КЛАПАН ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ
MULTI-PURPOSE VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к отключающим устройствам с запорным элементом, совершающим скользящее движение вдоль седловой поверхности, имеющей форму поверхности тел вращения, и может быть использовано для установки на технологических линиях газовых промыслов для перекрытия и регулирования расхода транспортируемой среды.
Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены два затвора: регулирующий, соединенный со штоком, перемещаемым приводом, и запорный, связанный со штоком, при этом клапан снабжен дополнительным затвором, седло которого закреплено в нижней части корпуса соосно со штоком, а запорный затвор выполнен тарельчатым, размещен на полом удлинении штока ниже регулирующего затвора по ходу потока среды и его седло закреплено в корпусе соосно со штоком, причем в полом удлинении штока выполнены радиальные отверстия, расположенные над тарельчатым затвором, при этом регулирующий затвор выполнен многоступенчатым, а его ступени связаны со штоком с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока (патент РФ №2162179, 7 МПК кл. F16K 1/44, 22.05.2000).
Известен клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, закрытый крышкой, в полости которого расположен запорно-регулирующий затвор, выполненный двухступенчатым в виде поршня штока, перемещаемого приводом, причем поршень расположен с возможностью взаимодействия с неподвижным трубчатым, сопрягаемым с ним седлом, при этом запорно-регулирующий затвор выполнен с верхней и нижней трубчатыми ступенями, сообщающимися между собой через отверстия в поршне и выполненными с одинаковыми радиальными симметрично расположенными отверстиями, совпадающими с отверстиями в седле в открытом положении клапана, причем нижняя часть крышки расположена в полости корпуса и выполнена цилиндрической с уплотнительной поверхностью на торце, а ее наружный диаметр сопрягается с внутренним диаметром верхней трубчатой ступени поршня с образованием разгрузочной полости, сообщающейся через отверстия в крышке с полостью корпуса, при этом на поршне со стороны верхней трубчатой ступени расположен уплотнительный элемент, установленный с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью крышки корпуса при закрытии клапана (патент РФ №2298128, МПК F16K 3/24, 47/04, 06.06.2005).
Недостатком известных клапанов является сложность конструкции, снижающая надежность их работы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа является клапан запорно-регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в полости которого размещен многоступенчатый регулирующий затвор, а его ступени связаны со штоком, перемещаемым приводом, с возможностью синхронного открытия всех седел затвора при перемещении штока, при этом регулирующий затвор выполнен запорно-регулирующим двухступенчатым и представляет собой поршень, установленный на штоке, с верхней и нижней ступенями, сообщающимися между собой через отверстия в поршне и выполненными с регулирующими торцами и уплотнительной поверхностью на верхней ступени, расположенный в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним седле с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана, причем радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью, сообщаются с входным каналом, а радиальные отверстия, перекрываемые верхней ступенью, сообщаются с выходным каналом, при этом в седле навстречу верхней ступени расположен уплотнительный элемент, установленный с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью на верхней ступени при закрытии клапана (патент РФ №2301932, МПК F16K 3/24, 47/08, 04.10.2005).
Недостатком известного клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что при больших перепадах давления двухступенчатое дросселирование регулируемого потока приводит к быстрому эрозионному износу седла и регулирующего органа.
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы создать такое техническое решение, при использовании которого повышалась надежность и увеличивалась долговечность работы клапана.
Для достижения названного технического результата в корпусе клапана запорно-регулирующего с входным и выходным каналами размещен запорно-регулирующий затвор, представляющий собой поршень, установленный на штоке, перемещаемом приводом, с верхней и нижней ступенями, сообщающимися между собой через отверстия в поршне и выполненными с регулирующими торцами и уплотнительной поверхностью на верхней ступени, расположенный в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним седле с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана, с возможностью синхронного открытия всех отверстий затвором, при этом радиальные отверстия, перекрываемые верхней ступенью, сообщаются с выходным каналом, причем в седле навстречу верхней ступени расположен уплотнительный элемент, установленный с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью на верхней ступени при закрытии клапана.
