Шаровой криогенный клапан
BALL CRYOGENIC VALVE

Изобретение относится к криогенной технике, а именно, к шаровым криогенным клапанам с вакуумной теплоизоляцией с дистанционным, а также с ручным управлением для использования в условиях криогенных температур и предназначено для управления потоком криогенной жидкости, например, потоком сжиженного продукта разделения воздуха, СПГ и др.
Известен шаровой клапан по патенту RU №2551711 (MIIK:F16K, 5/06) содержащий корпус с входным переходником, выходным переходником шаровой затвор со шлицевым отверстием и проточкой, вал, уплотнение вала и нижнюю опору. Во входном переходнике выполнена проточка, в которую установлено уплотнение в виде манжеты. Уплотнение взаимодействует с поверхностью проточки входного переходника и кромкой манжеты е шаровым затвором.
Известны полезные модели CN №№20560500, 203322354 (МГЖ: F16K, 5/06) на шаровые криогенные клапана, которые содержат корпус, седло, запорный орган в воде шара, пружину и герметизирующие уплотнения.
Известно техническое решение шарового криогенного клапана по патенту FR №2512157 (F16K, 5/0668), в котором имеется корпус, седло и запорный орган, выполненные из пластмассы, а также герметизирующее кольцевое уплотнение, имеющее две поверхности - сферическую и коническую.
Известен шаровой криогенный клапан по заявке KR №100693935(МПК: F16K, 5/04), содержащий корпус, седло из тефлона, имеющее наклонную секцию, запорный орган в виде шара, и герметизирующие уплотнения.
Известно техническое решение по патенту US №4258900 (МПК: F16K, 5/06), где в корпусе, выполненном из губчатого графита, примыкающем к шарику, образована кольцевая выемка, в которой расположено седло из жесткого материала.
Все перечисленные аналоги обладают существенным недостатком - работа в криогенной среде приводит к частому износу комплектующих клапана и, особенно, уплотнений, а указанные аналоги представляют из себя неразборные клапана, т.е. неремонтопригодны.
Наиболее близким аналогом для предлагаемого шарового криогенного клапана является шаровой криогенный клапан по патенту на полезную модель CN №206001103 (МПК: F16K, 51/02), содержащий входной и выходной патрубки, запорный орган в виде шара, седло, уплотнение, которое осуществляет герметизацию с внутренней стороны запорный орган-шар, а с внешней стороны взаимодействует с опорой по плоскости, что при низких температурах ведет к сжатию уплотнения, при котором возможно образование негерметичности.
Кроме того, весь клапан, как автономный узел, не имеет собственной вакуумной теплоизоляции.
Таким образом, предложенное решение не обладает достаточной надежностью при криогенных температурах.
При этом весь клапан помещен в вакуумный короб, в котором находится много других элементов, что делает невозможным использование его в коммуникационных системах для криогенных сред.
Задачей предлагаемого решения является повышение надежности шарового криогенного клапана с одновременной возможностью автономного использования его в криогенных коммуникациях, а также обеспечение его разборности и, как следствие, ремонтопригодности.
Эта задача решается тем, что в предлагаемом шаровом криогенном клапане, содержащем корпус, узел запорный, включающий шар и шток, узел уплотнительный, фланец с прокладкой уплотнительной и кольцами уплотнительными, привод, корпус выполнен в виде концентрично расположенных друг относительно друга кожуха внутреннего и кожуха наружного, конуса направляющего и втулки резьбовой, расположенной между кожухом внутренним и конусом направляющим, фланца установленного со стороны привода и донышка с противоположной стороны, герметично установленного на свободном торце конуса направляющего, при этом все выше указанные детали корпуса образуют вакуумную полость между кожухом наружным и кожухом внутренним, причем кожух внутренний со стороны вакуумной полости имеет изоляцию экранно-вакуумную, внутри кожуха внутреннего имеется полость узла запорного, сообщенная с трубопроводом рабочей полости, в полости узла запорного расположен шток, охваченный теплоизоляцией противоконвективной, при этом узел уплотнительный клапана выполнен в виде контактирующей с шаром втулки уплотняющей, на которую оперта втулка упорная, подпружиненная пружиной тарельчатой, взаимодействующей с втулкой фиксирующей ее положение, осуществляя герметизацию заклиниванием конуса направляющего усилием пружины тарельчатой по его конической поверхности, на поверхности шара выполнены отверстия монтажные под приспособление для сборки/разборки и отверстие сброса утечек жидкости, а во втулке фиксирующей также выполнены отверстия монтажные.
