КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ
GLOVE VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия и регулирования расхода транспортируемой среды.
Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены два затвора: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный со штоком, при этом клапан снабжен дополнительным затвором, седло которого закреплено в нижней части корпуса соосно со штоком, а запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды и его седло закреплено в корпусе соосно со штоком, причем в полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором, при этом регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, а его ступени связаны со штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока (патент РФ №2162179, 7 МПК F16K 1/44, 22.05.2000).
Недостатком известного клапана является сложность конструкции, снижающая надежность его работы.
Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в полости которого размещен многоступенчатый регулирующий затвор, а его ступени связаны со штоком, перемещаемым приводом, с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока, при этом регулирующий затвор выполнен запорно-регулирующим двухступенчатым и представляет собой поршень, установленный на штоке, с верхней и нижней ступенями, сообщающимися между собой через отверстия в поршне и выполненными с регулирующими торцами и уплотнительной поверхностью на верхней ступени, расположенный в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним седле с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана, причем радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью, сообщаются с входным каналом, а радиальные отверстия, перекрываемые верхней ступенью, сообщаются с выходным каналом, при этом в седле навстречу верхней ступени расположен уплотнительный элемент, установленный с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью на верхней ступени при закрытии клапана (патент РФ №2301932, МПК F16K 3/24, 47/08, 04.10.2005).
Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что дросселирование регулируемого потока приведет к быстрому эрозионному износу уплотнительной поверхности, расположенной на регулирующем торце верхней ступени.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является клапан запорно-регулирующий, в корпусе которого с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанных со штоком, перемещаемым приводом, при этом первый затвор, запорный, выполнен в виде штока со ступенчатым поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй, запорно-регулирующий затвор, выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, причем запорно-регулирующий затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, причем внутренний диаметр трубчатой части седла после уплотнительной поверхности сопрягается с наружным диаметром запорно-регулирующего затвора, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении ступенчатый поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка-плунжер своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла (патент РФ №2267682, МПК F16K 3/24, 47/04, 17.05.2004).
Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что при больших перепадах давления одноступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышалась надежность и увеличивалась долговечность работы клапана.
Для достижения названного технического результата в корпусе клапана запорно-регулирующего с входным и выходным каналами размещены два затвора, связанных со штоком, перемещаемым приводом, причем первый затвор выполнен в виде штока со ступенчатым поршнем с отверстиями и уплотнительной поверхностью, а второй, запорно-регулирующий затвор, выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, установленной с возможностью осевого перемещения и фиксации ее в крайних положениях, причем запорно-регулирующий затвор расположен соосно в седле с уплотнительной поверхностью и уплотнительным элементом, выполненном трубчатым с отверстиями, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды, при этом последний установлен с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности, причем в крайнем нижнем положении ступенчатый поршень штока своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительным элементом, а ступенчатая втулка-плунжер своей уплотнительной поверхностью - с уплотнительной поверхностью седла.
Заявляемый клапан запорно-регулирующий отличается от прототипа тем, что наружные ступени запорно-регулирующего затвора сопрягаются со ступенями, выполненными в трубчатой части седла, при этом седло до уплотнительного элемента выполнено трубчатым с глухим днищем, перед которым в трубчатой части расположены радиальные отверстия, по размеру и количеству идентичные отверстиям в трубчатой части седла, расположенным после уплотнительного элемента по ходу потока среды, также выполненным радиальными, при этом первый затвор выполнен запорно-регулирующим, а две его ступени расположены до уплотнительной поверхности, причем ступень меньшего диаметра расположена перед уплотнительной поверхностью и образует с трубчатой частью седла полость, которая через отверстия в ступени большего диаметра, суммарная площадь сечения которых не менее суммарной площади радиальных отверстий в каждой из трубчатых частей седла, сообщается с полостью перед ступенью большего диаметра, которая выполнена трубчатой и в крайнем нижнем положении перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части седла перед глухим днищем, при этом запорно-регулирующие затворы обеспечивают одновременное открытие (перекрытие) всех радиальных отверстий в седле и соединяют (разъединяет) входной канал с выходным.
Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где изображен продольный разрез клапана в закрытом положении.
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещены два затвора, связанных со штоком 4, перемещаемым приводом 5.
