УПЛОТНЕНИЕ ШАРОВОГО ПОПЛАВКОВОГО КЛАПАНА С СИЛЬФОНОМ И С-ОБРАЗНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ
SEAL OF BALL FLOAT VALVE WITH BELLOWS AND C-LIKE SEAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам регулирования текучей среды и, в частности, к клапанам с шаровым затвором для регулирования текучей среды.
Уровень техники
Клапаны с шаровым затвором используются в большом количестве систем управления технологическим процессом для регулирования ряда параметров технологической текучей среды, такой как жидкость, газ, суспензия и др. Тогда как в системе управления технологическим процессом может использоваться регулирующий клапан для конечного регулирования давления, уровня, pH или других требуемых параметров текучей среды, регулирующий клапан, по существу, регулирует расход текучей среды.
Как правило, клапан с шаровым затвором включает в себя корпус клапана, определяющий впуск текучей среды и выпуск текучей среды. Шаровой элемент смонтирован в корпусе клапана и поворачивается вокруг неподвижной оси до упора и от упора с узлом уплотнения, таким образом, регулируя количество текучей среды, протекающей через клапан. В обычных привинченных соосно шаровых клапанах, узел уплотнения вставляется в корпус клапана через впускное отверстие текучей среды и удерживается, прилегая к фланцу корпуса клапана с помощью защитного кольца уплотнения.
Детали клапана с шаровым затвором, в том числе корпус клапана, шаровой элемент и узел уплотнения, как правило, выполнены из металла. Это особенно актуально для использования при высоком давлении и/или высокой температуре. Однако шаровой элемент и узел уплотнения могут подвергаться износу из-за повторяющегося взаимодействия шарового элемента и узла уплотнения при открывании и закрывании клапана. Проблемы, возникающие из-за износа, включают, помимо прочего, снижение срока службы деталей клапана, увеличение сил трения между шаровым элементом и узлом уплотнения и нежелательные утечки между шаровым элементом и узлом уплотнения, а также между узлом уплотнения и корпусом клапана. Кроме того, поскольку силы трения имеют тенденцию к увеличению по мере износа деталей, динамические характеристики и характеристики регулирования клапана ухудшаются, приводя к неэффективности и погрешностям в клапане. Для решения некоторых из этих проблем некоторые узлы уплотнения выполняются со смещением, чтобы обеспечить более надежную герметизацию шарового затвора в закрытом положении. Независимо от конкретного типа используемого узла уплотнения, большинство обычных клапанов с шаровым затвором для замены узла уплотнения, в случае износа или других неисправностей, должны разъединяться, откручивая болты от системы управления технологической текучей средой.
Раскрытие изобретения
В первом аспекте клапан может включать в себя корпус клапана, снабженный впускным отверстием, выпускным отверстием, и полость клапана, сообщающуюся по текучей среде с впускным и выпускным отверстием. Клапан может также включать в себя крышку, закрепленную с возможностью разборки в верхней части корпуса клапана. Шаровой элемент может монтироваться с возможностью поворота в полости клапана, и наружная поверхность шарового элемента может очерчивать часть сферы, причем все точки наружной поверхности шарового элемента не равноудалены от естественной оси поворота шарового элемента. Уплотнительное кольцо может располагаться в полости клапана и смещаться в направлении шарового элемента, причем уплотнительное кольцо может быть приспособлено для герметичного контакта с шаровым элементом. Кроме того, стопорная втулка может располагаться в полости клапана и крепиться к корпусу клапана. Корпус уплотнения может располагаться в полости клапана между уплотнительным кольцом и корпусом клапана, и корпус уплотнения может быть закреплен с возможностью разборки на стопорной втулке посредством ряда болтов, которые расположены в полости клапана и приспособлены для того, чтобы вставляться и выниматься из полости клапана. Между уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения может существовать первичный канал утечки, а между корпусом уплотнения и корпусом клапана может существовать вторичный канал утечки; оба канала утечки: первичный канал и вторичный канал, могут подвергаться давлению текучей среды в клапане. Сильфонное уплотнение может располагаться между уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения, при этом сильфонное уплотнение может препятствовать потоку текучей среды через первичный канал утечки. Дополнительное уплотнение может располагаться между корпусом уплотнения и корпусом клапана, при этом дополнительное уплотнение может препятствовать потоку текучей среды через вторичный канал утечки.
В следующем аспекте, между уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения может формироваться регулировочный зазор, который может составлять часть первичного канала утечки. Регулировочный зазор может обеспечивать пространство между корпусом уплотнения и уплотнительным кольцом, что позволяет уплотнительному кольцу перемещаться радиально относительно корпуса уплотнения, так что, когда шаровой элемент герметично прилегает к уплотнительному кольцу, уплотнительное кольцо автоматически выравнивается.
В следующем варианте исполнения сильфонное уплотнение может быть прикреплено к части корпуса уплотнения и части уплотнительного кольца, и сильфонное уплотнение может быть приварено как к части корпуса уплотнения, так и к части уплотнительного кольца.
В следующем варианте исполнения кожух сильфона может быть прикреплен к корпусу уплотнения, так что сильфонное уплотнение расположено между кожухом сильфона и корпусом уплотнения.
В следующем варианте исполнения, вторым дополнением, расположенным между корпусом уплотнения и корпусом клапана, может быть С-образное уплотнение. Устье С-образного уплотнения может быть открыто в направлении потока текучей среды во вторичном канале утечки. С-образное уплотнение может быть расположено в полости, сформированной в корпусе уплотнения. С-образное уплотнение может герметично контактировать с частью корпуса клапана и частью полости, сформированной в корпусе уплотнения, чтобы препятствовать потоку текучей среды через вторичный канал утечки.
В следующем варианте исполнения, вторым дополнительным уплотнением, расположенным между корпусом уплотнения и корпусом клапана, может быть кольцевой сальник.
В следующем варианте исполнения волнистая пружина может смещать уплотнительное кольцо в направлении шарового элемента, причем волнистая пружина может быть расположена в полости, сформированной в уплотнительном кольце.
