РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН С С-ОБРАЗНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ
CONTROL VALVE WITH C-SHAPED SEALING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к регулирующим клапанам с аксиально перемещаемыми затворами, расположенными внутри цилиндрического гнезда.
Уровень техники
Из уровня техники широко известны регулирующие клапаны, посредством которых управляют потоком жидкостей и/или газов, находящихся в рабочей системе под высоким давлением. Во многих приложениях такие клапаны имеют, по существу, цилиндрический затвор, расположенный внутри гнезда с возможностью перемещения. Гнездо (клетка, стакан) установлено в корпусе клапана между его входом и выходом, на траектории потока. В типичном случае в гнезде выполнено, например, множество отверстий. Затвор клапана может быть установлен в первое положение, в котором он перекрывает отверстия гнезда и соответственно поток рабочей текучей среды через клапан. Используя, например, соответствующий исполнительный механизм, клапан можно регулировать таким образом, чтобы его затвор передвигался внутри гнезда к положению, в котором, по меньшей мере, несколько отверстий будут открыты, позволяя указанному потоку пройти через клапан.
Как известно, регулирующий клапан обычно снабжен одним или несколькими уплотнениями, предотвращающими утечку. В частности, в типичном случае уплотнение помещено между затвором и гнездом или, в альтернативном варианте, дополнительно между гнездом и корпусом клапана. Вследствие температурных колебаний, вибрации и/или других воздействий окружающей среды адекватная герметизация различных компонентов клапана может оказаться проблематичной.
Таким образом, в определенных ситуациях для регулирующих клапанов и связанных с ними компонентов могут понадобиться новые решения в отношении их конструкции и/или функционирования.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 в продольном сечении представляет регулирующий клапан, собранный согласно первому примеру настоящего изобретения и использующий С-образное уплотнение.
Фиг.2 представляет увеличенный фрагмент ограниченного участка продольного сечения, показанного на фиг.1, иллюстрирующий С-образное уплотнение, которое расположено между гнездом и корпусом клапана.
Фиг.3 представляет увеличенный фрагмент поперечного сечения, подобный изображению, показанному на фиг.2, но иллюстрирующий С-образное уплотнение, собранное согласно второму примеру настоящего изобретения.
Фиг.4 представляет увеличенный фрагмент поперечного сечения, подобный изображениям, показанным на фиг.2 и 3, но иллюстрирующий С-образное уплотнение, собранное согласно третьему примеру настоящего изобретения.
Фиг.5 представляет увеличенный фрагмент поперечного сечения, подобный изображениям, показанным на фиг.2-4, но иллюстрирующий С-образное уплотнение, собранное согласно четвертому примеру настоящего изобретения.
Фиг.6 в продольном сечении представляет увеличенный фрагмент С-образного уплотнения, расположенного в корпусе клапана, которое собрано согласно следующему примеру настоящего изобретения.
Фиг.7 в продольном сечении представляет увеличенный фрагмент С-образного уплотнения, расположенного в корпусе клапана, которое собрано согласно еще одному примеру настоящего изобретения.
Фиг.8 в продольном сечении представляет увеличенный фрагмент еще одного варианта С-образного уплотнения, расположенного в корпусе клапана, которое собрано согласно другому примеру настоящего изобретения.
Фиг.9 в продольном сечении представляет увеличенный фрагмент С-образного уплотнения, расположенного в корпусе клапана, которое собрано согласно заключительному примеру настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Описанные далее варианты осуществления не являются исчерпывающими и не ограничивают изобретение его конкретной модификацией или конкретными модификациями. Напротив, указанные варианты представлены только для того, чтобы наилучшим образом разъяснить принципы изобретения и облегчить другим специалистам в данной области использование его положений.
