КЛАПАННАЯ МУФТА, ИМЕЮЩАЯ ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ОПОРНЫЕ ВЫСТУПЫ
VALVE COUPLING HAVING CENTERING SUPPORT PROJECTIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Данная заявка относится к устройствам регулирования текучей среды, которые являются сочетаниями клапанов и механических муфт.
Уровень техники
Устройство регулирования текучей среды, которые объединяют механические муфты с клапанами (в данном документе называемые "клапанными муфтами"), являются полезными, поскольку они предоставляют возможность создания более эффективных конструкций сети трубопроводов, уменьшая число компонентов в сети. Сети предшествующего уровня техники, не использующие клапанные муфты, требуют две механических муфты для каждого клапана в сети, тогда как клапанная муфта соединяет клапан непосредственно с элементами трубы без необходимости в многочисленных механических муфтах.
Предпочтительно, чтобы клапанные элементы клапанной муфты были безопасно и надежно размещены в соединительных элементах, чтобы обеспечивать правильное соединение между элементами труб и правильную рабочую характеристику клапана. Дополнительно является предпочтительным, если клапанная муфта является легкой для установки в сеть трубопроводов. Очевидно, что существует возможность улучшать конструкцию клапанных муфт.
Сущность изобретения
Изобретение касается клапанной муфты для соединения элементов труб и регулирования потока через нее. В одном примерном варианте осуществления клапанная муфта содержит множество сегментов, присоединенных друг к другу торец к торцу, окружающих центральное пространство. Корпус клапана захватывается между сегментами. Клапанный закрывающий элемент подвижным образом устанавливается в корпусе клапана. Клапанный закрывающий элемент является подвижным между открытой позицией, разрешающей поток через корпус клапана, и закрытой позиций, предотвращающей поток через него. По меньшей мере, один выступ проходит от одного из сегментов в центральное пространство. По меньшей мере, один выступ взаимодействует с корпусом клапана и поддерживает, по меньшей мере, два сегмента в разнесенном взаимном положении.
В примерном варианте осуществления каждый из сегментов содержит заднюю стенку, проходящую между его концами. По меньшей мере, один выступ проходит от задней стенки одного сегмента. В качестве примера, по меньшей мере, один выступ сужается к концу. В дополнительном примере, по меньшей мере, один выступ имеет U-образное поперечное сечение. В другом примере, по меньшей мере, один выступ является деформируемым, чтобы предоставлять возможность, по меньшей мере, двум сегментам притягиваться друг к другу. В конкретном примерном варианте осуществления корпус клапана содержит кольцо. Дополнительно, в качестве примера, корпус клапана может содержать первый и второй колпак, которые проходят в соответствующих направлениях от центрального пространства. Каждый колпак проходит через соответствующее отверстие в первом и втором сегментах. В дополнительном примере корпус клапана содержит, по меньшей мере, один канал в себе. По меньшей мере, один канал располагается, чтобы принимать, по меньшей мере, один выступ. В примерном варианте осуществления корпус клапана дополнительно содержит первую и вторую направляющие стенки, расположенные с промежутком по отношению друг к другу на противоположных сторонах и определяющие, по меньшей мере, один канал. Направляющие стенки выступают от центрального пространства в примерном варианте осуществления. В качестве примера, по меньшей мере, один канал содержит донную поверхность, имеющую вогнутую форму. В другом примере корпус клапана дополнительно содержит первую и вторую направляющие стенки, расположенные с промежутком по отношению друг к другу на противоположных сторонах донной поверхности, направляющие стенки выступают от центрального пространства.