В следующем варианте исполнения осевое смещение уплотнительного кольца от корпуса уплотнения может ограничиваться посредством фиксатора уплотнения, соединенного с корпусом уплотнения, и фиксатор уплотнения может быть закреплен с возможностью разборки на корпусе уплотнения с помощью ряда болтов, расположенных в полости клапана.
В следующем варианте исполнения каждый из ряда болтов может соединяться по резьбе с резьбовыми каналами, выполненными во фланцевой части корпуса уплотнения, и резьбовыми каналами, выполненными в стопорной втулке.
Способ установки узла уплотнительного кольца может включать предусмотренный шаровой клапан, включающий в себя корпус клапана, снабженный впускным отверстием, выпускным отверстием, и полость клапана, сообщающуюся по текучей среде с впускным и выпускным отверстием. Может предусматриваться отверстие под крышку вблизи верхней части корпуса клапана. Шаровой элемент может монтироваться с возможностью поворота в полости клапана, и наружная поверхность шарового элемента может очерчивать часть сферы, причем все точки наружной поверхности шарового элемента не равноудалены от естественной оси поворота шарового элемента. Промежуточный узел корпуса уплотнения может монтироваться не в полости клапана, а в другом месте. Промежуточный узел корпуса уплотнения может включать в себя корпус уплотнения, снабженный внутренней полостью, уплотнительное кольцо, расположенное во внутренней полости, причем уплотнительное кольцо приспособлено для герметичного контакта с шаровым элементом. Промежуточный узел корпуса уплотнения может, кроме того, включать в себя сильфонное уплотнение, прикрепленное как к уплотнительному кольцу, так и к корпусу уплотнения, и с корпусом уплотнения может соединяться дополнительное уплотнение. Промежуточный узел корпуса уплотнения может быть вставлен в отверстие под крышку, так что промежуточный узел корпуса уплотнения расположен в полости клапана. Кроме того, промежуточный узел корпуса уплотнения может быть прикреплен к корпусу клапана так, что сильфонное уплотнение препятствует вытеканию текучей среды из первичного канала утечки, существующего между уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения, и так, что дополнительное уплотнение препятствует вытеканию текучей среды из вторичного канала утечки, существующего между корпусом уплотнения и корпусом клапана. Для закрывания отверстия под крышку к корпусу клапана может крепиться крышка.
В другом варианте исполнения, крепление промежуточного узла корпуса уплотнения к корпусу клапана может заключаться во введении ряда болтов через ряд соответствующих резьбовых каналов, выполненных в корпусе уплотнения, и каждый из болтов соединяется по резьбе с соответствующим резьбовым каналом, выполненным в стопорной втулке. Стопорная втулка может крепиться к корпусу клапана в полости клапана.
В следующем варианте исполнения, между уплотнительным кольцом и корпусом уплотнения может предусматриваться регулировочный зазор, который может составлять часть первичного канала утечки. Регулировочный зазор может обеспечивать пространство между корпусом уплотнения и уплотнительным кольцом, что позволяет уплотнительному кольцу перемещаться радиально относительно корпуса уплотнения, так что, когда шаровой элемент герметично прилегает к уплотнительному кольцу, уплотнительное кольцо автоматически выравнивается.
В следующем варианте исполнения, осевое смещение уплотнительного кольца от корпуса уплотнения может ограничиваться посредством фиксатора уплотнения, который соединен с корпусом уплотнения. Кроме того, дополнительное уплотнение представляет собой С-образное уплотнение, расположенное в наружной полости корпуса уплотнения, и сальник, закрепленный на нижней стенке корпуса уплотнения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - поперечное сечение клапана с шаровым затвором, созданного в соответствии с идеями изобретения;
Фиг. 2 - увеличенный местный вид поперечного сечения, выполненного в области II фиг. 1, отображающий вариант узла уплотнения клапана с шаровым затвором, причем клапан с шаровым затвором показан в открытом положении;
Фиг. 3 - другой увеличенный местный вид поперечного сечения, аналогичный Фиг. 2 и отображающий клапан с шаровым затвором в закрытом положении; и
Фиг. 4 - еще один увеличенный местный вид поперечного сечения, аналогичный Фиг. 2, но отображающий узел уплотнения, собранный согласно идеям другого раскрываемого варианта настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.1 приведен клапан 10 с шаровым затвором, созданный в соответствии с принципами изобретения и, как правило, включающий в себя корпус 12 клапана, крышку 14, блок 16 управления и узел 24 уплотнения. Корпус 12 клапана имеет, как правило, цилиндрическую форму и включает в себя впускную часть 18, выпускную часть 20, канал первичного потока 22 и отверстие под крышку 25, расположенное рядом с верхней частью корпуса 12 клапана. Как указано стрелкой, канал 22 первичного потока проходит от впускной части 18 до выпускной части 20 в направлении, как правило, параллельном продольной оси А. Впускная часть 18 окружена впускным фланцем 26. Выпускная часть 20 окружена выпускным фланцем 28. Впускной фланец 26 и выпускной фланец 28 предназначены для соединения шарового клапана 10 с участками трубопровода управления процессом, например, с помощью болтового соединения, сварки, зажимов или любого другого известного способа.
Крышка 14 включает в себя, как правило, цилиндрическую конструкцию, закрепленную болтами в отверстии 25 под крышку корпуса 12 клапана, с помощью ряда болтов 27 крышки. Крышка 14 содержит сквозной канал 29, который поддерживает различные детали блока 16 управления известным способом. Блок 16 управления включает в себя шаровой элемент 30, приводной вал 32 и опорный вал 34. Приводной вал 32 проходит через сквозной канал 29 в крышке 14 и приспособлен для сборки с вращательным исполнительным механизмом известным способом. Опорный вал 34 расположен в глухом канале 36, сформированном в стенке корпуса 12 клапана, которая противоположна отверстию 25 под крышку. Сквозной канал 29 в крышке 14 и глухой канал 36 в корпусе 12 клапана могут включать в себя подшипники, известные на современном уровне техники, для облегчения стойкого свободного поворота валов 32, 34 и, следовательно, шарового элемента 30 в процессе действия шарового клапана 10.