На фиг.1 представлен регулирующий клапан, собранный согласно первому примеру настоящего изобретения и обозначенный как 10. Данный клапан содержит корпус 12, имеющий первый (входной) конец 14 и второй (выходной) конец 16. Канал 18 для текучей среды проходит через корпус 12 клапана и состоит из входного канала 20, выходного канала 22 и регулируемого канала 24. Внутри корпуса 12 установлено гнездо 26 клапана, которое в предпочтительном варианте имеет, по существу, цилиндрическую форму и расположено таким образом, чтобы, по меньшей мере, часть гнезда 26 находилась в регулируемом канале 24. Указанное гнездо имеет первый и второй концы (соответственно 28 и 30). Кроме того, оно снабжено множеством отверстий 32, причем в нем же с возможностью перемещения расположен затвор 34 клапана. Гнездо 26 установлено внутри корпуса 12 клапана так, что, по меньшей мере, некоторые из отверстий 32 находятся в канале 18 для текучей среды.
В описанном примере первый конец 28 гнезда 26 жестко прикреплен к корпусу 12 клапана, например, обычным образом. Второй конец 30 гнезда находится в контакте с корпусом 12 у зоны 36 контакта, определяемой, как правило, седлом 38 клапана, сформированным в корпусе 12, как правило, рядом с выходным каналом 22 и/или непосредственно в указанном канале. В корпусе 12 клапана у зоны 36 контакта, образованной между вторым концом 30 гнезда 26 и седлом 38, помещено уплотнение 40. Его удерживает на месте стопор 42.
Следует иметь в виду, что в приведенном примере затвор 34 связан с исполнительным механизмом клапана (можно использовать обычный исполнительный механизм) с возможностью перемещения вдоль продольной оси А между первым и вторым положениями (как видно из фиг.1, в указанных положениях затвор смещен соответственно влево и вправо). В первом положении он блокирует отверстия 32 в гнезде 26, тем самым предотвращая протекание рабочей текучей среды через регулирующий клапан 10. Во втором положении, в котором, как показано на фиг.1, затвор 34 смещен вправо, он отведен от отверстий 32, тем самым открывая все или некоторые из них и позволяя потоку рабочей текучей среды пройти через указанный клапан 10. Кроме того, должно быть понятно, что входной и выходной концы (соответственно 14 и 16) клапана 10 можно развернуть так, чтобы поток рабочей текучей среды через клапан 10 протекал в направлении, противоположном показанному на чертеже.
Для гнезда 26 клапана предпочтительна, по существу, цилиндрическая конфигурация с внутренней поверхностью 44 и с наружной поверхностью 46. Отверстия 32, проходящие между указанными поверхностями, могут иметь различные формы, известные из уровня техники.
Размеры затвора 34 выбраны такими, чтобы он входил без зазора внутрь гнезда 26. Предпочтительно при этом, чтобы в зоне 50 контакта наружной поверхности 52 затвора и внутренней поверхности 44 гнезда находились одно или несколько уплотнений. Для указанных уплотнений можно выбрать тип, обычно используемый в известных клапанах.
На фиг.2 проиллюстрировано уплотнение 40, удерживаемое в заданном положении стопором 42. В данном примере осуществления изобретения стопор содержит выступающие внутрь (во внутренний объем) фланец 54 и кольцо 56. Следует подчеркнуть, что фланец 54 может, как правило, формировать, по меньшей мере, часть седла 38 клапана, причем предпочтительно, чтобы он был расположен по периметру выходного канала 22. Аналогичным образом кольцо 56 расположено по периметру, по существу, цилиндрического гнезда 26 клапана. В типичном случае между наружной поверхностью гнезда 26 и внутренней поверхностью кольца 56 имеет место небольшой зазор 57. Фланец 54 может иметь различную форму. Например, он может составлять интегральную часть клапана 10, сформированную в его внутреннем объеме. В альтернативном варианте фланец может представлять собой отдельное кольцо или какую-то другую подходящую деталь, установленную во внутреннем объеме клапана 10 любым пригодным в данном случае образом.