На Фиг. 1 клапан изображен в открытом положении. На Фиг. 2 изображен корпус клапана. На Фиг. 3 изображен узел запорный. На Фиг. 4 изображен Вид В. На Фиг. 5 изображен разрез по А-А. На Фиг. 6 изображен разрез по Б-Б.
На фигурах:
1 - кожух внутренний;
2 - кожух наружный;
3 - конус направляющий;
4 - втулка резьбовая;
5 - фланец;
6 - изоляция экранно-вакуумная;
7 - трубопровод рабочей полости;
8 - полость узла запорного;
9 - вакуумная полость;
10 - шток;
11 - шар;
12 - втулка уплотняющая;
13 - пружина тарельчатая;
14 - втулка упорная;
15 - втулка фиксирующая;
16 - теплоизоляция противоконвективная;
17 - отверстия монтажные втулки фиксирующей;
18 - фланец;
19 -привод;
20 - прокладка уплотнительная;
21 - кольца уплотнительные;
22 - отверстия монтажные шара;
23 - отверстие сброса утечек жидкости;
24 - донышко.
В предлагаемом шаровом криогенном клапане корпус выполнен в виде концентрично расположенных друг относительно друга кожуха внутреннего 1 и кожуха наружного 2, конуса направляющего 3 и втулки резьбовой 4, расположенной между кожухом внутренним 1 и конусом направляющим 3, фланца 5, установленного со стороны привода 19 и донышка 24 с противоположной стороны, герметично установленного на свободном торце конуса направляющего 3, при этом все выше указанные детали корпуса образуют вакуумную полость 9 между кожухом наружным 2 и кожухом внутренним 1, причем кожух внутренний 1 со стороны вакуумной полости 9 имеет изоляцию экранно-вакуумную 6, внутри кожуха внутреннего 1 имеется полость узла запорного 8, сообщенная с трубопроводом рабочей полости 7, в полости узла запорного 8 расположен шток 10, охваченный теплоизоляцией противоконвективной 16, при этом узел уплотнительный клапана выполнен в виде контактирующей с шаром 11 втулки уплотняющей 12, на которую оперта втулка упорная 14, подпружиненная пружиной тарельчатой 13, взаимодействующей с втулкой фиксирующей 15 ее положение, осуществляя герметизацию заклиниванием конуса направляющего 3 усилием пружины тарельчатой 13 по его конической поверхности, на поверхности шара 11 выполнены отверстия монтажные 22 под приспособление для сборки/разборки и отверстие сброса утечек жидкости 23, а во втулке фиксирующей 15 также выполнены отверстия монтажные 17.
Клапан работает следующим образом.
Шар 11 при повороте на 90° приводом 19 с помощью штока 10 закрывает либо открывает клапан. В открытом положении происходит охлаждение деталей корпуса. При этом втулка уплотняющая 12, выполненная из термопластичного материала (фторопласта или композита на его основе) сжимается больше, чем ответные детали - конус направляющий 3 и шар 11. Образующийся зазор устраняется перемещением втулки уплотняющей 12 по конусу направляющему 3 корпуса под действием пружины тарельчатой 13 и втулки упорной 14. Одновременно втулка уплотняющая 12 сжимает шар 11, также обеспечивая уплотнение. Предварительное усилие уплотнения также создается пружиной тарельчатой 13, предварительно сжатой втулкой фиксирующей 15. Все охлаждаемые детали клапана заключены в теплоизолированный кожух внутренний 1, который охватывает изоляция экранно-вакуумная 6, а шток 10 в свою очередь охватывает теплоизоляция противоконвективная 16. Уплотнение клапана в теплой зоне производится прокладкой уплотнительной 20 и кольцами уплотнительными 21. Отверстие сброса утечек жидкости 23 служит для сброса возможных утечек жидкости в трубопровод рабочей полости 7 клапана.
Сборка клапана выполняется в следующем порядке. При сборке клапана втулкой фиксирующей 15 поджимается пружина тарельчатая 13, обеспечивая герметизацию втулки уплотняющей 12 с конусом направляющим 3 и шаром 11.
При разборке детали клапана освобождаются после снятия привода 19, фланца 7 и штока 10. После этого в отверстия монтажные втулки фиксирующей 17 вводится приспособление для сборки/разборки, втулка 17 выворачивается и снимается, затем в отверстия монтажные шара 22 ввинчивается съемное приспособление, с помощью которого выполняется демонтаж деталей клапана.
Размещение всех функциональных деталей клапана в вакуумном кожухе внутреннем 1 позволяет использовать клапан как самостоятельный узел в коммуникационных линиях.
Таким образом, повышается надежность шарового криогенного клапана при криогенных температурах с одновременной возможностью автономного использования его в криогенных коммуникациях, а также обеспечивается его разборность и, как следствие, его ремонтопригодность.