РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН СО ВСТРОЕННЫМ ВСТАВНЫМ СЕДЛОМ И НАПРАВЛЯЮЩИМИ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА
CONTROL VALVE WITH INBUILT INSERT SEAT AND GUIDES OF STOP AND CONTROL ELEMENT

Область использования и предпосылки для создания изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к регулирующим клапанам для регулирования расхода текучих сред, в частности к регулирующему клапану, в котором седло и множество направляющих запорно-регулирующего органа выполнены как единое целое в виде частей вставного седла с направляющими.
Клапаны, регулирующие расход текучей среды, часто имеют седло, которое изготовлено отдельно от основного корпуса клапана и впоследствии присоединено к этому корпусу. Это позволяет изготавливать седла из материала, который имеет более высокое сопротивление абразивному износу, чем основной корпус клапана, а также предоставляет возможность замены седла в случае его износа в процессе эксплуатации.
В некоторых клапанах доступ к седлу как таковому может быть затруднен. В таких случаях установка или замена седла может вызывать затруднения.
В частности, хотя и не обязательно, в больших клапанах, эксплуатируемых при больших значениях расхода жидкости, действующие на запорно-регулирующий орган клапана усилия, создаваемые потоком жидкости, текущей через клапан, вызывают быстрый износ подшипников для линейного перемещения, используемых в качестве опоры для запорно-регулирующего органа в пределах диапазона его перемещения. В большинстве случаев запорно-регулирующий орган опирается на один или два подшипника для линейного перемещения, расположенных соосно на определенном расстоянии вдоль оси симметрии запорно-регулирующего органа. Такие конструкции с точки зрения работы механизма далеки от идеальных.
Таким образом, существует потребность в создании конструкции регулирующего клапана, которая предоставит возможность установки или замены седла без необходимости непосредственного ручного доступа к седлу как таковому и которая обеспечивает усовершенствование механической опоры для запорно-регулирующего органа клапана без усложнения конструкции или технического обслуживания регулирующего клапана.
Сущность изобретения
Предметом настоящего изобретения является регулирующий клапан, в котором седло и множество направляющих запорно-регулирующего органа выполнены как единое целое в виде частей вставного седла с направляющими.
Настоящим изобретением предложен регулирующий клапан для регулирования расхода текучих сред, содержащий: (а) корпус, имеющий входное отверстие, выходное отверстие и проход, по которому текучая среда проходит от входного отверстия к выходному отверстию, причем проход проходит через проходное отверстие; (b) привод, расположенный в камере управления, присоединенной к корпусу, и выполненный с возможностью движения вдоль оси с диапазоном перемещения от отведенного положения до введенного положения; (с) запорно-регулирующий орган, соединенный с приводом так, что перемещение привода от отведенного положения в направлении его введенного положения приводит к перемещению запорно-регулирующего органа в направлении проходного отверстия; и (d) вставное седло с направляющими, содержащее: (i) седло, выполненное с возможностью герметичной установки в проходное отверстие и предоставления уплотняющей поверхности, которую запорно-регулирующий орган плотно закрывает собой, (ii) множество направляющих запорно-регулирующего органа, выполненных как единое целое с седлом и простирающихся от седла в направлении камеры управления, и (iii) втулку, присоединенную или выполненную как единое целое с множеством направляющих запорно-регулирующего органа и выполненную с возможностью прикрепления к внутренней поверхности регулирующего клапана так, чтобы седло было прижато к проходному отверстию так, что когда запорно-регулирующий орган перемещается под действием привода, то запорно-регулирующий орган перемещается, скользя по не менее чем двум направляющим запорно-регулирующего органа, и так, что когда привод перемещается во введенное положение, запорно-регулирующий орган плотно закрывает собой уплотняющую поверхность седла, чтобы перекрыть проход текучей среды от входного отверстия к выходному отверстию.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения втулка выполнена как единое целое с множеством направляющих запорно-регулирующего органа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения корпус и камера управления соединены у горловины, причем втулка прикреплена к внутренней поверхности горловины.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения горловина имеет кольцевую канавку, причем втулка имеет кольцевой стопорный элемент, охватывающий большую часть втулки, а также узел затяжки, выполненный с возможностью разжатия кольцевого стопорного элемента во внешнем направлении в канавку так, что втулка фиксируется относительно внутренней поверхности горловины.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения узел затяжки содержит множество болтов, установленных в по существу радиальные резьбовые отверстия, разнесенные на определенное угловое расстояние по окружности втулки.