Шаровой элемент 30, как правило, включает в себя кулачковый шаровой элемент, известный на современном уровне техники, для облегчения воспроизводимой герметизации с узлом 24 уплотнения, при его закрытом положении, как показано на фиг.1. Точнее говоря, наружная поверхность шарового элемента 30 может очерчивать часть сферы, причем все точки наружной поверхности шарового элемента не равноудалены от естественной оси поворота шарового элемента, например, оси поворота каждого из валов 32, 34.
В показанном варианте исполнения, узел 24 уплотнения смонтирован в корпусе 12 клапана во внутреннем положении, то есть, ниже по потоку от впускной части 18, и, как правило, рядом с отверстием 25 под крышку. При такой конфигурации, если требуется замена узла 24 уплотнения, крышку 14 и блок 16 управления можно снять с корпуса 12 клапана, и узел 24 уплотнения загрузить через отверстие 25 под крышку. Это исключает необходимость демонтажа клапана 10 целиком с трубопровода, в котором он смонтирован, для замены узла 24 уплотнения, что крайне выгодно, когда клапан 10 приварен встык на месте.
Для размещения узла 24 уплотнения, вариант изобретения для корпуса 12 клапана содержит внутреннюю полость 42, расположенную полностью ниже по потоку от впускной части 18 корпуса 12 клапана. Иначе говоря, внутренняя полость 42 расположена между впускной частью 18 корпуса 12 клапана и шаровым элементом 30 блока 16 управления. Полость 42 по раскрываемому варианту, как правило, имеет кольцевую форму, и ступенчатый профиль, образуемый внутренними поверхностями корпуса 12 клапана, включающими первую и вторую цилиндрические поверхности 38а, 38b, и первую и вторую торцевые поверхности 40а, 40b.
Вторая цилиндрическая поверхность 38b расположена между впускной частью 18 корпуса 12 клапана и первой цилиндрической поверхностью 38а, если считать относительно направления канала 22 потока, показанного на фиг.1. Аналогично, вторая торцевая поверхность 40b расположена между впускной частью 18 корпуса 12 клапана и первой торцевой поверхностью 40а, если считать относительно направления канала 22 потока, показанного на фиг.1.
Кроме того, как показано, первая цилиндрическая поверхность 38а имеет первый диаметр Da, который больше, чем второй диаметр Db второй цилиндрической поверхности 38b. Каждый из первого и второго диаметров Da, Db больше, чем впускной диаметр Di впускной части 18 корпуса 12 клапана.
При такой конструкции корпуса 12 клапана, узел 24 уплотнения смонтирован в клапане 10 через отверстие 25 под крышку, как упоминалось ранее, таким образом, обеспечивая возможность использования клапана в средах, которые требуют, чтобы впускной и выпускной фланцы 26, 28 были приварены встык соосно, в отличие от конструкции болтового соосного соединения. Конечно, эта конструкция может также использоваться с корпусами клапанов с болтовым или иным соединением. Кроме того, узел 24 уплотнения по варианту изобретения расположен во внутренней полости 42, так что, если шаровой элемент 30 закрыт, как показано на фиг.1, узел 24 уплотнения полностью расположен между шаровым элементом 30 и впускной частью 18 корпуса 12 клапана. Тогда как внутренняя полость 42 корпуса 12 клапана, показанная на фиг.1, описана как включающая ступенчатый профиль, образуемый двумя внутренними цилиндрическими поверхностями 38а, 38b и двумя торцевыми поверхностями 40а, 40b, альтернативные варианты настоящего изобретения могут иметь больше или меньше двух внутренних цилиндрических поверхностей и двух торцевых поверхностей, в зависимости, например, от конкретной конструкции узла 24 уплотнения и/или других соображений.
Теперь, ссылаясь на фиг.2, которая представляет собой подробный вид, выполненный в области II фиг.1, будет описан один из конкретных вариантов узла 24 уплотнения, созданный в соответствии с идеями настоящего изобретения.
Узел 24 уплотнения включает в себя уплотнительное кольцо 44, расположенное в полости корпуса 12 клапана. Уплотнительное кольцо 44 смещается в направлении шарового элемента для герметичного контакта с шаровым элементом 30. Стопорная втулка 130 может располагаться в полости клапана и крепиться к корпусу 12 клапана. Корпус 46 уплотнения расположен между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 12 клапана, а корпус 46 уплотнения прикреплен с возможностью разборки к стопорной втулке 130 посредством ряда болтов 48, расположенных в полости корпуса 12 клапана. Между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения существует первичный канал 50 утечки, а между корпусом 46 уплотнения и корпусом 12 клапана существует вторичный канал 52 утечки. И первичный канал утечки, и вторичный канал утечки подвергаются давлению текучей среды в клапане 10 с шаровым затвором. Для предотвращения прохода текучей среды через первичный канал 50 утечки сильфонное уплотнение 54 располагается между корпусом 46 уплотнения и уплотнительным кольцом 44. Кроме того, дополнительное уплотнение 56 размещено между корпусом 46 уплотнения и корпусом 12 клапана, при этом дополнительное уплотнение препятствует потоку текучей среды через вторичный канал утечки.