В примерном варианте осуществления, по меньшей мере, один канал содержит первую вогнутую конусную поверхность, имеющую первую ось конуса, и вторую вогнутую конусную поверхность, имеющую вторую ось конуса. В примерном варианте осуществления первая и вторая конусные поверхности являются прилегающими друг с другом. В конкретном примере первая ось конуса ориентируется под углом относительно второй оси конуса. Другой примерный вариант осуществления содержит, по меньшей мере, один зубец, расположенный, по меньшей мере, в одном канале и выступающий от центрального пространства. В качестве примера, соединительные элементы располагаются на противоположных концах каждого сегмента. Дугообразные поверхности располагаются на противоположных сторонах каждого сегмента для взаимодействия с элементами труб в примерном варианте осуществления.
В конкретном примере соединительные элементы содержат ушки, проходящие наружу от противоположных концов каждого сегмента. Каждое соединительное ушко определяет отверстие для приема крепежа.
В другом примерном варианте осуществления дугообразные поверхности выступают из сегментов по направлению к оси, проходящей через центральное пространство. В конкретном примерном варианте осуществления множество сегментов содержит не более чем два сегмента. Дополнительно, в качестве примера, клапанный закрывающий элемент является поворачиваемым вокруг оси вращения. В конкретном примере клапанный закрывающий элемент содержит диск.
Изобретение дополнительно охватывает клапанную муфту для соединения элементов труб и регулирования потока через нее. В примерном варианте осуществления клапанная муфта содержит первый и второй сегменты, соединенные друг с другом, торец к торцу, окружающие центральное пространство. Корпус клапана захватывается между сегментами. Клапанный закрывающий элемент подвижным образом устанавливается в корпусе клапана. Клапанный закрывающий элемент является подвижным между открытой позицией, разрешающей поток через корпус клапана, и закрытой позиций, предотвращающей поток через него. По меньшей мере, два выступа проходят от каждого из сегментов в центральное пространство. Каждый из выступов взаимодействует с корпусом клапана и поддерживает первый и второй сегменты в разнесенном взаимном положении.
В конкретном примерном варианте осуществления каждый из сегментов содержит заднюю стенку, проходящую между его концами. Выступы проходят от задней стенки первого и второго сегментов. В дополнительном примере каждый из выступов сужается к концу. В другом примере каждый из выступов имеет U-образное поперечное сечение. Дополнительно, в качестве примера, каждый из выступов является деформируемым, чтобы предоставлять возможность первому и второму сегментам притягиваться друг к другу. В конкретном примерном варианте осуществления корпус клапана содержит кольцо.
В дополнительном примерном варианте осуществления корпус клапана содержит первый и второй колпаки, которые проходят в соответствующих направлениях от центрального пространства. Каждый колпак проходит через соответствующее отверстие в первом и втором сегментах. В конкретном примерном варианте осуществления корпус клапана содержит, по меньшей мере, четыре канала в себе. Каждый канал позиционируется, чтобы принимать соответствующий выступ.
В качестве примера, корпус клапана дополнительно содержит первую и вторую направляющие стенки, расположенные с промежутком относительно друг друга на противоположных сторонах и определяющие первый и второй каналы. Третья и четвертая направляющие стенки располагаются с промежутком относительно друг друга на противоположных сторонах и определяют третий и четвертый каналы. Направляющие стенки выступают от центрального пространства. В конкретном примере каждый из каналов содержит донную поверхность, имеющую вогнутую форму. В примерном варианте осуществления корпус клапана дополнительно содержит пару направляющих стенок, расположенных с промежутком относительно друг друга на противоположных сторонах каждой из донных поверхностей. Направляющие стенки выступают от центрального пространства.
В примерном варианте осуществления каждый из каналов содержит первую вогнутую конусную поверхность, имеющую первую ось конуса, и вторую вогнутую конусную поверхность, имеющую вторую ось конуса. В примерном варианте осуществления первая и вторая конусные поверхности являются прилегающими друг с другом. Дополнительно, в качестве примера, первая ось конуса ориентируются под углом относительно второй оси конуса. Примерный вариант осуществления дополнительно содержит множество зубцов. По меньшей мере, один зубец располагается в каждом из каналов, зубцы выступают от центрального пространства.
