ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛАПАН С ДИНАМИЧЕСКИМ СОЕДИНЕНИЕМ ЗАТВОРА КЛАПАНА
HYDRAULIC VALVE WITH DYNAMIC CONNECTION OF VALVE GATE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к гидравлическим клапанам, а более конкретно, к гидравлическим клапанам, имеющим динамические соединения затвора клапана.
Уровень техники
Регулирующие клапаны широко применяются в технологическом оборудовании для управления прохождением текучей среды (например, газа, жидкости и т.п.) или любого другого вещества по трубопроводам и/или сосудам, к которым они подключены. Регулирующий клапан в типичном случае состоит из одного или нескольких входов и выходов и содержит элемент или орган управления потоком (например, заслонку клапана, поршень, плунжер клапана, запирающий элемент и т.п.), функция которого состоит в том, чтобы управлять потоком текучей среды через проходы, соединяющие по текучей среде вход (входы) с выходом (выходами). Запирающий элемент обычно связан с крышкой клапана, которая механически прикреплена (например, закреплена болтами, зажимами, вкручена по резьбе и т.п.) к корпусу клапана. В типичном случае конфигурация запирающего элемента позволяет ему герметично прижиматься к герметизирующей структуре (например, седельному кольцу), расположенной вокруг канала прохождения потока в клапане.
В некоторых случаях различные компоненты регулирующего клапана изготовлены из различных материалов, имеющих различные коэффициенты теплового расширения. А поэтому в случае высокотемпературных применений следует учитывать коэффициенты теплового расширения материалов, из которых изготовлены различные компоненты регулирующего клапана.
Раскрытие изобретения
Представленное устройство, предназначенное для использования с гидравлическим клапаном, включает корпус, конфигурация которого позволяет фиксировать положение клетки гидравлического клапана. Кроме того, представленное устройство содержит множество выступов на наружной поверхности своего корпуса. Каждый из множества выступов предназначен обеспечивать одну или несколько точек контакта между этим корпусом и внутренней поверхностью крышки, прикрепленной к гидравлическому клапану.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан известный гидравлический клапан.
На Фиг.2 показан предлагаемый вариант гидравлического клапана, имеющего предлагаемый фиксатор клетки и клетку.
На Фиг.3 показан представленный фиксатор клетки клапана по Фиг.2, имеющий множество выступов на наружной поверхности.
На Фиг.4 показан альтернативный вариант гидравлического клапана, имеющего пружинный элемент между представленным фиксатором клетки и клеткой.
На Фиг.5 показана блок-схема алгоритма, представляющая пример процесса, который может быть выполнен для получения описанных здесь вариантов устройства.
На Фиг.6 показан один из множества выступов представленного варианта фиксатора клетки по Фиг.2 до его механической обработки.
На Фиг.7 показан один из множества выступов представленного варианта фиксатора клетки по Фиг.2 после его механической обработки.
На Фиг.8 показан другой вариант представленного фиксатора клетки, имеющего множество кольцевых выступов на своей наружной поверхности.
На Фиг.9 показан пример варианта крышки, имеющей множество выступов на своей внутренней поверхности.
Осуществление изобретения
Конкретные варианты показаны на указанных выше фигурах и описаны подробно ниже. При описании этих вариантов для обозначения одинаковых или подобных элементов применяются подобные или идентичные числовые обозначения. Указанные фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые особенности и виды на фигурах могут быть показаны в увеличенном масштабе или в схематичном виде для большей ясности и/или краткости. Кроме того, в данном описании приведено несколько вариантов. Любые характеристики любого из представленных вариантов могут быть включены в качестве замены или какой-либо другой комбинации с другими характеристиками других вариантов.
