КЛАПАН ЗАПОРНЫЙ БЫСТРОСЪЕМНЫЙ

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности к переработке отработавшего ядерного топлива, а более конкретно к быстросъемным дистанционно заменяемым запорным клапанам, применяемым в радиохимическом производстве в исследовательских камерах опытно-демонстрационного центра.
В настоящее время в строящемся опытно-демонстрационном центре (ОДЦ) ФГУП «Горно-химический комбинат» для переработки отработавшего ядерного топлива существует необходимость установки быстросъемных дистанционно заменяемых запорных клапанов Ду 6 и 10 мм, устанавливаемых на трубопроводах для передачи высокоактивных растворов в исследовательских камерах.
Из уровня техники известен клапан (вентиль) сильфонный запорный для установки в стене с механизмом для крепления типа В-ВС (чертеж 2646.010 разработки Центрального конструкторского бюро арматуростроения, г. Санкт-Петербург) и собственно клапан сильфонный запорный быстросъемный В-ВС 2646-1, изготавливаемый ЗАО «ЭНМАШ», г. Рыбинск, Ярославской области. Клапан содержит корпус с седлом, установленный в корпусе сильфонный узел и крышку. Корпус и крышка снабжены фланцами, соединяемыми болтами. При соединении крышки с корпусом сильфонный узел прижимается к корпусу через втулку. Во втулке установлен на шпоночном соединении шток с золотником, взаимодействующим с седлом при закрытии клапана. В крышке размещена резьбовая втулка с внутренней левой резьбой, по которой установлен своей верхней частью шток сильфонного узла. В корпусе выполнены по вертикали два конических отверстия соосно с центральным отверстием в седле, причем нижнее коническое отверстие соединено прямым каналом с центральным отверстием седла, а верхнее коническое отверстие с внутренней полостью корпуса над седлом.
Открытие и закрытие известного клапана осуществляется вращением резьбовой втулки на несколько оборотов для поджатия золотника к седлу и закрытия клапана или поднятия золотника над седлом и открытия клапана.
Механизм для крепления клапана содержит угольник, состоящий из соединенных на сварке горизонтальной и вертикальной пластин и откидную траверсу с нажимным винтом. На вертикальной пластине выполнены также по вертикали два отверстия, в которых закреплены патрубки, снабженные шаровыми поверхностями, соосными с коническими отверстиями корпуса при его установке в механизм. Клапан устанавливается в механизм и вращением нажимного винта прижимается к патрубкам, при этом шаровые поверхности патрубков устанавливаются в конические отверстия корпуса и прижимаются к ним, обеспечивая герметичность соединения клапана с патрубками, присоединенными на сварке к трубопроводам.
При замене клапана нажимной винт отводится от него и клапан сначала сдвигается для выведения из конических отверстий патрубков, а затем извлекается из механизма крепления.
Известный клапан В-ВС 2646.010 с механизмом для крепления выбран заявителем в качестве прототипа.
К недостаткам известного клапана относится то, что размещение двух конических отверстий по вертикали над и под золотником и выполнение фланцевого соединения крышки с корпусом приводит к увеличению высоты и сечения клапана и его металлоемкости, а, следовательно, и стоимости. Кроме того снижение веса клапанов при их дистанционной замене копирующими манипуляторами уменьшает нагрузку на руку манипулятора при дистанционной замене клапанов.
Открытие и закрытие известного клапана осуществляется вращением резьбовой втулки на 3-4 оборота для перемещения штока из положения «открыто» до положения «закрыто» и обратно. Поскольку в камерах могут устанавливаться клапаны, как с ручным, так и с дистанционным управлением, то потребуется специальный инструмент или привод соответственно для передачи вращательного движения на резьбовую втулку. При установке клапанов с дистанционным управлением передача вращающего момента на резьбовую втулку потребует установки электроприводов, размещаемых вне камер, и их последующей кинематической связи с резьбовой втулкой.
Управление ручными приводами клапанов при помощи манипуляторов предпочтительно осуществлять поворотом резьбовой втулки рукояткой на угол 90°.
