Клапан обратный

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к клапанам обратным, предназначенным для установки на трубопроводах, емкостях и другом оборудовании промысловых и газосборных пунктов, газоперерабатывающих заводов, подземных хранилищ газа, линейной части магистральных газопроводов, технологических обвязок компрессорных, дожимных газораспределительных и газоизмерительных станций в качестве устройств, предотвращающих обратный поток проводимой среды, преимущественно неагрессивного природного газа, содержащего жидкие углеводороды, этиленгликоль, турбинные масла, углекислый газ, метанол, воду и механические примеси.
Известен клапан обратный, содержащий корпус с размещенным в нем запорным органом, состоящим из седла и затвора, и имеющий уплотнительные поверхности, клапан выполнен съемным, а затвор - тарельчатым с возможностью осевого перемещения, при этом затвор взаимодействует с дополнительно установленной упорной крышкой посредством подпружиненной направляющей, а уплотнительные поверхности выполнены по конусу и снабжены уплотнениями, выполненными из полимерного материала, например, полиуретана (патент на полезную модель РФ №88092, МПК F16K 5/02, 2000 г.).
Недостатком этого устройства является то, что уплотнительный элемент геометрически выполнен сложной формы, что затрудняет произвести ремонт оборудования в кратчайшие сроки без применения механообрабатывающего оборудования, т.к. для работоспособности данного изделия обработку уплотнительного элемента и седельной части необходимо производить за одну установку, исключая погрешности. Недостатком является длительная притирка широкой уплотнительной поверхности конуса седла и в какой-то мере затруднительная с одновременно установленным полимерным уплотнением. Еще одним недостатком изделия является ограниченный диапазон применения уплотнительного элемента из полиуретана по температурному фактору.
Известен также клапан обратный, выполненный съемным, содержащий корпус, в котором смонтированы седло и тарельчатый затвор, установленный с возможностью осевого перемещения, при этом тарельчатый затвор через направляющую, оснащенную упругим элементом в виде пружины, взаимодействует с упорной крышкой, выполненной в виде кольца, разделенного диаметральными перегородками с образованием сквозных отверстий, и в которую запрессована втулка, центрирующая направляющую, ход которой ограничен с одной стороны седлом, с другой - упорной крышкой, при этом седло выполнено съемным и крепится в цилиндрической расточке корпуса гайкой, а упорная крышка в цилиндрической расточке корпуса крепится установочными винтами. Кроме того, затвор 6 снабжен уплотнительным кольцом 16, выполненным из полимерного материала, например, из полиуретана. (патент на полезную модель РФ № 208218, МПК F16K 15/06, 2021 г.).
Недостатками этого устройства, так же как и в предыдущей полезной модели являются: затрудненный ремонт уплотнительного элемента затвора из-за сложной геометрии; широкое поле для притирки уплотнительного конуса на седле клапана; ограниченный диапазон применения уплотнения по температурному фактору. Дополнительно к вышеперечисленным недостаткам можно добавить, что уплотнительный элемент, установленный в тарелке, большую часть времени находится под действием потока среды, тем самым происходит быстрый износ уплотнительных поверхностей под воздействием механических примесей, что ведет к внеплановому ремонту клапана.
Известен обратный клапан, включающий корпус, седло с нагрузонесущим и уплотнительным участками, запорный орган, направляющий элемент, эластичную прокладку, стопорное и уплотнительное кольца, при этом нагрузонесущий и уплотнительный участки седла, контактирующие с запорным органом, и поверхность запорного органа, контактирующая с упомянутыми участками седла, выполнены по сфере, причем уплотнительный участок седла представляет собой самоуплотняющуюся манжету, верхняя часть которой заострена в сторону движения жидкости и изогнута в направлении центра клапана (патент на изобретение РФ № 2237212, МПК F16K 15/04, 2004 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к предложенному, поэтому принято за прототип.
Недостатком прототипа является то, что геометрические размеры и форма уплотнительной поверхности манжеты и седла сложны в своем изготовлении, при проведении ремонта необходимо производить замену всего исполнительного механизма седла с манжетой и запорного элемента для обеспечения герметичности в затворной части клапана. Недостатками данной конструкции клапана так же является ограниченный диапазон применения уплотнения по температурному фактору и быстрой износ от воздействия механических примесей в проводимо среде.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности работы клапана обратного за счет увеличения срока его эксплуатации до ремонта.
