент, выполненный в виде нагруженного пружиной сферического тела с отверстиями в верхней и нижней частях его поверхности, причем пружина, нагружающая сферическое тело, закреплена за верхнюю часть вертикального патрубка корпуса и нижнюю часть сферического тела и размещена в отверстии верхней части поверхности сферического тела, через которое полость тела сообщена с окружающей его полостью, при этом отверстия, выполненные в нижней части поверхности сферического тела, снабжены обратными клапанами, установленными с возможностью приема полного давления, а в исходном положении сферическое тело расположено в вертикальном патрубке корпуса.
Недостаток такого отсечного клапана заключается в том, что при прекращении рабочего потока через сечение клапана или значительное уменьшение рабочего давления запорный элемент может приоткрыть проходное сечение, так как на запорный элемент не будут воздействовать аэродинамические силы и пружина будет поднимать его вверх. Такой клапан не гарантирует максимальную герметичность проходного сечения.
Известен быстродействующий разгруженный отсечной клапан RZD-X-SAV фирмы Моквелд (Mokveld Valves bv, Голландия, 2010), который состоит из наружного корпуса и внутреннего корпуса, находящегося в проходном сечении клапана и имеющего поршень, шток поршня, шпиндель клапана и седло.
Помимо положительных качеств клапан имеет и недостаток, заключающийся в том, что запорный элемент - поршень находится во внутреннем корпусе, создавая этим определенное гидравлическое сопротивление, а самый главный недостаток - клапан исключает возможность использовать технологические устройства, диагностирующие состояние трубопровода, двигаясь внутри.
Наиболее близким к заявленному клапану является проточный клапан (патент RU 2229648 С1, кл. F16K 3/24, 27.05.2004 г.), который содержит корпус с входным и выходным патрубками, оси которых расположены под острым углом к оси корпуса, в корпусе установлены цилиндрическая вставка с проходным сечением и направляющей втулкой и полый запорный элемент, выполненный с косым срезом со стороны проходного сечения корпуса и внутренним фланцем, к которому прикреплен механизм соединения запорного элемента с приводом, обеспечивающим поворот запорного элемента на 180° вокруг свой оси при его перемещении вдоль оси корпуса, и эллипсное седло.
Известный клапан позволяет снизить усилия, необходимые для перемещения запорного элемента, с одновременным повышением устойчивости работы, так как в гидравлической системе, в которой установлен клапан, отсутствуют условия для возникновения автоколебаний при отпирании и запирании клапана. В клапане совмещаются преимущества тарельчатого и золотникового клапанов, то есть обеспечивается повышенная герметичность клапана в закрытом положении одновременно с ликвидацией сил, действующих на привод запорного элемента в результате влияния давления рабочей среды.
Недостатком известного клапана является то, что запорный элемент при перекрытии потока рабочей среды нижней частью контактирует с седлом, что вносит определенные технологические сложности в процесс закрытия клапана. А также для управления клапаном требуется внешнее управление запорным элементом клапана: либо ручное управление, либо внешний механизм, что увеличивает габариты клапана.
Задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей и повышение надежности и герметичности работы клапана проточного, работающего в любых пространственных положениях при больших давлениях.
Технический результат достигается тем, что в известном клапане проточном, содержащим корпус с входным и выходным патрубками, оси которых расположены под острым углом к оси корпуса, в корпусе установлены цилиндрическая вставка с проходным сечением и направляющей втулкой и полый запорный элемент, выполненный с косым срезом со стороны проходного сечения корпуса и внутренним фланцем, к которому прикреплен механизм соединения запорного элемента с приводом, обеспечивающим поворот запорного элемента на 180° вокруг свой оси при его перемещении вдоль оси корпуса, и эллипсное седло, согласно изобретению полый запорный орган выполнен в виде отрезка трубы, а эллипсное седло выполнено в виде фасонного уплотнения, расположенного между направляющей втулкой и опорным кольцом, которое закреплено на цилиндрической вставке, и взаимодействующего со стороны косого среза с наружной поверхностью запорного элемента в виде отрезка трубы в закрытом положении клапана, при этом механизм соединения выполнен в виде прикрепленной к внутреннему фланцу запорного элемента силовой планки с фиксатором и поршнем с упорным подшипником, на который опирается пружина сжатия, а привод выполнен в виде двух коаксиальных гидроцилиндров: внутреннего и внешнего, расположенных в верхней части корпуса, причем внутренний гидроцилиндр закреплен на внешнем фланце корпуса и выполнен с внутренним каналом для подачи командного давления для открытия проходного сечения запорным элементом.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен клапан проточный, в разрезе, в положении «закрыто»; на фиг.2 - то же, что и на фиг.1, в положении «открыто»; на фиг.3 - узел А на фиг.1, представляющий контакт цилиндрической поверхности запорного элемента с цилиндрической поверхностью фасонного эллипсного уплотнения; на фиг.4 - вид верхней части отсечного клапана; на фиг.5 - фасонное эллипсное уплотнение в сечении; на фиг.6 - запорный элемент клапана в разрезе.
