КЛАПАН УГЛОВОЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к регулирующей трубопроводной арматуре, и может быть использована в клапанах преимущественно углового типа для регулирования расхода и перекрытия потока жидкой или газообразной рабочей среды в различных технологических линиях газо- и нефтеперерабатывающей промышленности, а также на резервуарах (цистернах), предназначенных для перевозки сжиженных углеводородных газов (СУГ) или аммиака.
Известно запорно-проходное устройство, содержащее корпус с входным и выходным каналами, сообщенными с осевым цилиндрическим отверстием, шпиндель в виде штока, расположенный в указанном отверстии и имеющий на одном конце рукоятку, а на другом - запорный орган в виде клапана, разобщающий входной и выходной каналы при контакте с установленным в осевом цилиндрическом отверстии седлом, снабженным прокладкой, при этом шток снабжен уплотняющим элементом, охватывающим его цилиндрическую часть. В качестве уплотняющего элемента штока используют пакет сальниковых колец с нажимной планкой, шайбой и грундбуксой. (Патент RU №2117840 С1, МПК 6 F16K 1/02, приоритет от 26.06.1997, опубл. 20.08.1998).
Недостатком известного устройства является то, что пропускная способность его напрямую зависит от размеров седла. Диаметр отверстия седла невелик, в результате чего значительно уменьшается скорость выгрузки и загрузки резервуаров. Кроме того, уплотняющие элементы штока в виде нажимной втулки с сальниковой набивкой или пакетом сальниковых колец выполнены из металла, в результате чего уплотнение штока происходит металл по металлу, что приводит в процессе эксплуатации к постепенному их истиранию и возникновению протечек в месте прохождения штока из корпуса. Кроме того, запорный орган выполнен в виде усеченного конуса, что приводит с целью исключения протечек между ними, к необходимости постоянной притирки их с седлом путем создания крутящего момента, примерно до 4 кг. Вручную такое усилие создать очень трудоемко, в результате чего возникает необходимость увеличения (наращивания) плеча для герметичного перекрытия запорно-проходного устройства или использования станка для притирки запорного органа и седла.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является угловой вентиль, содержащий корпус с входным и выходным каналами, шток, установленный в корпусе и имеющий на одном конце рукоятку, а на другом конце запорный орган в виде клапана, разобщающий входной и выходной каналы при контакте с установленным в осевом отверстии седлом, и снабженный уплотнительным элементом, расположенным в углублении клапана, при этом шток снабжен уплотняющим элементом, охватывающим его цилиндрическую часть. (Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1987, с.94-95, рис.2.40).
Однако известный вентиль не может быть использован для агрессивных сред, температура которых более 200°С, так как в нем используются уплотнительные элементы запорного органа, изготовленные из металла, резины, пластмассы или кожи. Прочность и длительность использования таких уплотняющих элементов невелика, особенно при повышенных температурах, в результате чего происходит изменение их физических свойств из-за деформации их, что приводит к возникновению протечек и снижению герметизации вентиля. При использовании металлического уплотняющего элемента происходит постоянное взаимодействие данного элемента с металлической поверхностью седла, что также приводит в процессе эксплуатации к постепенному их истиранию и возникновению зазоров между ними. А за счет того, что шток с запорным органом выполнены не разъемными, невозможно полностью исключить возникшие зазоры и для обеспечения плотного прилегания клапана к седлу и исключения нарушению герметизации вентиля, требуется постоянная притирка их с седлом путем создания крутящего момента. Вручную такое усилие создать очень трудоемко. Кроме того, седло в данном вентиле приварено к корпусу, в результате чего замена седла при выходе его из строя, возможна только вместе с корпусом. Кроме того, толщина седла равна толщине корпуса, а уплотнительный элемент, установленный в углублении клапана, выполнен тонким, в результате чего площадь контакта этих поверхностей минимальна и при деформации уплотнительного элемента надежность перекрытия входного отверстия снижается.
Задачей данной полезной модели является повышение герметизации клапана углового.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане угловом, содержащем корпус с входным и выходным каналами, шток, установленный в корпусе и имеющий на одном конце рукоятку, а на другом конце запорный орган в виде клапана, разобщающий входной и выходной каналы при контакте с установленным в осевом отверстии седлом, и снабженный уплотнительным элементом, расположенным в углублении клапана, при этом шток снабжен уплотняющим элементом, охватывающим его цилиндрическую часть, дополнительно, уплотнительные элементы клапана и штока выполнены из фторопласта, клапан связан со штоком посредством полуколец разного диаметра, установленных по кругу и зафиксированных обоймой с возможностью свободного их вращения вокруг оси штока, при этом седло выполнено съемным.
Выполнение уплотнительного элемента седла и штока из фторопласта обеспечивает их надежное перекрытие входного отверстия и исключает протечки рабочей среды за счет плотного прилегания клапана к поверхности седла, обусловленной стойкостью фторопласта к истиранию и снижению деформации под нагрузкой, а также за счет того, что фторопласт обладает дополнительно высокой химической стойкостью обеспечивающей возможность использовать его в клапанах для разгрузки цистерн с агрессивными средами при температурах, работающих от минус 60° до плюс 450°.