Как указано ранее, уплотнительное кольцо 44 узла 24 уплотнения, как правило, имеет кольцевую форму и может быть изготовлено из износостойкого металла, например, такого как сплав 6 или нержавеющая сталь с поверхностной наплавкой из сплава 6. Как показано на поперечном сечении фиг.2, уплотнительное кольцо 44 может быть очерчено в поперечном направлении цилиндрической внутренней стенкой 58 уплотнения и цилиндрической наружной стенкой 60 уплотнения, а нижняя стенка 61 уплотнения может простираться от наружной стенки 60 уплотнения до внутренней стенки 58 в радиальном направлении. Уплотнительное кольцо 44 может быть дополнительно очерчено верхней стенкой 62 уплотнения, которая проходит от наружной стенки 60 уплотнения в направлении внутренней стенки 58, и верхняя стенка 62 уплотнения может быть параллельна нижней стенке 61 уплотнения и аксиально смещена относительно нее. Выступ 64 уплотнительного кольца может простираться от верхней стенки 62 уплотнения, и выступ 64 уплотнительного кольца может быть очерчен цилиндрической боковой стенкой 66 выступа, которая может выступать из верхней стенки 62 уплотнения в аксиальном направлении (т.е. в направлении, параллельном продольной оси А). Верхняя стенка 68 выступа может выступать внутрь от боковой стенки 66 выступа в направлении, параллельном верхней стенке 62 уплотнения. Нижняя стенка 70 выступа может простираться внутрь от внутренней стенки 58 уплотнения в радиальном направлении, и цилиндрическая внутренняя стенка 72 выступа может выступать из нижней стенки 70 выступа в осевом направлении. Поверхность 74, контактирующая с шаром, может простираться между верхней стенкой 68 выступа и внутренней стенкой 72 выступа, и поверхность 74, контактирующая с шаром, может иметь вогнутую форму. Точнее говоря, поверхность 74, контактирующая с шаром, может иметь контур, совпадающий с соответствующей частью сферической наружной поверхности шарового элемента 30, так что, когда клапан 10 с шаровым затвором перемещается в закрытое или посадочное положение (показано на фиг.3), поверхность 74 уплотнительного кольца 44, контактирующая с шаром, герметично прилегает к шаровому элементу 30. Для продления срока службы и для предотвращения фрикционной коррозии линии посадки, поверхность 74, контактирующая с шаром, может иметь поверхностное упрочнение.
Уплотнительное кольцо 44 может также включать в себя круговую канавку 76 для пружины, расположенную между внутренней стенкой 58 уплотнения и наружной стенкой 60 уплотнения. Канавка 76 для пружины может проходить в аксиальном направлении от нижней стенки 61 уплотнения в направлении верхней стенки 62 уплотнения, и канавка 76 для пружины может иметь, как правило, прямоугольную форму поперечного сечения. Однако канавка 76 для пружины может иметь любую форму или комбинированную форму, подходящую для практического применения. Канавка 76 для пружины может быть приспособлена для укладки упругого элемента, такого как волнистая пружина 78, показанная на фиг.2 и 3.
Как показано на фиг.2 и 3, узел 24 уплотнения также включает в себя корпус 46 кольцевого уплотнения, расположенный в полости корпуса 12 клапана между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 12 клапана. Корпус 46 уплотнения может изготавливаться из коррозионно-стойкого металла, например, нержавеющей стали. Корпус 46 уплотнения может иметь как ступенчатый внутренний профиль, так и ступенчатый наружный профиль. Точнее, корпус 46 уплотнения может быть очерчен в поперечном направлении цилиндрической наружной стенкой 80 корпуса, которая простирается, главным образом, в осевом направлении, и цилиндрической внутренней стенкой 82 корпуса, которая смещена внутрь от наружной стенки 80 корпуса. Цилиндрическая промежуточная стенка 84 корпуса может быть смещена внутрь от внутренней стенки 82 корпуса, и цилиндрическая нижняя стенка 86 корпуса может быть смещена внутрь от промежуточной стенки 84 корпуса. Плоская промежуточная верхняя стенка 88 корпуса может простираться радиально от внутренней стенки 82 корпуса до промежуточной стенки 84 корпуса, и плоская промежуточная нижняя стенка 90 корпуса может простираться радиально от промежуточной стенки 84 корпуса до нижней стенки 86 корпуса. Плоская нижняя стенка 92 корпуса может простираться наружу от нижней стенки 86 корпуса в радиальном направлении, а нижняя стенка 92 корпуса может очерчивать самую нижнюю поверхность корпуса 46 уплотнения. Наружная полость 94 корпуса может быть образована цилиндрической боковой стенкой 96 полости, проходящей аксиально от нижней стенки 92 корпуса, и верхней стенкой 98 полости, проходящей радиально от наружной стенки 80 корпуса до боковой стенки 96 полости. Однако наружная полость 94 корпуса может быть образована любым количеством или формой поверхностей, которые образуют полость, где нижняя стенка 92 корпуса пересекается с наружной стенкой 80 корпуса.
Кольцеобразный фланец 100 корпуса может проходить, главным образом, в радиальном направлении от наружной стенки 80 корпуса, и фланец 100 корпуса может быть очерчен нижней стенкой 102 фланца, которая проходит радиально от наружной стенки 80 корпуса. Фланец 100 корпуса может быть, кроме того, очерчен верхней стенкой 104 фланца, которая может быть параллельна нижней стенке 102 фланца и смещена от нее. Цилиндрическая наружная стенка 106 фланца может проходить аксиально между нижней стенкой 102 фланца и верхней стенкой 104 фланца, и цилиндрическая внутренняя стенка 108 фланца может быть радиально смещена от наружной стенки 106 фланца и может проходить между верхней стенкой 104 фланца и верхней стенкой 109 корпуса, а верхняя стенка 109 корпуса может проходить радиально до внутренней стенки 82 корпуса. Поскольку верхняя стенка 109 корпуса перпендикулярна внутренней стенке 108 фланца, внутренняя полость 110 корпуса может быть сформирована так, чтобы быть диагонально противоположной наружной полости 94 корпуса 46 уплотнения. Ряд каналов 112 фланца может быть симметрично расположен вокруг фланца 100 корпуса. Каналы 112 фланца могут проходить аксиально от верхней стенки 104 фланца до нижней стенки 102 фланца. Каждый из каналов 112 фланца может иметь резьбовую часть и каждый из каналов 112 фланца может принимать невыпадающий болт 48. Кроме того, ряд глухих каналов 114 корпуса может симметрично располагаться вокруг корпуса 46 уплотнения, и каждый глухой канал 114 может проходить аксиально от верхней стенки 104 фланца в направлении нижней стенки 92 корпуса. Каждый глухой канал 114 может иметь резьбовую часть и каждый глухой канал 114 может принимать винт 116.
