Регулирующий двухплунжерный клапан
REGULATING DOUBLE-PLUNGER VALVE

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности, к регулирующим клапанам, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.
Известен проходной клапан содержащий корпус с крышкой, между которыми установлена прокладка крышки, во внутреннем объеме корпуса размещено седло с уплотнением, вертикальный приводной шток. Данный клапан снабжен системой внутренней разгрузки, представляющей собой дополнительный внутренний клапан меньшего диаметра [Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза. Часть 1. Трубопроводная арматура: Учебное пособие. / В.Т. Новиков, Томский политехнический университет ун-т.-Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 292 с., страница 117 рис 3.25].
Недостатками данного клапана являются малый диапазон регулирования расхода, высокие нагрузки на привод, достаточно большие габариты, возникновение кавитации, высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и не достаточную герметичность в закрытом положении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является клапан запорно-регулирующий [Патент РФ №2250407, F16K 39/02, F16K 1/54, опубл. 20.04.2005, Б.И. №4], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри корпуса размещены седло, два затвора, связанные со штоком, управляемым приводом, шток выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами и буртом, первый затвор выполнен в виде охватывающего шток ступенчатого плунжера с уплотнительным элементом и уплотнительной поверхностью, ступенчатый плунжер расположен соосно второму затвору с уплотнительным элементом.
К недостаткам данного клапана следует отнести малый диапазон регулирования расхода, высокие нагрузки на привод, возникновение кавитации, высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и недостаточную герметичность в закрытом положении.
Задачей данного изобретения является создание регулирующего двухплунжерного клапана обладающего широким диапазоном регулирования расхода, предотвращающего возникновение кавитации, имеющего не высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и достаточную герметичность в закрытом положении.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается регулирующий двухплунжерный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри корпуса размещены седло и два затвора, связанные со штоком, управляемым приводом, шток выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами и буртом, первый затвор выполнен в виде охватывающего шток ступенчатого плунжера с уплотнительным элементом и уплотнительной поверхностью, ступенчатый плунжер расположен соосно второму затвору с уплотнительным элементом. Внешняя поверхность ступенчатого плунжера и его внутренняя полость выполнены цилиндроконическими, причем высота цилиндрической части внешней поверхности больше глубины цилиндрической части внутренней полости, а угол конусности конической части внешней поверхности больше угла конусности конической части внутренней полости, на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера выполнены прямоугольные окна, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, а уплотнительный элемент установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера.
На фиг. 1 изображена схема регулирующего двухплунжерного клапана.
На фиг. 2 показано полностью закрытое положение.
На фиг. 3 показано начальное положение открытия клапана с поднятым (открытым) вторым затвором.
На фиг. 4 показано полностью открытое положение.
На фиг. 5 показано сечение А-А.
Регулирующий двухплунжерный клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным патрубками 3. Внутри корпуса 1 размещены два затвора, связанные со штоком 4, управляемым приводом 5. Шток 4 выполнен ступенчатым с уплотнительными элементами 6 и буртом 7. Первый затвор выполнен в виде охватывающего шток 4 ступенчатого плунжера 8 с уплотнительным элементом 9 и уплотнительной поверхностью 10. Ступенчатый плунжер 8 расположен соосно второму затвору 11 с уплотнительным элементом 12, который установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера 8.
Внешняя поверхность ступенчатого плунжера 8 и его внутренняя полость выполнены цилиндроконическими, причем высота цилиндрической части внешней поверхности больше глубины цилиндрической части внутренней полости, а угол конусности конической части внешней поверхности больше угла конусности конической части внутренней полости.
На цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера 8 выполнены прямоугольные окна 13, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости.
Ступенчатый плунжер 8 в закрытом положении контактирует с седлом 14.
Регулирующий двухплунжерный клапан работает следующим образом.
В полностью закрытом положении (Фиг. 2) ступенчатый плунжер 8 контактирует с седлом 14, а второй затвор 11 нижним концом упирается в уплотнительный элемент 12, который установлен в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера 8.
В начальной фазе открытия (Фиг. 3) происходит поднятие штока 4 с размещенным на его нижнем конце вторым затвором 11. При этом жидкость начинает двигаться в зазоре между внешней поверхностью второго затвора 11 и конической частью внутренней полости ступенчатого плунжера 8, а далее проходит через прямоугольные окна 13 и направляется к выходному патрубку 3. При таком способе открытия (открытие только второго затвора 11) удается обеспечить минимальные значения расхода.
Далее, когда второй затвор 11 достигает верхней поверхности внутренней полости ступенчатого плунжера 8, происходит открытие основного проходного сечения за счет поднятия ступенчатого плунжера 8.
По мере поднятия ступенчатого плунжера 8 увеличивается размер проходного сечения и повышается расход. Таким образом, процесс плавного увеличения расхода осуществляется вначале путем поднятия второго затвора, а затем при подъеме ступенчатого плунжера 8. Такой способ позволяет увеличить диапазон регулирования.
Благодаря тому, что угол конусности конической части внешней поверхности больше угла конусности конической части внутренней полости удается обеспечить плавное возрастание расхода на начальной фазе открытия (при поднятии только штока 4 с размещенным на его нижнем конце вторым затвором И).
За счет того, что внешняя поверхность ступенчатого плунжера 8 и его внутренняя полость выполнены цилиндроконическими, причем высота цилиндрической части внешней поверхности больше глубины цилиндрической части внутренней полости удается обеспечить прохождение среды при полностью открытом клапане с минимальным гидравлическим сопротивлением.
Наличие на цилиндрической поверхности ступенчатого плунжера прямоугольных окон, нижние грани которых расположены на границе конической и цилиндрической частей внутренней полости, позволяет осуществлять деление потока на струи (не взаимодействующие между собой), что обеспечивает снижение кавитации.
Размещение уплотнительного элемента в нижней зоне конической части внутренней полости ступенчатого плунжера позволяет обеспечить герметичность в полностью закрытом положении.
Предлагаемый регулирующий двухплунжерный клапан за счет двухплунжерного исполнения обладает широким диапазоном регулирования расхода, предотвращает возникновение кавитации и обладает хорошей герметичность в закрытом положении.