УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ РЕГУЛИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ КЛАПАНА
RETAINER FOR VALVE CONTROL ELEMENTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом касается регулирующих клапанов и, в частности, устройств для фиксации регулирующих элементов клапанов.
Уровень техники
Клапаны часто применяют в установках или системах управления процессами с целью управления расходом использующихся в процессе текучих сред. Одним из распространенных типов клапанов, используемых для работы в жестких условиях (например, применения с высоким давлением, применения с высокой температурой и т.п.), является редукционный регулирующий клапан углового типа. Регулирующие угловые клапаны обычно применяются в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, где часто требуется управлять прохождением остаточных нефтяных масел или других жидкостей, которым свойственно коксование.
Угловые регулирующие клапаны имеют корпус со входом, расположенным под углом к выходу. Управляющий элемент (например, затвор) располагается внутри проходного канала клапана между его входом и выходом и оперативно связан со штоком клапана. Привод (например, пневматический привод, электрический привод, гидравлический привод и т.д.) оперативно связан со штоком клапана (например, со скользящим штоком) для того, чтобы переводить состояние элемента управления потоком между открытым состоянием и закрытым, с целью управления расходом текучей среды через данный клапан. В закрытом положении орган управления потоком прижимается к имеющему форму окружности уплотнительному кольцу или кольцевому седлу, располагающемуся между входом и выходом клапана. Фиксатор кольцевого седла или подкладка удерживает кольцевое седло внутри корпуса клапана и имеет продолговатое тело, защищающее поверхность выходного отверстия корпуса клапана от, например, коррозии и т.п.
Благодаря тому, что корпус клапана имеет угол, угловые клапаны позволяют легко выполнять слив, поскольку в корпусе клапана или в проходном канале в таких клапанах нет каких-либо карманов или областей, где могли бы накапливаться текучая среда и/или остаточные вещества. Более того, благодаря наличию угла в корпусе клапана угловые клапаны отличаются способностью направлять силы, связанные с движением текучей среды, к центру потока этой текучей среды, таким образом направляя эти силы (например, лопающиеся пузырьки, образованные вследствие кавитации) вдаль от стенок корпуса и/или от регулирующих элементов клапана (например, от кольцевого седла, гнезда клапана, затвора клапана и т.п.). Отклонение связанных с текучей средой сил к центру корпуса клапана предотвращает или существенно уменьшает их вредное воздействие на регулирующие элементы клапана и/или на корпус клапана.
В применениях с высокой разностью давления, например, текучая среда (жидкость, газ, пар и т.п.) на входе в клапан имеет относительно высокое давление, которое снижается до значительно более низкого давления на выходе из клапана. Относительно высокая разность давления может вызывать кавитацию, всплески, вибрацию и/или другие нежелательные силы или воздействия, между входом и выходом клапана. Благодаря углу между входом и выходом углового клапана эти силы в текучей среде, вызванные разностью давления, направляются к центру выходного отверстия и/или расположенного далее по течению трубопровода. Однако наличие разности давления между входом и выходом увеличивает скорость движения текучей среды через корпус клапана. Увеличение скорости может привести к тому, что поток текучей среды через клапан будет становиться турбулентным, что может привести к вибрации корпуса клапана и/или последующего трубопровода. Вибрация может привести к тому, что крепление подкладки или кольцевого фиксатора ослабнет, или они выпадут из корпуса клапана, в результате чего будет остановлено производство на время, требуемое на разборку клапана и переустановку подкладки в корпус клапана.
Раскрытие изобретения
В одном варианте исполнения настоящего изобретения устройство для фиксации регулирующих элементов клапана включает в себя подкладку, предназначенную для удержания седла клапана внутри корпуса клапана. Эта подкладка включает в себя наружную поверхность, имеющую первую наружную резьбу для соединения с первым резьбовым отверстием корпуса клапана. Кольцевой фиксатор соединяется с подкладкой и имеет вторую наружную резьбу, предназначенную для соединения со вторым резьбовым отверстием корпуса клапана. Первое и второе резьбовые отверстия вынуждают подкладку и кольцевой фиксатор двигаться в противоположных направлениях, если подкладка и кольцевой фиксатор вращаются в одном направлении.
