КЛАПАН ПОВОРОТНЫЙ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ
ROTARY MULTIPURPOSE VALVE

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в качестве запорно-регулирующего органа при трубопроводном транспорте газа, нефти, воды и других жидкостей и газообразных веществ.
Известен поворотный эксцентриковый клапан по US 3623696 A, F16K 5/20, 30.11.1971, включающий корпус с жестко установленным седлом, поворотный сегмент, установленный гибко на приводном валу или жестко на гибком валу. Однако этот клапан не обеспечивает надежной герметичности по причине нестабильности контакта уплотнительных поверхностей седла и золотника.
Известен поворотный эксцентриковый регулирующий клапан по US 4519579 А, F16K 5/06, 28.05.1985, содержащий полый корпус, кольцевое самоустанавливающееся седло, установленное в цилиндрической расточке корпуса с ограниченным осевым и радиальным зазорами, оснащенное самоуплотняющимися манжетами, сегмент, имеющий сферическую, выпуклую уплотнительную поверхность, совмещающуюся с уплотнительной поверхностью седла для блокирования потока при закрытии, установленный в корпусе для ограниченного эксцентричного движения в ответ на движение приводного вала, установленного перпендикулярно центральной оси клапана со смещением относительно оси клапана и выведенного из корпуса через уплотнительное устройство, установленное в зазор между корпусом и приводным концом вала, выполненное с возможностью постоянного поджатия к опорной втулке. Клапан приспособлен к движению потока в прямом и обратном направлении, а уплотнения седла улучшают герметизирующее действие от давления среды в различной степени в зависимости от направления потока.
Недостатком данного клапана является недостаточная герметичность контакта между седлом и сегментом при блокировании потока, направленного с тыльной стороны сегмента, например, когда за клапаном атмосферное давление. В этом случае седло внутренним давлением отжимается от сегмента, а необходимая герметичность затвора должна достигаться дополнительным прогибом вала под воздействием давления, который может не обеспечить надежную герметичность затвора.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение герметичности клапана при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, повышение надежности, а также технологичности и точности изготовления клапана.
Это достигается тем, что клапан поворотный запорно-регулирующий, содержащий полый корпус, кольцевое самоустанавливающееся седло, установленное в цилиндрической расточке корпуса с ограниченным осевым и радиальным зазорами, оснащенное самоуплотняющимися манжетами, сегмент, имеющий сферическую, выпуклую уплотнительную поверхность, совмещающуюся с уплотнительной поверхностью седла для блокирования потока при закрытии, установленный в корпусе для ограниченного эксцентричного движения в ответ на движение приводного вала, установленного перпендикулярно центральной оси клапана и смещенного относительно оси клапана, и выведенного из корпуса через уплотнительное устройство, установленное в зазор между корпусом и приводным концом вала, выполненное с возможностью постоянного поджатия к опорной втулке, согласно изобретению в корпусе клапана около опорного выступа выполнена кольцевая канавка, соединенная отверстиями с внутренней полостью клапана, а седло клапана установлено в цилиндрической расточке между опорным выступом корпуса и гладкой торцовой поверхностью ответного присоединительного фланца, при этом торцевая поверхность седла выполнена скошенной, причем манжеты установлены на наружной поверхности конца седла, удаленного от опорного выступа корпуса, с уплотнительным элементом на торце, контактирующем с гладкой торцовой поверхностью опорного выступа корпуса, приводной вал выполнен цельным с уменьшенной площадью поперечного сечения между посадочными поверхностями под установку сегмента, при этом в зазор между корпусом и свободным концом вала установлено уплотнение, выполненное с возможностью предварительного натяга.
Наличие в корпусе клапана около опорного выступа кольцевой канавки, соединенной отверстиями с внутренней полостью клапана, обеспечивает под давлением среды центрирование седла относительно центральной оси клапана и его прижатие к контактной поверхности сегмента при движении потока в обратном направлении, что повышает герметичность клапана.
Установка седла в цилиндрической расточке между опорным выступом корпуса и гладкой торцовой поверхностью ответного присоединительного фланца гарантирует более высокую надежность, кроме этого, позволяет упростить монтаж клапана в трубопроводе.
Скошенная торцевая поверхность седла позволяет исключить эффект «прилипания» торцовой поверхности седла к обработанной поверхности ответного фланца и обеспечить воздействие давления для надежного блокирования прямого потока технологической среды.
Установка манжет на наружной поверхности конца седла, удаленного от опорного выступа корпуса клапана, с уплотнительным элементом на торце, контактирующем с гладкой торцовой поверхностью опорного выступа корпуса позволяет обеспечить подвижность седла при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, и, как следствие, герметичность и надежность клапана.
Цельный приводной вал с уменьшенным поперечным сечением между посадочными поверхностями под установку сегмента позволяет значительно увеличить жесткость конструкции вал-сегмента, при этом проходное сечение клапана уменьшается незначительно, что повышает надежность предложенной конструкции. Сквозная установка вала в корпусе повышает технологичность и точность изготовления клапана. Наличие уплотнений по обоим концам вала, то есть при установке уплотнения и в зазоре между корпусом и свободным концом вала, выполненного с возможностью предварительного натяга, исключает возможность возникновения осевой нагрузки на вал от давления технологического продукта, что также повышает надежность клапана.