В примерном варианте осуществления соединительные элементы располагаются на противоположных концах каждого сегмента. Дугообразные поверхности располагаются на противоположных сторонах каждого сегмента для взаимодействия с элементами трубы. В одном примерном варианте осуществления соединительные элементы содержат ушки, проходящие наружу от противоположных концов каждого сегмента. Каждое ушко определяет отверстие для приема крепежа. В примерном варианте осуществления дугообразные поверхности выступают из сегментов по направлению к оси, проходящей через центральное пространство. В дополнительном примерном варианте осуществления клапанный закрывающий элемент является поворачиваемым вокруг оси вращения. В конкретном примерном варианте осуществления клапанный закрывающий элемент содержит диск. В качестве примера, выступы поддерживают сегменты в разнесенном взаимном положении, достаточном, чтобы вставлять элементы труб в центральное пространство.
Изобретение дополнительно охватывает способ соединения элементов труб с клапаном. В одном примерном варианте осуществления способ содержит:
удерживание множества сегментов соединения в разнесенном взаимном положении вокруг центрального пространства посредством взаимодействия множества выступов, проходящих от сегментов, с корпусом клапана, окруженным сегментами;
вставку элементов труб в центральное пространство;
притягивание сегментов по направлению друг к другу, тем самым, деформируя выступы и обеспечивая взаимодействие сегменты с элементами труб.
В конкретном примерном варианте осуществления взаимодействие содержит взаимодействие каждого выступа с соответствующим каналом, расположенным в корпусе клапана. Дополнительно, в качестве примера, взаимодействие содержит взаимодействие каждого выступа, по меньшей мере, с одним зубцом, расположенным в каждом канале.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - это изометрический вид примерного варианта осуществления клапанной муфты согласно изобретению, клапанная муфта показана в предварительно собранном состоянии;
Фиг. 2 - это изометрический вид примерного корпуса клапана, используемого в клапанной муфте на фиг. 1;
Фиг. 2A - это изометрический вид фрагмента корпуса клапана, показанного на фиг. 2;
Фиг. 2B, 2C и 2D - это виды в поперечном сечении фрагментов клапанной муфты, показанной на фиг. 1;
Фиг. 2E - это частичный вид в разрезе фрагмента клапанной муфты, показанной на фиг. 1;
Фиг. 2F - это изометрический вид примерного корпуса клапана, используемого в клапанной муфте на фиг. 1;
Фиг. 2G - это вид в поперечном сечении фрагмента примерной клапанной муфты, содержащей корпус клапана, показанный на фиг. 2F;
Фиг. 3 - это вид в продольном сечении клапанной муфты, показанной на фиг. 1;
Фиг. 4 - это вид сбоку компонентов клапанной муфты, показанной на фиг. 1;
Фиг. 5 - это изометрический вид компонента клапанной муфты, показанной на фиг. 1;
Фиг. 6 - это вид сбоку частично собранного примера клапанной муфты согласно изобретению;
Фиг. 7 и 8 иллюстрируют использование клапанной муфты, показанной на фиг. 1, чтобы соединять элементы труб в соотношении торец к торцу; и
Фиг. 9 - это изометрический вид примерной клапанной муфты, показанной на фиг. 1, как она будет выглядеть в эксплуатации.
Подробное описание изобретения
Фиг. 1 показывает примерный вариант осуществления сочетания клапана и механической муфты 10, далее в данном документе называемого клапанной муфтой. Клапанная муфта 10 содержит множество сегментов, в этом примере, два сегмента 12 и 14, присоединенных друг к другу, торец к торцу, чтобы окружать и определять центральное пространство 16. Присоединение сегментов 12 и 14 осуществляется посредством регулируемых соединительных элементов 18, расположенных на каждом торце каждого сегмента. В этом примере соединительные элементы содержат ушки 20, которые проходят наружу от сегментов 12 и 14, ушки имеют отверстия 22, которые принимают регулируемые крепежи, такие как болты 24 и гайки 26. Затягивание гаек 26 притягивает сегменты 12 и 14 по направлению друг к другу, как описано ниже.
