КЛАПАН

Полезная модель относится к машиностроению, а именно, к клапанам, применяемых в промышленной трубопроводной арматуре и может быть использована для перекрытия рабочих сред жидкостей и газов, с целью обслуживания вспомогательных трубопроводов, предназначенных для дренажа, выпуска воздуха перед заполнением, для отбора проб на газовых и нефтяных месторождениях.
Клапаны с электромагнитным приводом находят широкое применение. К 2010 г. в соответствии с ГОСТ 8.615-2005 на всех нефте и газодобывающих скважинах необходимо устанавливать электромагнитные клапаны для отбора проб и определения добычи скважин. Рабочая среда, проходящая под давлением, слабозагрязненная. Скорость срабатывания клапана высокая, а цикличность работы достигает несколько миллионов циклов, при сохранении герметичности запорного органа в положении «закрыто». Подобные клапана работают при высоких рабочих давлениях, поэтому возникает необходимость в конструкциях, где плунжер должен быть разгруженным, что позволяет обеспечить требования по скорости срабатывания, малого усилия привода и высокой цикличности.
Известны конструкции клапанов в запорно-регулирующей и отсечной арматуре (см. рис.12, 13 стр.14, «РУСТ» Регулирующие устройства и приборы автоматического управления, Москва, 2007). Эти конструкции являются основополагающими в разработках клапанов с разгруженным плунжером и широко используются в многочисленной запорно-регулирующей арматуре, особенно клеткового типа. Эти клапаны хорошо зарекомендовали себя только при работе на чистых рабочих средах и при температуре не выше 220°С. Эти два ограничительных фактора очень существенны, ибо надежные радиальные уплотнения плунжерной пары изготавливаются только из резины или эластомеров с ограничением по
температуре. Использование других материалов (на графитовой или металлической основе) повышает температурный интервал, но не обеспечивает необходимую герметизацию плунжерной пары, что отрицательно сказывается на герметичности уплотнительных поверхностей в положении клапана «закрыто».
Наличие даже незначительной абразивной составляющей в рабочей среде, ведет к засорению плунжерной пары, увеличение усилия на перемещение плунжера и отказу привода, рассчитанного на определенное незначительное усилие.
Недостатком этих конструкций является также ограничения по цикличности срабатывания, так как даже в чистых рабочих средах уплотнительные материалы плунжерной пары изнашиваются и ограничены 100000 циклами.
Наиболее близким техническим решением является конструкция запорно-регулирующего клапана (см. патент РФ №2241883, МПК 7 F16K 1/12 публ. 10.12.2004 Бюл. №34), принятого за прототип, у которого клапан имеет герметичный корпус с уплотнительной поверхностью и разгруженный плунжер с уплотнительной поверхностью, с механизмом его осевого перемещения, на плунжере установлен сварной металлический сильфон, со складывающейся формой гофр, один конец которого через втулку герметично соединен с плунжером, а другой конец - через вторую втулку герметично соединен с корпусом клапана, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к уплотнительной поверхности корпуса клапана против направления движения рабочей среды, средний диаметр сильфона равен среднему диаметру уплотнительной поверхности корпуса клапана.
Недостатком данной конструкции является то, что привод не обеспечивает высокую цикличность и скорость срабатывания, а также ненадежная герметичность клапана относительно внешней среды (наличие сальникового уплотнения приводного штока).
Задачей решаемой полезной моделью - повышение надежности работы клапана, путем достижения его герметичности относительно внешней среды, увеличение скорости и цикличности срабатывания.
Сущность решения технической задачи заключается в том, что механизм перемещения выполнен в виде электромагнитного привода, в якоре которого размещен поджим ной элемент, обеспечивающий дозированное поджатие уплотнительной поверхности плунжера к уплотнительной поверхности корпуса при закрытие клапана за счет разности хода якоря и плунжера, при этом вторая втулка сильфона герметично соединена с электромагнитным приводом и корпусом клапана а с наружной стороны сильфона коаксиально ему между втулками сильфона размещена пружина сжатия.
Между второй втулкой сильфона и плунжером может быть образована буферная полость для предохранения от засорения клапана при работе с загрязненной рабочей средой.
На фиг. представлен продольный разрез общего вида клапана с электромагнитным приводом в открытом положении.
Клапан состоит из герметичного корпуса 1 с уплотнительной поверхностью 2. В корпусе 1 установлен разгруженный плунжер 3 с уплотнительной поверхностью 4 с механизмом его осевого перемещения, выполненного в виде электромагнитного привода 5, в якоре 6 которого размещен поджимной узел, состоящий из втулки 7, пружины 8, и гайки 9, обеспечивающий дозированное поджатие уплотнительной поверхности 4 плунжера 3 к уплотнительной поверхности 2 корпуса 1 при закрытии клапана за счет разности хода якоря 6 и плунжера 3. На плунжере 3 установлен сварной металлический сильфон 10 со складывающейся формой гофр, с концевыми втулками 11, 12. Концевая втулка 11 герметично соединена с плунжером 3, а втулка 12 герметично соединена с корпусом 1 клапана и электромагнитным приводом 5. Средний диаметр сильфона 10 равен среднему диаметру уплотнительной поверхности 2
корпуса клапана. Между втулкой 12 сильфона и плунжером 3 образована буферная полость А для предохранения полости внутри сильфона от засорения при работе с загрязненной рабочей средой. С наружной стороны сильфона 10 коаксиально ему между втулками 11, 12 сильфона размещена пружина сжатия 13. Предварительное сжатие пружины 13 обеспечивается гайкой 14, установленной на плунжере 3.
Клапан работает следующим образом.
При закрытии клапана подается питание на электромагнитный привод 5, якорь 6 под действием электромагнитных сил перемещается вниз и толкает плунжер 3 через поджимной узел до соприкосновения уплотнительных поверхностей 4, 2. При этом осуществляется сжатие пружины 13 и сильфона 10 на величину хода плунжера. После чего якорь 6 продолжает свое перемещение вниз до упора, дополнительно сжимая пружину 8 через гайку 9, воздействующую через втулку 7, на плунжер 3, дожимая уплотнительные поверхности 4, 2. Ход якоря 6 выполнен больше, чем ход плунжера 3. Закрытие клапана осуществлено.
При открытии клапана снимается питание электромагнитного привода 5, якорь 6 под действием пружины 13 перемещается вверх до упора, при этом плунжер 3 тоже перемещается вверх до жесткого упора торцовой поверхности Б. Выполненная полость А позволяет при значительной цикличной работе сильфона предохранить полость внутри сильфона от попадания в нее загрязненной рабочей среды.
Равенство среднего диаметра сильфона 10 и среднего диаметра уплотнительной поверхности 2 обеспечивает полную разгруженность плунжера 3, что обеспечивает минимальные усилия при перемещении плунжера электромагнитным приводом. Использование в конструкции сварного сильфона со складывающейся формой гофр позволяет обеспечить не менее 10 миллионов циклов.
Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность. Описанная выше конструкция значительно повысила
надежность работы клапана, работающего с загрязненными рабочими средами, при больших рабочих давлениях с высокой цикличностью и высокой герметичностью относительно внешней среды.
Перечисленные признаки отличают техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям полезной модели.