Регулирующий двухплунжерный проходной клапан
REGULATING DOUBLE-PLUNGER PASSAGE VALVE

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению, в частности, к регулирующим клапанам, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначено для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов.
Известен проходной клапан содержащий корпус с крышкой, между которыми установлена прокладка крышки, во внутреннем объеме корпуса размещено седло с уплотнением, вертикальный приводной шток. Данный клапан снабжен системой внутренней разгрузки, представляющей собой дополнительный внутренний клапан меньшего диаметра [Основы проектирования и оборудование предприятий органического синтеза. Часть 1. Трубопроводная арматура: Учебное пособие. / В.Т. Новиков, Томский политехнический университет ун-т. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 292 с., страница 117 рис 3.25].
Недостатками данного клапана являются малый диапазон регулирования расхода, высокие нагрузки на привод, достаточно большие габариты, возникновение кавитации, высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и не достаточную герметичность в закрытом положении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является клапан с плунжерным затвором со свободно устанавливаемым седлом [http://nporeg.ru/images/new_katalogi/Katalog-Reguliruyushchaya-armatura-NPO-Regulyator.pdf стр. 4-6]. Клапан с плунжерным затвором со свободно устанавливаемым седлом содержит корпус с крышкой. Между корпусом и крышкой размещена прокладка крышки. Во внутреннем объеме корпуса размещено седло с уплотнением, которое контактирует с цилиндрическим сепаратором, имеющим отверстия на боковой поверхности. Для регулирования расхода в данный клапан снабжен вертикальным приводным штоком с плунжером. На шток насажена направляющая втулка и шевронный пакет.
К недостаткам данного клапана следует отнести малый диапазон регулирования расхода, высокие нагрузки на привод, достаточно большие габариты, возникновение кавитации, высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и не достаточную герметичность в закрытом положении.
Задачей данного изобретения является создание регулирующего двухплунжерного проходного клапана обладающего широким диапазоном регулирования расхода, имеющего разгруженный привод, относительно компактную и несложную конструкцию, а также предотвращающего возникновение кавитации, имеющего не высокое гидравлическое сопротивление в открытом положении и достаточную герметичность в закрытом положении.
Поставленная задача достигается тем, что в регулирующем двухплунжерном проходном клапане содержащем корпус с крышкой, между которыми установлена прокладка крышки, во внутреннем объеме корпуса размещено седло с уплотнением, контактирующее с цилиндрическим сепаратором, имеющим отверстия на боковой поверхности, вертикальный приводной шток с плунжером, причем на шток насажена направляющая втулка и шевронный пакет, к штоку в нижней части прикреплены два соосно размещенных друг в друге плунжера, внешний плунжер имеет цилиндро-коническую форму, крепится к штоку при помощи подвижной втулки, цилиндрическая и коническая его части разделены круговым диском с площадкой на его верхней поверхности, центральным отверстием и фаской в нижней части, внешний плунжер имеет внутренние полости - верхнюю цилиндрическую и нижнюю цилиндрическую меньшего диаметра с коническим переходом в верхней части в центральное отверстие в круговом диске, соединяющим обе полости, в боковых стенках цилиндрической части, над круговым диском, выполнены радиальные сквозные отверстия, соединяющие отверстия в сепараторе с верхней цилиндрической полостью, угол конусности конической части внешнего плунжера равен углу конусности отверстия в седле, а ее высота больше толщины седла, к нижнему торцу штока, коаксиально внешнему плунжеру, в его верхней цилиндрической полости, прикреплен внутренний плунжер цилиндрического сечения с фаской в нижней части, причем диаметр внутреннего плунжера равен диаметру центрального отверстия в круговом диске, а его длина равна глубине данного отверстия, в нижней части штока, выполнен кольцевой выступ в нижний торец которого верхним концом упирается цилиндрическая пружина, размещенная в верхней цилиндрической полости и контактирующая в нижней части с поверхностью кругового диска, а для ограничения осевого перемещения внешнего плунжера вдоль штока на поверхности штока установлен конический упор.
На фиг. 1 изображена схема регулирующего двухплунжерного проходного клапана.
На фиг. 2 показан вид А.
