КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫЙ СИЛЬФОННЫЙ С ВЕРХНИМ РАЗЪЕМОМ
AXISYMMETRIC BELLOWS-OPERATED TOP-ENTRY REGULATING VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к клапанам осесимметричным сильфонным, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и предназначенным для регулирования и перекрытия агрессивных и радиоактивных рабочих сред, с большим давлением и с высокой температурой.
Одним из требований, предъявляемых к трубопроводной арматуре, является герметичность в течение всего срока эксплуатации.
Известен регулирующий клапан с осевым потоком, содержащий корпус и внутренний корпус-обтекатель, формирующие кольцевой проходной канал, соединенный с входным и выходным патрубками, и расположенный во внутреннем корпусе реечный механизм перемещения запирающего элемента, выполненного в виде поршня, расположенного внутри гильзы с отверстиями, с возможностью в одном режиме сообщения полости входного патрубка с полостью выходного патрубка, а в другом положении - перекрытия упомянутых отверстий гильзы, которая установлена в корпусе и выходном патрубке и поджата установочным элементом - седлом, с возможностью демонтажа последних, при этом ведомый шток, с установленным с возможностью демонтажа поршнем, соединен с ведущим штоком зубчато - реечного механизма и расположен, посредством уплотнителей, в направляющей втулке, выполненной из бронзы, имеющей со свободной стороны ведущего штока полость со смазкой. (Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.2008). Для уменьшения нагрузок на привод и предотвращения процессов эрозионного износа деталей поршень и гильза могут быть выполнены из алюминия, с упрочнением рабочих поверхностей плазменным электролитическим оксидированием, или из титановых сплавов, или из стали.
Недостатком известной конструкции клапана является воздействие кавитационных процессов в турбулентном потоке транспортируемой жидкости на поверхности деталей в выходном канале, обуславливающее износ поверхности деталей клапана и соединенного с ним трубопровода и требующее упрочнения их поверхностей или выполнения из особо прочных материалов, что значительно повышает стоимость клапана и трубопровода.
Недостатком известного клапана является также невозможность выполнения технического обслуживания и ремонта внутрикорпусных устройств без вырезки из трубопровода.
Известен регулирующий клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и, размещенный внутри корпуса, с образованием кольцевого канала, обтекатель, в выходной части которого размещен цилиндрический поршень, закрепленный на ведомом штоке реечного механизма, ведущий шток которого соединен с приводом (Патент РФ №84938 на полезную модель «Регулирующий клапан осевого потока» по Кл. F16K 39/04, опубликован 20.07.2009). В выходном патрубке клапана зафиксировано седло, с которым контактирует цилиндрический поршень, перемещаясь в конечное положение при перекрытии выходного канала, в котором установлена перфорированная кольцевая гильза. Цилиндрический поршень выполнен разгруженным посредством выполненных в нем параллельных оси каналов, соединяющих внутреннюю полость поршня с полостью выходного патрубка.
Недостатком клапана, при использовании его для регулирования расходных параметров потока рабочей среды энергетического объекта, является увеличение гидравлического сопротивления регулируемого потока рабочей среды в переходные моменты (в моменты открытия - закрытия клапана), что вызвано возникновением дополнительных турбулентных возмущений в потоке, ведущих к возникновению эффекта помпажа. В рабочих режимах клапана при регулировании расходных параметров жидкостных рабочих сред с высоким давлением и температурой избыточная турбулентность потока ведет к возникновению процессов кавитации на поверхности поршня, седла и трубопровода, что непредсказуемо влияет на процесс регулирования и обусловливает эрозионный износ их поверхностей.