В другом варианте исполнения настоящего изобретения клапан для текучих сред включает в себя корпус клапана, имеющий вход и выход, а также кольцевое седло, расположенное в проходном канале корпуса клапана между входом и выходом. Фиксатор кольцевого седла крепится к кольцевому седлу для того, чтобы удерживать кольцевое седло внутри корпуса клапана. Фиксатор кольцевого седла имеет наружную поверхность, где имеется наружная резьба для соединения с первым имеющим внутреннюю резьбу отверстием в корпусе клапана, и фиксатор кольцевого седла с помощью резьбы соединяется с первым отверстием путем закручивания в первом направлении. С фиксатором кольцевого седла соединяется кольцевой элемент, имеющий вторую наружную резьбу для соединения со вторым имеющим внутреннюю резьбу отверстием в корпусе клапана. Этот кольцевой элемент с помощью резьбы соединяется со вторым отверстием путем закручивания во втором направлении, противоположном первому направлению.
Еще в одном варианте исполнения настоящего изобретения устройство фиксации регулирующих элементов клапана содержит средство для фиксации седла клапана внутри корпуса клапана и средство для предотвращения ослабления крепления фиксатора в корпусе клапана. Вращение средства для фиксации и средства для предотвращения в одном направлении заставляет средство для фиксации и средство для предотвращения двигаться в противоположных направлениях, что предотвращает ослабление крепления средства фиксации в корпусе клапана.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан известный пример углового клапана.
На Фиг.2А показан пример углового клапана, конструкция которого содержит вариант устройства фиксации регулирующих элементов клапана, описанного здесь.
На Фиг.2В показана в увеличении часть варианта устройства фиксации регулирующих элементов клапана, показанного на Фиг.2А.
Осуществление изобретения
В целом, описанный здесь вариант устройства фиксации регулирующих элементов клапана предотвращает расслабление крепления фиксатора кольцевого седла или подкладки и/или выход (т.е., выпадение) их из корпуса клапана вследствие, например, вибрации, вызванной прохождением текучей среды через клапан. В частности, вариант устройства фиксации регулирующих элементов клапана включает в себя подкладку, имеющую наружную поверхность с наружной резьбой, соединяющейся с имеющим внутреннюю резьбу отверстием в корпусе клапана, и кольцевой элемент, наружная поверхность которого имеет наружную резьбу для соединения со вторым имеющим внутреннюю резьбу отверстием в корпусе клапана. Резьба подкладки и первого отверстия отличаются от резьбы кольцевого элемента и второго отверстия. Например, резьба подкладки и первого отверстия представляет собой правую резьбу, позволяющую соединять подкладку с корпусом клапана, закручивая соединение в первом направлении (т.е., по часовой стрелке), а резьба кольцевого элемента и второго отверстия является левой резьбой, позволяющей соединять фиксатор кольца с корпусом клапана, закручивая соединение во втором направлении (т.е., против часовой стрелки), противоположном первому направлению.
Кроме того, подкладку и кольцевой элемент можно скреплять друг с другом с помощью шпильки. Таким способом кольцевой элемент скрепляют с подкладкой так, что вращение подкладки вокруг оси вращения в первом направлении также заставляет кольцевой элемент вращаться в том же направлении вокруг оси вращения. Следовательно, если, например, вызванная прохождением текучей среды вибрация заставит подкладку вращаться в первом направлении, что привело бы к ослаблению фиксации подкладки относительно корпуса клапана, то вращение кольцевого элемента в том же направлении туже затягивает кольцевой элемент, тем самым предотвращая ослабление фиксации и/или выпадение подкладки из корпуса клапана.
Аналогично, если вращение кольцевого элемента во втором направлении, противоположном первому, приводит к ослаблению фиксации кольцевого элемента относительно корпуса клапана, то вращение подкладки в том же направлении приводит к более прочному соединению подкладки с корпусом клапана.