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения кольцевая канавка имеет наклонную прижимную поверхность, расположенную так, что перемещение стопорного элемента во внешнюю сторону по наклонной прижимной поверхности смещает вставное седло с направляющими в направлении проходного отверстия, чтобы прижать седло к проходному отверстию.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения запорно-регулирующий орган содержит сменное внешнее кольцо, контактирующее с направляющими запорно-регулирующего органа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения запорно-регулирующий орган содержит сменное внешнее кольцо, контактирующее с направляющими запорно-регулирующего органа, причем сменное внешнее кольцо выполнено из материала, имеющего меньшую износостойкость, чем второй материал.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения запорно-регулирующий орган имеет центральную ось, параллельную направлению перемещения привода, причем направление от центра проходного отверстия к центру выходного отверстия определяет вектор основного потока, а все множество направляющих запорно-регулирующего органа разнесено по окружности относительно вектора основного потока на угловое расстояние по меньшей мере 20°.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения две из множества направляющих запорно-регулирующего органа расположены симметрично на заданном угловом расстоянии по окружности с обеих сторон основного вектора потока.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения заданное угловое расстояние составляет от приблизительно 40°до приблизительно 50°.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения множество направляющих запорно-регулирующего органа расположено так, что и при прямом направлении потока от входного отверстия к выходному отверстию и при обратном направлении потока от выходного отверстия к входному отверстию усилия, действующие на запорно-регулирующий орган со стороны потока, воспринимаются запорно-регулирующим органом по трехточечной схеме опирания, в которой две из трех точек обеспечиваются двумя из направляющих запорно-регулирующего органа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения механизм привод содержит гибкую мембрану, расположенную так, что она разделяет внутренний объем камеры управления.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения также предусмотрен дополнительный привод, расположенный за пределами камеры управления и механически связанный с запорно-регулирующим органом.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения также предусмотрен подшипник для линейного перемещения, расположенный между запорно-регулирующим органом и приводом так, что когда привод перемещается в направлении отведенного положения, то запорно-регулирующий орган свободно перемещается между открытым положением, в котором текучая среда протекает от входного отверстия к выходному отверстию, и закрытым положением, в котором запорно-регулирующий орган плотно закрывает собой уплотняющую поверхность седла, перекрывая проход текучей среды от выходного отверстия к входному отверстию, таким образом действуя как обратный клапан.
Краткое описание прилагаемых фигур
Настоящее изобретение в данном документе описано только лишь в качестве примера при помощи прилагаемых фигур, на которых:
Фиг.1А и Фиг.1В представляют собой виды в разрезе в изометрической проекции, на которых показан регулирующий клапан, имеющий конструкцию и принцип действия по настоящему изобретению, который содержит вставное седло с направляющими. Регулирующий клапан показан соответственно в открытом состоянии и закрытом состоянии;
Фиг.2 представляет собой вид в изометрической проекции вставного седла с направляющими регулирующего клапана, показанного на Фиг.1А и Фиг.1В;
Фиг.3 представляет собой увеличенный местный вид части устройства, показанного на Фиг.1А и обозначенного III, где изображен предпочтительный вариант присоединения вставного седла с направляющими к корпусу регулирующего клапана;
Фиг.4 представляет собой схематический план, показывающий геометрическую связь между вектором основного потока через регулирующий клапан и расположением направляющих запорно-регулирующего органа, имеющихся на вставном седле с направляющими в регулирующем клапане, показанном на Фиг.1А и Фиг.1В;
Фиг.5А и Фиг.5В представляют собой виды в разрезе в изометрической проекции, на которых показан первый вариант регулирующего клапана, изображенного на Фиг.1А и Фиг.1В, который содержит дополнительный привод. Регулирующий клапан показан соответственно в открытом состоянии и закрытом состоянии; и
Фиг.6А-6С представляют собой виды в разрезе в изометрической проекции, на которых показан второй вариант регулирующего клапана, изображенного на Фиг.1А и Фиг.1В, который содержит подшипник для линейного перемещения, обеспечивающий выполнение дополнительной функции обратного клапана. Регулирующий клапан показан соответственно в закрытом, открытом состояниях и положении обратного клапана.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Предметом настоящего изобретения является регулирующий клапан, в котором седло и множество направляющих запорно-регулирующего органа выполнены как единое целое в виде частей вставного седла с направляющими.
