ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН

Предлагаемая полезная модель запорно-регулирующего клапана относится к трубопроводной арматуре, в частности, к отключающим и регулирующим устройствам с запорными элементами, движущимися перпендикулярно уплотнительной поверхности седла, и предназначена для работы при повышенных давлениях газов и жидкостей в энергетической, газонефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известна традиционная конструкция клапана, включающая цельный корпус с седлом, разделяющим камеры входа и выхода рабочей среды и запорный элемент (плунжер, тарелка в виде тела вращения), соединенный через шток с приводом. [1]
Недостатком этой конструкции является то, что при повышении давления рабочей среды требуется большее усилие для перемещения запорного элемента, что увеличивает габариты, мощность привода и снижает скорость открытия и закрытия запорного элемента.
Известна конструкция клапана, включающего цельный корпус с двумя седлами, двумя запорными элементами, соединенными единым штоком с приводом, при этом конфигурация камеры входа позволяет уравновесить давление на запорные элементы, облегчая их привод. [2]
К недостаткам такой конструкции относится сложность и трудоемкость регулировки надежной одновременной работы обоих запорных элементов из-за их жесткого соединения.
Кроме того, входная камера клапана имеет сложную конструкцию и большие габариты из-за размещения в ней двух седел, что удорожает ее стоимость.
К недостаткам следует отнести и то, что, как и в рассмотренном выше аналоге [1], цельное исполнение корпуса однозначно определяет направление потока рабочей среды, и требуются дополнительные расходы при
изготовлении, к примеру, прямоточных и угловых клапанов одних и тех же рабочих характеристик.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является разработка конструкции запорно-регулирующего клапана, которая позволит:
- повысить надежность работы клапана:
- улучшить компоновку и упростить конструкцию клапана;
- снизить трудоемкость;
- рационально использовать материалы при изготовлении деталей клапана;
- повысить надежность и ремонтопригодность частей клапана;
- снизить мощность приводов запорных элементов;
- обеспечить простоту управления запорными элементами и ускорить процесс регулирования параметров рабочей среды;
- облегчить монтаж и упростить конструкцию системы трубопроводов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагается конструкция запорно-регулирующего клапана, включающего корпус, имеющий камеры с патрубками входа и выхода рабочей среды, седло и два запорных элемента. Корпус клапана состоит из двух частей, между которыми герметично закрепляется седло, имеющее в проходе кольцеобразную компенсационную камеру, соединяемую с камерой входа через отверстия, а проход седла закрывается несвязанными запорными элементами с двух сторон. Клапан имеет разъем по плоскости размещения седла с возможностью взаимного разворота патрубков входа и выхода рабочей среды. Каждый запорный элемент клапана снабжен отдельным приводом, которые выполнены с возможностью их согласованного перемещения. Суммарная площадь отверстий в компенсационной камере меньше площади прохода седла.
Заявляемые ограничительные и отличительные признаки обеспечивают предлагаемому техническому решению достижение поставленной технической задачи:
- наличие двух несвязанных запорных элементов повышает надежность работы клапана как отключающего и регулирующего органа трубопровода;
- клапан компактен по размерам и имеет, более простую, по сравнению с прототипом, форму камеры входа из-за использования только одного седла; разъемный корпус упрощает литье;
- модульная компоновка клапана позволяет, раздельно изготавливать все части клапана с обеспечением снижения трудоемкости и надежного контроля качества, повышает их надежность и ремонтопригодность, а также позволяет рационально использовать материалы при изготовлении отдельных частей соответственно давлению, температуре, физико-химическим характеристикам и режиму течения рабочей среды;
- компенсационная камера позволяет уравновесить давление на запорные элементы и снизить усилия, необходимые для их перемещения при открытии и закрытии клапана, и, соответственно снижает мощность приводов запорных элементов;
- согласованное перемещение двух отдельных запорных элементов, каждый из которых имеет свой привод, обеспечивает простоту управления запорными элементами и высокую скорость выхода на требуемый режим регулирования потока рабочей среды;
- разъемная компоновка корпуса позволяет обеспечить целенаправленные разворот патрубков входа и выход, а также менять направление входа и выхода рабочей среды, что облегчает монтаж и упрощает конструкцию системы трубопровода.
На Фиг. представлен чертеж предлагаемой конструкции запорно-регулирующего клапана.
Корпус клапана состоит из двух частей, образующих камеры с патрубками входа и выхода рабочей среды 1 и 2, причем крепление обеих частей корпуса и их конфигурация выполнены с возможностью произвольного взаимного разворота патрубков, например, с помощью резьбового крепежа. Между частями корпуса герметично закреплено трубчатое седло 3, имеющее уплотнительные поверхности с обеих сторон и два несвязанных между собой запорных элемента 4 и 5, выполненных с возможностью согласованного перемещения для закрытия и открытия прохода седла. В проходе седла расположена кольцеобразная полость 6 (компенсационная камера), соединяемая отверстиями 7 с камерой входа. Запорные элементы управляются с помощью отдельных приводов (не показаны).
Клапан работает следующим образом.
При установке клапана на трубопровод оба его затвора находятся в закрытом положении. Рабочая среда, попадая в камеру входа 1, проникает через отверстия 7 в компенсационную камеру 6, уравновешивая давление на запорный элемент 4 и облегчая открытие прохода в седле рабочим элементом 5. С помощью привода запорный элемент 4 устанавливается на уровне, соответствующем заданному режиму регулирования параметров рабочей среды. После этого, запорный элемент 5 открывает проход в седле. При закрытии затвора сначала к седлу прижимается запорный элемент 4, а потом - запорный элемент 5.
Такая схема позволяет быстро выходить на требуемый режим регулирования параметров рабочей среды, обеспечивает надежное закрытие клапана. Значительно снижаются усилия для перемещения рабочих элементов, что позволяет, например, использовать малогабаритный, быстродействующий, легко управляемый электромагнитный привод.
Были проведены испытания предлагаемой опытной конструкции запорно-регулирующего клапана, которые показали, что, по сравнению с прототипом:
- в 8-10 раз сокращается время регулирования параметров прохождения среды за счет дискретного перемещения запорных элементов;
- в 3-5 раз снижается мощность приводов за счет противодавления в компенсационной камере и кратковременности работы приводов;
- К достоинствам предлагаемой полезной модели относится также то, что, в конструкции клапана реализуется модульный принцип сборки изделия, когда каждая его деталь изготавливается рационально из материалов и по технологии, соответствующих ее функциональному назначению. Корпус клапана собирается из двух одинаковых частей, взаимный произвольный разворот которых позволяет снизить габариты, сложность монтажа и стоимость трубопровода. Седло, как отдельную деталь, проще и дешевле изготовить, ее расположение в корпусе позволяет собирать из одних и тех же деталей запорно-регулирующие клапаны с различным направлением прохода рабочей среды. Раздельное управление запорными элементами обеспечивает простоту регулировки и ускорение регулирования параметров рабочей среды.
Использование предлагаемой полезной модели запорно-регулирующего клапана эффективно для работы в трубопроводах при повышенных давлениях газов и жидкостей в энергетической, газонефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Источники информации
1 Д.Ф.Гуревич. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л. Машиностроение, 1969.
2 В.И.Черноштан, В.А.Кузнецов. Трубопроводная арматура ТЭС. Справочное пособие. М. Издательство МЭИ, 2001, стр.126, рис.3.129, стр.229, рис.4,48. - Прототип