ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН
MULTIPURPOSE VALVE

Изобретение относится к области арматуростроения и предназначено для регулирования параметров потоков рабочих сред в оборудовании газовой, нефтяной, химической, энергетической, металлургической и угольной промышленности.
Известна конструкция регулирующего клапана втулочного типа, в котором неподвижное седло конической формы установлено на закручивающих лопатках, а сопрягающиеся конические участки втулки и седла снабжены защитными керамическими кольцами (см. патент RU 60665 U1, кл. F16K 5/06).
Недостаток известной конструкции заключается в повышенном гидравлическом сопротивлении и низкой надежности при эксплуатации в загрязненных рабочих средах.
Также известен клапан регулирующий в виде шарового крана с дросселирующими элементами, выполненными из объемного проницаемого пористого изделия с открытоячеистой структурой (например, из «металлорезины») с чередованием тонкостенных перегородок (см. патент RU 2277196 C2, кл. F16K 5/06).
Недостатком известной конструкции является низкая прочность дросселирующих элементов и повышенное гидравлическое сопротивление проточной части изделия.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с проходным каналом, шибер с уплотнительной поверхностью и отверстием и расположенным в нем шаровым запорным органом (см. патент RU 2313023 C1, кл. F16K 3/02).
Недостаток известной конструкции заключается в повышенном гидравлическом сопротивлении проточной части устройства, несимметричности регулируемого канала и отсутствием защиты уплотнительных поверхностей от абразивной эрозии. Это объясняется тем, что в проточной части изделия имеется внезапное расширение, несимметричность обусловлена габаритными размерами, а уплотнительные поверхности попадают под действие абразивосодержащего потока.
Задачей изобретения является повышение надежности работы клапана за счет детурбулизирующего действия конфигурации проходного отверстия.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане запорно-регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, привод, шаровой поворотный затвор с проходным отверстием и запорной частью, седла шарового поворотного затвора с уплотнительными поверхностями, в проходном отверстии шарового поворотного затвора размещены восемь равномерно расположенных по окружности проходного отверстия элементов дросселирования, имеющих в сечении, перпендикулярном оси проходного отверстия, форму равнобедренного треугольника с 90° вершиной, обращенной к оси проходного отверстия, четыре из которых неподвижны, а другие четыре размещены между ними с возможностью перемещения в направлении оси проходного отверстия и величина перемещения равна катету треугольника неподвижного элемента дросселирования, кроме того:
- корпус и шаровой поворотный затвор снабжены совпадающими каналами с шариками для перемещения элементов дросселирования, причем в положении полного перекрытия проходного отверстия шарового поворотного затвора шарики в каналах занимают положение, обеспечивающее возможность поворота шарового затвора до герметичного перекрытия клапана;
- привод клапана снабжен автоматическим переключателем привода элементов дросселирования на привод шарового поворотного затвора и обратно;
- шаровой поворотный затвор снабжен с обеих сторон проходного отверстия концентричными ему кольцевыми канавками на расстоянии от края проходного отверстия не менее ширины кольцевой канавки, а запорная часть шарового поворотного затвора с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми керамическими элементами, уплотнительные поверхности которых идентичны уплотнительным поверхностям седел.
Сущность изобретения заключается в том, что элементы дросселирования треугольной формы в прямоточном запорно-регулирующем клапане выполняют также функцию детурбулизирующего устройства, подобно спрямляющим сеткам и решеткам в аэродинамике, что позволяет снизить гидросопротивление проточной части и эрозионный износ деталей клапана. При этом регулирующее устройство размещено внутри проходного отверстия шарового запорного устройства.
На фиг.1 показан разрез А-А клапана фиг.2, на фиг.2 - разрез В-В фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.2, на фиг.4 - вид Г (конфигурация проходного отверстия в положении клапана «открыто»).
