Двухзапорный клапан
TWO-SHUT-OFF VALVE

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в трубопроводах энергетических установок, характеризующихся сложными условиями эксплуатации с потенциально опасной средой, высокими требованиями по надежности и максимальными ограничениями по массогабаритным характеристикам.
В качестве запорного устройства для обеспечения безопасной работы паропроизводящей установки должно быть использовано устройство с двойным перекрытием проходного сечения, для чего необходимо установить два запорных органа, предпочтительно в одном корпусе.
Известны клапаны двухзапорные (см. изобретения по авторским свидетельствам SU 1376671 Al F16K 11/04, 1986 г.; SU 1137848 F16K 11/20, 1983 г.), содержащие корпус с осевым и боковым патрубками и с уплотнительными седлами и взаимодействующие с ними основной и дополнительный запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным штоками, имеющими сальниковые уплотнения в коробке сальника и управляемыми независимыми приводами.
Конструкции клапанов позволяют выполнять, при необходимости, ремонтно-восстановительные работы при потере герметичности уплотнения по затворам или потере работоспособности за счет демонтажа выемной части при выполнении разъема по соединению коробки сальника с корпусом и выполнением трудоемкой операции по восстановлению рабочих поверхностей уплотнительных седел корпуса.
Общим недостатком указанных клапанов является постоянное нахождение сальниковых уплотнений и уплотнения основного разъема корпуса с коробкой сальника под действием рабочей среды, особенно, при наличии повышенного давления рабочей среды в отсеченной секции трубопровода со стороны бокового патрубка, что снижает степень герметичности клапана по отношению к внешней среде.
Известен клапан двухзапорный (см. патент US 2009/0094970 кл. F01N 7/00, 2009 г.), содержащий корпус с осевым и боковым патрубками и с уплотнительными седлами и взаимодействующие с ними два запорных органа, расположенные со стороны осевого патрубка и соединенные с двумя коаксиально расположенными штоками, имеющими сальниковые уплотнения и управляемыми комбинированным приводом.
Указанный клапан исключает постоянное нахождение сальниковых уплотнений под действием рабочей среды в положении "закрыто" и обеспечивает отсечение аварийной рабочей среды повышенных параметров в паропроводе со стороны осевого патрубка.
Недостатком является то, что клапан неремонтнопригоден, и при потере работоспособности должен быть полностью заменен.
Известен клапан двухзапорный (см. патент RU 2673922, F16K 1/44, F16K 27/02, 2016 г.), содержащий корпус с осевым и боковым патрубками, с уплотнительными седлами и взаимодействующими с ними два запорных органа, соединенных с двумя коаксиально расположенными штоками, уплотняемыми сальниками и управляемыми независимыми приводами, размещенными в одном корпусе, закрепленном на корпусе клапана.
Однако, и данный клапан, сохраняя исключение влияния рабочей среды повышенных параметров на сальниковые уплотнения штоков при отсечении аварийной секции паропровода, не обеспечивает выполнения ремонтно-восстановительных работ.
Ремонт клапана возможен только с полной заменой клапана с предварительно демонтированном комбинированном приводом и с вырезкой из паропровода корпуса и демонтажа его совместно с запорными органами и штоками.
Известная конструкция применима только для углового исполнения корпуса двухзапорного клапана, имеющего осевой патрубок, поскольку запорные органы, соединенные со штоками, можно завести во внутреннюю полость корпуса только со стороны этого осевого патрубка.
При исполнении двухзапорного клапана с обоими боковыми патрубками, например, нижним и верхним, конструкция неприменима: собрать двухзапорный клапан невозможно.
Данное техническое решение является прототипом для предлагаемой конструкции двухзапорного клапана.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание двухзапорного клапана с размещением запорных органов со стороны входного канала, обеспечивающего ремонтно-восстановительные работы при потере герметичности по уплотнениям затвора или при другой потере работоспособности клапана путем замены выемной части в затесненных штатных условиях непосредственно на объекте.
