КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ
CONTROL GATE VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на газовых скважинах для перекрытия и регулирования расхода газа.
Известен клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, при этом первый затвор, запорный, выполнен в виде штока со ступенчатым поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй, запорно-регулирующий затвор, выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, причем запорно-регулирующий затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, причем внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительной поверхности сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении ступенчатый поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка-плунжер своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла (патент РФ №2267682, МПК F16K 3/24, 47/04, 17.05.2004).
Недостатком известного клапана является невозможность его использования при больших перепадах давления, когда одноступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.
Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены два затвора: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный со штоком, при этом клапан снабжен дополнительным затвором, седло которого закреплено в нижней части корпуса соосно со штоком, а запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды и его седло закреплено в корпусе соосно со штоком, причем в полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором, при этом регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, а его ступени связаны со штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока (патент РФ №2162179, 7 МПК F16K 1/44, 22.05.2000).
Недостатком известного клапана является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор, разгрузочный, выполнен в виде охватывающей шток ступенчатой втулки-плунжера, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, а разгрузочный затвор расположен соосно внутри второго, запорно-регулирующего, затвора и в крайнем нижнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с косыми отверстиями, расположенными до уплотнительного элемента по ходу потока среды, при этом внутренний диаметр трубчатой части седла до уплотнительного элемента сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения штоком через разгрузочный затвор вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом запорно-регулирующий затвор за уплотнительной поверхностью выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе (патент РФ №2250407, 7 МПК F16K 39/02, 1/54, 04.06.2003).
Недостатком известного клапана является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышалась надежность и увеличивалась долговечность работы клапана.
Для достижения названного технического результата в корпусе клапана запорно-регулирующего с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанные со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор, разгрузочный, расположен соосно внутри второго, запорно-регулирующего, затвора и в крайнем нижнем положении взаимодействует с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие в запорно-регулирующем затворе, который выполнен с уплотнительной поверхностью и размещен в седле с уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, при этом внутренний диаметр трубчатой части седла сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, причем последний установлен с возможностью осевого перемещения штоком через разгрузочный затвор вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом запорно-регулирующий затвор выполнен трубчатым с радиальными отверстиями, через которые входной канал соединяется с выходным при открытом запорно-регулирующем затворе.
Заявляемый клапан запорно-регулирующий отличается от прототипа тем, что радиальные отверстия в трубчатой части запорно-регулирующего затвора, расположенной до уплотнительной поверхности по ходу потока среды, по размеру и количеству идентичны отверстиям в трубчатой части седла, расположенным за уплотнительным элементом по ходу потока среды, также выполненным радиальными, при этом наружный диаметр запорно-регулирующего затвора за уплотнительной поверхностью выполнен ступенчатым, причем ступень меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости с трубчатой частью седла, которая через канал сообщается с разгрузочным отверстием, выполненным глухим, а полость над ступенью большего диаметра через отверстие в запорно-регулирующем затворе сообщается с входным каналом, при этом запорно-регулирующий затвор обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез клапана в закрытом положении.
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены два затвора, связанные со штоком 4, перемещаемым приводом 5.
Первый затвор, разгрузочный, выполнен в виде штока 6 с уплотнительной поверхностью 7 и буртом 8 и расположен соосно внутри второго, запорно-регулирующего, затвора 9 (в сборе) с уплотнительным элементом 10, разгрузочным отверстием 11, выполненным глухим, уплотнительной поверхностью 12 и трубчатой частью 13 с радиальными отверстиями 14, расположенной до уплотнительной поверхности по ходу потока транспортируемой среды. В крайнем нижнем положении шток взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом и перекрывает разгрузочное отверстие, а в крайнем верхнем положении буртом прижимает запорно-регулирующий затвор к корпусу.
Запорно-регулирующий затвор размещен в седле 15 с уплотнительным элементом 16 и трубчатой частью 17 с радиальными отверстиями 18, по размеру и количеству идентичными отверстиям в трубчатой части запорно-регулирующего затвора и расположенными за уплотнительным элементом по ходу потока транспортируемой среды. Наружный диаметр запорно-регулирующего затвора за уплотнительной поверхностью выполнен ступенчатым, причем ступень 19 меньшего диаметра расположена со стороны уплотнительной поверхности с образованием полости 20 с трубчатой частью седла, которая через канал 21 сообщается с разгрузочным отверстием, а полость 22 над ступенью 23 большего диаметра через отверстие 24 в запорно-регулирующем затворе сообщается с входным каналом. Внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительного элемента и наружный диаметр ступени большего диаметра запорно-регулирующего затвора выполнены сопрягаемыми. Запорно-регулирующий затвор установлен с возможностью осевого перемещения штоком через разгрузочный затвор вдоль трубчатой части седла от уплотнительного элемента, при этом он обеспечивает одновременное открытие (перекрытие) радиальных отверстий в седле и затворе. В крайнем нижнем положении он взаимодействует своей уплотнительной поверхностью с уплотнительным элементом седла и отделяет выходной от входного канала клапана.
Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) шток 6 находится в крайнем нижнем положении и своей уплотнительной поверхностью 7 прижимается к уплотнительному элементу 10 запорно-регулирующего затвора 9, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 11.
Запорно-регулирующий затвор 9 под действием давления транспортируемой среды своей уплотнительной поверхностью 12 прижимается к уплотнительному элементу 16 седла 15, герметично перекрывая поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3.
При необходимости открытия клапана и регулирования расхода транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, шток 4 которого перемещает шток 6 с уплотнительной поверхностью 7 вверх от уплотнительного элемента 10 запорно-регулирующего затвора 9, открывая разгрузочное отверстие 11. Среда из входного канала 2 через отверстие 24, полость 22, разгрузочное отверстие 11 и канал 21 поступает в полость 20, выравнивая давление над и под запорно-регулирующим затвором 9, для разгрузки уплотнительного элемента 16 седла 15 и запорно-регулирующего затвора 9 перед его открытием. При дальнейшем движении шток 6 буртом 8 упирается в запорно-регулирующий затвор 9 (в сборе) и перемещает его вдоль трубчатой части 17 седла 15 от уплотнительного элемента 16, открывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 через радиальные отверстия 14, полость 20 и далее через радиальные отверстия 18 трубчатой части 17 седла 15 в выходной канал 3. Регулирование расхода транспортируемой среды осуществляется перемещением штока 4 до необходимого положения и его остановкой. Каждому положению штока 4 соответствует определенное положение запорно-регулирующего затвора 9, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды через радиальные отверстия 14 и 18, при этом перепад давления поровну распределяется между обеими ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующего затвора 9.
При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, шток 4 которого перемещает шток 6 вниз к уплотнительному элементу 10 запорно-регулирующего затвора 9, закрывая уплотнительной поверхностью 7 разгрузочное отверстие 11 и перемещая запорно-регулирующий затвор 9 к уплотнительному элементу 16 седла 15. Совместное перемещение штока 6 и запорно-регулирующего затвора 9 продолжается до тех пор, пока запорно-регулирующий затвор 9 своей уплотнительной поверхностью 12 достигнет уплотнительного элемента 16 седла 15, герметично перекрывая его, а шток 6 своей уплотнительной поверхностью 7 опустится на уплотнительный элемент 10, герметично перекрывая разгрузочное отверстие 11 запорно-регулирующего затвора 9. Данное положение штока 6 соответствует крайнему нижнему положению штока 4 и выключенному приводу.
Благодаря тому что при открытии запорно-регулирующего затвора уплотнительный элемент седла находится в разгруженном состоянии, т.е. перепад давления на нем отсутствует, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.