Описанные здесь варианты относятся к гидравлическим клапанам, имеющим динамическое соединение между, например, фиксатором клетки гидравлического клапана и крышкой. Такое динамическое соединение позволяет фиксатору клетки клапана перемещаться (например, скользящим перемещением) по отношению к крышке для аккомодации и компенсации теплового расширения или сжатия корпуса клапана, фиксатора клетки клапана, крышки, клетки и/или других компонентов клапана. Описанные здесь варианты существенно уменьшают величину теплового расширения фиксатора клетки гидравлического клапана за счет того, что в них позволяется применять фиксатор клетки клапана, изготовленный из материала (например, стального материала), подобного или идентичного материалу, из которого изготовлена крышка, прикрепленная к гидравлическому клапану. Благодаря уменьшению величины теплового расширения фиксатора клетки сама клетка, находящаяся на одной оси с фиксатором клетки и прижимающаяся к нему, может нажимать на седельное кольцо для того, чтобы удерживать седельное кольцо в нужном положении внутри корпуса клапана, тем самым устраняя необходимость применять крепежные детали для крепления седельного кольца к корпусу клапана. Такой подход может уменьшить величину деформирующего усилия, воздействующего на это седельное кольцо в случае крепления седельного кольца к корпусу клапана, а также упрощает сборку и/или разборку гидравлического клапана.
В некоторых из описанных здесь вариантов для того, чтобы фиксатор клетки клапана мог быть изготовлен из материала, подобного или идентичного материалу, из которого изготовлена крышка, с которой фиксатор клетки клапана находится в контакте, множество выступов, изготовленных из материала, отличающегося от материала крышки и материала фиксатора клетки клапана, расположено радиально по окружности наружной поверхности фиксатора клетки клапана. В целом, это множество выступов играет роль прокладки между наружной поверхностью фиксатора клетки клапана и внутренней поверхностью крышки, тем самым предотвращая постоянный плотный контакт наружной поверхности фиксатора клетки клапана с внутренней поверхностью крышки. Такое предотвращение постоянного плотного контакта наружной поверхности фиксатора клетки клапана с внутренней поверхностью крышки практически исключает возможность того, что фиксатор клапана и крышка со временем неразрывно соединятся (например, под воздействием коррозии) друг с другом, а следовательно, может быть достигнуто динамическое соединение между этими компонентами.
На Фиг.1 показан известный гидравлический клапан 100, который имеет корпус 102 клапана, в котором имеется проточный канал 104 между входом 106 и выходом 108. Крышка 110 прикреплена к корпусу клапана 102 посредством множества крепежных деталей 112 и включает отверстие 114 для приема штока 116. Конец 118 штока 116 выступает из крышки 110 и оперативно связан с приводом (не показано), а противоположным своим концом 120 шток 116 связан с запирающим элементом 122 (например, с плунжером клапана).
Для управления прохождением текучей среды через корпус 102 гидравлического клапана в промежутке между входом 106 и выходом 108 расположен затвор клапана 124, предназначенный обеспечить определенные характеристики потока (например, пониженный уровень шума и/или кавитации, создаваемых потоком текучей среды при прохождении через клапан 100). Затвор 124 клапана включает подвесную клетку 126, запирающий элемент 122 и шток 116.
Для фиксации положения подвесной клетки 126 по отношению к корпусу клапана 102 подвесная клетка 126 содержит фланец 128, устанавливаемый в канавку 130, проходящую по окружности в корпусе 102, и прижимающийся к части 132 крышки 110. В типичном случае подвесную клетку 126 изготовляют из нержавеющей стали, а корпус 102 клапана и крышку 110 обычно изготовляют из другого стального материала, имеющего не такой коэффициент теплового расширения, как у нержавеющей стали. А поэтому подвесная клетка 126, корпус клапана 102 и/или крышка 110 могут расширяться и/или сжиматься с разными скоростями и/или величинами в процессе воздействия, например, термического цикла на гидравлический клапан 100. Для того чтобы компенсировать такую разность в величине и/или скорости теплового расширения/сжатия (например, расширения подвесной клетки 126 с большей скоростью и/или на большую величину, чем у корпуса клапана 102 и/или крышки 110), между краем 136 подвесной клетки 126 и седельным кольцом 138, расположенным, по меньшей мере, частично внутри прохода 140 корпуса клапана 102, образован зазор 134. Седельное кольцо 138 прикрепляют или фиксируют к корпусу клапана 102 посредством множества крепежных деталей 142 (например, тридцати (30) крепежных деталей).