Как показано на фиг.2 и 3, узел 24 уплотнения может, кроме того, включать в себя фиксатор 118 кольцевого уплотнения, служащий для фиксации уплотнительного кольца 44 во внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения. Фиксатор 118 уплотнения может изготавливаться из коррозионно-стойкого металла, например, нержавеющей стали. Фиксатор 118 уплотнения может быть очерчен в поперечном направлении цилиндрической внутренней стенкой 120 фиксатора и цилиндрической наружной стенкой 122 фиксатора, каждая из которых проходит, главным образом, в аксиальном направлении. Плоская верхняя стенка 124 фиксатора и плоская нижняя стенка 126 фиксатора, которые параллельны верхней стенке 124 фиксатора и аксиально смещены относительно нее, могут проходить, главным образом, в радиальном направлении и могут пересекать внутреннюю стенку 120 фиксатора и наружную стенку 122 фиксатора, дополнительно очерчивая фиксатор 118 уплотнения. Ряд каналов 128 фиксатора может симметрично располагаться вокруг фиксатора 118 уплотнения, и каждый канал 128 фиксатора может проходить между верхней стенкой 124 фиксатора и нижней стенкой 126 фиксатора. Кроме того, каждый из каналов 128 фиксатора может позиционироваться для аксиального совмещения с соответствующим глухим каналом 114 корпуса, и винт 116 может вставляться в каждый из глухих каналов 128 фиксатора так, чтобы резьбовая часть винта 116 соединялась по резьбе с резьбовой частью глухого канала 114 корпуса, таким образом, обеспечивая разъемное соединение фиксатора 118 уплотнения и корпуса 46 уплотнения.
Диаметр цилиндрической внутренней стенки 120 фиксатора 118 уплотнения может быть больше, чем диаметр цилиндрической боковой стенки 66 выступа уплотнительного кольца 44, и меньше, чем диаметр цилиндрической наружной стенки 60 уплотнительного кольца 44. Поэтому, если уплотнительное кольцо 44 расположено во внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения и фиксатор 118 уплотнения закреплен на корпусе 46 уплотнения, нижняя стенка 126 фиксатора проходит радиально внутрь за внутренней стенкой 108 фланца корпуса 46 уплотнения, так что цилиндрическая внутренняя стенка 120 фиксатора расположена радиально между цилиндрической боковой стенкой 66 выступа и цилиндрической наружной стенкой 60 уплотнительного кольца 44, независимо от степени радиального смещения уплотнительного кольца 44 во внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения. Кроме того, при сборке в описанном виде, расстояние вдоль оси между верхней стенкой 62 уплотнения и нижней стенкой 61 уплотнения меньше, чем расстояние вдоль оси между нижней стенкой 126 фиксатора 118 уплотнения и верхней стенкой 109 корпуса 46 уплотнения.
Как показано на фиг.2 и 3, узел 24 уплотнения может также включать кольцевую стопорную втулку 130, приспособленную для крепления к корпусу 12 клапана. Стопорная втулка 130 может изготавливаться из коррозионно-стойкого металла, например, нержавеющей стали. Стопорная втулка 130 может быть очерчена в поперечном направлении цилиндрической внутренней стенкой 132 стопорной втулки и цилиндрической наружной стенкой 134 стопорной втулки, каждая из которых проходит, главным образом, в аксиальном направлении. Плоская верхняя стенка 136 стопорной втулки и плоская нижняя стенка 138 стопорной втулки, которая параллельна верхней стенке 136 стопорной втулки и аксиально смещена относительно нее, может проходить, главным образом, в радиальном направлении и может пересекать внутреннюю стенку 132 стопорной втулки и наружную стенку 134 стопорной втулки, дополнительно очерчивая стопорную втулку 130. Стопорная втулка 130 может быть прикреплена к корпусу 12 клапана во внутренней полости 42 корпуса 12 клапана. Точнее говоря, наружная стенка 134 стопорной втулки может, по существу, примыкать к первой цилиндрической поверхности 38а внутренней полости 42, и нижняя стенка стопорной втулки 138 может, по существу, примыкать к первой торцевой поверхности 40а внутренней полости 42. В этом положении диаметр цилиндрической внутренней стенки 132 стопорной втулки может быть немного больше, чем диаметр второй цилиндрической поверхности 38b внутренней полости 42. Чтобы закрепить стопорную втулку 130 на корпусе 12 клапана, резьбовая часть (не показана) наружной стенки 134 стопорной втулки может соединяться по резьбе с резьбовой частью (не показано) первой цилиндрической поверхности 38а корпуса 12 клапана. Как вариант, один или несколько сварных швов (не показано) могут крепить стопорную втулку 130 к корпусу 12 клапана, или стопорная втулка 130 может быть прикреплена к корпусу 12 клапана с помощью сочетания резьбового соединения и сварки.
Ряд стопорных каналов 140 может симметрично располагаться вокруг стопорной втулки 130, и каждый стопорный канал 140 может проходить между верхней стенкой 136 стопорной втулки и нижней стенкой 138 стопорной втулки. Кроме того, если стопорная втулка 130 прикреплена к корпусу 12 клапана, каждый из стопорных каналов 140 может позиционироваться для аксиального совмещения с соответствующим каналом 112 фланца корпуса 46 уплотнения. При такой конфигурации невыпадающий болт 48 может вставляться в каждый из резьбовых каналов 112 фланца и поворачиваться так, что невыпадающий болт 48 продвигается в направлении соответствующего стопорного канала 140. После продвижения через зазор между нижней стенкой 102 фланца корпуса 46 уплотнения и верхней стенкой 138 стопорной втулки 130, дальний конец невыпадающего болта 48 затем вводится в часть 142 с увеличенным диаметром, перед тем как соединиться по резьбе с резьбовой частью 144 стопорного канала 140. В процессе эксплуатации вибрация в клапане 10 с шаровым затвором может вызвать отсоединение одного или нескольких невыпадающих болтов 48 от резьбовой части 144 стопорного канала 140. Несмотря на такое отсоединение, осевое смещение невыпадающего болта 48 через канал 112 фланца корпуса 46 уплотнения предотвращено с помощью резьбовой части канала 112 фланца, таким образом, препятствуя выпадению невыпадающего болта 48 из стопорного канала 140 и его попаданию в полость корпуса 12 клапана.