Сегменты 12 и 14, каждый, имеют дугообразные поверхности 28, расположенные на противоположных сторонах 30 и 32 сегментов 12 и 14. Дугообразные поверхности 28 обращены к продольной оси 34, которая проходит через центральное пространство 16, и являются зацепляемыми элементами трубы, когда они вставляются между сегментами 12 и 14 и в центральное пространство 16, как описано ниже. Дугообразные поверхности 28 могут содержать выступы, известные как "ключи", которые зацепляют круговые канавки в элементах труб при затягивании соединительных элементов 18 и обеспечивают механическое взаимодействие, чтобы закреплять элементы трубы в соотношении торец к торцу, чтобы формировать место соединения. Ключи могут также зацеплять элементы труб, имеющие гладкий конец, или концы, имеющие уступ и/или буртик, как известно в области техники.
Фиг. 1 и 2 показывают корпус 36 клапана, который располагается в центральном пространстве 16 и захватывается между сегментами 12 и 14. В этом примерном варианте осуществления корпус 36 клапана содержит кольцо 38, в котором клапанный закрывающий элемент 40, в этом примере диск, подвижно устанавливается. Другие примерные клапанные закрывающие элементы, используемые с этим изобретением, включают в себя шаровые закрывающие элементы и вентильные закрывающие элементы. Как показано на фиг. 3, клапанный закрывающий элемент 40 устанавливается с возможностью вращения на клапанные штоки 42 и 44 в кольце 38 и является поворачиваемым вокруг оси 45 между открытой позицией и закрытой позицией (показана). Штоки 42 и 44, которые определяют ось 45, принимаются в соответствующие колпаки 46 и 48, которые проходят от кольца 38 и содержат подшипники для клапанных штоков. Колпаки 46 и 48, в свою очередь, проходят через соответствующие отверстия 50 и 52 (см. также фиг. 3) в сегментах 12 и 14. Взаимодействие сегментов 12 и 14 с колпаками 46 и 48, когда колпаки выступают сквозь сегменты, помогает стабилизировать корпус 36 клапана в центральном пространстве 16. Как показано на фиг. 3, кольцо 38 дополнительно размещает уплотнение 54. Уплотнение 54 окружает центральное пространство 16 и герметично взаимодействует с клапанным закрывающим элементом 40, когда он находится в закрытой позиции. Другие уплотнения 56, показанные на фиг. 1 и 3, располагаются между сегментами 12 и 14 и корпусом 36 клапана. Уплотнения 56 устанавливают уплотнение между сегментами 12 и 14, корпусом 36 клапана и элементами труб, когда место соединения создается посредством затягивания соединительных элементов 18, чтобы притягивать сегменты по направлению друг к другу, и взаимодействия элементов труб, чтобы создавать место соединения.
Полезно поддерживать сегменты 12 и 14 в разнесенном взаимном положении (как показано на фиг. 1), достаточном, чтобы предоставлять возможность вставки элементов трубы в центральное пространство 16 без необходимости сначала разбирать клапанную муфту 10. Фиг. 1 показывает клапанную муфту 10 в так называемом "предварительно собранном состоянии", как она будет доставлена конечному пользователю, с сегментами 12 14, соединенными в соотношении торец к торцу посредством соединительных элементов 18 (ушек 20, болтов 24 и гаек 26), все еще поддерживаемыми в разнесенном взаимном положении, чтобы предоставлять возможность вставки элемента труб. Эта конфигурация предоставляет возможность эффективного формирования места соединения, поскольку все, что требуется, это чтобы элементы труб были вставлены в центральное пространство 16 (с взаимодействием с уплотнениями 56), и гайки 26 затянуты, чтобы притягивать сегменты 12 и 14 друг к другу и в взаимодействие с элементами труб.