Решение поставленной задачи позволит обеспечить ремонтопригодность двухзапорного клапана без вырезки его корпуса из трубопровода и расширить эксплуатационные возможности и диапазон использования.
Указанная задача решается за счет того, что клапан двухзапорный, содержащий корпус с входным и выходным каналами, основной и дополнительный запорные органы, расположенные со стороны входного канала, взаимодействующие с уплотнительными седлами и соединенные с наружным и внутренним штоками, имеющими сальниковые уплотнения, расположенными со стороны выходного канала и управляемыми независимыми приводами, дополнительно снабжен выемной частью, состоящей из крышки и цилиндрической вставки с уплотнительными седлами, выполненными на наружной торцевой поверхности нижнего конца цилиндрической вставки и взаимодействующими с запорными органами, и установленной с возможностью поджатия крышкой к корпусу, причем соединение цилиндрической вставки с корпусом герметизировано уплотнительным элементом.
При необходимости обеспечения сбора возможных протечек уплотнения затворов или отвода рабочей среды в дополнительную систему в цилиндрической вставке между уплотнительными седлами выполнено отверстие, соединяющее штуцер, установленный в корпусе, с ее внутренней полостью, причем в соединение ее с корпусом дополнительно введен уплотнительный элемент. Наружный шток может быть дополнительно герметизирован сильфоном, при этом неподвижное соединение выемной части с крышкой и корпусом дополнительно герметизировано уплотнительным элементом. Цилиндрическая вставка снабжена элементами центрирования основного и дополнительного запорных органов относительно уплотнительных седел.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где на фигуре 1 показан продольный разрез клапана в положении "открыто", а на фигуре 2 показан продольный разрез клапана в положении "закрыто".
Двухзапорный клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, основной 4 и дополнительный 5 запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными наружным 6 и внутренним 7 штоками, управляемыми независимыми приводами (на фигурах не показаны).
Клапан дополнительно снабжен выемной частью, состоящей из крышки 8 и цилиндрической вставки 9 и входящих в них запорных органов 4 и 5 и штоков 6 и 7. Герметичность подвижных соединений по наружному 6 и внутреннему 7 штокам обеспечивается сальниковыми уплотнениями 10.
На наружной торцевой поверхности нижнего конца цилиндрической вставки 9 со стороны входного канала 2 выполнены уплотнительные седла 11 и 12, взаимодействующие с уплотнительными поясками основного 4 и дополнительного 5 запорных органов соответственно.
Соединение цилиндрической вставки 9 с корпусом 1 герметизировано уплотнительным элементом 13. Цилиндрическая вставка 9 со стороны входного канала 2 снабжена направляющей обечайкой 14 с проходными окнами 15 для рабочей среды. Входной канал 2 может быть выполнен соосным с продольной осью клапана, как показано на фигурах 1 и 2, или расположен под углом к ней, например, с боковым расположением. Направляющая обечайка 14 может входить своей торцевой цилиндрической полосой 16 в проточку 17, выполненную в корпусе 1. Дополнительный запорный орган 5 центрируется относительно уплотнительного седла 12 цилиндрической вставки 9 своей наружной поверхностью по внутренней поверхности направляющей обечайки 14.
Основной запорный орган 4 снабжен элементом центрирования 18 относительно уплотнительного седла 11 цилиндрической вставки 9, выполненным в виде ребер с цилиндрической обечайкой 19, взаимодействующей наружной поверхностью с внутренней поверхностью цилиндрической вставки 9.
Для отвода возможных протечек через уплотнения по запорным органам 4 и 5 при их положении "закрыто" или при отводе среды из отсеченной секции паропровода при закрытом основном запорном органе в цилиндрической вставке 9 между уплотнительными седлами 11 и 12 может быть выполнено отверстие 20, соединяющее штуцер 21, установленный в корпусе 1, с внутренней полостью 22 цилиндрической вставки 9. Герметичность канала, образованного отверстием 20 в цилиндрической вставке 9 и отверстием в штуцере 21 корпуса 1, обеспечивается установкой дополнительного уплотнительного элемента 23.
