РЕГУЛЯТОР РАСХОДА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ УЛУЧШЕННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ
FLUID FLOW CONTROL DEVICE THAT PROVIDES AN IMPROVED SEAL BY EXPLOITING DIFFERENTIAL THERMAL EXPANSION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к регуляторам расхода текучей среды, а в частности к регулятору расхода, обеспечивающему улучшенное уплотнение в регуляторе расхода путем использования дифференциального термического расширения между компонентами в регуляторе расхода.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Системы управления технологическим процессом обычно содержат различные компоненты для управления различными параметрами процесса. Например, система управления работой с текучей средой может содержать множество регулирующих клапанов для управления расходом, температурой и/или давлением текучей среды, протекающей через систему. Конечный продукт зависит от точности управления этими параметрами, что, в свою очередь, зависит от геометрии и характеристик регулирующих клапанов. Регулирующие клапаны, например, специально сконструированы и выбраны таким образом, чтобы обеспечивать определенные пропускные способности и изменения давления. Нарушение этих характеристик может влиять на качество конечного продукта.
[0003] Проектирование больших регулирующих клапанов, используемых при повышенных температурах, является очень сложной задачей. Как известно, регулирующий клапан может содержать одно или большее количество уплотнений для предотвращения утечки. Полимерное уплотнение, например, может быть расположено между кольцом седла клапана и корпусом клапана. Такие полимерные уплотнения могут быть неэффективны при использовании в условиях высоких температур, таких как температуры, превышающие 450 градусов Фаренгейта (232 градусов Цельсия). Кроме того, если компоненты большого регулирующего клапана (например, регулирующего клапана, размер отверстия или кольцевой диаметр которого составляет по меньшей мере шесть дюймов (15,24 см)) изготовлены из разных материалов, компоненты, вследствие того, что они изготовлены из разных материалов, имеют разные коэффициенты термического расширения, таким образом обуславливая дифференциальное термическое расширение между компонентами. В некоторых случаях, например, при использовании большого регулирующего клапана в условиях повышенных температур (например, температур, превышающих 1000 градусов Фаренгейта (538 градусов Цельсия)), это дифференциальное термическое расширение может быть крайне существенным. В регулирующих клапанах меньшего размера (например, регулирующих клапанах, размер отверстия которых составляет меньше шести дюймов (15,24 см)), одна прокладка может быть использована для компенсации любого дифференциального термического расширения между компонентами. Однако одна прокладка, обычно используемая в регулирующих клапанах меньшего размера, не может выдерживать дифференциальное термическое расширение, часто наблюдаемое в регулирующих клапанах большего размера. Одно решение заключается в существенном уменьшении количества сочетаний материалов для компонентов больших регулирующих клапанов. Однако, в таком случае, требуется изготовление больших регулирующих клапанов в целом из компонентов из одинакового материала. Альтернативно, требуется использование дорогостоящих элементов конструкции, таких как кольца седла, приваренные или закрепленные болтами в корпус клапана.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Один аспект данного изобретения содержит регулятор расхода текучей среды. Регулятор расхода текучей среды содержит корпус клапана, седло клапана, клапанную клетку и клапанный запорный элемент. В корпусе клапана образованы впускное отверстие, выпускное отверстие, проточный канал для текучей среды, проходящий между впускным отверстием и выпускным отверстием, и продольная ось. Корпус клапана имеет первый коэффициент термического расширения. Седло клапана расположено внутри корпуса клапана и задает отверстие, через которое проходит проточный канал для текучей среды. Клапанная клетка соединена с седлом клапана внутри корпуса клапана и задает внутреннее отверстие. Клапанная клетка имеет второй коэффициент термического расширения, отличающийся от первого коэффициента термического расширения. Клапанный запорный элемент имеет такой размер, чтобы обеспечивать возможность его введения во внутреннее отверстие клапанной клетки и возможность перемещения вдоль оси между закрытым положением, в котором клапанный запорный элемент взаимодействует с седлом клапана, и открытым положением. Регулятор расхода текучей среды дополнительно содержит сальник и уплотняющий узел. Сальник образован по меньшей мере одним из седла клапана и клапанной клетки. Уплотняющий узел расположен внутри сальника для образования уплотнения между корпусом клапана и клапанной клеткой. Уплотняющий узел находится в первом сжатом состоянии, в котором он обеспечивает первую радиальную и осевую силы сжатия.
Уплотняющий узел выполнен с возможностью перемещения во второе сжатое состояние, в котором он обеспечивает вторую радиальную и осевую силы сжатия, превышающие первую радиальную и осевую силы сжатия. Перемещение уплотняющего узла обусловлено дифференциальным термическим расширением между корпусом клапана и клапанной клеткой в направлении, параллельном продольной оси, и в направлении, поперечном продольной оси.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0005] На фиг. 1 показан вид в поперечном сечении регулирующего клапана, изготовленного в соответствии с идеями изобретения и использующего уплотняющий узел.
[0006] На фиг. 1А представлен вид части регулирующего клапана по фиг. 1 с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0007] На фиг. 2 представлен вид правой части регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями первого раскрытого примера настоящего изобретения, с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0008] На фиг. 3 представлен вид поперечного сечения уплотняющего узла по фиг. 2 в увеличенном масштабе.
[0009] На фиг. 4 представлен вид правой части регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями второго раскрытого примера настоящего изобретения с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0010] На фиг. 5 представлен вид правой части регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями третьего раскрытого примера настоящего изобретения с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0011] На фиг. 5А представлен вид уплотняющего узла по фиг. 5 с разрезом в увеличенном масштабе.
[0012] На фиг. 6 представлен вид правого участка регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями четвертого раскрытого примера настоящего изобретения с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0013] На фиг. 6А представлен вид уплотняющего узла по фиг. 6 с разрезом в увеличенном масштабе.
[0014] На фиг. 7 представлен вид правой части регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями пятого раскрытого примера настоящего изобретения с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
[0015] На фиг. 7А представлен вид уплотняющего узла по фиг. 7 с разрезом в увеличенном масштабе.
[0016] На фиг. 8 представлен вид правой части регулирующего клапана по фиг. 1 с уплотняющим узлом, изготовленным и собранным в соответствии с идеями шестого раскрытого примера настоящего изобретения с частичным разрезом в увеличенном масштабе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Настоящее изобретение относится к большому регулирующему клапану, содержащему корпус клапана, затвор клапана и уплотняющий узел, выполненный с возможностью уплотнения регулирующего клапана в условиях высоких температур (например, температур, превышающих 450 градусов Фаренгейта (232 градусов Цельсия)). Высокотемпературный уплотняющий узел расположен в большом регулирующем клапане для обеспечения улучшенного уплотнения путем использования дифференциального термического расширения между корпусом клапана и затвором клапана, которые могут быть изготовлены из разных материалов, в вертикальном или осевом направлении, и в горизонтальном или радиальном направлении.
[0018] На фиг. 1 изображен регулирующий клапан 100, изготовленный в соответствии с принципами настоящего изобретения. Регулирующий клапан 100 может быть большим (например, имеющим отверстие с размером, превышающим 6 дюймов (15,24 см)) регулирующим клапаном (например, полноходным клапаном Fisher) с поступательным движением штока, содержащим угловой корпус 104 клапана, колпак 108 и затвор 112 клапана. Корпус 104 клапана задает впускное отверстие 116, выпускное отверстие 120 и проточный канал 124 для текучей среды, проходящий между впускным отверстием 116 и выпускным отверстием 120. Колпак 108 соединен с корпусом 104 клапана посредством множества крепежных элементов 128 с возможностью отсоединения. В свою очередь, колпак 108 соединяет корпус 104 клапана с приводом (не показано).