Чтобы удерживать сегменты 12 и 14 в разнесенном взаимном положении друг от друга, сегменты имеют соответствующие выступы 56 и 60 (см. фиг. 4 и 5), которые проходят в центральное пространство 16 и взаимодействуют с соответствующими каналами 62 и 64 на внешних поверхностях 66 кольца 38 (см. фиг. 2 и 6). Примерный иллюстрированный вариант осуществления имеет четыре выступа (два на каждом сегменте) и четыре канала. Как показано на фиг. 5, сегменты 12 и 14 (12 показан) имеют заднюю стенку 68, от которой проходят выступы 58 и 60. В этом примерном варианте осуществления выступы 58 и 60 сужаются к концу и имеют "U"-образное поперечное сечение (другие формы, конечно, возможны). Выпуклая поверхность 70 "U"-образного каждого выступа 58 и 60 обращена к поверхности 66 кольца 38 и касается его в соответствующих каналах 62 64, когда кольцо 38 захватывается между сегментами 12 и 14. Жесткость выступов 58 и 60 проектируется, чтобы поддерживать сегменты 12 и 14 в разнесенном взаимном положении на кольце 38 (см. фиг. 1) под усилиями, оказываемыми вследствие веса сегментов и инерционных нагрузок вследствие обработки и установки. Однако, выступы проектируются, чтобы деформироваться, когда усилие прикладывается посредством затягивания соединительных элементов 18, чтобы предоставлять возможность сегментам притягиваться друг к другу и в взаимодействие с элементами труб во время установки, как показано на фиг. 9.
Каналы 62 и 64, показанные подробно на фиг. 2, могут быть определены посредством или иметь направляющие стенки 72, расположенные в разнесенном взаимном положении на кольце 38 и имеющие промежуток, чтобы принимать выступы 58 и 60, когда клапанная муфта 10 находится в своем предварительно собранном состоянии. Донная поверхность 74 каждого канала 62 и 64, которая содержит фрагмент внешней поверхности 66 кольца 38 между направляющими стенками 72, делится на две вогнутые области 76 и 78. Как показано на фиг. 2A, каждая вогнутая область 76 и 78 формирует фрагмент конусной поверхности 80 и 82. В этом примерном варианте осуществления конусные поверхности являются прилегающими друг с другом. Конусная поверхность 80 имеет вершину 84, угол 86 конуса и ось 88 конуса. Конусная поверхность 82 имеет вершину 90, угол 92 конуса и ось 94 конуса.
Вершина 84 отличается от вершины 90; угол 86 конуса отличается от угла 92 конуса; и ось 88 конуса ориентируется под углом относительно оси 94 конуса.
Конусные поверхности 80 обеспечивают зазор, чтобы предоставлять возможность выступам 58 и 60 взаимодействовать с конусными поверхностями 82, когда сегменты 12 и 14 располагаются так, чтобы окружать кольцо 38. Как показано на фиг. 2B, параметры конусной поверхности 82 (вершина 90, угол 92 конуса и ось 94 конуса) проектируются, чтобы принимать выступ (58 или 60) и взаимодействовать с этим выступом, чтобы поддерживать сегменты 12 и 14 в разнесенном взаимном положении, как показано на фиг. 1. В отсутствие деформации выступов 58 и 60 сегменты 12 и 14 поддерживаются в разнесенном взаимном положении и обеспечивают достаточный зазор, чтобы предоставлять возможность вставки элементов труб. Дополнительно, взаимодействие между выступами 58 и 60 и конусными поверхностями 82 сохраняет кольцо 38 центрированным между двумя сегментами 12 и 14. Центрирование кольца 38 также гарантирует, что уплотнение 56 центрируется между сегментами, так что оно не вызывает помехи во время вставки элементов труб.
