КЛАПАН С ОСЕВЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА

Клапан с осевым направлением потока
Заявляемый в качестве полезной модели клапан с осевым направлением потока относится к области арматуростроения, в частности, к клапанам: регулирующим, обратным или запорно-регулирующим, устанавливаемым в трубопроводных системах с рабочей средой в виде пара, воды, газа, агрессивных жидкостей и для других сред с высоким давлением и температурой, обуславливающими большие скорости перемещения потока, и может использоваться в различных технологических линиях АЭС, ТЭЦ, нефтехимическом производстве, в газовых магистральных системах.
Известен клапан самоуплотняющийся, содержащий расположенный с возможностью перемещения в трубчатом корпусе запорный орган, нагруженный пружиной сжатия, установленной в цилиндрическом поршне запорного органа с усилием против потока и поджимающей последний к выполненному во входном канале седлу (SU 1838702 A1, кл. F16K 15/02,  30.08.1993 г.)(1). В запорном органе, в области, примыкающей к уплотнительной поверхности, выполнен кольцевой канал, сообщающийся с радиальными отверстиями. Пружина сжатия установлена с опорой в днище перемещающегося в полости трубчатого корпуса цилиндрического поршня запорного органа, и предварительно нагружена установочным винтом, закрепленным в корпусе и имеющим канал для прохода среды.
Недостатком клапана является высокое гидравлическое сопротивление из-за наличия неоднократного изменения направления потока рабочей среды на 90 градусов, и значительное заужение проходного сечения в канале, выполненном в установочном винте. При использовании клапана на трубопроводах больших диаметров и высокого давления рабочей среды значительно увеличивается масса запорного органа, что приводит к необходимости увеличения усилия пружины и, соответственно, к увеличению давления открытия клапана, что недопустимо в определенных технологических процессах.
Кроме того, обслуживание и ремонт известного клапана требует извлечения его из трубопроводной системы, что приводит к длительной остановке технологической системы.
Известен также клапан, содержащий разъемный корпус в виде двух полумуфт соединенных между собой по резьбовой поверхности, при этом одна из полумуфт соединена с подводящей, а другая - с отводящей магистралями, и между ними установлен подвижный в осевом направлении запорный элемент с конусообразной рабочей поверхностью, обращенной вершиной в сторону подводящей магистрали(RU 17962 U1, кл. F16K 15/00, 10.05.2001 г) (2). Внутренняя полость корпуса снабжена съемной втулкой, в которой перемещается нагруженный пружиной запорный орган. Периферийная поверхность съемной втулки выполнена в виде многогранника. Конусообразная рабочая поверхность запорного элемента выполнена ступенчатой формы, а на периферийной поверхности выполнены продольные сквозные каналы.
Недостатком клапана является наличие резьбового соединения между полумуфтами корпуса, которое обуславливает повышенную металлоемкость конструкции и требует дополнительной герметизации. К тому же, при увеличении давления рабочей среды и диаметра трубопровода потребуется значительное увеличение длины резьбовой поверхности, что приведет к еще большему увеличению металлоемкости конструкции и усложнит технологию изготовления и сборки самого клапана. Такая конструкция усложняет и процесс разборки клапана для ремонта и обслуживания.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели клапану осесимметричному является клапан с осевым направлением потока, содержащий наружный литой корпус с входным и выходным каналами, в котором размещен конусообразный обтекатель, отлитый вместе с корпусом и пилонами с образованием внутреннего канала, в полости которого зафиксирована центрирующая втулка с перемещающимся в ней штоком запорного органа, выполненного в виде диска со сферической или горообразной контактной рабочей поверхностью, контактирующей с седлом в виде кольца, размещенным во входном канале корпуса. ( (Описание к заявке Германии №3610965 А1 по кл. F16К 15/02. «Клапан обратный» от 02.04.86 г., опубликованной 8.10.87-. Прототип) (3). Седло выполнено в виде кольца с конусной поверхностью, контактирующей с поверхностью запорного органа.
Недостатком клапана является повышенное гидравлическое сопротивление из-за невозможности выполнения механической обработки внутренней поверхности корпуса в районе расположения обтекателя, а литая поверхность обладает значительно большей шероховатостью, чем механически обработанная, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям.
Кроме того, изготовление литьем корпуса, обтекателя и пилонов заодно целое требует сложной технологии с использованием сложной литьевой формы и литейных стержней, при этом, полученные отливки характеризуются наличием значительного количества раковин и пустот в местах соединений элементов (в переходных зонах), что требует большого объема последующих ремонтных работ, выполнение которых требует извлечения клапана из трубопровода.
Техническим результатом усовершенствования клапана с осевым направлением потока является снижение его гидравлического сопротивления, упрощение конструкции и технологии изготовления при повышении качества корпусных деталей и повышение его ремонтопригодности.
Для достижения указанного технического результата в клапане с осевым направлением потока, содержащем наружный корпус с входным и выходным каналами, в котором размещен, с образованием внутреннего канала, конусообразный обтекатель, в полости которого зафиксирована центрирующая втулка с перемещающимся в ней посредством штока запорным органом, согласно полезной модели наружный корпус выполнен со съемной крышкой, а сопряжение крышки и корпуса выполнено в виде кольцевой впадины на фланцевой поверхности корпуса и ответного ей ступенчатого выступа на крышке, формирующих полость для уплотнения, а обтекатель закреплен на крышке посредством пилона, при этом внутренняя поверхность крышки вокруг пилона вписана в поверхность внутренней полости наружного корпуса.