[0019] Хотя в настоящем описании явным образом не проиллюстрировано, компоненты затвора 112 клапана могут быть легко удалены (т.е., такие компоненты не приварены или ввинчены) из корпуса 104 клапана путем убирания колпака 108. Соответственно, затвор 112 клапана может быть назван "быстросменным" затвором клапана или имеющим характеристику "быстросменяемости". Затвор 112 клапана расположен в проточном канале 124 для текучей среды между впускным отверстием 116 и выпускным отверстием 120. Затвор 112 клапана содержит седло 132 клапана, неразъемную (т.е., цельную) подвесную клапанную клетку 136 и узел 140 пробки или штока, расположенный для смещения в корпусе 104 клапана для управления расходом текучей среды через проточный канал 124 для текучей среды. Текучая среда может представлять собой газ (например, воздух, природный газ) или жидкость (например, воду, сжиженный природный газ).
[0020] Седло 132 клапана является кольцом седла клапана, расположенным внутри корпуса 104 клапана. Седло 132 клапана задает отверстие 144, через которое проходит проточный канал 124 для текучей среды. Клапанная клетка 136 в целом выполнена в цилиндрической конструкции, содержащей внутреннюю поверхность 145 и наружную поверхность 146 и образующей внутреннее отверстие 148. Как известно в данной области техники, клетка 136 клапана может обеспечивать определенные характеристики потока текучей среды (например, уменьшение шума и/или кавитации, образуемой потоком текучей среды через клапан 100). Для этого клапанная 136 клетка может, например, содержать один или более каналов, отверстий или окон.
[0021] Клапанная клетка 136 в целом соединена с седлом 132 клапана внутри корпуса 104 клапана. Седло 132 клапана и клетка 136 могут быть соединены болтами или закреплены вместе (например, посредством одного или более винтов), соединены стержнем, резьбой друг с другом, приварены друг к другу, соединены друг с другом посредством трения, или посредством сочетания этих способов. Седло 132 клапана и корпус 104 клапана не приварены друг к другу (это бы исключило характеристику "быстроменяемости" затвора клапана).
[0022] Узел 140 пробки/штока содержит клапанный запорный элемент 152, соединенный со штоком 156 клапана. Клапанный запорный элемент 152 имеет такой размер, чтобы обеспечивать возможность его введения во внутреннее отверстие 148 и возможность перемещения вдоль продольной оси А между закрытым положением (фиг. 1), в котором клапанный запорный элемент 152 примыкает к (например, взаимодействует с) седлу 132 клапана для предотвращения протекания текучей среды через проточный канал 124 для текучей среды, и открытым положением (не показано), в котором клапанный запорный элемент 152 расположен на расстоянии или смещен от седла 132 клапана для обеспечения возможности протекания текучей среды через проточный канал 124 для текучей среды. Клапанный запорный элемент 152, изображенный на фиг. 1, является сбалансированным клапанным запорным элементом с наружной поверхностью 160 и парой сквозных отверстий 164. Наружная поверхность 160 в целом является цилиндрической окружной поверхностью. Сквозные отверстия 164 сообщаются по текучей среде с путем 124 потока текучей среды. Соответственно, давление в корпусе 104 клапана сбалансировано с двух сторон клапанного запорного элемента 152, даже во время нахождения дросселирующего элемента в закрытом положении. Шток 156 клапана отходит от корпуса 104 клапана через колпак 108 и может быть соединен с приводом (не показано) таким образом, чтобы обеспечивать возможность регулирования приводом положения узла 140 пробки/штока, а более конкретно положение клапанного запорного элемента 152 относительно проточного канала 124 для для регулирования потока текучей среды через регулирующий клапан 100.
[0023] В других примерах регулирующий клапан 100 может представлять собой другой тип регулирующего клапана, такой как, например, сферический регулирующий клапан, поворотный регулирующий клапан (например, клапан Fisher Vee-Ball™ V150, клапан Fisher Vee-Ball™ V300 и т.д.), запорный клапан или другой регулирующий клапан. Кроме того, компоненты регулирующего клапана 100 (например, корпус 104 клапана, седло 132 клапана, клетка 136 клапана и т.д.) могут отличаться от явным образом проиллюстрированных в настоящем описании. Например, впускное отверстие 116, выпускное отверстие 120 и проточный канал 124 для текучей среды, проходящий между ними, могут различаться по форме и/или размеру, и при этом все же выполнять предназначенные функции. В качестве другого примера, форма, размер и/или конфигурация седла 132 клапана и клапанной клетки 136 могут различаться в соответствии со следующим описанием. Клапанная клетка 136, например, может являться двухкомпонентной клеткой, содержащей верхний участок клетки и нижний участок клетки.
[0024] Со ссылкой на фиг. 1А, регулирующий клапан 100 также содержит кольцевой сальник 168, в целом образованный по меньшей мере одним из седла 132 клапана и клапанной клетки 136. Кольцевой сальник 168 является негативным или незаполненным пространством таким как, например, углубление или частичная полость, в которой могут быть расположены другие компоненты регулирующего клапана 100. Кольцевой сальник 168 может быть образован (например, между) соединениями или поверхностями взаимодействия между поверхностями седла 132 клапана и клапанной клетки 136. В зависимости от размера, формы и/или конфигурации корпуса 104 клапана, седла 132 клапана и клапанной клетки 136, сальник 168 может быть выполнен с прямоугольным поперечным сечением (фиг. 2 и 3), квадратным поперечным сечением, поперечным сечением неправильной формы (фиг. 5-8), или поперечным сечением другой формы. Приведенные в качестве примера сальники 168, такие как сальник 268, сальник 468, сальник 668 и сальник 868, будут описаны далее в сочетании с фиг. 2-8.
[0025] Как вкратце описано ранее, компоненты регулирующего клапана 100 обычно изготовлены из разных материалов. В соответствии с настоящим описанием корпус 104 клапана и компоненты затвора 112 клапана (например, седло 132 клапана, клапанная клетка 136) могут быть изготовлены из разных материалов. Другими словами, корпус 104 клапана может быть изготовлен из первого материала, а компоненты затвора 112 клапана (например, седло 132 клапана и/или клапанная клетка 136) могут быть изготовлены из второго материала, отличающегося от первого. В некоторых вариантах реализации седло 132 клапана и клапанная клетка 136 могут быть изготовлены из разных материалов.
[0026] Корпус 104 клапана, например, может быть изготовлен из литейного чугуна, меди, углеродистой стали, легированной стали, нержавеющей стали (например, кованой нержавеющей стали), различных сплавов, другого материала или их сочетаний. Затвор 112 клапана (например, седло 132 клапана и/или клапанная клетка 136), например, может быть изготовлен из литейного чугуна, меди, углеродистой стали, легированной стали, нержавеющей стали (например, 316 нержавеющей стали), различных сплавов, другого материала или их сочетаний. В любом случае, так как разные материалы имеют или характеризуются разными коэффициентами термического расширения, корпус 104 клапана и компоненты затвора 112 клапана имеют или характеризуются разными коэффициентами термического расширения. В одном примере корпус 104 клапана изготовлен из углеродистой стали, имеющей коэффициент термического расширения которой а (например, коэффициент составляет 10,8 мм/мм/° Цельсия при температуре 20 градусов Цельсия), а седло 132 клапана и клапанная клетка 136 изготовлены из нержавеющей стали, имеющей коэффициент термического расширения Р (например, коэффициент составляет 17,3 мм/мм/° Цельсия при температуре 20 градусов Цельсия), причем β отличается от α.
[0027] Соответственно, в ответ на термические изменения (например, увеличение или уменьшение температуры), корпус 104 клапана и затвор 112 клапана (например, седло 132 клапана, клапанная клетка 136) выполнены с возможностью расширения или сокращения относительно друг друга вдоль или в направлении, параллельном продольной оси А, и/или вдоль поперечной оси, перпендикулярной продольной оси А. Другими словами, дифференциальное термическое расширение или сжатие может происходить между корпусом 104 клапана и затвором 112 клапана в осевом направлении и/или в радиальном направлении. В некоторых случаях это термическое расширение или сокращение может быть существенным. Известные большие регулирующие клапаны, в частности, известные уплотнения или узлы уплотнения (например, пластиковые уплотнения), установленные в больших регулирующих клапанах, не выполнены с возможностью выдерживать такое дифференциальное термическое расширение или сокращение в осевом направлении и/или в радиальном направлении, а любое подобное дифференциальное термическое перемещение может приводить к существенной утечке между корпусом 104 клапана и одним или более компонентами затвора 112 клапана.