На Фиг.1 показан известный угловой клапан 100. Обратившись более подробно к Фиг.1, следует отметить, что показанный в качестве примера клапан с вращающимся механизмом 100 включает в себя корпус клапана 102, в котором образован проходной канал для прохождения текучей среды 104 между входным отверстием или боковым отверстием 106 и выходным отверстием или нижним отверстием 108. Крышка клапана 110 крепится к корпусу клапана 102 (например, зажимами), а также соединяет корпус клапана 102 с приводом (не показан). Хотя это и не показано на рисунке, в крышке клапана 110 может размещаться система уплотнения, а также она может включать множество зажимов для соединения с корпусом клапана 102. Запирающий элемент 112 расположен в канале прохождения текучей среды 104, образованном в корпусе клапана 102, и связан со штоком клапана 114. Шток клапана 114 соединяется со штоком привода (не показан), который передвигает запирающий элемент 112 по направлению к седлу клапана 116 (например, к кольцевому седлу) и от него, что позволяет управлять прохождением текучей среды между входом 106 и выходом 108.
В проиллюстрированном примере подкладка 118 изготовлена как одно целое с седлом клапана 116, образуя единую деталь или конструкцию, и крепится к корпусу клапана 102 резьбовым соединением. Обычно, подкладка 118 представляет собой удлиненный элемент, вытянутый таким образом, чтобы защищать стороны 120 выходного отверстия 108 от пагубных воздействий, связанных с прохождением текучей среды, таких как трение, коррозия и т.п. В других примерах седло клапана 116 и подкладка 118 могут быть отдельными деталями, расположенными таким образом, чтобы подкладка 118 удерживала седло клапана 116 внутри корпуса клапана 102.
В процессе работы привод (например, пневматический привод, электрический привод и т.п.) приводит шток клапана 114 в движение, а тем самым и запирающий элемент 112 (например, затвор клапана), передвигая его между закрытым положением, когда запирающий элемент 112 герметично прижат к седлу клапана 116, не позволяя прохождение текучей среды через клапан 100, и полностью открытым положением или положением максимального расхода текучей среды, в котором запирающий элемент 112 отодвинут от седла клапана 116, давая возможность текучей среде проходить через клапан 100.
Преимуществом угловых клапанов, таких как, например, клапан 100, является то, что они направляют силы текучей среды, к центру потока этой текучей среды, тем самым направляя эти связанные с прохождением текучей среды силы, например лопающиеся пузырьки, образованные вследствие кавитации, вдаль от корпуса клапана и/или от регулирующих элементов клапана (например, седла клапана, гнезда клапана, затвора клапана, и т.п.). Отдаление связанных с текучей средой сил от корпуса клапана и/или от регулирующих элементов клапана уменьшает вредное воздействие их на корпус клапана и на регулирующие элементы.
Обычно, силы текучей среды оказывают вредное воздействие на компоненты клапана в жестких условиях, таких, например, как применения с высокой разностью давления. В применениях с высокой разностью давления текучая среда (например, жидкость, газ, пар и т.п.) на входе 106 клапана 100 имеет относительно высокое давление, которое снижается до существенно более низкого значения на выходе 108 клапана 100. Эта разность давлений может вызывать кавитацию, всплески, вибрацию и/или другие нежелательные силы или воздействия, связанные с текучей средой и являющиеся результатом разности давлений между входом 106 и выходом 108 клапана 100.
Более того, разность давлений приводит к увеличению скорости прохождения текучей среды через корпус клапана 102. Эта повышенная скорость может привести к турбулентности потока текучей среды, проходящей через клапан 100, что может привести к вибрации корпуса клапана 102 и/или расположенного далее по течению трубопровода. Вибрация вынуждает подкладку 118 вращаться вокруг оси 122, что приводит к ослаблению крепления подкладки 118 и/или выпадению ее из корпуса клапана 102. Результатом этого является остановка производства на время, требуемое для разборки клапана 100 и переустановки подкладки 118 в корпус клапана 102.
