Запорный клапан
SHUT-OFF VALVE

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования в качестве запорного органа для перекрытия потока рабочей среды в трубопроводах, в частности в трубопроводах атомных энергетических установок, характеризующихся сложными условиями эксплуатации.
Известны конструкции клапанов запорных (см. патент на полезную модель RU 109254 U1, кл. F16K 1/32, F16K 27/02, 2011 г., патент на изобретение WO 2004094878 А1, кл. 7F16K 1/42, 2004 г.), содержащих корпус, в котором размещено сменное седло с уплотнительной поверхностью, взаимодействующей с запорным органом, установленном на штоке, управляемым приводом. Сменное седло с уплотнительной поверхностью поджимается к корпусу посредством втулки. Использование сменного седла позволяет улучшить условия необходимых работ по восстановлению герметичности уплотнительных поверхностей затвора.
Недостатком известных конструкций запорного клапана является снижение герметичности по затвору ввиду потери рабочего усилия от действия рабочего давления среды на шток и сильфон, что влечет за собой увеличение массо-габаритных характеристик привода и клапана в целом. Другим недостатком является снижение надежности обеспечения герметичности клапана относительно внешней среды по штоку и основному разъему при действии аварийного давления среды на затвор, что особенно недопустимо при использовании клапанов в атомных энергетических установках.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является запорный клапан кингстонного типа, когда движение штока на закрытие - вверх, а на открытие - вниз (см. «Судовая арматура», Кашанский М.С. и др., издательство «Судостроение», Ленинград, 1975 г., стр. 270, рис. 186), состоящий из корпуса с патрубками и уплотнительным седлом, штока и запорного органа. В корпусе установлен сальниковый узел, герметизирующий шток.
При закрытом запорном органе давление рабочей среды воздействует непосредственно на затвор, создавая дополнительное усилие на уплотнительные поверхности затвора - происходит эффект самоуплотнения запорного органа.
Недостатком известной конструкции запорного клапана является то, что в случае потери герметичности в уплотнении запорного органа и седла корпуса требуется демонтаж всего клапана, а при соединении клапана с трубопроводом на сварке - вырезка его из трубопровода с заменой части трубы.
Выполнение ремонтных работ по восстановлению работоспособности такого клапана кингстонного типа требует больших трудозатрат и длительности их проведения по времени, что снижает его ремонтопригодность и ухудшает эксплуатационные характеристики. Особенно важно это при использовании клапана в системах безопасности и в условиях штатной затесненности на объекте.
Известная конструкция применима для углового исполнения корпуса запорного клапана, поскольку запорный орган можно завести в патрубок только соосно штоку, на котором закреплен. При исполнении запорного клапана с обоими боковыми патрубками конструкция неприемлема: собрать клапан невозможно.
Данное техническое решение выбираем за прототип.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание клапана кингстонного типа, обеспечивающего возможность восстановления рабочих поверхностей уплотнительного седла и запорного органа и работоспособности клапана при дефектах в других деталях путем замены дефектных деталей при демонтаже выемной части в виде запорного блока в затесненных условиях непосредственно на объекте.
Решение поставленной задачи позволяет повысить ремонтопригодность клапана, расширить эксплуатационные возможности и диапазон использования.
Указанная задача решается за счет того, что в клапане запорном, содержащем корпус с патрубками, запорный орган, закрепленный на штоке и взаимодействующий с уплотнительным седлом, сальниковый узел, клапан снабжен запорным блоком, состоящим из крышки с сальниковым узлом, запорного органа и штока и устанавливаемым в корпус в виде единой сборочной единицы с герметизацией через уплотнительный элемент, при этом крышка выполнена в виде перевернутого стакана, имеющего днище и цилиндрическую обечайку с проходным отверстием, а уплотнительное седло выполнено на наружном торце нижнего конца цилиндрической обечайки.
Нижняя часть цилиндрической обечайки перевернутого стакана снабжена центрирующим элементом, выполненным, например, в виде направляющей втулки с окнами для прохода рабочей среды, внутренняя поверхность которой взаимодействует с наружной поверхностью запорного органа.