Регулирующий двухплунжерный проходной клапан содержит корпус 1 с крышкой 2, между которыми установлена прокладка крышки 3. Во внутреннем объеме корпуса 1 размещено седло 4 с уплотнением 5, контактирующее с цилиндрическим сепаратором 6, имеющим отверстия 7 на боковой поверхности, вертикальный приводной шток 8. На шток 8 насажена направляющая втулка 9 и шевронный пакет 10.
В нижней части к штоку 8 прикреплены два соосно размещенных друг в друге плунжера - внешний 11 и внутренний 12.
Внешний плунжер 11 имеет цилиндро-коническую форму, крепится к штоку 8 при помощи подвижной втулки 13.
Цилиндрическая и коническая части внешнего плунжера 11 разделены круговым диском с центральным отверстием 14 и фаской в нижней части.
Внешний плунжер 11 имеет внутренние полости - верхнюю цилиндрическую 15 и нижнюю цилиндрическую 16 меньшего диаметра с коническим переходом 17 в верхней части в центральное отверстие 14 в круговом диске, соединяющим обе полости.
В боковых стенках цилиндрической части внешнего плунжера 11, над круговым диском, выполнены радиальные сквозные отверстия 18, соединяющие отверстия 7 в сепараторе 6 с верхней цилиндрической полостью 15.
Угол конусности конической части внешнего плунжера 11 равен углу конусности отверстия в седле 4, а ее высота больше толщины седла 4.
К нижнему торцу штока 8, коаксиально внешнему плунжеру 11, в его верхней цилиндрической полости 15, прикреплен внутренний плунжер 12 цилиндрического сечения с фаской в нижней части.
Диаметр внутреннего плунжера 12 равен диаметру центрального отверстия 14 в круговом диске, а его длина равна глубине данного отверстия.
В нижней части штока 8, выполнен кольцевой выступ 19 в нижний торец которого верхним концом упирается цилиндрическая пружина 20, размещенная в верхней цилиндрической полости 15 и контактирующая нижней частью с поверхностью кругового диска.
Для ограничения осевого перемещения внешнего плунжера 11 вдоль штока 8 на поверхности штока 8 установлен конический упор 21. На поверхности кругового диска в верхней цилиндрической полости 15 размещена коническая площадка 22.
Регулирующий двухплунжерный проходной клапан работает следующим образом.
В полностью открытом положении (шток 8 максимально поднят, внешний плунжер 11 находится в верхнем положении, отверстие в седле 4 и центральное отверстие 14 в круговом диске полностью открыты) жидкость, попав во внутренний объем корпуса 1, поступает через отверстия 7 в сепараторе 6 в центральную его часть при этом большая часть потока проходит через отверстие в седле 4, а оставшаяся через радиальные сквозные отверстия 18 и центральное отверстие 14 в круговом диске. Оба потока смешиваются в нижней части корпуса 1 и далее движутся в трубопровод.
При полностью закрытом клапане шток 8 опущен, его торцевая поверхность контактирует с конической площадкой 22, пружина 20 сжата. Внешняя коническая поверхность внешнего плунжера 11 соприкасается с конической поверхностью отверстия в седле 4, надежно перекрывая его. Внутренний плунжер 12 в данном положении проникает в центральное отверстие 14 и перекрывает его.
Открытие клапана происходит при поднимании штока 8 вверх. Процесс открытия происходит в два этапа.
На первом этапе происходит открытие только центрального отверстия в седле 4, что обеспечивает плавное увеличение расхода. Процесс происходит следующим образом. Вначале движения вверх штока 8, а вместе с ним и внутреннего плунжера 12 и подвижной втулки 13, происходит открытие центрального отверстия 14, при этом внешний плунжер 11 остается неподвижным (перекрывает отверстие в седле 4) за счет прижатия его к седлу 4 пружиной 20, которая в процессе движения подвижной втулки 13 вверх распрямляется. Данный этап заканчивается при достижении подвижной втулкой 13 конического упора 21.
При достижении подвижной втулкой 13 конического упора 21 начинается поднятие внешнего плунжера 11 и открытие отверстия в седле 4. На данном этапе при полностью открытом центральном отверстии 14 происходит увеличение проходного сечения отверстия в седле 4, то есть увеличение расхода осуществляется за счет изменения степени перекрытия отверстия в седле 4.
