КЛАПАН С НАПРАВЛЕНИЕМ ПОТОКА РАБОЧЕЙ СРЕДЫ "НА ЗОЛОТНИК"

Предлагаемая полезная модель относится к области трубопроводной арматуры и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности для перекрытия потока жидких и газообразных сред, в том числе криогенных.
Известны отсечные клапаны серии 22с16нж с направлением потока рабочей среды «на золотник» (Гуревич Д.Ф., Воловик А.В. Арматура трубопроводов металлургических производств. М.: Металлургия, 1984, с.164), содержащие корпус с седлом, запорный орган со штоком, стойку (бугель), узел уплотнения штока и пневмопривод (мембранный исполнительный механизм).
К недостаткам вышеуказанных клапанов можно отнести то, что примененная конструктивная схема клапанов позволяет применять их только с малыми условными проходами на низком давлении рабочей среды, так как при больших условных проходах и высоком давлении рабочей среды требуется большое усилие для открытия клапана, а это ведет к росту габаритов и массы как пневмопривода, так и самого клапана, что, в свою очередь, уменьшает быстродейсвие клапана.
Известны отсечные клапаны ПФ 96004.100 и 96006.200...300 с направлением потока рабочей среды «на золотник» (Гуревич Д.Ф., Воловик А.В. Арматура трубопроводов металлургических производств. М.: Металлургия, 1984, с.164), содержащие корпус с двумя седлами, запорный орган со штоком, стойку (бугель), узел уплотнения штока и пневмопривод. В данных клапанах затвор
разгружен (гидростатически уравновешен) за счет применения двухседельной конструкции.
Недостатком этих клапанов является недостаточная герметичность в затворе, так как трудно обеспечить герметичное перекрытие двух седел одновременно, а также сложная конструкция корпуса клапана.
Прототипом предлагаемой полезной модели является клапан 2Z2369 с направлением потока рабочей среды «на золотник» (каталог фирмы VILAN, Франция), со вспомогательным затвором, содержащий корпус с седлом основного затвора, стойку, привод, шток, запорный орган, состоящий из золотника основного затвора с пружиной и вспомогательного затвора, причем золотник вспомогательного затвора жестко соединен со штоком и оба затвора имеют уплотнение типа «металл-металл». При открытии клапана вначале открывается вспомогательный затвор, а затем основной, чем обеспечивается разгрузка основного затвора и уменьшение управляющего усилия привода.
Недостатком данного клапана является то, что при работе со средами с высокой проникающей способностью, в том числе с криогенными, будут возникать большие протечки, так как уплотнение типа «металл-металл» не обеспечивает необходимой степени герметичности. Это сужает область применения и понижает надежность работы клапана.
Применение в затворах уплотнения типа «металл-эластомер», позволяющее повысить герметичность, для данного клапана невозможно по следующей причине. Усилие запирания на закрытый основной затвор передается со штока по двум путям: через пружину и вспомогательный затвор, который жестко соединен со штоком. При этом в зоне уплотнения вспомогательного затвора возникают большие удельные нагрузки, снижающие ресурс затвора и могущие вызвать его разрушение, так как допустимые удельные нагрузки уплотнения типа «металл-
эластомер» много меньше допустимых удельных нагрузок уплотнения типа «металл-металл». Уменьшение той части усилия запирания, которая приложена к вспомогательному затвору, путем применения более мощной пружины приведет к росту габаритов и массы запорного органа. При отсутствии давления рабочей среды в закрытом клапане в случае применения сильфонного уплотнения усилие, прилагаемое к вспомогательному затвору, еще более возрастет вследствие исчезновения выталкивающей силы, действующей на эффективную площадь сильфона, которая намного превышает площадь проходного сечения вспомогательного затвора. Уменьшение удельных нагрузок путем снижения запирающего усилия привода приведет к снижению быстродействия клапана, что также нежелательно.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы и расширение области применения клапана.
Поставленная задача решается за счет того, что клапан с направлением потока рабочей среды «на золотник», содержит корпус с седлом основного затвора, привод, шток, стойку с уплотнением штока, запорный орган, состоящий из золотника основного затвора с пружиной и вспомогательного затвора, причем в торце штока, в области основного затвора, выполнена соосно со штоком открытая со стороны седла основного затвора цилиндрическая полость, в которой последовательно и соосно со штоком установлены упругий элемент, золотник вспомогательного затвора с возможностью перемещения по оси цилиндрической полости и удерживающий их в цилиндрической полости фиксирующий элемент.
На фиг. изображен предлагаемый клапан с направлением потока рабочей среды «на золотник». Клапан содержит корпус 1 с седлом основного затвора 2, привод 3, шток 4, стойку с уплотнением штока 5, запорный орган, состоящий из
золотника основного затвора 6 с пружиной 7 и вспомогательного затвора, состоящего, в свою очередь, из золотника вспомогательного затвора 8, упругого элемента (пружины) 9 и седла вспомогательного затвора 10. В торце штока 4 в области основного затвора выполнена соосно с ним цилиндрическая полость 11. Фиксирующий элемент (стопорное кольцо) 12 удерживает золотник вспомогательного затвора 8 в полости 11. В золотниках 6 и 8 установлены выполненные из эластомера уплотнения 13 и 14.
Конструкция работает следующим образом.
При открытии привод 3 через шток 4 и фиксирующий элемент 12 поднимает золотник вспомогательного затвора 7, при этом выбирается зазор h, вспомогательный затвор открывается, рабочая среда из надзолотниковой зоны А сбрасывается в подзолотниковую зону Б, уменьшается перепад давления рабочей среды между зонами А и Б, соответственно уменьшается вызванное перепадом давления усилие, приложенное к золотнику основного затвора 6. Золотник 6 поднимается, клапан открыт.
Во время движения на закрытие привод 3 через шток 4 и пружину 7 передает усилие на золотник основного затвора 6. При этом пружина 7 удерживает вспомогательный затвор открытым и позволяет осуществить перепуск рабочей среды из зоны Б в зону А. После посадки золотника 6 на седло основного затвора 2 шток 4 продолжает движение до упора своим торцом в дно золотника 6. При этом золотник вспомогательного затвора 8 под воздействием упругого элемента (пружины) 9 садится на седло вспомогательного затвора 10 и вспомогательный затвор закрывается. Клапан закрыт. При этом запирающее усилие на золотник вспомогательного затвора 8 передается через упругий элемент 9 и ограничивается силой его упругости, подобранной так, чтобы обеспечить необходимое предварительное уплотнение вспомогательного затвора. Таким
образом, вспомогательный затвор выведен из числа элементов, непосредственно передающих усилие от привода на золотник основного затвора 6, что позволяет избежать возможности его перегрузки и разрушения.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает:
1) Повышение надежности работы клапана за счет выведения вспомогательного затвора из числа элементов, непосредственно передающих усилие от привода на золотник основного затвора, что позволяет исключить возможность его перегрузки и разрушения.
2) Расширение области применения клапана за счет обеспечения работы затвора с уплотнением типа «металл-эластомер», что повышает герметичность и позволяет работать с различными средами с высокой проникающей способностью, в том числе с криогенными.