Первый затвор выполнен в виде штока 6 со ступенчатым поршнем 7 с отверстиями 8 и уплотнительной поверхностью 9. Второй, запорно-регулирующий затвор выполнен в виде охватывающей поршень ступенчатой втулки-плунжера 10 с уплотнительной поверхностью 11
Ступенчатая втулка-плунжер расположена соосно в седле 12 с уплотнительной поверхностью 13 и уплотнительным элементом 14. Седло выполнено трубчатым с отверстиями 15, расположенными после уплотнительного элемента и уплотнительной поверхности по ходу потока среды. Ступенчатая втулка-плунжер установлена с возможностью осевого перемещения ступенчатым поршнем штока вдоль трубчатой части седла от уплотнительной поверхности. Наружные ступени 16, 17 ступенчатой втулки-плунжера сопрягаются со ступенями 18, 19 соответственно, выполненными в трубчатой части седла, между которыми имеется отверстие 20, сообщенное с атмосферой. Втулка-плунжер выполнена с разными эффективными площадями сечения на торцах, в результате чего она имеет возможность осевого перемещения со ступенчатым поршнем штока. Подвижность ступенчатой втулки-плунжера ограничена крайними положениями перемещения (верхним и нижним). В крайнем нижнем положении она своей уплотнительной поверхностью взаимодействует с уплотнительной поверхностью, а ступенчатый поршень штока - с уплотнительным элементом седла, перекрывая его и отделяя выходной от входного канала клапана.
Седло до уплотнительного элемента выполнено трубчатым с глухим днищем 21, перед которым в трубчатой части 22 расположены радиальные отверстия 23, по размеру и количеству идентичные отверстиям в трубчатой части седла, расположенным после уплотнительного элемента по ходу потока среды, также выполненным радиальными.
Первый затвор выполнен запорно-регулирующим, а две его ступени расположены до уплотнительной поверхности. Ступень 24 меньшего диаметра расположена перед уплотнительной поверхностью и образует с трубчатой частью седла полость 25, которая через отверстия 26 в ступени 27 большего диаметра сообщается с полостью 28 перед ступенью большего диаметра. Ступень большего диаметра выполнена трубчатой и в крайнем нижнем положении перекрывает радиальные отверстия в трубчатой части седла перед глухим днищем. Запорно-регулирующие затворы обеспечивают одновременное открытие (перекрытие) всех радиальных отверстий в седле и соединяют (разъединяют) входной канал с выходным.
Клапан работает следующим образом. В исходном положении (закрыто) шток 4 находится в крайнем нижнем положении и прижимает ступенчатый поршень 7 штока 6 уплотнительной поверхностью 9 к уплотнительному элементу 14 седла 12, герметично перекрывая поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3.
Ступенчатая втулка-плунжер 10 под действием давления транспортируемой среды из-за разных эффективных площадей сечения на торцах своей уплотнительной поверхностью 11 прижимается к уплотнительной поверхности 13 седла 12, перекрывая отверстия 15 седла 12.
При необходимости открытия клапана и регулирования расхода транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 вместе со штоком 6 со ступенчатым поршнем 7 вверх от уплотнительного элемента 14 седла 12 до упора поршнем 7 в ступенчатую втулку-плунжер 10, защищая уплотнительную поверхность 9 поршня 7 от действия потока транспортируемой среды. После этого ступенчатый поршень 7 штока 6 перемещает ступенчатую втулку-плунжер 10 вдоль трубчатых частей седла 12 от уплотнительной поверхности 13, открывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 через отверстия 23 седла 12 в полость 28, затем через отверстия 26 в ступени 27 большего диаметра ступенчатого поршня 7 в полость 25 и далее через отверстия 15 седла 12 в выходной канал 3. Регулирование расхода транспортируемой среды осуществляется перемещением ступенчатого поршня 7 штока 6 со ступенчатой втулкой-плунжером 10 до необходимого положения и его остановкой. Каждому положению штока 4 соответствует определенное положение ступенчатого поршня 7 штока 6 со ступенчатой втулкой-плунжером 10 относительно седла 12, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды через радиальные отверстия 23 и 15 седла 12, при этом перепад давления поровну распределяется между обеими ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующих затворов.
При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, шток 4 которого перемещает шток 6 со ступенчатым поршнем 7 вниз. Ступенчатая втулка-плунжер 10 под действием давления транспортируемой среды из-за разных эффективных площадей сечения на торцах перемещается вниз вместе со ступенчатым поршнем 7 штока 6. Совместное их перемещение продолжается до тех пор, пока ступенчатая втулка-плунжер 10 своей уплотнительной поверхностью 11 достигнет уплотнительной поверхности 13 седла 12, перекрывая отверстия 15 седла 12, а одновременно ступенчатый поршень 7 штока 6 трубчатой ступенью 27 большего диаметра перекрывает отверстия 23 седла 12 и поток транспортируемой среды из входного канала 2 в выходной 3, а ступенчатый поршень 7 штока 6 продолжит свое движение вниз. Перемещение ступенчатого поршня 7 штока 6 продолжается до тех пор, пока он своей уплотнительной поверхностью 9 достигнет уплотнительного элемента 14 седла 12, герметично перекрывая проход транспортируемой среде из входного канала 2 в выходной 3. Данное положение ступенчатого поршня 7 штока 6 соответствует крайнему нижнему положению штока 4 и выключенному приводу.
Благодаря тому, что общий перепад давления при регулировании поровну распределяется между обеими ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.