Параметры конусной поверхности 82 (вершина 90, угол 92 конуса и ось 94 конуса) проектируются, чтобы обеспечивать блокирующее действие между выступами 58 и 60 и кольцом 38, когда соединительные элементы 18 затягиваются, и сегменты притягиваются друг к другу, чтобы формировать место соединения, как показано на фиг. 9. Для этого, как показано на фиг. 2C, выступы 58 и 60 ориентируются под углом относительно конусных поверхностей 82. В практическом примере углы 57 ориентации между конусными поверхностями 82 и выпуклыми поверхностями 70 выступов 58 и 60 приблизительно равны 3 градусам. Эта относительная угловая ориентация вызывает кулачковый эффект (см. фиг. 2D, 2E), при котором усилие зажима между конусными поверхностями 82 и выступами 58 и 60 гораздо больше, чем болтовая нагрузка, которая стягивает сегмент 12 и 14 вместе. Это большее усилие зажима деформирует выступы 58 и 60, когда они взаимодействуют с конусными поверхностями 82, чтобы определять местоположение и блокировать кольцо 38 в осевом направлении. Механическое взаимодействие между выступами 58, 60 и кольцом 38 может усиливаться посредством позиционирования одного или более зубцов 51 в каналах 62 и 64, как показано на фиг. 2F и 2G. Зубцы 51 врезаются в выпуклые поверхности 70 выступов 58 и 60, чтобы блокировать сегменты 12 и 14 относительно кольца 38. Зубцы 51 также компенсируют разбросы размеров различных частей благодаря допускам отливки и механической обработки и обеспечивают надежную подгонку между сегментами и кольцом.
В эксплуатации, как показано на фиг. 7, клапанная муфта 10 предоставляется в предварительно собранном состоянии (см. также фиг. 1) с сегментами 12 и 14, расположенными в разнесенном взаимном положении, выступами 58 и 60, принятыми в каналы 62 и 64 кольца 38, выступы взаимодействуют с конусными поверхностями 80 (см. фиг. 2 и 5) и поддерживают сегменты на кольце 38. Элементы 96 и 98 труб вставляются в центральное пространство 16 между сегментами 12 и 14 и в взаимодействие с уплотнениями 56. В этом примере элементы труб имеют круговые канавки 100, которые принимают дугообразные поверхности 28 на выступающих ключах 102, размещенных на противоположных сторонах 30 и 32 сегментов. Как показано на фиг. 8, соединительные элементы затягиваются (гайки 26 затягиваются на болтах 24, взаимодействующих с ушками 20, см. фиг. 1), чтобы притягивать сегменты 12 и 14 друг к другу и в взаимодействие с элементами 96 и 98 труб, ключи 102 взаимодействуют с круговыми канавками 100 в элементах труб. Когда сегменты 12 и 14 притягиваются друг к другу, уплотнения 56 сжимаются между сегментами 12 и 14, корпусом 36 клапана и элементами 96 и 98 труб, чтобы формировать герметичное место соединения. Дополнительно, как показано на фиг. 2D, когда сегменты стягиваются вместе, выступы 58 и 60 деформируют и  зацепляют конусные поверхности 82 на внешней поверхности 66 кольца 38. Взаимодействие между выступами 58 и 60 и конусными поверхностями 82 блокирует сегменты 12 и 14 относительно корпуса 36 клапана. Механическое взаимодействие дополнительно улучшается, если присутствуют зубцы 51 (см. фиг. 2G). Фиг. 9 показывает окончательную конфигурацию клапанной муфты 10 после установки места соединения, элементы труб не показаны для ясности. Отметим, что в этом примерном варианте осуществления соединительные элементы 18 соответствуют тому, что известно как взаимодействие "площадка к площадке", когда клапанная муфта 10 правильно установлена. Эта конструкция является полезной, поскольку она предоставляет возможность легкого визуального осмотра, подтверждающего правильную установку, и устраняет необходимость затягивать болты 24 до конкретного момента затяжки.