Для повышения герметичности подвижного соединения наружного штока 6, на нем герметично закреплен один конец сильфона 24, другой конец которого соединен с верхним торцем цилиндрической вставки 9. В этом случае герметизация неподвижного соединения крышки 8 с цилиндрической вставкой 9 и с корпусом 1 выполнена с помощью дополнительного уплотнительного элемента 25.
Для удобства демонтажа цилиндрическая вставка 9 снабжена технологическим устройством, например, резьбовыми отверстиями 26 для крепления, например, рым-болтов.
В обечайке 27 цилиндрической вставки 9 выполнен проходной канал 28, например, в виде отверстия, соединяющий ее внутреннюю полость 22 с выходным каналом 3.
Основной запорный орган 4 снабжен дополнительным уплотнительным пояском 29, расположенным на его наружной торцевой поверхности и имеющим возможность взаимодействия с уплотнительным седлом 30, выполненным на внутреннем торце дополнительного запорного органа 4, обеспечивая дополнительную герметизацию внутренней полости 22 цилиндрической вставки 9 по отношению к внешней среде по внутреннему штоку 7 в положении "открыто".
Соединение крышки 8 с корпусом 1 герметизировано уплотнительным элементом 31 и (или) сварным швом-усом 32.
Двухзапорный клапан работает следующим образом.
В исходном положении клапан показан в положении «открыто»: оба запорных органа 4 и 5 перемещены усилием от наружного 6 и внутреннего 7 штоков вниз до образования проходного сечения для подачи рабочей среды (см. фиг. 1), сообщая входной 2 и выходной 3 каналы между собой.
При подаче рабочей среды клапан герметизирован по подвижным соединениям внутреннего 7 и наружного 6 штоков по отношению к внешней среде по двум уплотнениям: внутренний шток 7 герметизирован сальниковой набивкой 10 и уплотнительным элементом в виде соединения уплотнительного пояска 29 с уплотнительным седлом 30, наружный шток 6 герметизирован сальниковой набивкой 10 и сильфоном 24.
Для прекращения подачи рабочей среды через клапан наружный шток 6 с основным запорным органом 4 под действием усилия, развиваемого приводом, перемещается вверх до упора уплотнительного пояска основного запорного органа 4 в уплотнительное седло 11 цилиндрической вставки 9. При закрытом положении основного запорного органа 4 возможен отвод рабочей среды через отверстие 20 в цилиндрической вставке 9 и штуцер 21 в корпусе 1.
Для обеспечения двойного отсечения паропровода внутренний шток 7 с дополнительным запорным органом 5 под действием усилия, развиваемого приводом, перемещается вверх до упора уплотнительного пояска дополнительного запорного органа 5 в уплотнительное седло 12 корпуса 1 (см. фиг. 2). В положении двухзапорного клапана «закрыто» между уплотнительным пояском 29 основного запорного органа 4 и уплотнительным седлом 30 дополнительного запорного органа 5 образуется зазор.
В случае потери герметичности уплотнений клапана по запорным органам 4 и 5, или одного из них, или потери работоспособности из-за появившегося дефекта в одной из рабочих деталей необходимо провести ремонт уплотнительных поверхностей седел 11 и 12 цилиндрической вставки 9 и поясков запорных органов 4 и 5 или ремонт других рабочих деталей, для чего осуществляется демонтаж выемной части в составе крышки 8, цилиндрической вставки 9, штоков 6 и 7 с запорными органами 4 и 5.
Работу по восстановлению рабочих поверхностей уплотнительных соединений и по ремонту других деталей выемной части клапана, проверку работоспособности и контроль герметичности уплотнений по затворам целесообразно проводить в заводских условиях с использованием стендового оборудования и цеховой технологической оснастки.
После восстановления рабочих поверхностей уплотнительных седел 11 и 12 цилиндрической вставки 9 и уплотнительных поясков запорных органов 4 и 5 и замены, при необходимости, других рабочих деталей выемная часть клапана в рабочем состоянии монтируется вновь. При наличии ремонтного комплекта выемной части он монтируется на объекте взамен поврежденной выемной части.