Со ссылками на фиг.2 и 3, стопорная втулка 130 может крепиться к корпусу 12 клапана и корпус 46 уплотнения может крепиться к стопорной втулке 130 посредством ряда невыпадающих болтов 48. Кроме того, уплотнительное кольцо 44 может размещаться во внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения, и уплотнительное кольцо 44 может крепиться во внутренней полости 110 корпуса посредством фиксатора 118 уплотнения, способом, описанным ранее. Как пояснялось ранее, расстояние вдоль оси между верхней стенкой 62 уплотнительной втулки 44 и нижней стенкой 61 уплотнения меньше, чем расстояние вдоль оси между нижней стенкой 126 фиксатора 118 уплотнения и верхней стенкой 109 корпуса 46 уплотнения. Соответственно, между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения может существовать первый зазор 145. Первый зазор 145 между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения обеспечивает возможность осевого смещения уплотнительного кольца 44 под воздействием шарового элемента 30 в направлении впускной части 18 (и против силы смещения волнистой пружины 78), когда клапан 10 с шаровым затвором перемещается в закрытое положение, таким образом, гарантируя, что уплотнительное кольцо 44 герметично прилегает к шаровому элементу 30. Когда клапан 10 с шаровым затвором находится в открытом положении (т.е., когда шаровой элемент 30 не находится к контакте с поверхностью 74 уплотнительного кольца 44, контактирующей с шаром), как показано на фиг 2, волнистая пружина 78, расположенная в канавке 76 для пружины уплотнительного кольца 44, смещает уплотнительное кольцо 44 к шаровому элементу 30. Поскольку фиксатор 118 уплотнения прикреплен к корпусу 46 уплотнения, расстояние вдоль оси между верхней стенкой 109 корпуса 46 уплотнения и нижней стенкой 126 фиксатора является постоянным, таким образом, ограничивая осевое смещение уплотнительного кольца 44 под воздействием волнистой пружины 78 в направлении шарового элемента 30.
Кроме описанного ранее первого зазора 145, между корпусом 46 уплотнения и уплотнительным концом 44 может существовать регулировочный зазор 146. Точнее говоря, поскольку диаметр цилиндрической наружной стенки 60 уплотнительного кольца 44 меньше, чем диаметр цилиндрической внутренней стенки 108 фланца корпуса 46 уплотнения, регулировочный зазор 146 может существовать между поверхностями уплотнительного кольца 44 и корпусом 46 уплотнения. Благодаря регулировочному зазору 146, для улучшения герметичности между уплотнительным кольцом 44 и шаровым элементом 30, если уплотнительное кольцо 44 контактирует с шаровым элементом 30, уплотнительное кольцо 44 может смещаться радиально относительно корпуса 46 уплотнения, таким образом, обеспечивая автоматическое радиальное и осевое выравнивание уплотнительного кольца 44, для компенсации любых несовпадений шарового элемента/уплотнительного кольца 44, вследствие допусков на обработку.
После закрывания клапана 10 с шаровым затвором нижняя стенка 61 уплотнительной втулки 44 может негерметично прилегать к верхней стенке 109 корпуса 46 уплотнения, таким образом, создавая первичный канал 50 утечки между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения вдоль первого зазора 145. Поскольку технологическая среда, протекающая через канал 22 потока, находится под более высоким давлением на стороне впускной части 18 шарового элемента 30, чем на стороне выпускной части 20, технологическая среда имеет тенденцию к протеканию через первичный канал 50 утечки, который может сообщаться по текучей среде со стороной выпускной части 20 шарового элемента 30. Для препятствования потоку текучей среды через этот первичный канал 50 утечки, между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения может размещаться сильфонное уплотнение 54. Точнее говоря, первый концевой участок 147 сильфонного уплотнения 54 может быть прикреплен к внутренней стенке 58 уплотнительного кольца 44, а второй концевой участок 148 сильфонного уплотнения 54 может быть прикреплен к промежуточной стенке 84 корпуса 46 уплотнения. Поскольку промежуточная стенка 84 корпуса 46 уплотнения может совмещаться по оси с внутренней стенкой 58 уплотнительного кольца 44, сильфонное уплотнение 54 может простираться, главным образом, в осевом направлении. Первый и второй концевые участки 147, 148 могут быть прикреплены к уплотнительному кольцу 44 и корпусу 46 уплотнения, соответственно, с помощью сварки, например, лазерной сварки. В частности, сварка может проходить по окружности, вдоль всей кромки первого и второго концевых участков 147, 148. Как вариант, сварка может проходить только вдоль частей кромки первого и второго участков 147, 148, или в виде точечной сварки вдоль частей кромки первого и второго участков147, 148. Однако вместо сварки сильфонное уплотнение 54 может быть прикреплено к уплотнительному кольцу 44 и корпусу 46 уплотнения любым известным способом. Поскольку сильфонное уплотнение 54 является упругим в радиальном направлении и может сжиматься в осевом направлении благодаря синусоидальной сильфонной части 150, сильфонное уплотнение 54 не влияет на способность уплотнительного кольца 44 смещаться аксиально и радиально относительно корпуса 46 уплотнения.