При дистанционном автоматическом управлении также предпочтительно осуществлять поворот резьбовой втулки на угол 90° и менее передачей усилия на рукоятку от приводов с возвратно-поступательным движением штока, например пневматических цилиндров, что позволит применять более простые по конструкции кинематические связи клапанов с приводами.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в уменьшении угла поворота резьбовой втулки клапана до 90° и менее, а также в сокращении массы клапана.
Для достижения указанного технического результата в клапане запорном быстросъемном, содержащий корпус, снабженный двумя коническими отверстиями и внутренней расточкой с размещенным в ней сильфонным узлом, во втулке которого установлен на шпоночном соединении шток с золотником, выполненные в расточке выступы седла под золотником и корпуса под втулкой, присоединяемую к корпусу крышку с возможностью ее взаимодействия с втулкой и размещенным под ней выступом, размещенную в крышке резьбовую втулку, в которой по левой резьбе установлен своей верхней частью шток, и механизм крепления клапана, содержащий нажимной винт и патрубки, с шаровыми поверхностями, выполненными соосно с коническими отверстиями корпуса, конические отверстия в корпусе выполнены ниже седла по горизонтали симметрично вертикальной оси корпуса и соединены горизонтальным и вертикальным Г-образными каналами, одно с центральным отверстием седла, а другое - с внутренней полостью расточки в корпусе. Резьбовая втулка установлена в крышке по правой резьбе.
В частном случае резьбовая втулка снабжена хвостовиком квадратного сечения, на который установлен своей втулкой рычаг, на втулке рычага выполнена кольцевая проточка, в которую установлена фиксирующая ее от осевого перемещения крышка.
В другом частном случае исполнения на противоположной коническим отверстиям стороне корпуса клапана по центральной оси выполнен вертикальный паз с заплечиками, а нажимной винт механизма крепления установлен на одном уровне с патрубками и снабжен буртом с возможностью его размещения в вертикальном пазу.
В другом частном случае крышка присоединяется к корпусу накидной гайкой по резьбе, выполненной в верхней части корпуса.
В другом частном случае исполнения рычаг соединен переходным валом, размещенным в проходке защитной стенки камеры, с приводом, размещенным вне камеры, с возвратно-поступательным движением его штока.
Выполнение конических отверстий в корпусе на одном уровне по горизонтали ниже седла симметрично вертикальной оси корпуса и их соединение горизонтальным и вертикальным Г-образными каналами, одного - с центральным отверстием седла, а другого - с внутренней полостью корпуса позволяет уменьшить высоту клапана, обеспечивая при этом соединение одного конического отверстия с центральным отверстием седла под золотником, а другого конического отверстия с внутренней полостью корпуса над золотником. В результате уменьшения высоты корпуса клапана сокращается металлоемкость корпуса.
Установка в крышку по правой резьбе резьбовой втулки, позволяет получить за один ее оборот перемещение штока на сумму шагов правой и левой резьбы, по которой в резьбовую втулку установлен шток. При вращении резьбовая втулка перемещается вместе со штоком по правой резьбе относительно крышки. Одновременно с этим перемещением вращающаяся резьбовая втулка перемещает в том же направлении установленный в ней по левой резьбе шток, зафиксированный от поворота шпоночным соединением во втулке сильфонного узла. В результате шток будет перемещаться, например за один оборот резьбовой втулки, на сумму шагов правой и левой резьбы резьбовой втулки, что позволяет, назначив соответствующие величины шагов правой и левой резьбы, осуществлять перемещение штока из положения «открыто» до положения «закрыто» и обратно поворотом резьбовой втулки на требуемый угол 90° и менее.
Снабжение резьбовой втулки хвостовиком квадратного сечения, на который установлен своей втулкой рычаг, выполнение на втулке рычага кольцевой проточки и установка в нее фиксирующей от осевого перемещения крышки, позволяет исключить вертикальное перемещение рычага при повороте им резьбовой втулки. Это позволяет упростить управление клапанами с помощью копирующих манипуляторов и приводов с прямолинейным возвратно-поступательным движением штока.
Выполнение на противоположной коническим отверстиям стороне корпуса клапана по центральной оси вертикального паза с заплечиками, снабжение нажимного винта буртом с возможностью его размещения в вертикальном пазу при постановке клапана в механизм крепления, позволяет при постановке клапана центрировать его корпус относительно нажимного винта и размещать конические отверстия соосно с патрубками. При дистанционном снятии клапана размещение бурта в вертикальном пазу позволяет нажимным винтом, за счет взаимодействия бурта с заплечиками, перемещать клапан, отводя конические отверстия от шаровых поверхностей патрубков. В результате облегчается дистанционная замена клапанов копирующим манипулятором.