Для обеспечения герметичного контакта между седельным кольцом 138 и корпусом 102 клапана в промежуток между этими седельным кольцом 138 и корпусом 102 клапана помещают подпружиненное уплотнение (уплотнения) и/или спирально-навитую прокладку 144. В процессе сборки клапана 100 во время прижатия седельного кольца 138 к корпусу 102 клапана крепежными деталями 142 подпружиненное уплотнение (уплотнения) 144 воздействует на седельное кольцо 138 с противоположно направленным усилием, что в некоторых случаях может деформировать седельное кольцо 138. Вызванная этим деформация может не позволить запирающему элементу 122 надлежащим образом (например, герметично) прижиматься к седельному кольцу 138, а следовательно, не позволить запирающему элементу 122 надлежащим образом управлять прохождением потока текучей среды через клапан 100. Для того чтобы уменьшить или устранить эту деформацию, после установки седельного кольца 138 (например, после затягивания крепежных деталей 142) это седельное кольцо 138, уже прикрепленное к корпусу 102 клапана, можно подвергнуть механической обработке, что в типичном случае является трудоемким и дорогостоящим процессом.
На Фиг.2 показан вариант гидравлического клапана 200, который имеет корпус 202 клапана, содержащий канал для прохождения потока текучей среды 204, расположенный между входом 206 и выходом 208. Крышка 210 крепится к корпусу 202 клапана с помощью множества крепежных деталей 212 и содержит отверстие 214 для приема штока 216. Конец 218 штока 216 выступает из корпуса крышки 220 и оперативно связан с приводом (не показано), а противоположный конец 222 штока 216 связан с запирающим элементом 224 (например, с плунжером клапана).
В отличие от клапанного затвора 124, показанного тна Фиг.1, клапанный затвор 226 представленного варианта гидравлического клапана 200 содержит фиксатор клетки клапана 228 (например, верхний фиксатор клетки клапана или направляющее устройство), клетку 230 клапана, запирающий элемент 224 и шток 216.
В целом конец 232 фиксатора клетки 228 клапана расположен, по меньшей мере, частично внутри корпуса 202 клапана и вплотную к крышке 210, а противоположный конец 234 фиксатора клетки клапана 228 прижимается к концу 236 клетки 230 таким образом, что фиксатор клетки 228 и клетка 230 клапана коаксиально совмещены. Клетка 230 располагается внутри корпуса 202 клапана таким образом, что расположенные напротив друг друга ступеньки или буртики 238 и 240 клетки 230 и седла 242 (например, седельного кольца) прижимаются друг к другу и/или входят в зацепление для того, чтобы зафиксировать седло 242, по меньшей мере, частично внутри прохода 244 корпуса клапана 202. Такой подход устраняет необходимость фиксировать множеством крепежных деталей (например, крепежными деталями 142 по Фиг.1) седло 242 по отношению к корпусу 202 клапана, а следовательно, устраняет и деформацию, к которой в некоторых случаях приводит крепление седельного кольца (например, седельного кольца 138 по Фиг.1) к корпусу клапана (например, к корпусу 102 клапана по Фиг.1). Кроме того, устранение необходимости крепления седла 242 множеством крепежных деталей позволяет легче извлекать седло 242 из представленного варианта гидравлического клапана 200 и/или устанавливать его на место в клапане, например, во время операции по обслуживанию.
Однако фиксация седла 242 к корпусу клапана 202 посредством клетки 230 и фиксатора клетки 228, как показано на Фиг.2, ликвидирует зазор (например, зазор 134 по Фиг.1), позволяющий подвесной клетке (например, подвесной клетке 126 по Фиг.1) расширяться или сжиматься с другой скоростью и/или на другую величину, чем корпус клапана. В варианте, показанном на Фиг.2, вместо наличия зазора между клеткой 230 и седлом 242 для аккомодации теплового расширения/сжатия клетки 230, фиксатора 228 клетки, седла 242, корпуса 202 клапана и/или любых других компонентов клапана осуществляется динамическое соединение 252. Как будет подробнее описано ниже, динамическое соединение 252 позволяет клетке 230 и фиксатору 228 клетки расширяться/сжиматься (например, под воздействием термических циклов), в то же время позволяя клетке 230 оставаться в контакте с седлом 242 для обеспечения герметичности соединения седла 242 с проходом 244.