Конструкция и принцип действия регулирующих клапанов по настоящему изобретению могут быть лучше поняты со ссылкой на фигуры и прилагаемое описание.
На Фиг.1А и Фиг.1В показан регулирующий клапан, в целом обозначенный позицией 10, который предназначен для регулирования расхода текучих сред. Вообще говоря, регулирующий клапан 10 имеет корпус 12 с входным отверстием 14, выходным отверстием 16 и проходом, по которому текучая среда проходит от входного отверстия к выходному отверстию через проходное отверстие 18. Привод 20 расположен в камере 22 управления, присоединенной к корпусу 12, и выполнен с возможностью движения вдоль оси с диапазоном перемещения от отведенного положения (Фиг.1А) до введенного положения (Фиг.1В). Регулирующий клапан 10 также содержит запорно-регулирующий орган 24, соединенный с приводом 20 так, что перемещение привода 20 от его отведенного положения в направлении его выдвинутого положения приводит к перемещению запорно-регулирующего органа 24 в направлении проходного отверстия 18. Одним из особенностей настоящего изобретения является то, что регулирующий клапан 10 также содержит вставное седло 26 с направляющими. Как лучше показано на Фиг.2, вставное седло 26 с направляющими содержит седло 28, выполненное с возможностью герметичной установки в проходное отверстие 18 и предоставления уплотняющей поверхности, которую запорно-регулирующий орган 24 плотно закрывает собой, множество направляющих 30 запорно-регулирующего органа, выполненных как единое целое с седлом 28 и простирающихся от седла 28 в направлении камеры 22 управления, а также втулку 32, присоединенную или выполненную как единое целое с направляющими 30 запорно-регулирующего органа и выполненную с возможностью прикрепления к внутренней поверхности регулирующего клапана 10 так, чтобы седло 28 было прижато к проходному отверстию 18. Регулирующий клапан выполнен так, что когда запорно-регулирующий орган 24 перемещается под действием привода 20, то запорно-регулирующий орган 24 перемещается, скользя по не менее чем двум направляющим 30 запорно-регулирующего органа, и так, что когда привод 20 перемещается в свое введенное положение, запорно-регулирующий орган 24 плотно закрывает собой уплотняющую поверхность седла 28, чтобы перекрыть проход текучей среды от входного отверстия 14 к выходному отверстию 16.
При этом понятно, что регулирующий клапан по настоящему изобретению представляет собой особенно простое и изящное решение, повышающее удобство как присоединения, так и замены седла, а также обеспечивающее эффективную опору для запорно-регулирующего органа. Более конкретно, поскольку присоединение вставного седла 26 с направляющими осуществляют путем прикрепления втулки 32, то расположение узла затяжки для фиксирования вставного седла в нужном положении обеспечивает значительно лучший доступ, чем у большинства сменных седел клапанов. В то же время направляющие запорно-регулирующего органа обеспечивают рационально расположенную опору для запорно-регулирующего органа 24, воспринимающего усилия, воздействующие со стороны потока, предпочтительно обеспечивая устойчивую трехточечную опору для запорно-регулирующего органа. Эти и другие преимущества настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания, изложенного ниже.
Перейдем к более детальному описанию признаков настоящего изобретения. Втулка 32 предпочтительно выполнена как единое целое с направляющими 30 запорно-регулирующего органа так, что все вставное седло 26 с направляющими по существу выполнено как единый элемент. Наиболее предпочтительно втулка 32 прикреплена к относительно узкой горловине регулирующего клапана 10, выполненной в месте соединения корпуса 12 и камеры 22 управления. Внутренний диаметр втулки 32 достаточен для предоставления возможности прохода запорно-регулирующего органа 24, тем самым способствуя простоте сборки и разборки регулирующего клапана.