Фланец 54 и кольцо 56 предпочтительно отделены друг от друга, чтобы сформировать зазор 58, в который должно быть помещено уплотнение 40. Желательно выбрать размер зазора таким, чтобы уплотнение 40 удерживалось в зазоре, вплотную прилегая к противолежащим поверхностям 54а и 56а фланца 54 и кольца 56 соответственно. Тогда уплотнение будет удерживаться от продольного перемещения параллельно продольной оси А. Специалистам в данной области будет понятно, что корпус 12 клапана (или, по меньшей мере, его часть 60, примыкающая к уплотнению 40) и гнездо 26 клапана могут иметь различающиеся (соответственно первый и второй) коэффициенты теплового расширения. В результате реакции на изменения температуры может иметь место ощутимое тепловое расширение или сжатие (сокращение в размерах) гнезда 26 относительно корпуса 12 в продольном направлении (т.е. параллельно продольной оси А). Кроме того, следует иметь в виду, что возможно ощутимое тепловое расширение или сжатие гнезда 26 относительно корпуса 12 клапана и в направлении оси В (т.е. в направлении, поперечном, в частности перпендикулярном, по отношению к продольной оси А).
Как можно видеть на каждой из фиг.2-4, уплотнение 40 имеет С-образное поперечное сечение. На всех указанных чертежах это уплотнение ориентировано таким образом, чтобы разомкнутая часть 62 С-образного профиля была обращена к фланцу 54. В альтернативном варианте ее можно обратить и к кольцу 56. Соответственно, согласно приведенному примеру уплотнение 40 имеет возможность упруго деформироваться по оси B в ответ на перемещение гнезда 26 внутрь или наружу относительно корпуса 12 клапана. Нужно подчеркнуть, что указанное перемещение внутрь или наружу может быть вызвано как различиями коэффициентов теплового расширения гнезда 26 и корпуса 12 клапана, так и какими-то другими факторами.
Кольцо 56 можно закрепить внутри корпуса клапана посредством различных технологий. Например, предусмотрена возможность ввинтить указанное кольцо в корпус 12 по резьбе. Его можно также заштифтовать, приварить, закрепить, используя механические фиксаторы, клеи или какие-то другие связывающие агенты, осуществляя закрепление с применением прессовой посадки или с увеличением в объеме на месте. Могут оказаться пригодными и другие формы закрепления кольца 56 по месту. Указанное кольцо может представлять собой также пружинную шайбу, которую сжимают, устанавливают, а затем снимают сжатие. Пригодными для него могут оказаться и какие-то другие формы или способы подготовки и установки.
На фиг.3 показано, что стопор 142, выполненный согласно положениям второго примера изобретения, может, в качестве альтернативы, включать канавку 64, сформированную во внутренней поверхности 66 корпуса 12 клапана. В приведенном примере канавка 64 имеет, по существу, прямоугольное сечение, так что в ней можно зафиксировать наружную часть 68 кольца 56. Такое закрепление можно осуществить, применяя любые конструкции или способы, приведенные выше в связи с обсуждением фиг.2, или посредством любой другой конструкции или любого другого способа.
Как видно из фиг.4, стопор 242, выполненный согласно положениям следующего примера настоящего изобретения, может иметь альтернативную форму. В данном случае стопор содержит одно или несколько углублений 70, сформированных во внутренней поверхности 66 корпуса 12 клапана. В примере, представленном на фиг.4, показаны три таких углубления, которые пространственно разделены, т.е. расположены друг от друга на расстояниях, определяющих для уплотнения 40 три различных возможных положения 70-1, 70-2 и 70-3. В этом варианте изобретения, зафиксировав, по меньшей мере, частично уплотнение 40 на месте с помощью углубления 70, можно обойтись без кольца 56.
В описанном примере углубление 70 имеет закругленную или какую-либо другую форму, соответствующую кривизне наружного участка 72 уплотнения 40. При помещении, по меньшей мере, указанного участка в закругленное углубление и при наличии внешней силы, приложенной параллельно оси В гнездом 26 клапана к уплотнению 40, указанное уплотнение надлежащим образом фиксируется от продольного смещения. Как показано на фиг.4, оно упирается в лицевую сторону 54а фланца 54. Кромку 70а углублений 70 можно совместить с лицевой стороной 54а фланца 54, удерживая таким образом уплотнение 40 в фиксированном положении. В еще одном альтернативном варианте можно обойтись без фланца 54. Кроме того, должно быть понятно, что уплотнение 40 можно закрепить химическим путем и/или приклеить или соединить с углублением 70, а также зафиксировать посредством каких-то других подходящих конструкций или способов.
