Регулирующий осесимметричный клапан

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к регулирующим клапанам, предназначенным для регулирования и поддержания давления до и после установки клапана на заданных участках трубопровода путем дросселирования потока рабочей среды на вновь строящихся и реконструируемых существующих объектах линейной части магистральных трубопроводов и перекачивающих станций, на объектах магистрального нефтепроводного и нефтепродуктопроводного транспорта.
Известен регулирующий осесимметричный клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, (Патент RU №191873 U1, МПК F16K 1/12, F16K 1/226, F16K 47/08, приоритет от 10.01.2019, опубл. 26.08.2019).
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели, является клапан осесимметричный регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, втулку направляющую с каналом в виде кольцевой проточки на внешней поверхности в месте соединения ее с заглушкой обтекателя с каналами в виде проходных окон для перетока среды, (Патент RU №196436 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/14, приоритет от 09.09.2019, опубл. 28.02.2020).
Недостатком известных конструкций клапанов является то, что они не обеспечивают устранение кавитации при больших перепадах давления из-за использования в клапанах одного сепаратора, в результате чего невозможно обеспечить сохранение стабильной работы клапана.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является сохранение стабильной работы клапана путем установки в клапане антикавитационного устройства для гашения скорости течения среды при прохождении через клапан.
Для решения технической проблемы в регулирующем осесимметричном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор с отверстиями, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, согласно полезной модели, в сепараторе установлено антикавитационное устройство в виде перфорированного кольца с выполненными в нем радиальными отверстиями, при этом отверстия в сепараторе и кольце смещены относительно друг друга с образованием их лабиринтного расположения с возможностью движения среды с расширением и поворотами под прямым углом с последующим столкновением струй и их взаимным гашением.
Установка в сепараторе антикавитационного устройства в виде и перфорированного кольца с выполненными в нем радиальными отверстиями, и смещение отверстий в них относительно друг друга, обеспечивает образование их лабиринтного расположения, что способствует движению среды с расширением и поворотами под прямым углом с последующим столкновением струй и их взаимным гашением, и обеспечивает работоспособность клапана при перепаде рабочего давления на затворе при открытии и закрытии, а также возможность регулирования давления за счет перекрытия проходного сечения с равнопроцентной или линейной расходной характеристикой, герметичность в затворе по отношению к внешней среда, а следовательно надежность работы клапана и его долговечность.
Регулирующий осесимметричный клапан поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 - приведен общий вид клапана регулирующего осесимметричного, продольный разрез.
Регулирующий осесимметричный клапан состоит из следующих основных узлов и деталей:
1 - корпус,
2 - входной патрубок,
3 - выходной патрубок,
4 - обтекатель,
5 - кольцевой канал,
6 - втулка направляющая,
7 - фланец прижимной,
8 - винты,
9 - гайка,
10 - рейка,
11 - шток,
12 - поршень,
13 - сепаратор,
14 - радиальные отверстия в сепараторе,
15 - перфорированное кольцо,
16 - радиальные отверстия в перфорированном кольце,
17 - втулка прижимная,
18 - седло,
19 - кольцо опорное,
20 - уплотнение,
21 - уплотнение,
22 - уплотнение,
23 - винт,
24 - уплотнение,
25 - резиновые кольца,
26 - уплотнения,
27 - гайка с грязесъемником,
28 - втулка,
29 - подшипник,
30 - гайка с грязесъемником.
Регулирующий осесимметричный клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Центральная часть корпуса 1 выполнена в виде обтекателя 4, составляет одно целое с корпусом 1 и формирует проходной кольцевой канал 5 (фиг. 1). Со стороны входного патрубка 2 в левом торце обтекателя 4 корпуса 1 выполнена проточка под установку втулки направляющей 6 реечного механизма, закрепленную при помощи фланца прижимного 7, зафиксированного винтами 8. В левом торце обтекателя корпуса 1 имеется резьба, в которую ввернута гайка 9.
Втулка направляющая 6 имеет два взаимно перпендикулярных отверстия, обработанных с высокой точностью. В горизонтальном отверстии расположена рейка 10, а в вертикальном - шток 11. Рейка 10 и шток 11 снабжены зубьями, нарезанными под углом 45 градусов относительно оси с возможностью взаимодействия друг с другом посредством указанных зубьев, и возвратно-поступательного перемещения. Цилиндрические поверхности отверстий во втулке 6, а также поверхности рейки 10 и штока 11 имеют высокопрочное покрытие, что обеспечивает беззадирную работу механизма и минимальное трение.
На правом конце рейки 10 установлен поршень 12, который перемещается возвратно-поступательно совместно с рейкой 10. Наружная поверхность поршня 12 упрочнена методом ионного азотирования и взаимодействует с внутренней поверхностью сепаратора 13, установленного в расточке обтекателя 4 корпуса 1. Поршень 12 центрируется относительно внутренней поверхности сепаратора 13, при наличии постоянного минимального зазора между наружной поверхностью поршня 12 и внутренней поверхностью сепаратора 13 с радиальными отверстиями 14, установленного на выходе из кольцевого канала 5. При этом обеспечивается минимальный коэффициент трения в паре поршень - сепаратор.
В сепараторе 13 установлено антикавитационное устройство в виде перфорированного кольца 15, в котором выполнены радиальные отверстия 16. Отверстия 14 в сепараторе 13, и отверстия 16 в кольце 15 смещены относительно друг друга. Смещение отверстий 14, 16 в сепараторе 13 и перфорированном кольце 15, соответственно, образует лабиринтное расположение каналов и отверстий, где скорости течения среды контролируются за счет движения среды с расширением и поворотами под прямым углом с последующим столкновением струй и их взаимным гашением.