Предпочтительный способ присоединения втулки 32 к горловине виден наилучшим образом на Фиг.3. В конкретном варианте осуществления горловина предпочтительно имеет кольцевую канавку 34. Втулка 32 предпочтительно имеет кольцевой стопорный элемент 36 (также частично показанный на Фиг.2), охватывающий большую часть втулки, а также узел затяжки, выполненный с возможностью разжатия кольцевого стопорного элемента 36 во внешнем направлении в канавку 34 таким образом, что втулка 32 фиксируется относительно внутренней поверхности горловины. В наиболее предпочтительном варианте, показанном на чертеже, узел затяжки содержит множество болтов 38, установленных в по существу радиальные резьбовые отверстия, разнесенные на определенное угловое расстояние по окружности втулки 32. Кольцевая канавка 34 предпочтительно имеет наклонную прижимную поверхность 40, расположенную так, что перемещение стопорного элемента 36 во внешнюю сторону по наклонной прижимной поверхности 40 смещает вставное седло 26 с направляющими в направлении проходного отверстия 18, чтобы прижать седло 28 к проходному отверстию.
Вставное седло 26 с направляющими предпочтительно выполнено из материала, имеющего более высокую износостойкость, чем материал корпуса 12. У крупных изделий корпус 12 обычно изготовлен из покрытого эмалью или эпоксидным составом чугуна, тогда как вставное седло 26 с направляющими предпочтительно изготовлено из износостойкой нержавеющей стали. Для меньших пластиковых клапанов вставное седло 26 может быть выполнено методом литья под давлением из пластиков со стойкими к абразивному износу добавками.
Как показано на Фиг.1А и Фиг.1В, запорно-регулирующий орган 24 предпочтительно имеет сменное внешнее кольцо 42, которое служит опорной поверхностью при контакте скольжения с направляющими 30 запорно-регулирующего органа. Внешнее кольцо 42 предпочтительно изготовлено из материала, имеющего меньшую износостойкость, чем материал вставного седла 26 с направляющими. Таким образом износ в результате трения локализуется на простом для замены и дешевом элементе. Запорно-регулирующий орган 24 предпочтительно также имеет эластомерное уплотнение 44, расположенное по торцу уплотняемой поверхности седла 28 для образования уплотнения седла.
Особенно предпочтительной особенностью конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения является то, что опора запорно-регулирующего органа 24 выполнена таким образом, что усилия, воздействующие на запорно-регулирующий орган со стороны потока текучей среды, проходящей через клапан, воспринимаются запорно-регулирующим органом по трехточечной схеме опирания. Одна из этих точек опоры представляет собой верхний подшипник 46 для линейного перемещения. Остальные две из трех точек опоры предпочтительно обеспечиваются двумя из направляющих 30 запорно-регулирующего органа. С этой целью направляющие 30 запорно-регулирующего органа предпочтительно расположены симметрично по окружности с обеих сторон вектора основного потока. В случае клапана для двунаправленного потока, то есть в таком, где клапан используется как при прямом направлении потока от входного отверстия к выходному отверстию, так и при обратном направлении потока от выходного отверстия к входному отверстию, трехточечная схема опирания предпочтительно сохраняется для обоих направлений потока.
Говоря более строго, соответствующие геометрические соотношения в контексте настоящего варианта осуществления относительно «вектора основного потока» 48 (Фиг.4) могут быть определены как направление от центра проходного отверстия 18 к центру выходного отверстия 16. Все направляющие 30 запорно-регулирующего органа предпочтительно разнесены по окружности относительно вектора основного потока вокруг центра проходного отверстия 18 на угловое расстояние по меньшей мере 20°. Для того чтобы обеспечить симметричное опирание, две направляющие 30 запорно-регулирующего органа, ближайшие к вектору основного потока, предпочтительно расположены симметрично на заданном угловом расстоянии по окружности с обеих сторон вектора потока, которое предпочтительно составляет приблизительно от 40° до приблизительно 50°, а обычно 45° с обеих сторон вектора основного потока. В случае клапана для двунаправленного потока аналогичные условия предпочтительно выполняются и для обратного направления потока, например, определенного вектором от центра проходного отверстия 18 к центру входного отвестия 14.
При этом следует заметить, что термины «точка опоры» или «точка контакта», использованные в настоящем описании в отношении опоры запорно-регулирующего органа 24, имеют отношение к локализованным зонам физического контакта независимо от точного размера и формы зоны, где происходит контакт. В настоящем примере точки опоры между запорно-регулирующим органом 24 и направляющими 30 запорно-регулирующего органа теоретически представляют собой прямоугольники, имеющие зоны взаимного соприкосновения между обращенными внутрь поверхностями направляющих 30 запорно-регулирующего органа и внешним кольцом 42. На практике, как и у любой реальной механической системы, усилия обычно сосредоточены на значительно меньшей площади.