На фиг.1 изображен предлагаемый клапан. На фиг.2 - поперечный разрез клапана. На фиг.3 - продольный разрез клапана. На фиг.4 - кольцевое седло с уплотнительными элементами в открытом положении. На фиг.5 - кольцевое седло с уплотнительными элементами в закрытом положении.
Клапан содержит полый корпус 1 с кольцевой канавкой 8, отверстиями 9 и опорным выступом 10, ответные присоединительные фланцы 2 и 3, седло 4 со скошенной торцовой поверхностью 13, установленное в цилиндрической расточке корпуса 1, с самоуплотняющимися манжетами 5 и 6, установленными на наружной поверхности конца седла, и упругим уплотнительным элементом на торце 7, сегмент 11 со сферической, выпуклой поверхностью, установленный на приводном валу 12, регулировочную планку 22, привод 23. Для предотвращения утечек технологического продукта в зазор между корпусом 1 и приводным концом вала 12 установлено уплотнение 17, поджимаемое пружиной сжатия 18, обеспечивающей постоянное поджатие уплотнения к опорной втулке 19. В зазор между корпусом 1 и свободным концом вала 12 установлено уплотнение 20, прижимаемое к подшипниковой втулке 16 заглушкой 21, обеспечивающей предварительный натяг уплотнения 20.
Клапан работает следующим образом.
Регулирование давления жидкостей и газов осуществляется изменением их расхода частичным или полным перекрытием проходного сечения седла 4 сегментом 11 путем поворота приводного вала 12. В ручном режиме регулирование осуществляется ступенчато поворотом вала 12 приводом 23 на нужный угол с фиксацией на регулировочной планке 22. Автоматический программный привод обеспечивает плавное регулирование расхода и давления во всем диапазоне регулирования. Приводной вал 12 установлен перпендикулярно центральной оси корпуса 1 со смещением «х», а сегмент 11 на валу 12 с эксцентриситетом «х». Благодаря такой конструкции сегмент 11 при повороте вала 12 совершает одновременно с вращательным движением вокруг оси вала 12 и ограниченное поступательное движение относительно центральной оси корпуса 1, обеспечивающее стабильный контакт уплотнительных поверхностей сегмента 11 и седла 4 при блокировании потока. Чтобы обеспечить герметичность контакта между седлом 4 и сегментом 11 нужно обеспечить четкое совмещение их контактных поверхностей и достаточное удельное давление в контакте. Четкое совмещение контактных поверхностей обеспечивается подвижностью седла 4, установленного в корпусе 1 с ограниченным осевым и радиальным зазорами. Герметичность обеспечивается предварительным натягом в контакте уплотнительных поверхностей с дальнейшим повышением удельного давления по мере нарастания перепада давления при закрытом клапане. Седло 4 имеет наружный диаметр немного меньше внутреннего диаметра цилиндрической расточки в корпусе 1, но не больше, чем зазор, который может герметично перекрывать манжета 5 или 6. Длина седла 4, оснащенного манжетами 5 и 6 и упругим уплотнительным элементом 7, немного меньше или равна расстоянию между опорным выступом 10 корпуса 1 и торцевой поверхностью присоединительного фланца 3. В пределах радиального зазора и упругой деформации элемента 7 седло 4 в момент контакта с сегментом 11 при закрытии клапана самоустанавливается относительно контактной поверхности сегмента 11 и герметично перекрывает поток. Перекрытие потока осуществляется в следующем порядке. Сегмент 11 сначала вступает в контакт с упругим уплотнительным элементом 7, частично деформирует его и двигает седло 4, совмещая их контактные уплотнительные поверхности и прижимая седло 4 к торцевой поверхности фланца 3. Деформируясь от воздействия сегмента 11, упругий уплотнительный элемент 7 усиливает контакт с торцевой поверхностью опорного выступа 10 корпуса 1. Поток перекрыт. Перепад давления на клапане растет. Под действием усилия, создаваемого давлением, упругий уплотнительный элемент 7 деформируется сильнее, седло 4 приближается к сегменту 11 и вступает в контакт с его уплотнительной поверхностью, воспринимая дальнейшее возрастание усилия от действия перепада давления на закрытом клапане. Повышение перепада давления улучшает герметизирующее действие клапана. При блокировании потока, набегающего на выпуклую сферическую поверхность сегмента 11 (прямое направление потока), давление среды через скошенную торцевую поверхность 13 седла 4, минуя манжету 6, распространяется в зазор между седлом 4 и корпусом 1 и запирается манжетой 5. Усилие, прижимающее седло 4 к сегменту 11, определяется произведением площади поперечного сечения тела седла 4 между манжетами 5 и 6, умноженной на значение перепада давления.
При блокировании обратного потока давление среды через отверстия 9 и кольцевую канавку 8, минуя манжету 5, распространяется в зазор между седлом 4 и корпусом 1 и запирается манжетой 6. Усилие, прижимающее седло 4 к сегменту 11, определяется произведением площади торцевой поверхности манжеты 5, умноженной на значение перепада давления на закрытом клапане.
Такое решение гарантирует герметичность клапана при блокировании потока как в прямом, так и в обратном направлениях, позволяет повысить его надежность, технологичность и точность изготовления.