Присоединение крышки к корпусу накидной гайкой по резьбе, выполненной в верхней части корпуса, позволяет осуществить поджатие втулки к корпусу и уплотнение их поверхностей прилегания осевым усилием в резьбе и исключить из конструкции корпуса и крышки фланцевое соединение и, тем самым, сократить металлоемкость корпуса и крышки.
Установка нажимного винта механизма крепления на одном уровне с патрубками позволяет расположить линию действия его прижимающего усилия в одной плоскости с коническими отверстиями корпуса и соосными с ними шаровыми поверхностями патрубков в месте наибольшей жесткости корпуса и, тем самым, обеспечить плотное их прилегание и герметичность соединения клапана с патрубками.
Соединение рычага переходным валом, размещенным в проходке защитной стенки камеры, с приводом, размещенным вне камеры, с возвратно-поступательным движением его штока позволяет осуществлять автоматическое дистанционное управление закрытием и открытием клапана в камере от привода, установленного вне камеры в ее ремонтной зоне с сохранением возможности дистанционной замены клапана манипулятором. Это позволяет использовать более простые, по сравнению с электроприводами, приводы, например пневматические цилиндры, с материалами уплотнений, которые при их размещении в камере подвержены деструкции под воздействием мощного ионизирующего излучения и коррозионному воздействию при дезактивации. При этом угол поворота рычага может быть выполнен и менее 90° за счет выполнения правой и левой резьбы на резьбовой втулке с соответствующими шагами.
Предлагаемый клапан иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.
На фиг. 1 показан предлагаемый клапан в разрезе;
на фиг. 2 разрез А-А на фиг 1;
на фиг. 3 - механизм крепления;
на фиг. 4 - клапан, установленный в механизм крепления;
на фиг. 5 - клапан с управлением от привода, размещенного в ремонтной зоне
Предлагаемый клапан 1 (см. фиг. 1 и фиг. 2) содержит корпус 2, установленный в него сильфонный узел 3, состоящий из втулки 4, сильфона 5, и штока 6, установленного на шпоночном соединении 7 во втулке 4. На нижний конец штока 6 установлен золотник 8, а на верхнем конце выполнена наружная левая резьба 9. В корпусе 2 выполнена внутренняя ступенчатая расточка 10 с образованием центрального отверстия 11, седла 12, уплотнительного выступа 13. На верхней части корпуса 2 выполнена наружная резьба 14. Ниже седла 12 (см. фиг. 2) в корпусе 2 выполнены по горизонтали конические отверстия 15 и 16 симметрично вертикальной оси корпуса 2. Коническое отверстие 15 соединено горизонтальным Г-образным каналом 17 с центральным отверстием 11, а отверстие 16 соединено вертикальным Г-образным каналом 18 с внутренней расточкой 10. На противоположной коническим отверстиям 15 и 16 стороне корпуса 2 на одном уровне и симметрично им выполнен вертикальный паз 19 с заплечиками 20 и заходными фасками 21.
Во внутреннюю расточку 10 установлена крышка 22, взаимодействующая своим торцом 23 с втулкой 4. В верхней части крышки 22 выполнена правая резьба 24, по которой в нее установлена резьбовая втулка 25. В резьбовой втулке 25 выполнена внутренняя левая резьба 26, по которой в нее ввернут верхний конец штока 6.
Резьбовая втулка 25 снабжена хвостовиком 27 квадратного сечения, на который установлен своей втулкой 28 рычаг 29. На втулке 28 выполнена кольцевая проточка 30, в которую введены фиксирующие крышки 31 для исключения вертикального перемещения рычага 29 при повороте им резьбовой втулки 25. На крышку 22 установлена накидная гайка 32, при помощи которой торец 23 крышки 22 прижимает нижний торец 33 втулки 4 к уплотнительному выступу 13. Для исключения скручивания сильфона 5 при сборке клапана крышка 22 устанавливается в корпус 2 на шпонке 34.