Указанный технический результат достигается за счет того, что клапан обратный, содержит корпус с входным и выходным отверстиями, образующими проточную часть, смонтированные в корпусе седло с центральным отверстием для прохождения рабочей среды, подпружиненный затвор, установленный с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с седлом, фиксирующую втулку и уплотнительное кольцо, при этом седло выполнено с резьбовым участком на наружной поверхности и с наплавкой из высокотвердого материала, фиксирующая втулка выполнена с внутренней резьбой под указанный резьбовой участок наружной поверхности седла и с внутренней взаимодействующей с уплотнительным кольцом ступенчатой поверхностью, переходящей в сферическую, а затем в коническую поверхность, а наплавка выполнена с конической поверхностью, переходящей в сферическую поверхность, сопряженную со сферической поверхностью втулки с образованием ложемента под уплотнительное кольцо, при этом затвор в закрытом положении взаимодействует одновременно с уплотнительным кольцом и конической поверхностью наплавки.
Кроме того, втулка изготовлена из стали, наплавка изготовлена из высокотвердой стали, а уплотнительное кольцо изготовлено из полимера, устойчивого к температуре от -60°С до 250°С, а также устойчивого к бензинам, маслам и смазкам на нефтяной основе, нефти, к пресной и морской воде, в том числе кипящей, пару водяному, неагрессивному природному газу, газовому конденсату, метанолу.
Устройство иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен клапан обратный, продольный разрез;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 3 - седло в сборе со втулкой и уплотнительным кольцом, продольный разрез;
на фиг. 4 - вид Б на фиг 3;
на фиг. 5 - седло, продольный разрез;
на фиг. 6 - вид В на фиг. 5;
на фиг. 7 - фиксирующая втулка, подольный разрез;
на фиг. 8 - вид Г на фиг. 7;
на фиг. 9 - фиксирующая втулка в аксонометрии.
Клапан обратный содержит корпус 1 с входным «а» и выходным «б» отверстиями, образующими проточную часть. В корпусе 1 смонтированы седло 2 с центральным отверстием для прохождения рабочей среды, подпружиненный затвор 3, установленный с возможностью осевого перемещения и герметичного взаимодействия с седлом 2, фиксирующую втулку 4 (далее по тексту - втулка) и уплотнительное кольцо 5.
Затвор 3 выполнен тарельчатым и герметично закреплен на штоке 6. Герметичное соединение затвора 3 и штока 6 обеспечивается за счет колец 7 из терморасширенного графита (ТРГ), установленных между ними. Затвор в сборе со штоком перемещается по втулкам скольжения 8 и 9, запрессованным, соответственно, в седло 3 и в обтекатель 10. Уплотнительная поверхность затвора выполнена с наплавкой 11 из высокотвердого материала.
Седло 2 выполнено с наплавкой 12 из высокотвердого материала. На наружной поверхности седла 2 образован резьбовой участок 13, ограниченный буртом 14. Крепление седла 2 к корпусу 1 осуществляется разъемным соединением для возможности проведения ремонтных работ, связанных, в основном, с заменой уплотнительного кольца 5 и колец 7.
Фиксирующая втулка 4 выполнена с внутренней резьбой 15 под указанный резьбовой участок 13 наружной поверхности седла 2 и с внутренней взаимодействующей с уплотнительным кольцом 5 ступенчатой поверхностью - ступени 16, переходящей в сферическую «в», а затем в коническую «г» поверхность. Втулка 4 предназначена для фиксации уплотнительного кольца 4, а ее наружная цилиндрическая поверхность предназначена для соосной установки седла 2 в корпус 1.
Коническая поверхность «г» втулки 4 предназначена для плавного выхода проводимой рабочей среды и для того, чтобы затвор 3 обеспечивал уплотнительное поле с седлом 2, не задевая при этом втулку 4, т.е. затвор с конической поверхностью «г» втулки 4 не взаимодействует. Фиксирующая втулка 4 изготовлена из стали.