[0028] Таким образом, в настоящем изобретении предложен уплотняющий узел 172, расположенный внутри сальника 168 для образования уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 112 клапана (например, седло 132 клапана, клапанная клетка 136), и для компенсации дифференциального термического расширения между корпусом 104 клапана и затвором 112 клапана в направлении, параллельном продольной оси А, и в направлении, поперечном продольной оси (т.е., в таком осевом и/или радиальном направлениях). Уплотняющий узел 172 не только компенсирует такое дифференциальное термическое расширение, но уплотняющий узел 172 фактически применяет или использует это дифференциальное термическое расширение для образования улучшенного уплотнения между корпусом 104 клапана и затвором 112 клапана в условиях разных (например, более высоких) температур. При образовании дифференциального термического расширения такого типа, уплотняющий узел 172 выполнен с возможностью перемещения из первого состояния сжатия, в котором уплотняющий узел 172 обеспечивает первую радиальную силу сжатия, во второе состояние сжатия, в котором уплотняющий узел 172 обеспечивает вторую радиальную силу сжатия, превышающую первую радиальную силу сжатия, образуя более прочное уплотнение между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 112 клапана.
[0029] В соответствии со следующим более подробным описанием уплотняющий узел 172 образован или может содержать один или более участков уплотнения, одну или более прокладок, удерживающий элемент уплотнения, прокладочное кольцо или их сочетания. Каждый из одного или более участков уплотнения в целом имеет коэффициент термического расширения, равный коэффициенту термического расширения корпуса 104 клапана или одного или более компонентов затвора 112 клапана. Уплотняющий узел 172 в целом не содержит одного или более полимерных уплотнений (как обычно используют в известных регулирующих клапанах), однако в других вариантах реализации одно или более полимерных уплотнений могут быть установлены в корпус 104 клапана. Одно или более уплотняющих колец и/или втулок (например, втулки из твердого углерода), например, могут быть использованы в сочетании с одним или более полимерными уплотнениями для поддержания одного или более полимерных уплотнений. Приведенные в качестве примера уплотняющие узлы 172, такие как уплотняющий узел 272, уплотняющий узел 472, уплотняющий узел 672 и уплотняющий узел 872, будут описаны далее в сочетании с фиг. 2-8.
[0030] Один или более участков уплотнения, одна или более прокладок, удерживающий элемент уплотнения и/или прокладочное кольцо может быть установлено внутри сальника 168 посредством посадки (например, прессовой посадки), нагревания или охлаждения (например, горячая запрессовка), установочной направляющей или рукава, или другим способом, и/или может быть расположено, как показано на любой из фиг. 2-8 или другим способом. В некоторых вариантах реализации уплотняющий узел 172 может быть расположен в другом участке внутри регулирующего клапана 100. Например, уплотняющий узел 172 может примыкать к вершине или верхнему участку клапанной клетки 136, расположенной на расстоянии от седла 132 клапана.
[0031] Путем предоставления уплотняющего узла 172, описанного в настоящем описании, регулирующий клапан 100 может таким образом сохранять характеристику "быстросменяемости", при этом быть сконфигурированным для работы в условиях рабочей температуры в пределах между приблизительно -325 градусов Фаренгейта (-198.33 градусов Цельсия) и приблизительно 1100 градусов Фаренгейта (593.33 градусов Цельсия), и более конкретно в условиях рабочей температуры, превышающей приблизительно 450 градусов Фаренгейта (232.22 градусов Цельсия).
[0032] На фиг. 2 и 3 представлен подробный вид в поперечном сечении правого участка приведенного в качестве примера регулирующего клапана 200, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 200 содержит корпус 104 клапана и клапанный запорный элемент 152, описанный на фиг. 1, однако выполнен с затвором 212 клапана и уплотняющим узлом 272, расположенным в сальнике 268. Затвор 212 клапана, являющийся примером затвора 112 клапана, содержит седло 232 клапана и клапанную клетку 236.
[0033] Седло 232 клапана является одним примером седла 132 клапана. Как показано на фиг. 2, седло 232 клапана имеет обращенную внутрь поверхность 240, обращенную наружу поверхность 244 и отходящий по направлению наружу кольцевой фланец 248. Кольцевой фланец 248 имеет верхнюю поверхность 252, нижнюю поверхность 256, обращенную наружу поверхность 260, проходящую между ними, отверстие 264, образованное верхней поверхностью 252 и нижней поверхностью 256, и проходящее через них.
[0034] Клапанная 236 клетка является одним примером клапанной клетки 136, изображенной на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, клапанная клетка 236 имеет обращенную внутрь поверхность 270, обращенную наружу поверхность 274, нижнюю поверхность 276 и отверстие 280, образованное нижней поверхностью 276 и проходящее через нее, а также проходящее в клапанную клетку 236. Обращенная наружу поверхность 274 имеет первую проходящую в продольном направлении поверхность 274а, первый ступенчатый участок 274b, вторую проходящую в продольном направлении поверхность 274с, второй ступенчатый участок 274d и третью проходящую в продольном направлении поверхность 274е. Вторая поверхность 274с расположена радиально по направлению внутрь от первой поверхности 274а, а третья поверхность 274е расположена радиально по направлению внутрь от второй поверхности 274с. Первый ступенчатый участок 274b проходит между первой и второй поверхностями 274а, 274с, и соединяет их. Второй ступенчатый участок 274d проходит между второй и третьей поверхностями 274с, 274е, и соединяет их.
[0035] Как показано на фиг. 3, седло 232 клапана и клапанная клетка 236 в целом образуют сальник 268. Более конкретно, сальник 268 образован верхней поверхностью 252 кольцевого фланца 248, и вторым ступенчатым участком 274d и третьей поверхностью 274е обращенной наружу поверхности 274.
[0036] На фиг. 3 также изображены дополнительные детали вокруг уплотняющего узла 272, который является одним примером уплотняющего узла 172 по фиг. 1. Как показано на фиг. 3, уплотняющий узел 272 является шестикомпонентным уплотняющим узлом, содержащим первый участок 272а уплотнения, второй участок 272b уплотнения, третий участок 272с уплотнения, четвертый участок 272d уплотнения, первый смещающий элемент 272е и второй смещающий элемент 272f. Первый и второй участки 272а, 272b уплотнения изготовлены из одинакового материала с клапанной клеткой 236 таким образом, что первый и второй участки 272а, 272b уплотнения имеют коэффициент термического расширения, приблизительно равный коэффициенту термического расширения клапанной клетки 236. Третий и четвертый участки 272с, 272d уплотнения изготовлены из одинакового материала с корпусом 104 клапана таким образом, что третий и четвертый участки 272с, 272d уплотнения имеют коэффициент термического расширения, приблизительно равный коэффициенту термического расширения корпуса 104 клапана. Смещающие элементы 272е, 272f, изображенные на фиг. 3, являются прокладками со спиральной намоткой и изготовлены из графитовых и металлических навивок, но смещающие элементы 272е, 272f в других вариантах реализации могут являться смещающим элементом другого типа и/или быть изготовлены из соответствующего металла или другого подходящего материала. В других примерах смещающие элементы 272е, 272f могут быть совмещены в один смещающий элемент (например, одну прокладку со спиральной намоткой).