Заявляемый клапан запорно-регулирующий отличается от прототипа тем, что запорно-регулирующий затвор выполнен четырехступенчатым и снабжен дополнительным поршнем, идентичным поршню и установленным на штоке под ним, при этом дополнительный поршень расположен в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним дополнительном седле с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана, причем между седлом и дополнительным седлом расположена перегородка, отделяющая нижнюю ступень поршня от верхней ступени дополнительного поршня, при этом радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью поршня, сообщаются с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней ступенью дополнительного поршня, через полость, образованную в корпусе, а радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью дополнительного поршня, сообщаются с входным каналом.
Предлагаемое изобретение изображено на чертеже, где изображен продольный разрез клапана в открытом положении.
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. В корпусе размещен запорно-регулирующий затвор, установленный на штоке 4, перемещаемом приводом 5. Запорно-регулирующий затвор представляет собой поршень 6 с верхней 7 и нижней 8 ступенями, сообщающимися между собой через отверстия 9 в поршне и выполненными с регулирующими торцами 10, 11 на верхней и нижней ступенях соответственно и уплотнительной поверхностью 12 на верхней ступени. Поршень с верхней и нижней ступенями расположен в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним седле 13 с радиальными отверстиями 14, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана. Радиальные отверстия, перекрываемые верхней ступенью, сообщаются с выходным каналом. В седле навстречу верхней ступени расположен уплотнительный элемент 15, установленный с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью на верхней ступени при закрытии клапана.
Запорно-регулирующий затвор снабжен дополнительным поршнем 16, идентичным поршню и установленным на штоке под ним. Дополнительный поршень расположен в неподвижном трубчатом, сопрягаемом с ним дополнительном седле 17 с радиальными отверстиями 14, перекрываемыми верхней и нижней ступенями в закрытом положении клапана. Между седлом и дополнительным седлом расположена перегородка 18, отделяющая нижнюю ступень поршня от верхней ступени дополнительного поршня. Радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью поршня, сообщаются с радиальными отверстиями, перекрываемыми верхней ступенью дополнительного поршня, через полость 19, образованную в корпусе. Радиальные отверстия, перекрываемые нижней ступенью дополнительного поршня, сообщаются с входным каналом.
Клапан работает следующим образом. В исходном положении (открыто) шток 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 находятся в крайнем нижнем положении, полностью открывая радиальные отверстия 14 в седле 13 и дополнительном седле 17 для прохода транспортируемой среды из входного 2 канала в выходной 3.
При необходимости регулирования расхода транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 вверх. При этом верхние 7 и нижние 8 ступени поршня 6 и дополнительного поршня 16 своими регулирующими торцами 10, 11 на верхних и нижних ступенях соответственно частично перекрывают радиальные отверстия 14 в седле 13 и дополнительном седле 17, уменьшая проход транспортируемой среде из входного 2 канала в выходной 3. Каждому положению штока 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 соответствует определенное положение регулирующих торцов 10, 11 на верхних и нижних ступенях относительно радиальных отверстий 14 седла 13 и дополнительного седла 17, обеспечивающее соответствующий расход транспортируемой среды, при этом перепад давления поровну распределяется между четырьмя ступенями регулирования по всему ходу запорно-регулирующего затвора.
При необходимости перекрытия потока транспортируемой среды подают соответствующий сигнал на привод 5, который начинает перемещать шток 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 в крайнее верхнее положение. При движении штока 4 вверх поршень 6 и дополнительный поршень 16 своими верхними 7 и нижними 8 ступенями перекрывают радиальные отверстия 14 в седле 13 и дополнительном седле 17. Перемещение штока 4 с поршнем 6 и дополнительным поршнем 16 продолжается до тех пор, пока верхняя 7 ступень поршня 6 своей уплотнительной поверхностью 12 не достигнет уплотнительного элемента 15 седла 13, герметично перекрывая проход транспортируемой среде из входного 2 канала в выходной 3.
Благодаря тому что общий перепад давления при регулировании поровну распределяется между четырьмя ступенями регулирования, повышается надежность и увеличивается долговечность работы клапана.