Описывая другие особенности регулирующего клапана 10, следует заметить, что привод 20 может представлять собой любой тип привод. Наиболее предпочтительными примерами являются гидроприводы, включая мембранные приводы и поршневые приводы, но не ограничиваясь ими. В наиболее предпочтительном варианте осуществления, показанном здесь, привод 20 представляет собой мембранный привод, содержащий гибкую мембрану 50, расположенную так, что она разделяет внутренний объем камеры 22 управления. Также следует заметить, что отведенное и введенное положения привода 20 определены рабочим диапазоном перемещения привода 20 как части конструкции регулирующего клапана 10 и не обязательно соответствуют полному диапазону перемещения, который может быть обеспечен конструкцией самого по себе привода 20.
Среди других преимуществ показанного предпочтительного варианта осуществления следует отметить, что регулирующий клапан 10, как показано, является чрезвычайно простым в сборке и разборке, например, для выполнения технического обслуживания. Более точно, камера 22 управления выполнена со съемной крышкой 52, прикрепленной некоторым количеством болтов, которые также прикрепляют гибкую мембрану 50, а тем самым и запорно-регулирующий орган 24. Таким образом, после снятия болтов крышки 52 и подъема крышки 52 узел запорно-регулирующий орган/мембрана может быть снят с клапана. Последующее ослабление болтов 38 освобождает вставное седло 26 с направляющими, которое может быть вынуто из корпуса 12. Таким образом, весь регулирующий клапан быстро разбирается на четыре первичных узла, предоставляя возможность легкого доступа и быстроту технического обслуживания. Сборка выполняется аналогично в обратном порядке.
Рассмотрим теперь кратко остальные фигуры. На Фиг.5А и Фиг.5В показан регулирующий клапан, в целом обозначенный позицией 60, имеющий конструкцию и принцип действия по настоящему изобретению. В целом, регулирующий клапан 60 подобен регулирующему клапану 10, описанному выше, и его эквивалентные элементы обозначены одинаковыми позициями. Регулирующий клапан 60 отличается от регулирующего клапана 10 наличием дополнительного привода 62, расположенного за пределами камеры 22 управления и механически связанного с запорно-регулирующим органом 24. В неограничивающем предпочтительном примере, показанном здесь, дополнительный привод 62 представляет собой гидравлический поршневой привод. Дополнительный привод 62 может быть применен для дополнения усилий, создаваемых приводом 20, или как отдельный привод с ручным управлением, такой как контроллер аварийного отключения, известный в данной области техники. Во всех других отношениях конструкция и принцип действия регулирующего клапана 60 будут понятны по аналогии с описанием регулирующего клапана 10, описанного выше.
На Фиг.6А-6С показан регулирующий клапан, в целом обозначенный позицией 70, имеющий конструкцию и принцип действия по настоящему изобретению. В сущности регулирующий клапан 70 подобен регулирующему клапану 10, описанному выше, и его эквивалентные элементы обозначены одинаковыми позициями. Регулирующий клапан 70 отличается от регулирующего клапана 10 наличием подшипника 72 для линейного перемещения, расположенного между запорно-регулирующим органом 24 и приводом 20 так, что когда привод 20 перемещается в направлении отведенного положения (Фиг.6В и Фиг.6С), то запорно-регулирующий орган 24 свободно перемещается между открытым положением (Фиг.6В), в котором текучая среда движется от входного отверстия 14 к выходному отверстию 16, и закрытым положением (Фиг.6С), в котором запорно-регулирующий орган 24 плотно закрывает собой уплотняющую поверхность седла 28, перекрывая проход текучей среды от выходного отверстия 16 к входному отверстию 14, таким образом действуя как обратный клапан. Когда привод 20 перемещается в направлении своего введенного положения (Фиг.6А), он смещает запорно-регулирующий орган 24 к его закрытому положению способом, аналогичным описанному выше в отношении Фиг.1В. Во всех других отношениях конструкция и принцип действия регулирующего клапана 70 будут понятны по аналогии с описанием регулирующего клапана 10, описанного выше.
Разумеется, приведенное выше описание предназначено служить только в качестве примеров. Кроме того, возможны и многие другие варианты осуществления без выхода за пределы объема данного изобретения, определенного формулой изобретения.