Недостатком известного клапана является также невозможность выполнения технического обслуживания и ремонта внутрикорпусных устройств без вырезки из трубопровода.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по назначению, достигаемому результату и технической сущности является клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики (заявка №2009133491 от 07.09.2009). Клапан содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, закрепленный посредством пилона на крышке верхнего разъема внутренний корпус-обтекатель, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, связанный с механизмом осевого перемещения разгруженного поршня, контактирующего с седлом, установленным в выходном патрубке. Седло выполнено с направляющим кольцевым выступом в зоне контакта с поршнем, выполненным с вогнутой торцевой поверхностью, по периметру которой сформирована ответная контактной поверхности направляющего кольцевого выступа седла поверхность, при этом, направляющий кольцевой выступ седла выполнен с диффузорным сечением, а седло снабжено рассекателем потока, установленным на наружной торцевой поверхности седла и выполненным в виде перфорированной пластины, отверстия на которой выполнены с переменным шагом перфорации.
Недостатками данной конструкции является наличие уплотнительных материалов, изнашивающихся в процессе эксплуатации и требующих постоянного обслуживания (подтягивания или замены набивки, или уплотнительных колец), а также эрозионный износ трубопровода и сварного шва в месте приварки клапана к трубопроводу при работе на больших перепадах давления.
Недостатками известных конструкций (Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.2008), (Патент РФ №84938 на полезную модель «Регулирующий клапан осевого потока» по Кл. F16K 39/04, опубликован 20.07.2009) является возможное засорение накипью, загрязнение и закупоривание отверстий сепаратора, над которыми постоянно находится рабочая среда.
Техническим результатом при использовании заявляемого в качестве изобретения клапана регулирующего осесимметричного сильфонного с верхним разъемом для трубопроводной арматуры является возможность работы с агрессивными и радиоактивными средами высоких параметров, исключение возможного засорения отверстий сепаратора, исключение возможности эрозионного износа трубопровода в месте соединения с клапаном, повышение надежности, безопасности и долговечности клапанов регулирующих.
Для достижения указанного технического результата в клапане регулирующем осесимметричном сильфонном с верхним разъемом для работы с агрессивными и радиоактивными средами, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенным внутри корпуса с образованием кольцевого канала обтекателем, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, посредством приводного зубчато-реечного механизма, установлен разгруженный цилиндрический затвор посредством параллельных его оси каналов, при этом, согласно изобретению, затвор перемещается над сепаратором седла, уплотнен в обтекателе посредством поршневых колец и обеспечивает непрерывный линейный или равнопроцентный прирост площади проходного сечения за счет отверстий, выполненных в сепараторе с переменным шагом, а седло жестко закреплено в выходном патрубке клапана или ввернуто посредством самоуплотняющейся конической резьбы и снабжено рассекателем потока, установленным внутри седла, и раструбом для вывода выровненного потока за пределы сварного шва приварки клапана к трубопроводу. Съемное седло имеет на контактной с затвором поверхности термостойкое, износостойкое, эрозионно- и кавитационностойкое покрытие (например, керамическое), затвор перекрывает отверстия седла сепаратора, находящиеся под ним, исключая возможное закупоривание отверстий сепаратора выполненных как цилиндрическими, или диффузорными, или и в форме сопла Лаваля, а затвор уплотнен в полости обтекателя поршневыми кольцами. Шток содержит бурт, конструктивно выполненный заодно с телом штока, к которому приварен одним концом сильфонный узел. Сильфонный узел вторым концом приварен к втулке, которая через напряженный многослойный торообразный уплотнительный элемент закреплена в крышке верхнего разъема клапана регулирующего осесимметричного сильфонного, образуя герметичный замкнутый контур. На торцевой поверхности затвора, контактирующей с уплотнительной поверхностью седла и омываемой рабочей средой с максимальной скоростью, выполнено износостойкое, эрозионно- и кавитационностойкое покрытие (например, анодное микродуговое оксидирование - АМДО).
Корпус соединен с верхним фланцем и фланец с крышкой посредством напряженного многослойного торообразного уплотнительного элемента, установленного в кольцевом пазу корпуса, которое обеспечивает надежность основного разъема и, что важно для данной конструкции, обеспечивает соосность седла и затвора, что является обязательным условием обеспечения герметичности клапана.
В конструкции клапана нет быстроизнашивающихся заменяемых уплотнительных материалов и деталей.