На фиг.5 показано, что стопору 342, выполненному согласно положениям еще одного примера изобретения, можно альтернативным образом придать форму канавки 64, сформированной во внутренней поверхности 66 корпуса 12 клапана. В приведенном примере канавка 64 имеет, по существу, прямоугольное сечение, так что в ней можно заклинить или каким-то другим образом зафиксировать наружный участок 72 уплотнения 40. Канавка 64 сформирована непосредственно у фланца 54 или близко к нему, так что кольцо 56, показанное на фиг.2 и 3, становится ненужным.
Согласно одному или нескольким предлагаемым примерам типичные корпуса клапанов можно выполнить из углеродистой или низколегированной стали. Обычно уплотнение 40 отверждают, а стопор 42 согласно одному или нескольким из предлагаемых примеров может служить для фиксации уплотнения 40 относительно корпуса 12 клапана, тем самым предотвращая или, по меньшей мере, сводя к минимуму истирание и/или износ на стальном корпусе 12 клапана.
Далее, согласно одному или нескольким примерам гнездо 26 клапана выполнено из любого пригодного материала, например из материалов, обычно используемых в конструкции гнезд этого назначения и известных специалистам в данной области. Гнездо может содержать покрытие, например, в виде нитрида. Согласно предлагаемому примеру покрытие на гнезде 26 может также служить для минимизации и/или предотвращения износа уплотнения 40 и гнезда 26 клапана.
С коммерческой точки зрения уплотнение вполне доступно, его можно изготовить из сплава NO7718 (сплав 718). На само уплотнение 40 также можно нанести покрытия. Материалы для таких покрытий перекрывают интервал от мягкого металла (например олова, серебра и т.д.) до твердого износостойкого вещества (такого как покрытие из хрома).
Для специалистов в данной области будет понятно, что настоящее изобретение не следует ограничивать описанными выше конкретными деталями регулирующего клапана 10. В частности, С-образное уплотнение 40 можно применять совместно с одним или несколькими стопорами 42 (описанными выше только в качестве примера) в других положениях внутри клапана или в других конструкциях вместо обычно используемого прокладочного шнура, навитого по спирали. Например, С-образное уплотнение вместе с одним или несколькими описанными выше стопорами 42 можно применять в приложениях, использующих седло для затвора, на поршневых кольцах и в других приложениях, в которых обычно используют С-образные уплотнения. Представленные в данном описании модификации изобретения, которые приведены только в иллюстративных целях, можно эффективно использовать во многих возможных внутренних компонентах клапанов или в компонентах, контактирующих по соответствующим контактным поверхностям в других возможных конструкциях.
На фиг.6 представлен следующий пример конструкции, предназначенной для удерживания уплотнения 40 внутри корпуса 12 клапана. Гнездо 26 клапана имеет резьбовой участок 27, который взаимодействует с витками 74 на кольце 76 седла. Данное кольцо имеет кольцевую выточку 78, согласованную по размеру с входящим в нее выступом 80, выполненным на гнезде 26. Кроме того, кольцо 76 снабжено приподнятой кольцевой площадкой 82. Наружный участок гнезда 26 имеет выемку 84, так что уплотнение 40 удерживается в заданном положении площадкой 82, наружной поверхностью выемки 84 и внутренней поверхностью корпуса 12 клапана.
Другой альтернативный вариант удерживания уплотнения 40 показан на фиг.7. Корпус 12 клапана снабжен приподнятой кольцевой площадкой 86, согласованной по размеру с внутренним размером приемной зоны 88 на гнезде 26. В приведенном примере приемная зона 88 сформирована обращенным вниз фланцем 90, расположенным радиально снаружи относительно приподнятой площадки 86. Указанная площадка имеет выемку 92, размеры которой выбраны так, чтобы обеспечить размещение в ней уплотнения 40. Размеры стопорного кольца 94 выбраны такими, чтобы обеспечить возможность его прикрепления к верхней поверхности 96 площадки 86. В результате уплотнение 40 удерживается на месте за счет совместного воздействия поверхностей выемки 92, стопорного кольца 94 и прилегающей внутренней поверхности фланца 90 гнезда 26. В отношении данного примера следует иметь в виду, что тепловое расширение гнезда 26 может происходить в направлении наружу (на фиг.7 влево). За счет удерживающей конструкции, проиллюстрированной на фиг.7, тепловое расширение в указанном направлении не вызовет разрушения С-образного уплотнения 40.