[0037] Как показано на фиг. 3, уплотняющий узел 272 расположен в сальнике 268. Первый и второй участки 272а, 272b уплотнения примыкают к участкам клапанной клетки 236. В частности, первый участок 272а уплотнения непосредственно примыкает ко второму ступенчатому участку 274d и третьей поверхности 274е клапанной клетки 236, а второй участок 272b уплотнения находится в контакте с первым участком 272а уплотнения и непосредственно под ним, и непосредственно примыкает к третьей поверхности 274е клапанной клетки 236 и верхней поверхности 252 кольцевого фланца 248. Третий участок 272 с уплотнения непосредственно примыкает ко второму ступенчатому участку 274d клапанной клетки 236, а четвертый участок 272d уплотнения непосредственно примыкает к верхней поверхности 252 кольцевого фланца 248. Как показано на фиг. 3, прокладки 272е, 272f расположены внутри кольцевой канавки 273, образованной участками 272а-272d уплотнения и между ними. В этом положении первая прокладка 272е взаимодействует (например, контактирует) с L-образной внутренней поверхностью 275а первого участка 272а уплотнения и L-образной внутренней поверхностью 275 с третьего участка 272с уплотнения, а вторая прокладка 272f, взаимодействующая или контактирующая с первой прокладкой 272е, взаимодействует или контактирует с L-образной внутренней поверхностью 275b второго участка 272b уплотнения и L-образной внутренней поверхностью 275d четвертого участка 272d уплотнения. Благодаря такой конфигурации первая и вторая прокладки 272е, 272f зажаты и ограничены между участками 272а-272d уплотнения. Более конкретно прокладка 272е ограничена в осевом и радиальном направлениях L-образными внутренними участками 275а, 275с и второй прокладкой 272f. Вторая прокладка 272f ограничена в осевом и радиальном направлениях L-образными участками 275b, 275d и первой прокладкой 272е.
[0038] Первая и вторая прокладки 272е, 272f зажаты и ограничены между участками 272а - 272d уплотнения в радиальном направлении и в осевом (например, продольном) направлении. То есть, первая и вторая прокладки 272е, 272f выполнены с возможностью приложения радиальной и/или осевой сил к участкам 272а - 272d уплотнения в соответствии со следующим более подробным описанием.
[0039] Как показано на фиг. 2 и 3, при расположении седла 232 клапана и клапанной клетки 236 в корпусе 104 клапана, (i) обращенная наружу поверхность 244 седла 232 клапана непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 270 клапанной клетки 236, (ii) верхняя поверхность 252 кольцевого фланца 248 непосредственно примыкает к нижней поверхности 276 клапанной клетки 236, (iii) отверстие 264 седла 232 клапана выровнено (например, соосно) с отверстием 280 клапанной клетки 236, (iv) вторая поверхность 274 с клапанной клетки примыкает к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана, (v) обращенная наружу поверхность 260 кольцевого фланца 248 примыкает к другому участку обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана, и (vi) третий и четвертый участки 272с, 272d уплотнения примыкают к участкам корпуса 104 клапана, в частности, участкам обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана.
[0040] При такой конфигурации, верхний горизонтальный (например, радиальный) зазор 294а (фиг. 3) образован между обращенной внутрь поверхностью 290 корпуса 104 клапана и второй поверхностью 274с клапанной клетки 236, и между обращенной внутрь поверхностью 290 корпуса 104 клапана и обращенной наружу поверхностью 260 кольцевого фланца 248, а вертикальный или осевой зазор 298 образован между проходящей в горизонтальном направлении поверхностью 302 корпуса 104 клапана и первым ступенчатым участком 274b клапанной клетки 236. Нижний горизонтальный (например, радиальный) зазор 294b образован между обращенной внутрь поверхностью 290 корпуса 104 клапана и обращенной наружу поверхностью 260 кольцевого фланца 248. Размер верхнего и нижнего зазоров 294а и 294b может в целом равняться максимальному количеству термического расширения, допустимого в поперечном или радиальном направлении (т.е., направлении, поперечном продольной оси А, показанной на фиг. 1). Размер зазора 298 может в целом равняться максимальному количеству термического расширения, допустимого в продольном или осевом направлении (т.е., направлении, параллельном продольной оси А). В этом примере, верхний и нижний зазоры 294а и 294b равняются приблизительно 0,020 дюйма (0,508 см), а зазор 298 равняется приблизительно 0,25 дюйма (6,35 см). Для компенсации большего или меньшего термического расширения в радиальном и/или осевом направлении, размер верхнего и нижнего зазоров 294а и 294b и/или зазора 298 выполнен с возможностью регулировки.
[0041] Со ссылкой на фиг. 2, седло 232 клапана привинчено или затянуто к клапанной клетке 236 посредством множества винтов или крепежных элементов 306 (например, множество винтов с головкой с углублением под ключ). Это, в свою очередь, сжимает участки уплотняющего узла 272. Более конкретно, прокладки 272е, 272f сжаты до требуемой высоты и диаметра участками 272а-272d уплотнения внутри сальника 268. Прокладки 272е, 272f могут быть сжаты до различной высоты и/или диаметра, например, путем регулирования размера и/или формы участков 272а-272d уплотнения. В любом случае, прокладки 272е, 272f сжаты в достаточной степени для обеспечения возможности генерации прокладками 272е, 272f радиальной силы, достаточной для улучшения герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 212 клапана (например, седло 232 клапана, клапанная клетка 236). При привинчивании или затягивании седла 232 клапана и клапанной клетки 236 друг к другу, обеспечивается толкание или смещение третьего и четвертого участков 272с, 272d уплотнения в радиальном направлении наружу к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана с примыканием к ней, чтобы улучшать герметичное уплотнение между корпусом 104 клапана и затвором 212 клапана, и образовывать горизонтальный или радиальный зазор 310 между (i) первым участком 272а уплотнения и третьим участком 272с уплотнения, и (ii) вторым участком 272b уплотнения и четвертым участком 272d уплотнения (см. фиг. 3). Зазор 310 может по существу равняться зазору 294, описанному ранее. В настоящем описании эта конфигурация также названа первым состоянием сжатия.
[0042] Со ссылкой на фиг. 3, при увеличении рабочей температуры, корпус 104 клапана, имеющий первый коэффициент термического расширения, расширяется со скоростью, отличающейся от скорости седла 232 клапана и клапанной клетки 236, которые имеют второй коэффициент термического расширения, отличающийся от первого коэффициента термического расширения. Другими словами, при увеличении рабочей температуры регулирующего клапана 200, дифференциальное термическое расширение образуется между корпусом 104 клапана и седлом 232 клапана, и клапанной клеткой 236. Уплотняющий узел 272 не только компенсирует, но и использует это дифференциальное термическое расширение для обеспечения улучшенного уплотнения. Дифференциальное термическое расширение между корпусом 104 клапана и седлом 232 клапана, и клапанной клеткой 232 перемещает уплотняющий узел 272 во второе состояние сжатия, которое приводит в действие или толкает первый и второй участки 272а, 272b уплотнения и третий и четвертый участки 272с, 272d уплотнения по направлению друг к другу, сжимая прокладки 272е, 272f в радиальном направлении, закрывая по меньшей мере участок зазора 310, эквивалентного зазору 294. В свою очередь, прокладки 272е, 272f прикладывают увеличенную радиальную силу сжатия (по сравнению с радиальной силой перед расширением), таким образом обуславливая более высокие напряжения на стыке и обеспечивая более эффективное уплотнение между корпусом 104 клапана и затвором 212 клапана. Это термическое расширение также приводит в действие или толкает первый и третий участки 272а, 272с уплотнения по направлению ко второму и четвертому участкам 272b, 272d уплотнения, сжимая прокладки 272е, 272f в осевом направлении, закрывая по меньшей мере участок зазора 298, и дополнительно увеличивая радиальную силу сжатия, прикладываемую прокладками 272е, 272f. Так как первый и второй участки 272а, 272b уплотнения имеют одинаковый коэффициент термического расширения с седлом 232 клапана и клеткой 236, скорость расширения первого и второго участков 272а, 272b уплотнения равняется скорости расширения седла 232 клапана и клапанной клеткой 236. Аналогично, так как третий и четвертый участки 272с, 272d уплотнения имеют одинаковый коэффициент термического расширения с корпусом 104 клапана, скорость расширения третьего и четвертого участков 272с, 272d уплотнения равняется скорости расширения корпуса 104 клапана. В результате, напряжения на стыке на внутреннем диаметре уплотняющего узла 272 и наружном диаметре уплотняющего узла 272 по существу однородны.