Клапан 1 устанавливается (см. фиг. 3 и фиг. 4) в механизм 35 крепления, содержащий кронштейн 36, который выполнен из горизонтальной 37 и двух вертикальных пластин 38 и 39, соединенных стяжками 40. На вертикальной пластине 38 установлены патрубки 41 и 42 с шаровыми поверхностями 43, соосными с коническими отверстиями 15 и 16 корпуса 1 при его установке на горизонтальную пластину 37. Патрубки 41 и 42 присоединяются на сварке к трубопроводам 44.
В вертикальной пластине 38 выполнено резьбовое отверстие 45, в котором по резьбе установлен нажимной винт 46, снабженный буртом 47, входящим в паз 19 при установке клапана 1 в механизм 35.
Для обеспечения автоматического дистанционного управления работой клапана 1 его рычаг 29 (см. фиг. 5) соединен шарнирной тягой 48 со штоком 49 проходки 50, размещенной в защитной стене камеры. Шток 49 соединен со штоком привода 51 с возвратно-поступательным движением, например пневматического цилиндра.
Предлагаемый клапан 1 эксплуатируется следующим образом.
Открытие клапана 1 осуществляется поворотом рычага 29 против часовой стрелки. При этом резьбовая втулка 25 при повороте рычага 29 на 90° перемещается по правой резьбе 24 вверх на высоту, равную 0,25 ее шага. Поднимаясь вместе с резьбовой втулкой 25, шток 6, зафиксированный шпоночным соединением 7, будет перемещаться одновременно по левой резьбе 26 уже относительно резьбовой втулки 25 в том же направлении на высоту, равную 0,25 шага левой резьбы 26. В зависимости от требуемого хода штока 6 (высоты подъема золотника 8 над седлом 12) назначаются и соответствующие шаги правой 24 и левой 26 резьбы.
В данном конкретном случае у запорных клапанов Ду 6 и 10 мм ход штока 6 составляет 2-3 мм. При таком ходе штока 6 правая резьба 24 может быть выполнена стандартной трапециедальной или метрической с шагом 7 мм, например Трап. 44×7, а левая резьба 26 - стандартной трапециедальной или метрической с шагом 4 мм, например Трап. 20×4L. В этом случае поворот рычага 29 на 90° обеспечивает перемещение вверх резьбовой втулки 25 вместе со штоком 6 относительно крышки 22 на 1,76 мм и одновременное перемещение в том же направлении штока 6 уже относительно резьбовой втулки 22 на 1 мм, в результате чего суммарный ход штока 6 составит 2,76 мм, достаточный для открытия клапана 1.
Закрытие клапана 1 осуществляется поворотом рычага 29 по часовой стрелке, при этом шток 6 перемещается вниз, прижимая золотник 8 к седлу 12.
Открытие и закрытие клапана 1 с ручным дистанционным управлением осуществляется поворотом рычага 29 с помощью манипулятора.
Дистанционное автоматическое открытие и закрытие клапана 1 осуществляется поворотом рычага 29 с помощью привода 51, шток которого передает возвратно-поступательное движение на соединенный с ним шток 49 проходки 50 и далее через шарнирную тягу 48 на рычаг 29.
Дистанционно в механизм 35 крепления клапан 1 устанавливается манипулятором таким образом, чтобы он установился на горизонтальную пластину 37, а бурт 47 нажимного винта 46 разместился в пазу 19 корпуса 2 за заплечиками 20. При этом корпус 2 центрируется относительно нажимного винта 46, а конические отверстия 15 и 16 корпуса 2 размещаются соосно с патрубками 41 и 42 механизма 35 крепления. Вращением нажимного винта 46 клапан 1 перемещается по пластине 37 к патрубкам 41 и 42 и поджимается к ним, при этом за счет взаимодействия конических отверстий 15 и 16 корпуса 2 и шаровых поверхностей 43 патрубков 41 и 42 обеспечивается герметичность их соединения.
При извлечении клапана 1 из механизма 35 крепления вращением нажимого винта 46 корпус 2, зацепленный буртом 47 за заплечики 20 паза 19, перемещается к вертикальной пластине 39, отводя конические отверстия 15 и 16 корпуса 2 от патрубков 41 и 42, после чего клапан 1 извлекается из механизма 35 манипулятором.