Кроме осуществления динамического соединения 252 конфигурация варианта по Фиг.2 также позволяет уменьшить общую величину теплового расширения/сжатия сборного узла из клетки 230 и фиксатора клетки 228. В частности, фиксатор 228 может быть изготовлен из стального материала, а клетка 230 может быть изготовлена из нержавеющей стали, которая в типичном случае расширяется быстрее и/или на большую величину, чем стальной материал клетки 230. Конкретно в варианте по Фиг.2 гидравлический клапан 200 может быть снабжен фиксатором клетки 228, изготовленным из первого материала (например, из стального материала), имеющего относительно меньший коэффициент теплового расширения, чем второй материал (например, материал из нержавеющей стали), из которого изготовлена клетка 230. Применение материала с относительно меньшим коэффициентом теплового расширения для изготовления фиксатора 228 клетки снижает общую величину теплового расширения сборного узла из клетки 230 и фиксатора 228 клетки приблизительно наполовину (1/2) по сравнению с цельной клеткой (не показана), изготовленной из нержавеющей стали, или с узлом, в котором и фиксатор клетки 228, и клетка 230 изготовлены из нержавеющей стали. Кроме того, такой подход позволяет изготовлять клетку 230 в целом из устойчивого к коррозии материала (например, из нержавеющей стали), что снижает вероятность заклинивания запирающего элемента 224 внутри клетки 230 и/или его неспособности прижиматься к седлу 242.
Наличие в гидравлическом клапане 200 фиксатора клетки 228, изготовленного из первого материала с относительно меньшим коэффициентом теплового расширения, чем второй материал, из которого изготовлена клетка 230, снижает величину теплового расширения по сравнению с описанными выше альтернативными вариантами. Однако если внешняя или наружная поверхность 248 фиксатора клетки 228 должна постоянно прижиматься к внутренней поверхности 250 крышки 210, то со временем между наружной поверхностью 248 фиксатора клетки 228 и внутренней поверхностью 250 крышки 210 может происходить коррозия, поскольку фиксатор 228 клетки и крышка 210 могут быть изготовлены из подобного или идентичного материала (например, стального материала) с подобными или идентичными коэффициентами теплового расширения. Такая коррозия может практически застопорить фиксатор 228 клетки по отношению к крышке 210, тем самым приводя к нарушению функционирования динамического соединения 252 и затрудняя извлечение клапанного затвора 226 из гидравлического клапана 200. Например, если фиксатор 228 клетки застопорится (например, вследствие коррозии) в крышке 210, то динамическое соединение 252 перестанет функционировать, и фиксатор 228 клетки может оказаться не способным больше перемещаться по отношению к крышке 210 во время термических циклов. В результате этого фиксатор 228 и клетка 230 могут не справиться с функцией удержания седла 242 в герметичном соединении с проходом 244 корпуса 202 клапана, и/или соосность клапанного затвора 226 может быть нарушена, тем самым отрицательно повлияв на качество работы гидравлического клапана 200.
Как показано на Фигурах 2 и 3, для того чтобы не допустить нарушения функционирования динамического соединения 252 вследствие коррозии или подобных причин, наружная поверхность 248 фиксатора клетки 228 снабжена множеством выступов 254 (Фиг.3), каждый из которых имеет относительно небольшую площадь поверхности, и указанные выступы радиально расположены по наружной поверхности 248. Представленный вариант фиксатора клетки 228, показанный на Фиг.3, снабжен тремя выступами 254, однако представленный вариант фиксатора клетки 228 может включать любое количество выступов 254 (например, 1, 2, 3 и т.д.), имеющих одинаковую или разную форму.