[0043] Альтернативно, первый и/или второй участки 272а, 272b уплотнения могут быть изготовлены из материала, имеющего характеристики термического расширения, незначительно отличающиеся от затвора 212 клапана, а третий и/или четвертый участки 272с, 272d уплотнения могут быть изготовлены из материала, имеющего характеристики термического расширения, незначительно отличающиеся от корпуса 104 клапана. Например, участки 272а, 272b и 272с, 272d уплотнения могут быть изготовлены из материалов, имеющих большие коэффициенты термического расширения, чем клапанная клетка 236 и корпус 104 клапана, соответственно. В любом случае, путем выбора материала (материалов) для участков 272а, 272b, 272с, и/или 272d уплотнения, имеющих разные характеристики термического расширения, на внутреннем диаметре и/или наружном диаметре уплотняющего узла 272 могут быть образованы более высокие напряжения на стыке. Эти более высокие напряжения на стыке могут увеличить уплотняющие свойства уплотняющего узла 272 и/или увеличить срок эксплуатации уплотняющего узла 272 и/или его компонентов.
[0044] Таким образом, уплотняющий узел 272 использует дифференциальное термическое расширение между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 212 клапана в осевом направлении и радиальном направлении для обеспечения и поддержания улучшенного и герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 212 клапана в условиях разных (например, более высоких) температур.
[0045] На фиг. 4 представлен вид в поперечном сечении правого участка другого приведенного в качестве примера регулирующего клапана 350, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 350 по существу идентичен регулирующему клапану 200 и содержит идентичные компоненты, обозначенные одинаковыми ссылочными обозначениями. Регулирующий клапан 350 содержит уплотняющее кольцо 354. Уплотняющее кольцо 354 изготовлено из графита, но может быть изготовлено из другого материала.
[0046] Как показано на фиг. 4, компоненты уплотняющего узла 272 и уплотняющее кольцо 354 расположены внутри корпуса 104 клапана. Компоненты уплотняющего узла 272 и уплотняющее кольцо 354 могут быть установлены посредством или с использованием установочного рукава 358, выполненного с возможностью скольжения в осевом направлении. Хотя не показано на фиг. 4, уплотняющий узел 272 и уплотняющее кольцо 354 изначально частично расположены внутри корпуса 104 клапана с затвором 212 клапана, расположенным рядом с рукавов или примыкающим к нему. Так как затвор 212 клапана расположен дальше внутри корпуса 104 клапана, рукав 358 удерживают в плотном примыкании к корпусу 104 клапана посредством силы трения, образованной компонентами уплотняющего узла 272 и уплотняющим кольцом 354, или вследствие нее; в это время, обеспечивается скольжение рукава 358 вверх вдоль второй продольный поверхности 274с клапанной клетки 236. Обеспечивается толкание уплотняющего узла 272 и уплотняющего кольца 354 в корпус 104 клапана и впоследствии достижение ими полностью собранного положения, изображенного на фиг. 4.
[0047] После установки уплотняющее кольцо 354 расположено между (i) верхним участком уплотняющего узла 272, содержащего первый и третий участки 272а, 272с уплотнения и прокладку 272е, и (ii) нижним участком уплотняющего узла 272, содержащим второй и четвертый участки 272b, 272d уплотнения и прокладку 272f. При такой конфигурации уплотняющее кольцо 354 выполнено с возможностью дополнительного уменьшения любой утечки между седлом 232 клапана и корпусом 104 клапана. Когда прокладки 272е, 272f сжаты, как описано ранее, прокладки 272е, 272f сжимают уплотняющее кольцо 354 и толкают уплотняющее кольцо 354 по направлению к корпусу 104 клапана или во взаимодействие с ним таким образом, чтобы обеспечивать возможность дополнительного образования уплотняющим кольцом 354 герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 212 клапана (например, клапанной клеткой 236). В это время прокладки 272е, 272f защищают уплотняющее кольцо 354 от выдавливания, которое привело бы к деформации и уменьшило бы уплотняющее свойство уплотняющего кольца 354.
[0048] На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении правого участка приведенного в качестве примера регулирующего клапана 400, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 400 аналогичен регулирующему клапану 200 и содержит идентичные компоненты, обозначенные одинаковыми ссылочными обозначениями. Регулирующий клапан 400 содержит корпус 104 клапана и клапанный запорный элемент 152, однако выполнен с затвором 412 клапана и уплотняющим узлом 472, расположенным в сальнике 468. Затвор 412 клапана, являющийся примером затвора 112 клапана, содержит седло 232 клапана и клапанную клетку 436.
[0049] Клапанная 436 клетка является еще одним примером клапанной клетки 136. Клапанная клетка 436 подобна клапанной клетке 236, описанной в сочетании с фиг. 2 и 3, однако имеет конфигурацию, незначительно отличающуюся от клапанной клетки 236. Как показано на фиг. 5, клапанная клетка 436 имеет обращенную внутрь поверхность 470, обращенную наружу поверхность 474, нижнюю поверхность 476 и отверстие 480, образованное нижней поверхностью 476 и проходящее через нее, а также проходящее в клапанную клетку 436. Как показано на фиг. 5 и 5А, обращенная наружу поверхность 474 имеет первую проходящую в продольном направлении поверхность 474а, первый ступенчатый участок 474b, вторую проходящую в продольном направлении поверхность 474с, второй ступенчатый участок 474d, третью проходящую в продольном направлении поверхность 474е, третий ступенчатый участок 474f и четвертую проходящую в продольном направлении поверхность 474g Вторая поверхность 474с расположена радиально по направлению внутрь от первой поверхности 474а, третья поверхность 474е расположена радиально по направлению внутрь от второй поверхности 474с, а четвертая поверхность 474g расположена радиально по направлению внутрь от третьей поверхности 474е. Первый ступенчатый участок 474b проходит между первой и второй поверхностями 474а, 474с, и соединяет их. Второй ступенчатый участок 474d проходит между второй и третьей поверхностями 474с, 474е, и соединяет их. Третий ступенчатый участок 474f проходит между третьей и четвертой поверхностями 474е, 474g, и соединяет их.
[0050] Как показано на фиг. 5 и 5А, седло 232 клапана и клапанная клетка 436 образуют сальник 468. Более конкретно сальник 468 образован верхней поверхностью 252 кольцевого фланца 248 и вторым ступенчатым участком 474d, третьей поверхностью 474е, третьим ступенчатым участком 474f и четвертой поверхностью 474g обращенной наружу поверхности 474.
[0051] Уплотняющий узел 472 является еще одним примером уплотняющего узла 172. Как показано на фиг. 5, приведенный в качестве примера уплотняющий узел 472 является двухкомпонентным уплотняющим узлом, содержащим уплотнение 472а и смещающий элемент 472b. Уплотнение 472а и корпус клапана 104 изготовлены из одинакового материала таким образом, что уплотнение 472а имеет коэффициент термического расширения, приблизительно равный коэффициенту термического расширения корпуса 104 клапана. Смещающий элемент 472b, аналогично смещающему элементу 272е или 272f, является прокладкой со спиральной намоткой, изготовленной из графитовых и металлических навивок. В других примерах уплотнение 472а и клапанная клетка 436 могут быть изготовлены из одинакового материала таким образом, что уплотнение 472а имеет коэффициент термического расширения, приблизительно равный коэффициенту термического расширения клапанной клетки 436. Аналогично, смещающий элемент 472b может являться другим смещающим элементом и/или быть изготовлен из другого материала, такого как соответствующий металл или другой подходящий материал.