Для больших перепадов давления устанавливаются более одного перфорированного кольца в сепараторе.
Для выравнивания усилия на поршень 12 и рейку 10 от действия дифференциального давления рабочей среды, полости в клапане с одной и другой стороны от торцов рейки 10 сделаны сообщающимися. Выравнивание давления происходит через отверстия в поршне 12, каналы и полость в обтекателе 4 корпуса 1.
В сепараторе 13 выполнены несколько рядов радиальных отверстий 14. Наружная и внутренняя поверхности сепаратора 13 упрочнены методом ионного азотирования. Слева сепаратор 13 упирается в расточку обтекателя 4 корпуса 1.
К правому торцу сепаратора 13 втулкой прижимной 17 жестко крепится седло 18. Седло 18 зафиксировано в выходном патрубке 3.
В расточке обтекателя 4 корпуса 1 установлены кольцо опорное 19, уплотнение 20, обеспечивающие герметичность клапана в закрытом положении.
Для обеспечения герметичности поршня 12 в закрытом положении в полость, образованной профилированными поверхностями сепаратора 13 и седла 18, установлено уплотнение 21. В сепараторе 13 установлено уплотнение 22.
Резьбовая втулка прижимная 17 законтрена от откручивания винтом 23.
Поршень 12 выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока 11 и рейки 10 расположены в сформированных для них полостях. Внутренние полости реечного механизма изолированы относительно рабочей среды с целью исключения выталкивающего усилия от давления рабочей среды на шток 11. Герметичность внутренних полостей реечного механизма обеспечивают: по втулке направляющей 6 уплотнение 24, резиновые кольца 25, а по рейке 10 - уплотнение 26. Уплотнение 24 установлено в расточку втулки направляющей 6, и зафиксировано гайкой 27, в которой, для защиты манжет от механических включений, расположен грязесъемник.
Верхний конец штока 11 центрируется в корпусе при помощи втулки 28, в которой установлен подшипник 29 с уплотнениями, обеспечивающими герметичность клапана по отношению к внешней среде в случае выхода из строя внутренних уплотнительных элементов втулки направляющей 6 и рейки 10. Втулка 28 фиксируется в корпусе при помощи гайки 30, в которой установлен грязесъемник.
В верхнем фланце корпуса 1 выполнен канал для слива образующегося конденсата.
Регулирующий осесимметричный клапан работает следующим образом.
Принцип действия клапана состоит в поддержании давления «до себя» и «после себя», дросселированием потока нефтепродуктов посредством перемещения регулирующего органа, которым является поршень 12 вдоль оси сепаратора 13. При этом происходит открытие или закрытие определенного количества пропускных радиальных отверстий 14 в сепараторе 13, что влечет за собой изменение площади проходного сечения клапана.
Регулируемая среда поступает во входной патрубок 2 и, проходя кольцевым каналом 5, сформированным корпусом 1 и обтекателем 4, через радиальные отверстия 14 сепаратора 13, поступает в выходной патрубок 3. При необходимости уменьшения объема регулируемой среды (при закрывании клапана), поршень 12 посредством рейки 10 и штока 11, смещается приводом в правое положение, перекрывая отверстия 14 сепаратора 13. Объем проходящей регулируемой среды определяется числом открытых отверстий 14 в сепараторе 13. При полностью перекрытых отверстиях сепаратора 13 клапан закрыт, то есть при движении штока 11 вниз, рейка 10 перемещается вправо (на закрытие клапана). При движении штока 11 вверх, рейка 10 перемещается влево (на открытие клапана).
В закрытом положении клапана поршень 12 занимает крайнее правое положение. При этом уплотнение осуществляется прижатием поршня 12 к уплотнению 21, которое поджато к поверхности поршня 12 за счет сжатия, возникающего вследствие наличия перепада давления рабочей среды.
Для перевода клапана из положения «закрыто» в положение «открыто» на привод подается управляющий сигнал. Шток привода перемещается вверх, в соответствии с величиной управляющего сигнала. Через муфту привода усилие привода передается штоку 11, который, посредством зубьев, взаимодействуя с рейкой 10, перемещает ее, а, соответственно, и закрепленный на рейке 10 поршень 12, влево на открытие. Поршень 12, перемещаясь влево, открывает определенное количество отверстий 14 сепаратора 13, обеспечивая заданный расход и давление нефтепродукта. Максимальный ход регулирующего элемента определяется конструкцией и диаметром условного прохода клапана.
Закрытие клапана происходит аналогично открытию в противоположном направлении. При подаче сигнала на «закрытие», электропривод перемещает шток 11 вниз, тем самым, обеспечивая перемещение рейки 10 с поршнем 12 вправо на закрытие.
Для исключения больших перепадов давления рабочая среда проходит через сепаратор 13 с отверстиями 14 и антикавитационное устройство в виде сепаратора 13 с отверстиями 14 и перфорированного кольца 15 с отверстиями 16, имеющих лабиринтное расположение каналов и отверстий. В этом устройстве скорость течения среды контролируется за счет движения среды с расширением и поворотами под прямым углом с последующим столкновением струй и их взаимным гашением.
Таким образом, результатом усовершенствования конструкции регулирующего осесимметричного клапана, является повышение его надежности, сохранение стабильной работы клапана путем установки в клапане антикавитационного устройства, для исключения больших перепадов давления и обеспечивающего гашение скорости течения среды при прохождении через клапан.