На фиг.8 представлена еще одна альтернативная конструкция, предназначенная для удерживания уплотнения 40. Корпус 12 клапана опять снабжен приподнятой площадкой 86, имеющей верхнюю поверхность 96. Однако в данном случае выемка 92 сформирована в стопорном кольце 94. Соответственно, уплотнение 40 удерживается в заданном положении за счет совместного воздействия поверхностей, образованных выемкой 92 на стопорном кольце 94, верхней поверхности 96 приподнятой площадки 86 и внутренней поверхности обращенного вниз и расположенного на гнезде 26 фланца 90. Предпочтительно создать на внутреннем участке стопорного кольца 94 другую выемку 98, размеры которой обеспечивают возможность помещения в нее внутреннего фланца 100, обращенного вниз и сформированного на гнезде 26. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.8, тепловое расширение гнезда 26 также происходит в направлении наружу (на фиг.8 вправо), т.е. от уплотнения 40. В результате деформация указанного уплотнения предотвращается или сводится к минимуму. В более конкретном изложении в случае конструкции согласно описанному примеру должно быть понятно, что тепловое расширение будет иметь место в различных проиллюстрированных компонентах, проявляясь в разной степени и/или с разными скоростями, причем все соответствующие параметры могут определить специалисты в данной области. Например, из фиг.8 следует, что фланцы 90 и 100 будут расширяться соответственно вправо и влево.
Далее, следует подчеркнуть, что для исключения в достаточной степени возможности проявления эрозионной коррозии качество обработки поверхности гнезда и стопора легче всего контролировать на этапе изготовления. Соответственно, по меньшей мере, в некоторых приложениях в отличие от варианта с одинаковой обработкой всей внутренней поверхности корпуса клапана может оказаться желательным обеспечить особое качество обработки для гнезда и/или стопора и/или нанести на них покрытие.
Следующая альтернативная конструкция, предназначенная для удерживания уплотнения 40, представлена на фиг.9. Корпус 12 клапана опять снабжен приподнятой площадкой 86, имеющей верхнюю поверхность 96. Однако в данном случае выемка 92 имеет кольцевую выточку 93, размеры и форма которой выбраны для обеспечения возможности помещения в нее внутреннего участка уплотнения 40. Соответственно, уплотнение 40 удерживается за счет совместного воздействия поверхностей, образованных выточкой 93, прилегающей к выемке 92 на приподнятой площадке 86, и внутренней поверхностью фланца 90, обращенного вниз и расположенного на гнезде 26. Как и в предыдущих вариантах, для показанного на фиг.9 варианта изобретения тепловое расширение гнезда 26 также происходит в направлении наружу (на фиг.9 влево), т.е. от уплотнения 40. В результате вероятность разрушения уплотнения 40 под воздействием теплового расширения предотвращается или сводится к минимуму.
Детали, описанные выше и проиллюстрированные на разных чертежах, не следует рассматривать как взаимно исключающие. Таким образом, в соответствии с идеей и объемом описанных предпочтительных примеров каждое заинтересованное лицо может подыскать или выбрать для себя различные аспекты нескольких чертежей и скомбинировать их с другими выбранными аспектами, проиллюстрированными и описанными в связи с другими чертежами.
На основе положений, описанных выше, для специалистов в данной области будут очевидны многочисленные модификации и альтернативные варианты осуществления изобретения. Таким образом, эти положения следует рассматривать только как иллюстрации, и их предназначение заключается в разъяснении специалистам наилучшего варианта или наилучших вариантов, предлагаемых в данном случае для реализации изобретения. Описанные детали конструкции или конструкций можно существенным образом изменять, не выходя за пределы идеи изобретения, однако эксклюзивное применение всех модификаций, охватываемых прилагаемой формулой, как буквально, так и в виде эквивалентов, сохраняется за заявителем изобретения.