Заявленный клапан регулирующий осесимметричный сильфонный с верхним разъемом поясняется чертежами и рисунком.
На фиг.1 приведен общий вид клапана регулирующего осесимметричного сильфонного с верхним разъемом в закрытом состоянии.
На фиг.2 представлен эскиз крепления сильфона посредством напряженного многослойного торообразного уплотнения.
На фиг.3 представлен эскиз крепления крышки верхнего разъема посредством напряженного многослойного торообразного уплотнения.
Клапан регулирующий осесимметричный сильфонный с верхним разъемом, содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и закрепленный на крышке верхнего разъема 4 посредством пилона 5 с образованием кольцевого канала В обтекатель 6, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, посредством зубчато-реечного механизма 7, установлен разгруженный цилиндрический затвор 8. Разгрузка затвора 8 осуществляется посредством каналов Г, соединяющих объем внутренней полости Д затвора с полостью Е, сформированной на торцевой поверхности 9 затвора 8. Затвор 8 при перемещении перекрывает отверстия 10 сепаратора 11 в седле 12. Седло 12 жестко закреплено в выходном патрубке 3 корпуса 1 или ввернуто посредством самоуплотняющейся конической резьбы Ж. Уплотнение затвора 8 в полости Д обтекателя 6 осуществляется посредством поршневых колец 13. Седло 12 снабжено рассекателем потока 14, который установлен внутри седла 12, и раструбом 15. Шток 16 содержит бурт 17, конструктивно выполненный заодно с телом штока 16, к которому приварен одним концом сильфонный узел 18. Сильфонный узел 18 вторым концом приварен к втулке 19 (Фиг.2), которая через напряженный многослойный торообразный уплотнительный элемент 20 закреплена между крышками 21 и 22 клапана посредством резьбового крепежа 23, образуя герметичный замкнутый контур Н. Крышка 21 также, через напряженный многослойный торообразный уплотнительный элемент 24 (Фиг.3) посредством резьбового крепежа 25 закрывает и герметизирует разъем П.
Открывание клапана осуществляется перемещением вверх штока 16 приводом клапана (на чертеже не показан) посредством зубчато-реечного механизма 7, при этом затвор 8 перемещается внутрь полости Д обтекателя 6. Контактные поверхности К затвора 8 и Л седла 12 размыкаются, рабочая среда поступает в отверстия 10 сепаратора 11, открываемые при перемещении затвора 8, и попадает в виде направленных струй потока в полость Е, образованную вогнутой торцевой поверхностью 9 затвора 8. Рабочая среда поступает во внутреннюю полость Г затвора 8, выравнивая давление в полостях Д и Е и разгружая затвор 8. Поток рабочей среды в полости Е разворачивается вогнутой торцевой поверхностью 9 затвора 8 и направляется в полость М седла 12, проходит через отверстия 26 рассекателя 14, установленного внутри седла 12, и через раструб 15 и выходной патрубок 3 выводится из клапана в трубопровод (на чертеже не показан).
При установке затвора 8 в крайнее левое положение в полости Д обтекателя 6 клапан полностью открывается. Закрывание клапана осуществляется в обратном порядке при перемещении затвора 8 зубчато-реечным механизмом 7 привода клапана из полости Д в сторону седла 12.
Изобретение обеспечивает возможность применения клапанов регулирующих осесимметричных сильфонных с верхним разъемом для работы с агрессивными и радиоактивными рабочими средами, характеризующимися высокими параметрами - температура до 560°C, давление до 40 МПа, а также повышение надежности и долговечности энергетических установок без постоянного обслуживания арматуры.
Источники информации, принятые во внимание при анализе уровня техники:
1. Патент РФ №77007 на полезную модель «Регулирующий клапан» по Кл. F16K 3/14, опубликован 10.10.2008.
2. Патент РФ №84938 на полезную модель «Регулирующий клапан осевого потока» по Кл. F16K 39/04, опубликован 20.07.2009.
3. Клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики (заявка №2009133491 от 07.09.2009 опубликована 20.03.2011).