[0052] Уплотняющий узел 472 расположен в сальнике 468. Уплотнение 472а непосредственно примыкает ко второму ступенчатому участку 474d клапанной клетки 436. Прокладка 472b примыкает к уплотнению 472а и примыкающим участкам клапанной клетки 436, и расположена радиально по направлению внутрь от них. В частности, прокладка 472b непосредственно примыкает к третьему ступенчатому участку 474f клапанной клетки 436, четвертой поверхности 474f клапанной клетки 436 и верхней поверхности 252 кольцевого фланца 248. В некоторых вариантах реализации прокладка 472b выполнена заодно с клапанной клеткой 436 таким образом, что она расположена в этом положении при расположении уплотняющего узла 472 в сальнике 468.
[0053] Седло 232 клапана, клапанная клетка 436 и уплотняющий узел 472 расположены в корпусе 104 клапана аналогично расположению седла 232 клапана, клапанной клетки 236 и уплотняющего узла 272 в корпусе 104 клапана, как описано в сочетании с фиг. 2 и 3. При такой конфигурации, уплотнитель 472а непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана, горизонтальный и радиальный зазор 494 образован между обращенной внутрь поверхностью 290 корпуса 104 клапана и второй поверхностью 474с клапанной клетки 436, и между обращенной внутрь поверхностью 290 корпуса 104 клапана и обращенной наружу поверхностью 260 кольцевого фланца 248, а вертикальный или осевой зазор 498 образован между проходящей в горизонтальном направлении поверхностью 302 корпуса 104 клапана и первым ступенчатым участком 474b клапанной клетки 436 (см. фиг. 5). Размер зазора 494 в целом равняется максимальному количеству термического расширения, допустимого в поперечном или радиальном направлении (т.е., направлении, перпендикулярном продольной оси А, показанной на фиг. 1). Размер зазора 498 в целом равняется максимальному количеству термического расширения, допустимого в продольном или осевом направлении (т.е., направлении, параллельном продольной оси А). В этом примере, зазор 494 равняется приблизительно 0,020 дюйма (0,508 см), а зазор 498 равняется приблизительно 0,25 дюйма (6,35 см). Для компенсации большего или меньшего термического расширения в радиальном и/или осевом направлении, размер зазоров 494 и/или 498 выполнен с возможностью регулировки.
[0054] Седло 232 клапана привинчено или затянуто к клапанной клетке 436 посредством множества винтов или крепежных элементов 506 (например, множество винтов с головкой с углублением под ключ). Это, в свою очередь, сжимает прокладку 472b до требуемой высоты и диаметра. Прокладка 472b может быть сжата до различной высоты и/или диаметра, например, путем регулирования размера и/или формы уплотнения 472а. В любом случае, прокладка 472b сжата в достаточной степени для обеспечения возможности генерации прокладкой 472b радиальной силы, достаточной для улучшения герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и затвором 412 клапана. При привинчивании или затягивании седла 232 клапана и клапанной клетки 436 друг к другу, обеспечивается толкание или смещение уплотнения 472а в радиальном направлении наружу к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана с примыканием к (например, контактом с) ней, чтобы улучшать герметичное уплотнение между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 412 клапана, и образовывать горизонтальный или радиальный зазор 510 между обращенной внутрь поверхностью уплотнителя 472а и третьей поверхностью 474е клапанной клетки 436. Зазор 510 по существу равняется зазору 494, описанному ранее. В настоящем описании эта конфигурация названа первым состоянием сжатия.
[0055] При увеличении рабочей температуры регулирующего клапана 400, корпус 104 клапана, имеющий первый коэффициент термического расширения, расширяется со скоростью, отличающейся от скорости седла 232 клапана и клапанной клетки 436, которые имеют второй коэффициент термического расширения, отличающийся от первого коэффициента термического расширения. Другими словами, при увеличении рабочей температуры регулирующего клапана 400, дифференциальное термическое расширение образуется между корпусом 104 клапана и седлом 232 клапана, и клапанной клеткой 436. Аналогично уплотняющему узлу 272, описанному ранее, уплотняющий узел 472 применяет или использует это дифференциальное термическое расширение для обеспечения уплотнения с улучшенными характеристиками. Дифференциальное термическое расширение между корпусом 104 клапана и седлом 232 клапана, и клапанной клеткой 436 перемещает уплотняющий узел 472 во второе состояние сжатия, которое приводит в действие или толкает уплотнение 472а по направлению к прокладке 472b в радиальном направлении, сжимая прокладку 472b и закрывая по меньшей мере участок зазора 510. В свою очередь, прокладка 472b прикладывает увеличенную радиальную силу (по сравнению с радиальной силой перед расширением), таким образом образуя более высокие напряжения на стыке и обеспечивая улучшенное уплотнение между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 412 клапана. Это термическое расширение также приводит в действие или толкает уплотнитель 472а и прокладку 472b по направлению друг к другу в осевом направлении, сжимая прокладку 472b, закрывая по меньшей мере участок зазора 498, и дополнительно увеличивая радиальную силу сжатия, прикладываемую прокладкой 472b. Так как уплотнение 472а и корпус 104 клапана имеют одинаковый коэффициент термического расширения, скорость расширения уплотнения 472а равняется скорости расширения корпуса 104 клапана.
[0056] Таким образом, уплотняющий узел 472 использует дифференциальное термическое расширение между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 412 клапана в осевом направлении и радиальном направлении для обеспечения и поддержания улучшенного и герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 412 клапана в условиях разных (например, более высоких) температур.
[0057] На фиг. 6 представлен вид в поперечном сечении правого участка другого приведенного в качестве примера регулирующего клапана 600, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 600 аналогичен регулирующим клапанам 200, 400 и содержит идентичные компоненты, обозначенные одинаковыми ссылочными обозначениями. Регулирующий клапан 600 содержит корпус 104 клапана и клапанный запорный элемент 152, однако выполнен с затвором 612 клапана и уплотняющим узлом 672, расположенным в сальнике 668. Затвор 612 клапана, являющийся еще одним примером затвора 112 клапана, содержит седло 632 клапана и клапанную клетку 636.
[0058] Седло 632 клапана является еще одним примером седла 132 клапана. Седло 632 клапана аналогично седлу 232 клапана, но имеет конфигурацию, незначительно отличающуюся от седла 232 клапана. Седло 632 клапана имеет обращенную внутрь поверхность 640, обращенную наружу поверхность 644 и отходящий по направлению наружу кольцевой фланец 648. Обращенная внутрь поверхность 640 по существу идентична обращенной внутрь поверхности 240 седла 232 клапана. Однако обращенная наружу поверхность 644 и фланец 648 отличаются от соответствующих деталей седла 232 клапана. Обращенная наружу поверхность 644 имеет первую проходящую в продольном направлении поверхность 644а, ступенчатый участок 644b и вторую проходящую в продольном направлении поверхность 644с. Ступенчатый участок 644b проходит между первой поверхностью 644а и второй поверхностью 644с, расположенной радиально по направлению наружу от первой поверхности 644а, и соединяет их таким образом, что седло 632 клапана имеет большую ширину между обращенной внутрь поверхностью 640 и второй поверхностью 644с, чем между обращенной внутрь поверхностью 640 и первой поверхностью 644а. Седло 632 клапана дополнительно содержит резьбовой участок 644d на или вдоль второй проходящей в продольном направлении поверхности 644с.
[0059] Кольцевой фланец 648 имеет верхнюю поверхность 652, нижнюю поверхность 656, отверстие 658, обращенную наружу поверхность 660 и кольцевую канавку 662. Отверстие 658 образовано нижней поверхностью 656 и проходит через нее, а также проходит в кольцевой фланец 648 и через него. Кольцевая канавка 662 образована верхней поверхностью 652 и обращенной наружу поверхностью 660, и выполнена с L-образным поперечным сечением.