В общем случае каждый из выступов 254 обеспечивает одну или несколько точек контакта между наружной поверхностью 248 фиксатора клетки 228 и внутренней поверхностью 250 крышки 210, тем самым осуществляя динамическое соединение 252 между фиксатором клетки 228 и крышкой 210. В частности, для поддержания динамического соединения 252 каждый из выступов 254 может быть изготовлен из третьего материала, например из таких материалов, как сплав стеллита, сплав кобальта, не подверженный коррозии материал и т.п., в то время как крышка 210 и фиксатор 228 клетки могут быть изготовлены из первого материала, например из стального материала. Материалы, из которых изготовлены выступы 254, фиксатор 228 клетки и крышка 210, практически предотвращают возможность коррозионного сцепления крышки 210 и фиксатора 228 клетки друг с другом с течением времени. Как указывалось выше, если наружная поверхность 248 фиксатора 228 клетки должна прижиматься (например, постоянно прижиматься) к внутренней поверхности 250 крышки 210, то такое взаимодействие могло бы привести к коррозионному сцеплению поверхностей 248 и 250 друг с другом. В других вариантах (хотя это и не показано) наружная поверхность 248 в качестве альтернативы или дополнения может быть покрыта коррозионно-стойким материалом, например хромом, который играет роль буфера между наружной поверхностью 248 и внутренней поверхностью 250 для поддержания динамического соединения 252. В таких вариантах представленный фиксатор клетки 228 может не снабжаться выступами 254.
Для того чтобы собрать гидравлический клапан 200, седло 242 располагают, по меньшей мере, частично внутри прохода 244, а клетку 230 вставляют в корпус 202 клапана таким образом, чтобы расположенные напротив друг друга ступеньки 238 и 240, соответственно, клетки 230 и седла 242 прижались друг к другу и/или вошли в зацепление. Затем фиксатор 228 клетки устанавливают в корпусе 202 клапана таким образом, чтобы торец 234 фиксатора 228 клетки прижимался к расположенному напротив торцу 236 клетки 230, а другой торец 232 фиксатора клетки располагался вплотную к крышке 210. Затем крышку 210 можно совместить с корпусом клапана 202 и прикрепить к нему с помощью крепежных деталей 212. Конкретно, часть 262 крышки 210 располагается таким образом, что внутренняя поверхность 250 крышки 210 окружает наружную поверхность 248 фиксатора 228 клетки, а выступы 254 располагаются между поверхностями 248 и 250.
Для того чтобы компенсировать разность коэффициентов теплового расширения клетки 230 по отношению к фиксатору 228 клетки, корпусу 202 клапана и/или крышке 210, можно вплотную к ступеньке 260, образованной фиксатором 228 клетки, поместить смещающий элемент 258 (например, пружину или уплотнение). Конкретнее, этот смещающий элемент 258 может реагировать (например, расширяться или сжиматься) на относительное положение фиксатора 228 клетки и/или клетки 230 внутри корпуса 202 клапана. Например, в случае воздействия тепла (например, термического цикла) на гидравлический клапан 200 клетка 230 может расшириться (например, удлиниться), тем самым перемещая фиксатор 228 клетки, а следовательно, и ступеньку 260 по направлению к крышке 210, сжимая смещающий элемент 258.
Как отмечалось выше, выступы 254, располагающиеся между наружной поверхностью 248 и внутренней поверхностью 250, позволяют поддерживать динамическое соединение 252, а следовательно, и возможность перемещения фиксатора 228 клетки по отношению к крышке 210. В представленном на Фиг.2 варианте гидравлического клапана 200 смещающий элемент 258 расположен вплотную к крышке 210, однако этот смещающий элемент 258 можно установить в любое нужное положение. Например, на Фиг.4 показан вариант гидравлического клапана 400, в котором пружинный элемент 402 помещен внутри канавки 404 между фиксатором клетки 406 и клеткой 408.
Блок-схема алгоритма, показанная на Фиг.5, представляет процесс или способ 500, который можно выполнить для получения описанного здесь варианта устройства. В частности, на Фиг.5 показана блок-схема алгоритма, представляющая операции, которые можно выполнить для получения, например, представленного варианта фиксатора 228 клетки (Фиг.2) или любого другого из описанных здесь вариантов. Кроме того, хотя представленные на Фиг.5 операции описаны со ссылкой на блок-схему алгоритма по Фиг.5, однако можно задействовать и другие способы воплощения способа 500 по Фиг.5. Например, можно изменить порядок выполнения блоков и/или некоторые из описанных блоков можно изменять, исключать, делить на дополнительные блоки или комбинировать.