Наплавка 12 выполнена с конической поверхностью «д», переходящей в сферическую поверхность «е», сопряженную со сферической поверхностью «в» втулки 4 с образованием ложемента под уплотнительное кольцо 5. Наплавка 12 изготовлена из высокотвердой стали и выполнена для повышения износостойкости уплотнительного поля седло-затвор, являющимся основным уплотнением. Кроме того, она служит в роли ограничителя сжатия уплотнительного кольца 5, применяемого в качестве дублирующего уплотнения.
Затвор 3 в закрытом положении взаимодействует одновременно с уплотнительным кольцом 5 и с конической поверхностью «е» наплавки 12.
Уплотнительное кольцо 5 изготовлено из полимера, устойчивого к температуре от -60°С до 250°С, к бензинам, маслам и смазкам на нефтяной основе, нефти, к пресной и морской воде, в том числе кипящей, пару водяному, неагрессивному природному газу, газовому конденсату, метанолу.
Клапан обратный обеспечивает герметичность закрытого затвора в направлении, противоположном технологическому потоку рабочей среды.
Клапан обратный - ремонтопригодный, восстанавливаемый. Срок службы клапана обратного - 30-40 лет.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в заявленной формуле полезной модели, т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Перед установкой клапана обратного на трубопровод, производят сборку седла 2. Для этого в сферическую поверхность «е» наплавки 12 седла 2 устанавливают уплотнительное кольцо 5, затем навинчивают втулку 4 на резьбовой участок 13 седла 2 до упора в бурт 14. По мере навинчивания втулки 4, уплотнительное кольцо 5 располагается в ложементе, образованном сопряженными между собой сферическими поверхностями «е» и «в», а ступень 16 фиксирует уплотнительное кольцо 5 от выпадения. Собранное седло устанавливают в корпус 1 при помощи разъемных соединений. При этом наружная поверхность втулки 4 обеспечивает соосную установку седла в корпус и соосное размещение седла и корпусе.
Клапан обратный поставляется в закрытом состоянии, при котором тарельчатый затвор 3 плотно прилегает к седлу 2 основным и дублирующим уплотнительными поверхностями: «коническая поверхность наплавки седла - затвор» и «уплотнительное кольцо - затвор».
Клапан обратный работает следующим образом.
Клапан обратный устанавливают на трубопроводе по направлению потока жидкости. При повышении давления рабочая среда, преодолевая усилие пружины, отжимает затвор 3 от седла 2, который перемещается в осевом направлении вместе со штоком 6 во втулках 8 и 9, открывая клапан для прохода рабочей среды. Рабочая среда проходит через входное отверстие «а», через центральное отверстие седла 2, через проточную полость клапана и сквозные отверстия в обтекателе 10 - в выходное отверстие «б» и поступает далее в трубопровод.
При отключении линии нагнетания или аварийном обесточивании энергосистем поддержания давления затвор 3 перекрывает седло 2 под действием пружины и обратного напора рабочей среды, предотвращая поток рабочей среды в обратном направлении.
Использование заявленной полезной модели позволит повысить надежность работы клапана обратного за счет увеличения срока его эксплуатации до ремонта.
В заявленной полезной модели недостатки вышерассматриваемых клапанов устраняются следующими техническими решениями:
- с целью снижения времени и трудоемкости при проведении ремонта для обеспечения герметичности в затворе, замене подлежит только кольцо стандартного типоразмера без применения специализированного оборудования;
- за счет конструктивного исполнения уплотнения в затворе «сфера тарелки по кромке конуса седла» контакт приходится в линию, что облегчает притирку клапана;
- увеличен эксплуатационный диапазон температуры проводимой среды от минус 60 градусов до плюс 250 градусов за счет применения кольца из силикона;
- при эксплуатации клапана с рабочей средой, содержащей механические примеси, применены твердосплавные материалы (наплавки) на уплотнительных поверхностях деталей затвора, которые позволяют уменьшать износ уплотнительных поверхностей, тем самым увеличивая ресурс до проведения ремонта клапана;
Кроме того, расширяется арсенал средств определенного назначения, альтернативного известному из прототипа решению.