[0060] Клапанная 636 клетка является еще одним примером клапанной клетки 136. Клапанная клетка 636 подобна клапанной клетке 436, описанной в сочетании с фиг. 5, однако имеет незначительно отличающуюся конфигурацию. Как показано на фиг. 6, седло 636 клапана имеет обращенную внутрь поверхность 670, обращенную наружу поверхность 674 и нижнюю поверхность 676. Как показано на фиг 6 и 6А, обращенная внутрь поверхность 670 имеет первую проходящую в продольном направлении поверхность 670а, первый ступенчатый участок 670b, вторую проходящую в продольном направлении поверхность 670с, второй ступенчатый участок 670d и третью проходящую в продольном направлении поверхность 670е. Вторая поверхность 670с расположена радиально по направлению наружу от первой поверхности 670а, а третья поверхность 670е расположена радиально по направлению наружу от второй поверхности 670с. Первый ступенчатый участок 670b проходит между первой и второй поверхностями 670а, 670с, и соединяет их. Второй ступенчатый участок 670d проходит между второй и третьей поверхностями 670с, 670е, и соединяет их. Клапанная клетка 636 дополнительно содержит резьбовой участок 670f на или вдоль третьей поверхности 670е. Обращенная наружу поверхность 674 и нижняя поверхность 676 по существу идентичны обращенной наружу поверхности 474 и нижней поверхности 476, соответственно, клапанной клетки 436, изображенной на фиг. 5.
[0061] Как показано на фиг. 6А, седло 632 клапана и клапанная клетка 636 в целом задают сальник 668, являющийся еще одним примером сальника 168. Более конкретно сальник 668 образован канавкой 662 кольцевого фланца 648 и вторым ступенчатым участком 674d, третьей поверхностью 674е, третьим ступенчатым участком 674f и четвертой поверхностью 674g обращенной наружу поверхности 674.
[0062] Уплотняющий узел 672 является еще одним примером уплотняющего узла 172. Как показано на фиг. 6А, приведенный в качестве примера уплотняющий узел 672 является трехкомпонентным уплотняющим узлом, содержащим уплотнение 672а, смещающий элемент 672b и удерживающий элемент 672 с уплотнения. Уплотнение 672а и смещающий элемент 672b подобны уплотнению 472а и смещающему элементу 472b, соответственно, уплотняющего узла 472, изображенного на фиг. 5. Удерживающий элемент 672с уплотнения является кольцевым удерживающим элементом уплотнения, выполненным с прямоугольным поперечным сечением.
[0063] Уплотняющий узел 672 расположен в сальнике 668 подобно расположению уплотняющего узла 472 в сальнике 468. Более конкретно уплотнение 672а и смещающий элемент 672b расположены аналогично уплотнению 472а и смещающему элементу 472b, соответственно. Удерживающий элемент 672с уплотнения частично расположен в канавке 662 кольцевого фланца 648 таким образом, что удерживающий элемент 672с уплотнения непосредственно примыкает (например, контактирует) с нижней стороной уплотнения 672а. То есть, удерживающий элемент 672с уплотнения выполнен с возможностью сжатия смещающего элемента 672b. В некоторых вариантах реализации крепежный элемент (например, винт, стержень и т.д.) может быть использован для сжатия смещающего элемента 672b посредством удерживающего элемента 672с уплотнения до требуемой высоты и/или диаметра.
[0064] При расположении седла 632 клапана, клапанной клетки 636 и уплотняющего узла 672 в корпусе 104 клапана, (i) обращенная наружу поверхность 644 седла 632 клапана непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 670 с клапанной клетки 636, (ii) резьбовой участок 644d седла 632 клапана взаимодействует с резьбовым участком 670f клапанной клетки 636, (iii) уплотнение 672а непосредственно примыкает к (например, контактирует с) обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана, и (iv) удерживающий элемент 672 с уплотнения непосредственно примыкает к другому участку обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана. При такой конфигурации горизонтальный или радиальный зазор 694 и вертикальный или осевой зазор 698 образованы в регулирующем клапане 600. Зазоры 694, 698 по существу идентичны зазорам 494 и 498, описанным ранее по фиг. 5.
[0065] В отличие от описанных ранее вариантов реализации, в которых кольцо седла и клетка были привинчены или затянуты друг к другу, седло 632 клапана и клапанная клетка 636 соединены резьбой (посредством резьбовых участков 644d, 644f) и соединены стержнем посредством множества стержней (не показано). Этот тип соединения устраняет необходимость наличия болтов кольца седла, которые могут являться дорогостоящими. В любом случае, действие стержней обеспечивает удержание удерживающим элементом 672с уплотнения сжатия смещающего элемента 672b на требуемой высоте и диаметре таким образом, что смещающий элемент 672b выполнен с возможностью генерации радиальной силы, достаточной для улучшения герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и седлом 632 клапана. При расположении седла 632 клапана, клапанной клетки 636 и уплотняющего узла 672 внутри корпуса 104 клапана, обеспечивается толкание или смещение уплотнения 672а по направлению радиально наружу к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана с примыканием к (например, контактом с) ней таким образом, чтобы образовывать горизонтальный или радиальный зазор 710 между обращенной внутрь поверхностью уплотнения 672а и третьей поверхностью 674е клапанной клетки 636. Зазор 710 по существу равняется зазору 694, описанному ранее. В настоящем описании эта конфигурация также названа первым состоянием сжатия.
[0066] При такой конфигурации, регулирующий клапан 600 функционирует аналогично регулирующим клапанам 200, 400, описанным ранее. Таким образом, уплотняющий узел 672 выполнен с возможностью использования дифференциального термического расширения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 612 клапана в осевом и радиальном направлениях для обеспечения улучшенного и герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 612 клапана в условиях разных (например, более высоких) температур.
[0067] На фиг. 7 представлен вид в поперечном сечении правого участка другого приведенного в качестве примера регулирующего клапана 800, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 800 подобен регулирующим клапанам 200, 400, 600, и содержит такие же компоненты, обозначенные одинаковыми номерными обозначениями. Регулирующий клапан 800 содержит корпус 104 клапана и клапанный запорный элемент 152, однако выполнен с затвором 812 клапана и уплотняющим узлом 872, расположенным в сальнике 868. Затвор 812 клапана, являющийся еще одним примером затвора 112 клапана, содержит седло 832 клапана и клапанную клетку 836.
[0068] Седло клапана 832 является еще одним примером седла 132 клапана. Седло 832 клапана подобно седлу 632 клапана, описанному в сочетании с фиг. 6, но имеет конфигурацию, незначительно отличающуюся от седла 632 клапана. Седло 832 клапана имеет обращенную внутрь поверхность 840 и обращенную наружу поверхность 844. Обращенная внутрь поверхность 840 по существу идентична обращенной внутрь поверхности 640. Обращенная наружу поверхность 844, аналогично обращенной наружу поверхности 644, имеет первую проходящую в продольном направлении поверхность 844а, первый ступенчатый участок 844b, вторую проходящую в продольном направлении поверхность 844с и резьбовой участок 844f. Поверхность 844с расположена радиально по направлению наружу от поверхности 844а. Ступенчатый участок 844b, который короче ступенчатого участка 644b, проходит между первой поверхностью 844а и второй поверхностью 844с, и соединяет их. Резьбовой участок 844f расположен на или вдоль второй поверхности 844с, как показано на фиг. 7. Вместо того, что кольцо 832 седла имеет отходящий наружу кольцевой фланец (как кольца 232, 632 седла), обращенная внутрь поверхность 844 также содержит второй ступенчатый участок 844d и третью проходящую в продольном направлении поверхность 844е, и задает кольцевую канавку 846. Третья поверхность 844е расположена радиально по направлению внутрь от обеих поверхностей 844а и 844с. Второй ступенчатый участок 844d соединяет поверхности 844с и 844е, и проходит между ними. Кольцевая канавка 846 образована вторым ступенчатым участком 844d и третьей поверхностью 844е, и выполнена с L-образным поперечным сечением.