Как показано на фиг.2 и 3, узел 24 уплотнения может также включать в себя цилиндрический кожух 152 сильфона, прикрепленный к корпусу 46 уплотнения, для защиты сильфонного уплотнения 54. Кожух 152 сильфона может очерчиваться аксиальной внутренней стенкой 154 и наружной стенкой 156, и верхней стенкой 158 и нижней стенкой 160, которые проходят радиально между внутренней и наружной стенкой 154, 156. Нижняя стенка 160 кожуха 152 сильфона может совмещаться радиально с нижней стенкой 92 корпуса 46 уплотнения, а наружная стенка 156 может совмещаться аксиально с нижней стенкой 86 корпуса 46 уплотнения. Кроме того, внутренняя стенка 154 может совмещаться аксиально с цилиндрической стенкой 162 впускного отверстия корпуса 12 клапана. Часть нижней стенки 160 кожуха 152 сильфона может прикрепляться к части нижней стенки 92 корпуса 46 уплотнения с помощью сварки, например лазерной сварки. Как вариант, кожух 152 сильфона может прикрепляться к корпусу 46 уплотнения любым известным способом. Когда кожух 152 сильфона прикреплен к корпусу 46 уплотнения, может существовать небольшой осевой зазор между верхней стенкой 158 кожуха 152 сильфона и нижней стенкой 70 выступа уплотнительного кольца 44, если нижняя стенка 61 уплотнительного кольца 44 находится в своем самом нижнем положении рядом с верхней стенкой 109 корпуса 46 уплотнения. В собранном состоянии, кожух 152 уплотнения защищает сильфонное уплотнение 54 от столкновения с прямым потоком и ускоряет прохождение потока рядом с уплотнительным кольцом 44.
Как показано на фиг.3, если шаровой элемент 30 перемещается в закрытое положение, шаровой элемент 30 контактирует с поверхностью 74 уплотнительного кольца 44, контактирующей с шаром, и смещает уплотнительное кольцо 44 в направлении верхней стенки 109 корпуса 46 уплотнения. Вследствие высокого давления текучей среды на впускной стороне 18 клапана 10, технологическая текучая среда может проникать в зазор между верхней стенкой 158 кожуха 152 сильфона и нижней стенкой 70 выступа. Однако, поскольку сильфонное уплотнение 54 проходит между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения, предотвращается проникновение технологической текучей среды в первый канал 50 утечки между уплотнительным кольцом 44 и корпусом 46 уплотнения.
Со ссылкой на фиг.2, когда корпус 46 уплотнения прикреплен к стопорной втулке 130 рядом невыпадающих болтов 48 описанным ранее способом, цилиндрическая внутренняя стенка 154 кожуха 152 сильфона может быть одинаковой по протяженности с цилиндрической стенкой 162 впускного отверстия, которая частично очерчивает впускную часть 18. Кроме того, диаметр цилиндрической наружной стенки 80 корпуса может быть меньше, чем диаметр внутренней стенки 132 фиксатора, таким образом, создавая боковой зазор 164 между корпусом 46 уплотнения и стопорной втулкой 130. Поскольку корпус 46 уплотнения не закреплен напрямую на корпусе 12 клапана, может существовать второй зазор 166 между второй торцевой поверхностью 40b внутренней полости 42 корпуса 12 клапана и нижней стенкой 92 корпуса 46 уплотнения и нижней стенкой 160 кожуха 152 сильфона. Если клапан 10 с шаровым затвором находится в закрытом положении, и второй зазор 166, и боковой зазор 164 могут сообщаться по текучей среде с частью полости клапана, то есть на стороне выпускной части 20 уплотнения между уплотнительным кольцом 44 и шаровым элементом 30. Поскольку технологическая текучая среда, протекающая через канал 22 потока, находится под более высоким давлением на стороне впускной части 18 шарового элемента 30, чем на стороне выпускной части 20, если клапан 10 с шаровым затвором находится в закрытом положении, технологическая текучая среда имеет тенденцию протекать во второй зазор 166 и через боковой зазор 164 в часть полости клапана, то есть, на сторону выпускного отверстия 20 уплотнения между уплотнительным кольцом 44 и шаровым элементом 30. Соответственно, между корпусом 12 клапана и корпусом 46 уплотнения может существовать вторичный канал 52 утечки.
Для предотвращения протекания технологической текучей среды через вторичный канал 52 утечки, дополнительное уплотнение 56, такое как С-образное уплотнение 168, показанное на фиг.2 и 3, может размещаться в наружной полости 94 корпуса 46 уплотнения так, чтобы устье С-образного уплотнения 168 было обращено аксиально вверх в направлении второй торцевой поверхности 40b корпуса 12 клапана. Таким образом, устье С-образного уплотнения обращено к потоку текучей среды через вторичный канал 52 утечки. Так как технологическая текучая среда проходит во второй зазор 166 вторичного канала 52 утечки, текучая среда проникает в наружную полость 94 корпуса, и устье С-образного уплотнения 168 расположено в пределах наружной полости 94 корпуса. Поскольку текучая среда со сравнительно высоким давлением проникает внутрь С-образного уплотнения 168 через устье, С-образное уплотнение 168 расширяется наружу, так что наружная поверхность С-образного уплотнения 168 герметично прилегает к боковой стенке 96 полости и верхней стенке 98 наружной полости 94 корпуса, в дополнение к герметично прилегающей второй цилиндрической поверхности 38b внутренней полости 42 корпуса 12 клапана, таким образом, предотвращая протекание технологической текучей среды между корпусом 46 уплотнения и корпусом 12 клапана ниже по потоку от С-образного уплотнения 168 и герметизируя вторичный канал 52 утечки. Поскольку С-образное уплотнение 168 является неподвижным относительно корпуса 46 уплотнения и корпуса 12 клапана, С-образное уплотнение 168 можно считать неподвижным С-образным уплотнением.
Как указано ранее, если необходимо снять узел 24 уплотнения с корпуса 12 клапана, необязательно демонтировать корпус 12 клапана с трубопровода, в котором он смонтирован. Вместо этого можно снять крышку 14 клапана с корпуса 12 клапана, отпустив и вынув каждый из ряда болтов 27 крышки. При снятой крышке 14, блок 16 управления и шаровой элемент 30 можно вынуть из корпуса 12 клапана через отверстие 25 под крышку. Затем корпус 46 уплотнения можно снять со стопорной втулки 130. В частности, в полость клапана через отверстие 25 под крышку можно вставить гаечный ключ или другой подходящий инструмент, и каждый из невыпадающих болтов 48 можно поворачивать ключом до тех пор, пока резьбовая часть каждого из невыпадающих болтов 48 не выйдет из резьбового соединения с резьбовой частью 144 стопорного канала 140 и резьбовым каналом 112 фланца. Корпус 46 уплотнения, с уплотнительным кольцом 44, фиксатором 118 уплотнения, сильфонным уплотнением 54 и кожухом 152 сильфона, еще присоединенные к нему для образования промежуточного узла корпуса 46 уплотнения, можно затем извлечь из внутренней полости 42 корпуса 12 клапана и удалить через отверстие 25 под крышку. Снаружи полости клапана фиксатор 118 уплотнения можно отсоединить от промежуточного узла корпуса 46 уплотнения, сняв каждый из винтов 116.