Подробно рассматривая Фиг.5 со ссылкой на Фиг.2, можно увидеть, что наружную поверхность 248 фиксатора клетки 228 (Фиг.2) подвергают механической обработке (блок 502) таким образом, чтобы диаметр 264 фиксатора клетки 228 (Фиг.2) был практически равным первому диаметру (например, первому заданному диаметру). В общем случае первый диаметр относительно меньше, чем внутренний диаметр 266 крышки 210 (Фиг.2). В некоторых вариантах первый диаметр может иметь диаметр приблизительно на пять миллиметров меньше второго диаметра, который будет описан ниже.
Затем представленный способ 500 определяет, достигнуто ли значение первого диаметра (блок 504) (например, достигнуто ли практическое равенство диаметра 264 фиксатора 228 клетки (Фиг.2) значению первого диаметра). Если представленный способ 500 определит, что значение первого диаметра не достигнуто, то управление возвращается к блоку 502. Однако если представленный способ 500 определит, что значение первого диаметра достигнуто, то управление переходит к блоку 506. Затем на наружную поверхность 248 (блок 506) фиксатора 228 клетки (Фиг.2) наносят сплав для формирования множества выступов 254, выступающих на наружной поверхности 248, как показано на Фиг.6, вдоль продольной оси 602 фиксатора 228 клетки.
В некоторых вариантах, как показано на Фиг.3, представленный вариант фиксатора 228 клетки (Фиг.2) может содержать три (3) выступа 254, расположенных по наружной поверхности 248 на равных расстояниях. Однако фиксатор 228 клетки (Фиг.2) может содержать любое количество выступов 254, которые могут располагаться по наружной поверхности 248 в любом приемлемом порядке размещения. Например, как показано на Фиг.8, множество выступов 802 может представлять собой множество колец, выступающих из наружной поверхности 804 фиксатора клетки 806. Показанный на Фиг.8 вариант содержит два выступа, однако предлагаемый вариант фиксатора клетки 806 может содержать любое количество выступов (например, 1, 2, 3, 4 и т.д.). В альтернативном варианте, как показано на Фиг.9, множеством выступов 906 может быть оснащена внутренняя поверхность 902 крышки 904, а не наружная поверхность 248 фиксатора 228 клетки. В таких вариантах выступы 906 могут быть направлены внутрь из внутренней поверхности 902.
Затем часть множества выступов 254 можно подвергнуть механической обработке (блок 508), как показано на Фиг.7, таким образом, чтобы диаметр фиксатора 228 клетки (Фиг.2) с множеством выступов 254 был практически равен второму диаметру (например, второму заданному диаметру). В общем случае этот второй диаметр соответствует внутреннему диаметру 266 крышки 210. Как показано на Фиг.7, в некоторых вариантах каждый из множества выступов 254 имеет удлиненную форму и может иметь поверхность 702 практически прямоугольной формы, которая должна, по меньшей мере, частично контактировать с внутренней поверхностью 250 крышки 210.
Затем представленный способ 500 определяет, достигнуто ли значение второго диаметра (блок 510) (например, выполнено ли условие, что диаметр фиксатора клетки 228 (Фиг.2), в совокупности с множеством выступов 254, практически равен второму диаметру). Если представленный способ 500 определит, что значение второго диаметра не достигнуто, то управление возвращается к блоку 508. Однако если представленный способ 500 определит, что значение второго диаметра достигнуто, то управление переходит к блоку 512, и представленный способ 500 определяет, следует ли ему подвергнуть механической обработке другой фиксатор клетки (блок 512). В противном случае представленный способ 500 по Фиг.5 будет закончен.
Здесь представлены конкретные варианты способов, устройств и готовых изделий, однако, объем настоящего изобретения не ограничивается только ими. Напротив, настоящая заявка охватывает все способы, устройства и готовые изделия, отчетливо подпадающие под действие пунктов прилагающейся формулы изобретения либо в буквальном смысле, либо согласно доктрине эквивалентов.