Предлагаемый клапан проточный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, оси которых расположены под острым углом к оси корпуса 1. В корпусе 1 установлены цилиндрическая вставка 4 с проходным сечением 5 и направляющей втулкой 6 и полый запорный элемент 7. Полый запорный элемент 7 выполнен в виде отрезка трубы, имеющей косой срез со стороны проходного сечения корпуса 1 и внутренний фланец 8. К фланцу 8 прикреплен механизм соединения запорного элемента 7 с приводом, обеспечивающим поворот запорного элемента 7 на 180° вокруг своей оси при его перемещении вдоль оси корпуса 1, уменьшая рабочий ход запорного элемента. Эллипсное седло 9 выполнено в виде фасонного уплотнения, представляющего в сечении многоугольник с выступом 10 на внешней плоской стороне уплотнения для обеспечения надежной герметичности. Эллипсное седло 9 выполнено в виде фасонного уплотнения и расположено между направляющей втулкой 11 и опорным кольцом 12. Опорное кольцо 12, в проекции представляющее эллипсное кольцо, закреплено на цилиндрической вставке 4. Эллипсное седло 9 взаимодействует с наружной поверхностью запорного элемента 7 в виде отрезка трубы со стороны косого среза в закрытом положении клапана. Механизм соединения выполнен в виде прикрепленной к внутреннему фланцу 8 запорного элемента 7 силовой планки 13 с фиксатором 14 и поршнем 15 с упорным подшипником 16, на который опирается пружина сжатия 17. Привод выполнен в виде двух коаксиальных гидроцилиндров: внутреннего 18 и внешнего 19, расположенных в верхней части корпуса 1. Внутренний гидроцилиндр 18 закреплен на внешнем фланце 20 корпуса 1 и выполнен с внутренним каналом 21 для подачи командного давления для открытия проходного сечения запорным элементом 7. Внешний фланец 20 выполнен с отверстиями 22 и 23 для подачи командного давления в полости гидроцилиндров 18 и 19 и имеющим паз со шпонкой 24, фиксирующей направляющую втулку 25 с винтовыми пазами 26. Внутренний гидроцилиндр 18 и направляющая втулка 25 поджаты к внешнему фланцу 20 при помощи глухой гайки 27. Для снижения динамических нагрузок на запорный клапан 7 и обеспечения более плавного его закрытия между внешней поверхностью запорного элемента 7 в виде отрезка трубы и внутренней поверхностью корпуса 1 сформирован канал 28 для перетока рабочей среды. Канал может быть выполнен методом расточки корпуса или запорного элемента или образован кольцевыми ребрами жесткости 29, выполненными на внешней поверхности запорного элемента 7. В частном случае канал 28 для перетока рабочей среды может быть выполнен в виде спирали, образованной ребрами жесткости 29. Цилиндрическая вставка 4 снабжена уплотнениями 30 и 31. Направляющая втулка 6 снабжена уплотнением 32. Гидроцилиндры 18 и 19 снабжены уплотнениями 33 и 34 соответственно.
Клапан работает следующим образом.
Нормальное положение запорного элемента постоянно «закрыто». Командное давление подается в отверстие 23 и по каналу 21 попадает в полость, образованную поршнем 15 и гидроцилиндром 18. При помощи командного давления поршень 15 подымается вверх и тянет за собой запорный элемент 7 и планку 13 с фиксатором 14, который двигается в пазу 26 неподвижной втулки 25. Втулка 25 зафиксирована жестко при помощи шпонки 24 на внешнем фланце 20. При движении вверх фиксатор 14 разворачивается на 180° и одновременно разворачивает планку 13 и запорный элемент 7. Клапан открыт.
Закрытие клапана происходит при подаче командного давления в отверстие 22. Командное давление действует на поршень 15 и передвигает его вниз. Так как поршень 15 жестко связан с фланцем 8 запорного элемента 7 и планкой 13 с фиксатором 14, то и запорный элемент 7 двигается вниз с разворотом на 180° за счет фиксатора 14, который, двигаясь в пазу 26, разворачивается на 180°. Запорный элемент 7 двигается вниз с разворотом до перекрытия своей внутренней цилиндрической поверхностью фасонного эллипсного уплотнения - седла 9. Происходит полное герметичное закрытие проходного сечения 5.
Основное преимущество клапана проточного состоит в том, что запорный элемент разгружен от действия рабочего давления при своем перемещении на закрытие и открытие проходного сечения клапана.
Наклон запорного элемента под углом к оси корпуса обеспечивает возможность полного удаления запорного элемента из проточной части клапана, за счет чего появляется возможность проведения работ по очистке проточного трубопровода с помощью протягиваемого через трубопровод чистящего инструмента ("ерша"). При этом увеличивается допустимая скорость движения по трубопроводу рабочей среды, при которой поток рабочей среды имеет ламинарный характер, так как в предложенном клапане, при его полном открытии, отсутствую элементы, выступающие из проточной части клапана.
Для обеспечения компактности конструкции клапана он имеет соединенный с приводом механизм, который помогает передвигать и одновременно вращает на 180° запорный элемент, уменьшая рабочий ход клапана.
Уплотнение запорного элемента при перекрытии проходного сечения происходит по цилиндрической поверхности фасонного эллипсного уплотнения, зафиксированного в нижней части корпуса, через которую проходит проходное сечение, а не через торцевую поверхность, как в классической конструкции клапанов.
Время перекрытия проходного сечения можно регулировать подачей командного давления, которое можно использовать, беря от основного рабочего давления.
Клапан проточный может работать в любом пространственном положении входного и выходного патрубков, а также конструкция клапана позволяет использовать в качестве уплотнения высокотемпературные графитовые материалы, что расширяет технические возможности предлагаемого клапана.