Установка запорного блока в корпус позволяет обеспечить замену дефектного уплотнительного соединения запорного органа с седлом без демонтажа (вырезки) корпуса клапана из трубопровода непосредственно на объекте в затесненных условиях. Следовательно, обеспечивается ремонтопригодность клапана, что способствует расширению эксплуатационных возможностей и диапазона использования.
Снабжение цилиндрической обечайки направляющей втулкой позволяет обеспечить точную установку запорного органа относительно уплотнительного седла цилиндрической обечайки крышки, что исключает смещение и перекосы по уплотняемым поверхностям.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами:
- на фигуре 1 показан продольный разрез клапана, положение "открыто";
- на фигуре 2 показан разрез А-А клапана.
Клапан запорный состоит из корпуса 1 с патрубками и снабжен запорным блоком, состоящим из крышки 2 с сальниковым узлом 3, штока 4 и запорного органа 5.
Крышка 2 выполнена в виде перевернутого стакана, состоящего из днища 6 и цилиндрической обечайки 7, и герметизирована по отношению к внешней среде уплотнительным элементом 8, например, прокладкой, установленной между днищем 6 и корпусом 1. Сальниковый узел 3 уплотнения штока 4 расположен в днище 6 крышки 2.
Цилиндрическая обечайка 7 крышки 2 входит во внутреннюю полость корпуса 1 и имеет свою внутреннюю полость 9, имеющую возможность при открытии клапана сообщаться с внутренней полостью нижнего патрубка и соединенную через проходное отверстие 10 с внутренней полостью верхнего патрубка.
На наружной торцевой поверхности нижнего конца цилиндрической обечайки 7 со стороны нижнего патрубка выполнено уплотнительное седло 11, взаимодействующее с уплотнительным пояском 12 запорного органа 5 в положении клапана "закрыто".
Нижняя часть цилиндрической обечайки 7 снабжена центрирующим элементом, например, направляющей втулкой 13 с окнами 14 для прохода рабочей среды. Внутренняя поверхность направляющей втулки 13 взаимодействует с наружной поверхностью запорного органа 5, обеспечивая его центрирование относительно уплотнительного седла 11.
Шток 4 имеет центрирование относительно внутренней поверхности цилиндрической обечайки 7 в виде направляющего элемента 15. Направляющий элемент 15 выполнен в виде диска, отделяющего верхнюю внутреннюю полость цилиндрической обечайки 7 от потока рабочей среды.
Детали выемной части клапана в составе запорного органа 5, закрепленного на штоке 4, крышки 2 с сальниковым узлом 3, выполненной в виде днища 6 и цилиндрической обечайки 7 с уплотнительным седлом 11, собранные в один узел - запорный блок, установлены в корпус 1 в виде единой сборочной единицы.
Запорный блок герметизирован с корпусом 1 уплотнительным элементом 16, устанавливаемым между торцем нижнего конца цилиндрической обечайки 7 и торцем проточки в корпусе 1.
Запорный клапан работает следующим образом.
В исходном положении клапан показан в положении "открыто". Рабочая среда может проходить через внутренние полости нижнего патрубка, цилиндрической обечайки 7 и верхнего патрубка или наоборот.
Под действием усилия, развиваемого приводом, шток 4 с запорным органом 5 перемещается вверх до упора уплотнительного пояска 12 запорного органа 5 в уплотнительное седло 11 цилиндрической обечайки 7. При перемещении запорного органа 5 проходное сечение цилиндрической обечайки 7 перекрывается, отсекая сообщение среды через патрубки корпуса 1.
В случае потери герметичности в соединении уплотнительного седла 11 с уплотнительным пояском 12 запорного органа 2, а также при потере работоспособности других деталей клапана, запорный блок в составе штока 4 с запорным органом 5 и крышки 2 с сальниковым узлом уплотнения 3 и уплотнительным седлом 11 необходимо демонтировать из корпуса 1 для проведения ремонта в заводских условиях с использованием специальных приспособлений и испытаний на стенде.
При срочном выполнении ремонта взамен дефектного запорного блока используется новый из комплекта ремонтных частей.
Использование в качестве выемной части запорного блока позволяет обеспечить ремонтопригодность запорного клапана кингстонного типа с приваренным корпусом к трубопроводу и снизить трудоемкость и длительность его ремонто-восстановительных работ в условиях объекта, тем самым расширяя его эксплуатационные возможности и область применения.