При снятом фиксаторе 118 уплотнения, уплотнительное кольцо 44 можно вынуть из внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения и можно высвободить его из корпуса 46 уплотнения, что позволяет снять волнистую пружину 78 из уплотнительного кольца 44 и заменить ее. При необходимости, кожух 152 сильфона можно извлечь из корпуса 46 уплотнения, и сильфонное уплотнение 54 затем можно снять с корпуса 46 уплотнения и уплотнительного кольца 44. При снятом фиксаторе 118 уплотнения, уплотнительное кольцо 44 можно извлечь из внутренней полости 110 корпуса 46 уплотнения.
Для установки узла 24 уплотнения в корпус 12 клапана, узел 24 уплотнения вначале частично собирают вне полости клапана. В частности, упругий элемент, такой как волнистая пружина 78, устанавливают в канавку 76 для пружины уплотнительного кольца 44 способом, описанным ранее. Уплотнительное кольцо 44, соединенное с корпусом 46 уплотнения посредством сильфонного уплотнения 54, затем устанавливается во внутреннюю полость 110 корпуса 46 уплотнения, и фиксатор уплотнения 118 устанавливается над уплотнительным кольцом 44, так что каждый канал 128 фиксатора совмещается по оси с соответствующим глухим каналом 114 корпуса, сформированным в корпусе 46 уплотнения. Каждый из ряда винтов 116 затем поворачивают в резьбовом соединении с соответствующим глухим каналом 114 корпуса для крепления фиксатора 118 уплотнения к корпусу 46 уплотнения. С-образное уплотнение 168 затем помещают в наружную полость 94 корпуса 46 уплотнения. Промежуточный узел корпуса 46 уплотнения затем вставляют внутрь клапана через отверстие 25 под крышку, и промежуточный узел корпуса 46 уплотнения может быть отцентрирован во внутренней полости 42 корпуса 12 клапана, путем совмещения наружной стенки 106 фланца корпуса 46 уплотнения с первой цилиндрической поверхностью 38а корпуса 12 клапана. Каждый из каналов 112 фланца корпуса 46 уплотнения затем может совмещаться в осевом направлении с соответствующим стопорным каналом 140 стопорной втулки 130. Каждый из невыпадающих болтов 48 затем может вставляться в соответствующий канал 112 фланца изнутри полости клапана и поворачиваться до тех пор, пока резьбовая часть невыпадающего болта 48 не соединится по резьбе с резьбовой частью 144 стопорного канала 140 стопорной втулки 130. В собранном виде уплотнительное кольцо 44 вначале может не позиционироваться во внутренней полости 110 корпуса, чтобы обеспечить соответствующую герметичность между поверхностью 74 уплотнительного кольца 44, контактирующей с шаром, и частью сферической наружной поверхности шарового элемента 30. Однако вследствие свойства автоматического выравнивания уплотнительного кольца 44, описанного ранее, шаровой элемент 30 будет аксиально и радиально смещать уплотнительное кольцо 44 во внутренней полости 110 корпуса, когда шаровой элемент 30 контактирует с поверхностью 130, контактирующей с шаром, при закрывании клапана 10 с шаровым затвором.
В другом варианте исполнения, показанном на фиг.4, узел 224 уплотнения может быть, по существу, идентичным узлу 24 уплотнения, описанному ранее. Однако в корпусе 246 уплотнения узла 224 уплотнения цилиндрическая наружная стенка 80 корпуса 246 уплотнения простирается в осевом направлении до нижней стенки 92 корпуса, и поэтому не образуется наружная полость 94 корпуса. Следовательно, второе дополнительное уплотнение 56 узла 224 уплотнения не является С-образным уплотнением 154, но вместо него во вторичном канале 52 утечки между нижней стенкой 92 корпуса и второй торцевой поверхностью 40b корпуса 12 клапана расположен кольцевой сальник 170. Для облегчения перемещения и установки сальник 170 может быть связан с нижней стенкой 92 корпуса 246 уплотнения любым известным способом. Соответственно, процесс удаления или установки узла 224 уплотнения, по существу, аналогичен процессу, описанному ранее.
Как описано, узлы 24, 224 уплотнения исключают несколько деталей, используемых в обычных узлах уплотнения, таким образом, уменьшая стоимость клапана. Кроме того, используемые детали, такие как корпус 46 уплотнения, можно изготавливать легко и с небольшими затратами. Кроме того, промежуточный узел корпуса 46 уплотнения может вставляться в полость клапана через отверстие 25 под крышку без демонтажа клапана из трубопровода. Кроме того, как пояснялось ранее, уплотнительное кольцо 44 может перемещаться аксиально и радиально относительно корпуса 46 уплотнения, обеспечивая автоматическое выравнивание уплотнительного кольца 44 для компенсации несоосности шара/уплотнения. Кроме того, сильфонное уплотнение 54 препятствует всем потокам текучей среды через первичный канал 50 утечки, таким образом, обеспечивая полную отсечку в двух направлениях (т.е. отсечку потока вдоль канала 22 первичного потока, как описано здесь, и потока, противоположного каналу 22 первичного потока, который протекает от выпускной части 20 к впускной части 18). Кроме того, использование сильфонного уплотнения 54 может расширить возможный температурный диапазон применения по сравнению с клапанами, рассчитанными на применение уплотнений из эластомера.
Хотя выше раскрыты различные варианты, настоящее изобретение не должно ограничиваться ими. Могут быть выполнены изменения раскрытых вариантов, которые по-прежнему подпадают под объем притязания прилагаемой формулы изобретения.