Выполнение седла и уплотнительного элемента значительных размеров по толщине обеспечивает герметичное перекрытие входного отверстия клапана и исключает протечки рабочей среды за счет увеличения площади контакта этих поверхностей и плотного прилегания клапана к седлу.
Надежная герметизация отверстия клапана позволяет расширить диаметр седла (Ду-40), в результате чего пропускная способность клапана углового в 1,3 раза увеличивается за счет повышения скорости выгрузки и загрузки резервуара. При этом, закрытие клапана углового до герметичного состояния осуществляется свободно без особых усилий вручную (крутящим моментом 0,5 кг), что исключает притирку клапана и седла.
Закрепление клапана на штоке посредством полуколец разных диаметров, установленных по кругу и зафиксированных обоймой, обеспечивает возможность свободного их вращения вокруг оси штока за счет образования небольшого люфта, позволяющего постоянно выбирать зазоры при прилегании уплотнительного элемента к седлу, что обеспечивает герметичное перекрытие входного отверстия клапана.
Выполнение седла съемным обеспечивает только его замену в случае выхода его из строя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематически изображен описываемый клапан угловой.
Клапан угловой содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, седло 4, шток 5, соединенный с запорным органом, выполненным в виде клапана 6. Отверстия 2 и 3 служат для прохождения рабочей среды и выполнены под углом друг к другу. Седло 4 изготовлено из стали 20X13, установлено во входном канале 2 корпуса 1, снизу закреплено посредством плотной посадки и уплотнено с помощью колец 7 из резины и взаимодействует с клапаном 6. На торцевой поверхности клапана 6 выполнено углубление, в котором заподлицо установлен уплотнительный элемент. В качестве уплотнительного элемента используют фторопластовое кольцо 8. Клапан 6 закреплен на штоке 5 посредством полуколец большого диаметра 9, малого диаметра 10 и обоймы 11 с возможностью свободного вращения вокруг оси штока 5. При этом полукольца 9 и 10 установлены по кругу и зафиксированы обоймой 11. Шток 5 проходит через центральное отверстие крышки 12, установленной на корпусе 1, и связан с рукояткой 13. Уплотнение штока 5 осуществлено посредством нажимной втулки 14 и фторопластовой набивки 15, взаимодействующих с накидной гайкой 16. Выходной канал 3 клапана углового закрыт пробкой 17.
Клапан угловой работает следующим образом:
Закрытие клапана углового до герметичного состояния осуществляется крутящим моментом в 0,5 кг. Вращением рукоятки 13 шток 5 опускается и перемещает клапан 6 вниз до тех пор, пока фторопластовое кольцо 8 клапана 6 плотно не будет прижато к седлу 4. Для приведения клапана в положение «открыто» производят вращение рукоятки 13 в обратном направлении, которая поднимает шток 5 вместе с клапаном 6, при этом кольцо 8 отходит от седла 4. Входной канал 2 соединяется с выходным каналом 3. Перелив рабочей среды происходит при снятой пробке 17 из выходного канала 3. Вращением рукоятки 13 регулируют размер проходного сечения, а соответственно и скорость загрузки и выгрузки цистерны. Фторопластовая набивка 15 с нажимной втулкой 14 при затягивании гайки накидной 16 надежно уплотняет от протечек в месте выхода штока 5 из отверстия крышки 12. За счет того, что полукольца большого диаметра 9 и малого диаметра 10 установлены по кругу и зафиксированы обоймой 11 обеспечивается свободное их вращение вокруг оси штока 5 за счет образования небольшого люфта, позволяющего постоянно выбирать зазоры при прилегании фторопластового кольца 6 к седлу 4, что обеспечивает герметичное перекрытие входного отверстия и исключает проход рабочей среды через каналы 2 и 3. Надежная герметизация запорного элемента позволяет расширить диаметр седла (Ду-40), в результате чего пропускная способность клапана углового в 1,3 раза увеличивается за счет повышения скорости выгрузки и загрузки. Закрытие клапана углового до герметичного состояния осуществляется свободно без особых усилий вручную крутящим моментом 0,5 кг, что исключает притирку запорного элемента и седла и отпадает необходимость в дополнительном увеличении (наращивании) плеча. Кроме того, фторопласт обладает высокой химической стойкостью, что позволяет использовать его в клапанах для разгрузки резервуаров с агрессивными средами при температурах, работающих от минус 60° до плюс 450°.
Таким образом, предложенное техническое решение, благодаря расположению фторопластового кольца на торцевой поверхности седла, позволяет исключить протечки через проходные отверстия клапана. Кроме того, использование фторопластового кольца и фторопластовой набивки исключает необходимость использования запасных частей и оборудования для обслуживания.