Клапан двухзапорный
TWO-STOP VALVE

Клапан двухзапорный предназначен для трубопроводной арматуры, работающей в составе энергетических установок, характеризующихся сложными условиями эксплуатации, высокими требованиями надежности и максимальными ограничениями массогабаритных характеристик, например, в составе атомных энергетических установок транспортного назначения, в качестве локализующего запорного элемента на паропроводах второго контура.
В известных технических решениях, в корпусе трубопроводной арматуры коаксиально размещены два уплотнительных седла, с каждым седлом взаимодействуют два запорных уплотнительных органа, управляемые через телескопически расположенные внутренний и наружный штоки комбинированным приводом.
Характерной особенностью эксплуатации двухзапорых клапанов является необходимость в экстренном закрытии при попадании во второй контур потенциально опасной среды системы первого контура при возникновении межконтурной неплотности.
В обеспечении этого привод второго по ходу движения рабочей среды затвора является дистанционно управляемым с помощью быстродействующего привода, например, пневматического привода. Указанный затвор (далее - основной затвор) срабатывает на закрытие автоматически по сигналу из системы управления.
При подтверждении аварийной разгерметизации системы первого контура по отношению к системе второго контура, закрывается с помощью ручного привода второй по ходу движения среды затвор (далее - дополнительный затвор).
При не подтверждении аварийной разгерметизации системы первого контура по отношению к системе второго контура основной затвор должен быть открыт для пропуска пара на турбину.
После экстренного закрытия основного затвора давление рабочей среды в отсечной секции второго контура повышается и для открытия основного затвора потребуется дополнительное усилие от пневмопривода.
Для снижения потребного усилия открытия основного затвора конструкция его выполнена с механизмом разгрузки.
Известен клапан двухзапорный угловой с комбинированным приводом по авторскому свидетельству SU №1635663, F16K31/17, 17.11.87 г., в котором два запорных органа выполнены в виде цельносоставных цилиндрических деталей, соединенных со штоками, имеющими сальниковое уплотнение.
Такое конструктивное исполнение не обеспечивает самоустановку запорных органов относительно уплотнительных седел корпуса, снижая степень герметичности затворов в закрытом состоянии клапана, и открытие их происходит при полном перепаде давления рабочей среды, действующего на них.
Наиболее близким по конструкции является клапан по авторскому свидетельству СССР, №1137848, F16K 11/20 от 17.06.85 г.
Данное техническое решение является прототипом для предлагаемой конструкции клапана двухзапорного. Клапан состоит из двух запорных элементов основного, соединенного с внутренним штоком посредством разъемного соединения, и дополнительного, соединенного с наружным штоком с помощью гибкого элемента, например, сильфона.
Конструкция клапана обеспечивает самоустановку запорных элементов относительно уплотнительных седел корпуса, что повышает степень герметичности затворов.
К недостаткам указанного клапана следует отнести то, что в положении «закрыто» сальниковые уплотнения внутреннего и наружного штоков подвержены непосредственному влиянию параметров рабочей среды, особенно, при повышении давления среды в отсечном участке установки и для открытия основного затвора при повышенном давлении рабочей среды, действующего на него, требуется приложение к его штоку дополнительного усилия, что влечет за собой увеличение размеров силовых деталей и мощности привода.
Технической задачей данного технического решения является создание клапана с двумя затворами, исключающего влияние рабочей среды, в отсеченном двумя затворами участке установки, на сальниковые уплотнения их штоков по отношению к внешней среде и снижающего усилие, необходимое для открытия основного затвора.
Техническим результатом решения поставленной задачей является повышение надежности клапана с двумя затворами и уменьшение габаритов привода.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в клапане двухзапорном, содержащим корпус с входным и выходным патрубками, основной и дополнительный затворы, взаимодействующие с соосными уплотнительными седлами корпуса и соединенные с коаксиально расположенными наружным и внутренними штоками, имеющими упорные головки, уплотняемые сальниками и связанные с приводами, обеспечивающими независимое перемещение затворов, основной затвор снабжен механизмом разгрузки, размещенным между основным затвором и наружным штоком и состоящим из внутреннего уплотнительного седла основного затвора и уплотнительного пояска на упорной головке наружного штока, и опорного элемента, закрепленного в основном затворе и охватывающего внутренний шток, при этом на упорной головке наружного штока выполнены пазы, в опорном элементе - сквозные входные отверстия, а в основном затворе со стороны сальников выполнены выходные сквозные отверстия, соединяющие при его открытии внутреннюю полость дополнительного затвора с внутренней полостью выходного патрубка.
Между упорной головкой наружного штока и опорным элементом механизма разгрузки, установлены упругий элемент в виде пружины и регулирующая прокладка.