На Фиг.2А показан пример клапана 200, конструкция которого содержит вариант описанного здесь устройства фиксации регулирующих элементов клапана 202. На Фиг.2В показана в увеличенном виде часть варанта устройства фиксации регулирующих элементов клапана 202, показанного на Фиг.2А. Компоненты клапана 200, являющиеся подобными или идентичными компонентам примерного клапана 100 по Фиг.1, имеют те же самые цифровые обозначения. Описание таких компонентов примерного клапана 200 по Фиг.2А и Фиг.2В, подобных или идентичных компонентам по Фиг.1, не повторяется, и заинтересованный читатель может обратиться к описанию Фиг.1 по вопросам деталей, относящихся к этим компонентам.
Обращаясь к Фиг.2А и Фиг.2В, следует отметить, что примерный клапан 200 включает в себя вариант устройства фиксации регулирующих элементов клапана 202, расположенного в проходном канале 204, образованном в корпусе клапана 206 между входным или боковым отверстием 208 и выходным или нижним отверстием 210. В показанном примере ось 207 входного отверстия 208 практически перпендикулярна оси 209 выходного отверстия 210. Крышка клапана 110 прикреплена к корпусу клапана 206 (например, зажимами), а также крепит корпус клапана 206 к приводу (не показан). Запирающий элемент 112 расположен в пропускном канале 204 прохождения текучей среды и соединяется со штоком клапана 114, который в свою очередь связан с приводом (не показан).
Устройство фиксации регулирующих элементов клапана 202 включает в себя кольцевое седло 212, фиксатор кольцевого седла или подкладку 214, а также кольцевой фиксатор 216. Кольцевое седло 212 расположено в корпусе клапана 206 между входом 208 и выходом 210. Подкладка 214 крепится к корпусу клапана 206 для того, чтобы удерживать кольцевое седло 212 в корпусе клапана 206. В показанном варианте кольцевое седло 212 и подкладка 214 изготовлены как одно целое в виде практически единой детали или элемента конструкции, изготовленного из нержавеющей стали. Однако в других вариантах кольцевое седло 212 и подкладка 214 могут представлять собой отдельные детали и могут быть изготовлены из любого другого подходящего материала (материалов).
Подкладка 214 имеет продолговатое тело 218, вытянутое таким образом, чтобы защищать поверхность 220 выходного отверстия 210 от пагубных воздействий процессов, таких, например, как трение, коррозия и т.п. Подкладка 214 также имеет наружную поверхность 222 с наружной резьбой, которая соединяется с первым имеющим внутреннюю резьбу отверстием 224 корпуса клапана 206. Резьба наружной поверхности 222 соответствует резьбе первого отверстия 224.
Кольцевой фиксатор 216 соединяется с подкладкой 214, не позволяя подкладке 214 освободиться из корпуса клапана 206. Кольцевой фиксатор 216 имеет наружную поверхность 226 с наружной резьбой, которая соединяется со вторым имеющим внутреннюю резьбу отверстием 228 корпуса клапана 206. Резьба наружной поверхности 226 соответствует резьбе второго отверстия 228. Более того, резьба наружной поверхности 222 и первого отверстия 224 корпуса клапана 206 выполнена в направлении, противоположном направлению резьбы на наружной поверхности 226 и во втором отверстии 228. Например, резьба на наружной поверхности 222 и в первом отверстии 224 является правой резьбой, а резьба на наружной поверхности 226 и во втором отверстии 228 является левой резьбой. Таким образом, подкладка 214 крепится к корпусу клапана 206 резьбовым соединением с закручиванием в первом направлении (т.е., по часовой стрелке), а кольцевой фиксатор 216 крепится к корпусу клапана 206 резьбовым соединением с закручиванием во втором направлении (т.е., против часовой стрелки), противоположном или отличающемся от первого направления.
Кроме того, подкладку 214 можно соединять или крепить к кольцевому фиксатору 216 таким образом, чтобы вращение подкладки 214 вокруг оси 209 заставляло кольцевой фиксатор 216 также вращаться вокруг оси 209 в том же направлении, что и подкладка 214. В показанном варианте множество шпилек 230, проходящих через отверстия 232 и 234 подкладки 214 и кольцевого фиксатора 216 соответственно, соединяют или скрепляют кольцевой фиксатор 216 с подкладкой 214. В другом варианте подкладка 214 может соединяться или скрепляться с кольцевым фиксатором 216 с помощью защелки, зажима и/или любым другим подходящим способом (способами).