Закрытие клапана происходит при движении штока 8 вниз. Сначала уменьшение расхода происходит за счет перекрытия отверстия в седле 4 внешним плунжером 11 (при открытом центральном отверстии 14), а затем при сжатии пружины 20 (дальнейшем опускании штока 8) и перекрытии центрального отверстия 14.
Такое поэтапное регулирование расхода позволяет существенно увеличить диапазон регулирования.
Соосное размещение внешнего и внутреннего плунжеров позволяет существенно сократить размеры клапана и организовать систему разгрузки привода более компактной.
Благодаря тому, что внешний плунжер 11 имеет цилиндро-коническую форму удается в его цилиндрической части компактно разместить внутренний плунжер 12, а коническая части используется для надежного перекрытия отверстия в седле 4.
Крепление внешнего плунжера к штоку 8 при помощи подвижной втулки 13 и наличие пружины 20 обеспечивает его прижатие к седлу 4 на первом этапе открытия и подъем вместе со штоком 8 на втором этапе.
Разделение внешнего плунжера 11 на цилиндрическую и коническую части круговым диском с центральным отверстием 14 придает ему необходимую жесткость и надежное перекрытие центрального отверстия 14 и отверстия в седле 4. Наличие фаски в нижней части кругового диска позволяет эффективно выводить жидкость из зоны контакта при опускании внешнего плунжера 11, что способствует повышению герметичности и снижению нагрузок на привод.
Наличие во внешнем плунжере 11 верхней цилиндрической полости 15 позволяет компактно разместить пружину 20 и внутренний плунжер 12. Нижняя цилиндрическая полость 16 меньшего диаметра необходима для предотвращения турбулентности и снижения кавитационных эффектов. Конический переход 17 в верхней части нижней цилиндрической полости в центральное отверстие 14 в круговом диске позволяет снизить гидравлическое сопротивление при полностью открытом клапане.
Благодаря тому, что в боковых стенках цилиндрической части внешнего плунжера 11, над круговым диском, выполнены радиальные сквозные отверстия 18, соединяющие отверстия 7 в сепараторе 6 с верхней цилиндрической полостью 15 удается обеспечить поступление жидкости под давлением в верхнюю цилиндрическую полость 15. Это позволяет разгрузить привод клапана при регулировании расхода.
Для обеспечения герметизации клапана в полностью закрытом положении угол конусности конической части внешнего плунжера 11 равен углу конусности отверстия в седле 4, а ее высота больше толщины седла 4. В таком исполнении удается увеличить поверхность контакта между внешним плунжером 11 и седлом 4, что предотвращает протечки.
Наличие прикрепленного к нижнему торцу штока 8 внутреннего плунжера 12 цилиндрического сечения с фаской в нижней части позволяет расширить диапазон регулирования расхода за счет того, что в начальном этапе открытия внешний плунжер 11 неподвижен, а жидкость проходит только через открывающееся центральное отверстие 14 в круговом диске при поднятии внутреннего плунжера 12. Наличие фаски в нижней части предотвращает заклинивание внутреннего плунжера 12 при входе в центральное отверстие 14, а также позволяет плавно удалить лишнюю жидкость, что снижает нагрузки на привод.
С целью обеспечения герметичности в закрытом положении диаметр внутреннего плунжера 12 равен диаметру центрального отверстия 14 в круговом диске, а его длина равна глубине данного отверстия.
Для обеспечения компактности и предотвращения перекоса пружины при работе, что повышает нагрузки на привод и снижает эффективность регулирования, в нижней части штока 8, выполнен кольцевой выступ 19 в нижний торец которого верхним концом упирается цилиндрическая пружина 20, размещенная в верхней цилиндрической полости 15 и контактирующая нижней частью с поверхностью кругового диска. Для этих же целей на верхней поверхности кругового диска в верхней цилиндрической полости 15 размещена коническая площадка 22, предотвращающая перекос пружины.
Для ограничения осевого перемещения внешнего плунжера 11 вдоль штока 8 при регулировании расхода на поверхности штока 8 установлен конический упор 21.
Предлагаемый регулирующий двухплунжерный проходной клапан имеет сравнительно простую конструкцию, компактные размеры, за счет двухплунжерного исполнения обладает широким диапазоном регулирования расхода, предотвращает возникновение кавитации и обладает хорошей герметичность в закрытом положении.