На внутренней поверхности основного затвора между внутренним уплотнительным седлом и опорным элементом выполнены пазы.
Повышение надежности достигается за счет снижения жестких условий работы основного затвора - воздействие значительных силовых нагрузок на детали узла затвора при открытии с высоким перепадом давления среды и отсечения сальников при закрытии затворов от воздействия потенциально опасной среды высоких параметров.
Уменьшение габаритов привода достигается за счет уменьшения рабочей площади поршня пневмопривода пропорционально снижению рабочего усилия, необходимого для открытия основного затвора, находящегося под действием максимального давления среды в отсеченной секции второго контура, и снижения размеров силовых деталей привода.
Предлагаемый клапан с двумя затворами представлен:
- на фигуре 1 - положение «открыто» - для основного затвора и дополнительного затворов;
- на фигуре 2 - положение «закрыто» - для основного затвора, положение «открыто» - для дополнительного затвора;
- на фигуре 3 - положение «закрыто» - для основного затвора, с положением механизма разгрузки - «открыто»;
Клапан двухзапорный содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками, основной 2 и дополнительный 3 затворы, соединенные с коаксиально расположенными наружным 4 и внутренним 5 штоками, управляемыми независимым приводами.
Корпус 1 имеет два уплотнительных седла 6 и 7, расположенные со стороны подачи рабочей среды, противоположно узлу сальника 8 и выходу наружного 4 и внутреннего 5 штоков из корпуса 1.
Основной затвор 2 имеет наружный уплотнительный поясок 9, взаимодействующей при закрытии с уплотнительным седлом 6 корпуса 1.
Во внутренней полости основного затвора 2 расположен механизм разгрузки, состоящий из уплотнительного седла 10, уплотнительного пояска 11 на упорной головке 12 наружного штока 5, опорной гайки 13, регулирующей прокладки 14 и упругого элемента 15, выполненного, например, в виде пакета тарельчатых пружин.
Уплотнительный поясок 11 выполнен на торце головки 12 внутреннего штока 4, наружная поверхность которой имеет направляющий поясок 16, выполненный в виде сферы.
Опорная гайка 13 ввернута в основной затвор 2 с помощью резьбового соединения и имеет отверстия 17 для прохода рабочей среды.
На внутренней поверхности основного затвора 2 выполнены пазы 18, а на наружной цилиндрической поверхности головки 12 - пазы 19, которые также обеспечивают проход рабочей среды.
Основной затвор 2 за уплотнительным пояском 9 по ходу подачи рабочей среды снабжен отверстиями 20, равномерно расположенными по окружности, а внутренняя поверхность его расположена с зазором по отношению к наружной поверхности наружного штока 5.
Клапан двухзапорный работает следующим образом.
При работе установки оба затвора 2 и 3 находятся в положении «открыто», обеспечивая проход пара к турбине, (см. фиг. 1)
В случае экстренного закрытия основного затвора 2 от пневмопривода усилие передается через наружный шток 5 на основной затвор 2, перемещая его до упора в уплотнительное седло 6 корпуса 1, перекрывая проходное сечение клапана (см. фиг. 2).
При закрытии основного затвора 2 давление среды в отсеченной секции второго контура значительно повышается.
Для введения отсеченной секции в работу потребуется открыть основной затвор 2. Ввиду повышенного давления рабочей среды, действующего на основной затвор 2, необходимо дополнительное усилие для этого.
При движении наружного штока 5 вниз из положения основного затвора 2 закрыто (см. фиг. 2) уплотнительный поясок 11 на головке 12 отходит от уплотнительного седла 10, образуя проходное сечение для рабочей среды. Основной затвор 2 в начальный момент остается в закрытом положении до сброса повышенного давления во входном патрубке (см. фиг. 3).
После сброса давления среды и дальнейшего перемещения наружного штока 5 основной затвор 2 открывает полностью основное проходное сечение между уплотнительным пояском 9 и уплотнительным седлом 6 корпуса 1 (см. фиг. 1). Пакет тарельчатых пружин 15 прижимает основной затвор 2 к головке 12 наружного штока 5.
Таким образом, установка в основном затворе клапана двухзапорного механизма разгрузки, размещенного между основным затвором и наружным, штоком и состоящего из внутреннего уплотнительного седла основного затвора и уплотнительного пояска на упорной головке наружного штока, и опорного элемента, закрепленного в основном затворе и охватывающего внутренний шток, при этом на упорной головке наружного штока выполнены пазы, в опорном элементе - сквозные входные отверстия, а в основном затворе со стороны сальников выполнены выходные сквозные отверстия, соединяющие при его открытии внутреннюю полость дополнительного затвора с внутренней полостью выходного патрубка, позволяет повысить надежность клапана и уменьшить габариты привода.