В процессе работы привод (например, пневматический привод, электрический привод и т.п.) приводит в движение шток клапана 114, а тем самым и запирающий элемент 112, вынуждая его изменять положение между закрытым положением, в котором запирающий элемент 112 герметично прижат к кольцевому седлу 212, не позволяя текучей среде проходить через клапан 200, и полностью открытым положением или положением максимального расхода текучей среды, в котором запирающий элемент 112 отодвинут от кольцевого седла 212, позволяя потоку текучей среды проходить через клапан 200. Как было указано выше, в применениях с высокой разностью давлений давление текучей среды на входе 208 превышает давление на выходе 210. Эта разность давлений вынуждает текучую среду увеличить скорость прохождения через корпус клапана 206, приводя к турбулентности потока, которая, в свою очередь, вызывает вибрацию клапана 200. Такая вибрация может заставить подкладку 214 поворачиваться вокруг оси 209, тем самым ослабляя крепление и/или выбрасывая подкладку 214 из корпуса клапана 206.
Устройство противодействия вибрации регулирующих элементов 202 не позволяет подкладке 214 ослабить ее крепление с корпусом клапана 206 и/или быть выброшенной из корпуса клапана вследствие вибрации, вызванной, например, турбулентным потоком текучей среды. Например, если вибрация, вызванная прохождением текучей среды, вынуждает подкладку 214 поворачиваться вокруг оси 209 в направлении (например, против часовой стрелки), показанном стрелкой 238, то такое вращение заставляет подкладку 214 двигаться в направлении ослабления ее крепления с корпусом клапана 206. Однако вращение кольцевого фиксатора 216 в том же направлении, показанном стрелкой 238, приводит к укреплению соединения, поскольку резьба (например, левая резьба) кольцевого фиксатора 216 и второго отверстия 228 имеет направление, противоположное или отличающееся от направления резьбы (например, правой резьбы) подкладки 214 и первого отверстия 224. В результате, кольцевой фиксатор 216 не позволяет подкладке 214 ослабить ее крепление к корпусу клапана 206 и/или не позволяет ей быть выброшенной из корпуса клапана 206. Аналогично, если вращение кольцевого фиксатора 216 вокруг оси 209 в направлении (например, по часовой стрелке), показанном стрелкой 236, приводит к тому, что кольцевой фиксатор 216 будет двигаться в направлении ослабления его крепления к корпусу клапана 206, то вращение подкладки 214 в том же направлении, показанном стрелкой 236, приводит к укреплению соединения подкладки 214 с корпусом клапана 206.
Применение описанного здесь устройства фиксации регулирующих элементов клапана особенно полезно для угловых клапанов. Приведенное в качестве примера устройство фиксации регулирующих элементов клапана не позволяет подкладке ослабить ее крепление к корпусу клапана и/или предотвращает возможность ее выброса из корпуса клапана вследствие вибрации (например, вибрации, вызванной прохождением текучей среды через клапан). В частности, кольцевой фиксатор соединяется с подкладкой при помощи шпилек таким образом, что вращение кольцевого фиксатора вокруг оси в первом направлении также заставляет подкладку вращаться в том же направлении. Как кольцевой фиксатор, так и подкладка имеют наружную поверхность с наружной резьбой, с помощью которой подкладка присоединяется к корпусу клапана закручиванием по резьбе (например, по часовой стрелке) в направлении (например, против часовой стрелки), противоположном направлению закручивания резьбы, соединяющей кольцевой фиксатор с корпусом клапана. В таком случае, если вращение подкладки в первом направлении приводит к движению подкладки, ослабляющему ее крепление к корпусу клапана, то вращение кольцевого фиксатора в том же направлении заставляет кольцевой фиксатор двигаться в направлении упрочнения этой связи, таким образом предотвращая ослабление крепления подкладки и/или ее выбрасывание из корпуса клапана.
Хотя здесь описано определенное устройство, однако объем и рамки настоящего изобретения не ограничиваются только им. Напротив, данный патент охватывает все устройства, должным образом попадающие в сферу действия поданной в приложении формулы изобретения или ее эквивалентов.