Клапан запорно-регулирующий содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, шаровой поворотный затвор 4 с проходным отверстием 5 и запорной частью 20, седла 6 шарового поворотного затвора 4 с уплотнительными поверхностями 7. В проходном отверстии 5 шарового поворотного затвора 4 размещены четыре неподвижных 8 и четыре подвижных элемента дросселирования 9, которые в сечении, перпендикулярном оси проходного отверстия 5, имеют форму равнобедренного треугольника с 90° вершиной, обращенной к оси проходного отверстия 5. Для элементов дросселирования 8, 9 могут быть использованы керамические или другие коррозионно-эрозионностойкие материалы. В каналах 10, 11 корпуса 1 и шарового поворотного затвора 4 размещены шарики 12, которые приводятся в движение приводом 13 клапана через привод 14 элементов дросселирования и толкатели 15 до положения элементов дросселирования 9 «закрыто». Для переключения привода 14 элементов дросселирования 9 на привод 17 шарового поворотного затвора 4 и обратно в приводе 13 клапана имеется автоматический переключатель 16 приводов. Шаровой поворотный затвор 4 снабжен с обеих сторон проходного отверстия 5 концентричными ему кольцевыми канавками 18 на расстоянии от края проходного отверстия 5 не менее ширины кольцевой канавки 18, а запорная часть 20 шарового поворотного затвора 4 с обеих сторон снабжена сменными кольцевыми керамическими элементами 19, уплотнительные поверхности которых идентичны уплотнительным поверхностям 7 седел 6.
Клапан работает следующим образом.
В положении клапана «открыто» работает привод 14 элементов дросселирования 9. Винтовой механизм привода 14 элементов дросселирования 9 перемещает толкатели 15 и шарики 12, которые по каналам 10 корпуса 1 и каналам 11 шарового поворотного затвора 4 перемещают подвижные элементы дросселирования 9 до положения «закрыто» проходного отверстия 5 шарового поворотного затвора 4. При этом шарики 12 в каналах 10 и 11 занимают положение, позволяющее разомкнуть цепи шариков 12 и каналы 10 и 11 поворотом шарового поворотного затвора 4. При достижении подвижными элементами дросселирования 9 положения «закрыто» автоматический переключатель 16 привода 13 клапана переключает привод 14 элементов дросселирования 9 на червячный механизм привода 17 шарового поворотного затвора 4, поворачивающий шаровой поворотный затвор 4 в положение «закрыто». В области наибольшего перекрытия шарового поворотного затвора 4 кольцевые канавки 18 через себя перепускают поток агрессивной рабочей среды из входного патрубка 2 в выходной патрубок 3, снижая перепад давления на шаровом поворотном затворе 4 и защищая от повреждения потоком сменные кольцевые керамические элементы 19 запорной части 20 шарового поворотного затвора 4.
Из положения клапана «закрыто» червячный привод шарового поворотного затвора 17 поворачивает шаровой поворотный затвор 4 в положение «открыто». При этом каналы 10 корпуса 1 и соответствующие каналы 11 шарового поворотного затвора 4 совпадают и шарики 12 в каналах 10, 11 вновь замыкаются в единые цепи. Автоматический переключатель приводов 16 привода клапана 13 переключает привод 17 шарового поворотного затвора 4 на привод 14 элементов дросселирования 9, позволяющий изменять площадь проходного отверстия 5 шарового поворотного затвора 4 перемещением подвижных элементов дросселирования 9, причем на открытие - с помощью давления регулируемой среды либо другим принудительным способом.
Повышению надежности заявляемого запорно-регулирующего клапана способствуют факторы, реализованные в предлагаемом техническом решении:
- восемь элементов дросселирования в форме треугольных зубцов, расположенных на периферии проходного отверстия клапана, выполняют функцию спрямляющей решетки для снижения турбулентности регулируемого потока рабочей среды и его эрозионной агрессивности;
- каждый зубец в сечении, параллельном оси проходного отверстия, имеет хорошо обтекаемую форму;
- материальное исполнение зубцов: керамические или другие эрозионно-коррозионностойкие материалы или покрытия;
- прямоточность клапана обусловлена отсутствием элементов, изменяющих траекторию движения потока;
- клапан симметричный, т.е. его работа не связана с направлением движения регулируемого потока;
- герметичное перекрытие клапана при положении элементов дросселирования «закрыто» обеспечивается шаровым поворотным затвором, внутри которого размещены эти элементы дросселирования;
- шаровой поворотный затвор снабжен износостойкими сменными кольцевыми керамическими элементами и разгрузочными кольцевыми канавками.
При этом восемь одинаковых треугольных зубцов в проходном отверстии в положении клапана «открыто» обеспечивают максимальную площадь прохода клапана по сравнению с неравновеликими треугольными зубцами, а диаметр шарового поворотного затвора, как показал расчет, должен составлять не менее двух диаметров проходного отверстия. Это обеспечивает возможность поворота шарового поворотного затвора, т.е. выход шарикового канала шарового поворотного затвора вне сменного кольцевого керамического элемента.