Выполнение корпуса со съемной крышкой, на которой жестко, посредством пилона, закреплен обтекатель, обеспечивает простоту конструкции, возможность извлечения внутрикорпусных элементов клапана для обслуживания и ремонта без извлечения (или вырезки) клапана из технологической линии.
Выполнением сопряжения «корпус - крышка» в виде кольцевой впадины на фланцевой поверхности корпуса и ответного ей ступенчатого кольцевого выступа на поверхности крышки с образованием полости при контакте кольцевого выступа крышки с фланцевой поверхностью корпуса, и расположением в образованной полости уплотнения, которое ограниченно деформируется до заданной величины, создается стабильное герметичное сопряжение крышки и корпуса. Указанное сопряжение крышки и корпуса, за счет выполнения ступенчатого кольцевого выступа на крышке, формирует полость для уплотнения и обеспечивает контакт крышки и корпуса «металл по металлу», чем определяется величина деформации уплотнения и обеспечивается совмещение оси обтекателя и оси корпуса. Благодаря совмещению оси обтекателя и оси корпуса повышается точность сборки клапана, продлевается срок эксплуатации уплотнения, повышается надежность и работоспособность клапана.
Кроме того, установка обтекателя на крышке посредством одного пилона обеспечит возможность обработки внутренней поверхности корпуса и крышки, что улучшает его эксплуатационные характеристики, упрощает технологию изготовления клапана.
Пример выполнения клапана с осевым направлением потока поясняется чертежами, в частности, эскизами корпуса клапана обратного с осевым направлением потока. Указанное техническое решение может быть реализовано и в конструкциях клапана регулирующего и клапана запорно-регулирующего с осевым направлением потока.
На фиг 1 представлен эскиз клапана обратного в разрезе. На фиг.2 показано выполнение сопряжения крышки и корпуса. Клапан с осевым направлением потока содержит корпус 1 с жестко соединенным с ним седлом 2, установленным во входном патрубке, крышку 3 с закрепленным на ней посредством пилона 4 обтекателем 5, во внутренней полости которого размещена направляющая втулка 6, в которой размещен шток 7 запорного органа 8. Герметизация сопряжения корпуса 1 и крышки 3, выполненного в виде кольцевой впадины 9 в корпусе и ответного ей кольцевого ступенчатого выступа, образованного кольцевыми выступами 10 и 11 в крышке, осуществляется шпилечными соединениями 12 и уплотнением 13, помещенным в полость 14, образованную кольцевой впадиной 9 на фланце наружного корпуса и ступенчатым кольцевым выступом на крышке, при контакте последнего с фланцевой поверхностью 15 корпуса. Для выставления осей корпуса 1 и направляющей втулки 6 соосно, а также обеспечения герметизации путем обжатия уплотнения 13 до необходимых размеров, крышка 3 кольцевым выступом 10 обжимает уплотнение 13 и кольцевым выступом 11, жестко - контактом «металл по металлу», упирается в фланцевую поверхность 15 корпуса 1, ограничивая степень обжатия уплотнения и ориентируя обтекатель, по оси наружного корпуса. При этом внутренней поверхностью 16 крышки вокруг пилона 4, вписанной в поверхность внутренней полости корпуса, формируется проточный канал, определяемый профилем полости Б клапана.
При открытии клапана запорный орган 8 штоком 7 отводится от поверхности седла 2 в одно из промежуточных или крайнее положение (в зависимости от назначения и функций клапана: обратный клапан, регулирующий или запорно-регулирующий).
По мере увеличения давления транспортируемой среды во входном канале А запорный орган 8 со штоком 7 отводится от поверхности седла 2, обеспечивая осесимметричное протекание среды в полости Б между обтекателем 5 и совмещенными внутренними поверхностями корпуса и крышки, формирующими профиль, характеризующийся высокой пропускной способностью.
При ремонте клапана разбираются шпилечные соединения 12 и крышка 3, с закрепленным на ней посредством пилона 4 обтекателем 5, снимается с корпуса 1 вместе с размещенными во втулке 6, штоком 7 с запорным органом 8, и производится необходимый ремонт или замена деталей. При этом становятся доступными для ремонта или замены седло 2 и уплотнение 13.
Таким образом, благодаря съемной крышке, на которой закреплен обтекатель и смонтированы основные элементы клапана, облегчается их извлечение и ремонт, а также ускоряется восстановление клапана путем замены его внутренних элементов.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Описание изобретения к патенту РФ №1838702 по Кл. F16K 15/02, опубликовано 30.08.1993 г.
2. Формула и рисунок к свидетельству на полезную модель №17962 по Кл. F16K 15/00, опубликовано 10.05.2001 г.
3. Описание к заявке Германии №3610965 А1 по кл. F16К 15/02. «Клапан обратный» от 02.04.86 г., опубликованной 8.10.87 (Прототип)