[0069] Клапанная 836 клетка является еще одним примером клапанной клетки 136. Клапанная клетка 836 подобна клапанной клетке 636, описанной в сочетании с фиг. 6, однако имеет незначительно отличающуюся конфигурацию. Как показано на фиг. 7 и 7А, клапанная клетка 836 имеет обращенную внутрь поверхность 870, обращенную наружу поверхность 874, нижнюю поверхность 876 и отверстие 880. Со ссылкой на фиг. 7А, обращенная внутрь поверхность 870 незначительно отличается от обращенной внутрь поверхности 670, так как содержит второй ступенчатый участок 870d, который короче второго ступенчатого участка 670d в радиальном направлении для размещения ступенчатого участка 844b седла 836 клапана. Обращенная наружу поверхность 874 и нижняя поверхность 876 по существу идентичны обращенной наружу поверхности 674 и нижней поверхности 676, соответственно, седла 636 клапана. Отверстие 880, подобное отверстию 480, описанному в сочетании с фиг. 5, образовано нижней поверхностью 878 и проходит через нее, а также проходит в клапанную клетку 836.
[0070] Как показано на фиг. 7А, седло 832 клапана и клапанная клетка 836 задают сальник 868, который является еще одним примером сальника 168. Сальник 868 по существу подобен сальнику 668, но вместо частичного задания кольцевым фланцем (как сальник 668), сальник 868 частично образован обращенной наружу поверхностью 844 седла 832 клапана, в частности, кольцевой канавкой 846 седла 832 клапана.
[0071] Уплотняющий узел 872 является еще одним примером уплотняющего узла 172. Как показано на фиг. 7А, приведенный в качестве примера уплотняющий узел 872 является, аналогично уплотняющему узлу 672, трехкомпонентным уплотняющим узлом, содержащим уплотнение 872а, смещающий элемент 872b и удерживающий элемент 872 с уплотнения. Уплотнение 872а и смещающий элемент 872b подобны уплотнению 672а и прокладке 672b, соответственно, уплотняющего узла 672. Удерживающий элемент 872с уплотнения, аналогично удерживающему элементу 672 с уплотнения, является кольцевым удерживающим элементом уплотнения, однако удерживающий элемент 872с уплотнения содержит отверстие 874, образованное верхней и нижней поверхностями удерживающего элемента 872с уплотнения, и проходящее через них.
[0072] Уплотняющий узел 872 расположен в сальнике 868 подобно расположению уплотняющего узла 672 в сальнике 668. В частности, уплотнение 872а и смещающий элемент 872b расположены аналогично уплотнению 672а и смещающему элементу 672b, соответственно. Как показано на фиг. 7, удерживающий элемент 872с уплотнения частично расположен в канавке 846 таким образом, что удерживающий элемент 872с уплотнения непосредственно примыкает к (например, контактирует с) ступенчатому участку 844d седла 832 клапана, нижней поверхности 876 клапанной клетки 836, нижней стороне уплотнения 872а и нижней стороне смещающего элемента 872b. То есть, удерживающий элемент 872с уплотнения выполнен с возможностью сжатия смещающего элемента 872b до требуемой высоты и диаметра.
[0073] Как показано на фиг. 7, при расположении седла 832 клапана и клапанной клетки 836 в корпусе 104 клапана, обращенная наружу поверхность 844 седла 832 клапана непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 870 клапанной клетки 836, уплотнение 872а непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана, а удерживающий элемент 872с уплотнения непосредственно примыкает к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана. При такой конфигурации горизонтальный или радиальный зазор 894 и вертикальный или осевой зазор 898 образованы в регулирующем клапане 800. Зазоры 894, 898 по существу идентичны зазорам 494, 498, соответственно, описанным ранее по фиг. 5.
[0074] Аналогично седлу 232 клапана и клапанной клетке 436, седло 832 клапана и клапанная клетка 836 привинчены или затянуты друг к другу посредством множества винтов или крепежных элементов 906 (например, множество винтов с головкой с углублением под ключ). В свою очередь, это удерживает сжатие смещающего элемента 872b удерживающим элементом 872с уплотнения таким образом, что смещающий элемент 872b генерирует радиальную силу, достаточную для улучшения герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и седлом 832 клапана. При привинчивании или затягивании седла 832 клапана и клапанной клетки 836 друг к другу, обеспечивается толкание или смещение уплотнения 872а в радиальном направлении наружу к обращенной внутрь поверхности 290 корпуса 104 клапана с примыканием к ней, чтобы образовывать горизонтальный или радиальный зазор 910 между обращенной внутрь поверхностью уплотнителя 472а и третьей поверхностью 874е клапанной клетки 836. Зазор 910 по существу равняется зазору 894, описанному ранее. Эта конфигурация также описана в настоящем описании как первое состояние сжатия.
[0075] При такой конфигурации регулирующий клапан 800 функционирует подобно регулирующим клапанам 200, 400, 600, описанным ранее. Таким образом, уплотняющий узел 872 выполнен с возможностью использования дифференциального термического расширения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 812 клапана в осевом направлении и радиальном направлении для обеспечения улучшенного и герметичного уплотнения между корпусом 104 клапана и компонентами затвора 812 клапана в условиях разных (например, более высоких) температур.
[0076] На фиг. 8 представлен вид в поперечном сечении правого участка другого приведенного в качестве примера регулирующего клапана 1000, изготовленного и собранного в соответствии с идеями настоящего изобретения. Регулирующий клапан 1000 по существу идентичен регулирующему клапану 800 и содержит идентичные компоненты, обозначенные одинаковыми ссылочными обозначениями. Регулирующий клапан 1000 содержит второй смещающий элемент 1004. Второй смещающий элемент 1004, аналогично смещающему элементу 872b, является прокладкой со спиральной намоткой, изготовленной из графитовых и металлических навивок. Смещающий элемент 1004 расположен в пазе 1008 в обращенной наружу поверхности 844 седла 832 клапана и расположен между седлом 832 клапана, клапанной клеткой 836 и удерживающим элементом 872с уплотнения. При такой конфигурации смещающий элемент 1004 выполнен с возможностью предотвращения утечки, которая могла бы вытекать под головкой винта 906, через резьбовой участок 844f кольца 832 седла и наружу через радиально наружный диаметр клапанного запорного элемента 152.
[0077] В других примерах размер, форма, ориентация и/или конфигурация любого из корпусов клапана, седел клапана, клапанных клеток и/или компонентов, содержащихся в них, описанных в настоящем описании, могут изменяться, но все равно находиться в пределах объема и сущности настоящего изобретения.
[0078] В соответствии с предыдущим описанием следует понимать, что регулирующие клапаны, описанные в настоящем описании, содержат высокотемпературный уплотняющий узел, выполненный с возможностью одновременного улучшения герметичного уплотнения между корпусом большого регулирующего клапана и быстросменным затвором клапана, и применения или использования дифференциального термического расширения между компонентами больших регулирующих клапанов в радиальном направлении и/или осевом направлении для обеспечения еще лучшего уплотнения между корпусом большого регулирующего клапана и быстросменным затвором клапана. Таким образом, компоненты регулирующего клапана могут быть изготовлены из разных материалов (т.е., компоненты могут быть выбраны независимо от материала, из которого компоненты изготовлены), утечка между компонентами регулирующего клапана может быть уменьшена, утечка в компонентах уплотняющего узла или вокруг них может быть уменьшена (что, в свою очередь, может предотвратить повреждение компонентов), и регулирующие клапаны могут быть использованы в полном диапазоне температур между приблизительно -325 градусов Фаренгейта (-198 градусов Цельсия) и приблизительно 1100 градусов Фаренгейта (593 градусов Цельсия).