Клапан запорно-регулирующий всережимный

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре для объектов энергетики и газонефтехимии, характеризующихся высокими параметрами рабочих сред - температура до 650°С, давление до 40 МПа, предназначенной для регулирования и перекрытия потока жидких и газообразных рабочих сред.
Основными требованиями, предъявляемыми к запорно-регулирующей арматуре, являются обеспечение надежного и качественного регулирования технологических параметров, бескавитационный режим работы, герметичность в течение всего срока эксплуатации, надежность, безопасность, долговечность, ремонтопригодность без вырезки из трубопровода.
Известен запорно-регулирующий клапан осевого потока, содержащий жестко соединенные между собой наружный корпус с седлом и внутренний корпус, образующие спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженный плунжер с уплотнительными элементами, размещенными во внутреннем корпусе с посадочным кольцевым зазором и механизмом осевого перемещения плунжера. (3. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура ядерных энергетических установок, М., Атомиздат, 1978, стр. 90, рис. 4.7.)
Клапан является узкодиапазонным по регулируемым параметрам из-за наличия уплотнительных элементов на плунжере и ненадежен в условиях пуска и останова энергетических объектов. Недостатками конструкции является также большая металлоемкость и масса клапана, что вызывает необходимость использования мощных приводов. Массивность элементов обуславливает их инерционность при открывании клапана, обуславливающую, в свою очередь, высокие ударные нагрузки, приходящиеся на уплотнительные поверхности затвора, что создает трудности в осуществлении их плавной регулировки и ведет к снижению герметичности и ресурса клапанов.
Кроме того, в выходном канале клапана, в результате воздействия на поверхность деталей седла и плунжера турбулентного потока транспортируемой жидкости и возникающих в нем кавитационных процессов, происходит эрозионный износ поверхностей последних. Клапан требует дополнительного упрочнения поверхностей деталей, контактирующих с рабочей средой, что резко повышает его стоимость.
Известен осевой запорно-регулирующий дисковый клапан (патент на изобретение №2375627), включающий установленное в корпусе неподвижное седло с пропускными профилированными периферийными окнами, контактирующее с монолитным золотником, выполненным с вырезами, цилиндр золотника, в котором установлен поршень, расположенный на одной оси с золотником и седлом вдоль оси трубопроводной части корпуса, пазы на уплотняющей поверхности золотника, ребра жесткости, прижимное устройство, контактирующее с золотником, крышку корпуса и шпиндель. Клапан снабжен рычажным механизмом, соединяющим шпиндель с золотником и выполненным в виде жестко скрепленного со шпинделем рычага, взаимодействующего посредством пальца с универсальным шарниром, выполненным, по меньшей мере, из трех серег и тяги, соединенных между собой пальцами, и закрепленным на золотнике посредством пальца.
Недостатком известного клапана является сложная конструкция шарнира, приводящая в процессе эксплуатации к заклиниванию, что снижает надежность клапана.
Недостатком клапана также является ограниченное применение клапана при высоких параметрах рабочей среды.
Известен клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики (патент на изобретение 2455543). Клапан содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, закрепленный посредством пилона на крышке верхнего разъема внутренний корпус-обтекатель, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, связанный с механизмом осевого перемещения разгруженного поршня, контактирующего с седлом, установленным в выходном патрубке. Седло выполнено с направляющим кольцевым выступом в зоне контакта с поршнем, выполненным с вогнутой торцевой поверхностью, по периметру которой сформирована ответная контактной поверхности направляющего кольцевого выступа седла поверхность, при этом направляющий кольцевой выступ седла выполнен с диффузорным сечением, а седло снабжено рассекателем потока, установленным на наружной торцевой поверхности седла и выполненным в виде перфорированной пластины, отверстия на которой выполнены с переменным шагом перфорации.
Недостатком известной конструкции является низкая надежность разъема корпус-крышка в результате воздействия давления среды на затвор, обтекатель, пилон, крышку при закрытом клапане.
Недостатком известного клапана является также сложность конструкции, требующей специального оборудования для изготовления, и, соответственно, высокая стоимость и низкая конкурентоспособность на рынке трубопроводной арматуры.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по назначению, технической сущности и достигаемому результату является клапан запорно-регулирующий осесимметричный (патент на полезную модель №112970), содержащий снабженный седлом наружный корпус и жестко соединенный с ним обтекатель, образующие спрямленную осесимметричную проточную часть, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения разгруженный плунжер, размещенный в направляющей втулке обтекателя и снабженный узлом герметизации, наружный корпус выполнен со съемной крышкой, сопряжение съемной крышки и наружного корпуса выполнено в виде ответных кольцевых проточек и снабжено уплотнением, расположенным в полости проточки меньшего диаметра, сформированной ограничительным кольцевым выступом на съемной крышке, и обтекатель закреплен на съемной крышке посредством пилона, а плунжер центрирован относительно втулки разрезными центрирующими кольцами, размещенными в кольцевых канавках, выполненных на поверхности плунжера по его краям, и узел герметизации плунжера выполнен в виде наборов из разрезных уплотнительных и прижимных колец, размещенных в кольцевых канавках на его поверхности между канавками с разрезными центрирующими кольцами, при этом наборы разрезных уплотнительных и прижимных колец представлены парой одинаковых разрезных уплотнительных колец, установленных на разрезном прижимном кольце, кроме того, диаметр полости направляющей втулки, в которой размещен плунжер, превышает диаметр контактной линии плунжера с седлом и наружный диаметр плунжера.
Недостатком известной конструкции является наличие нерегулируемых протечек через зазоры разрезных колец уплотнения плунжера в обтекателе.
Недостатком известного клапана является также сложность конструкции, требующей специального оборудования для изготовления, и, соответственно, высокая стоимость и низкая конкурентоспособность на рынке трубопроводной арматуры.
Недостатком известного клапана также является ограниченное применение клапана при пусковых режимах при высоких параметрах рабочей среды.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание надежного в эксплуатации и простого в изготовлении, обслуживании и ремонте запорно-регулирующего всережимного клапана для широкого применения на объектах энергетики и газонефтехимии при всевозможных режимах эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в клапане запорно-регулирующем всережимном имеется корпус с входным и выходным патрубками, крышка с жестко закрепленным обтекателем, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, состоящий из вал-шестерни и штока, с закрепленным на штоке запорным узлом, отличающийся тем, что зубчато-реечный механизм имеет эксцентриково-циклоидальное зацепление, а уплотнительная поверхность затвора и седла выполнены конической формы, на которых имеются лабиринтные канавки, при этом затвор уплотнен в обтекателе упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля.
Зубчато-реечный механизм с эксцентриково-циклоидальным зацеплением обеспечивает плавное перемещение затвора, соответственно обеспечивается плавный прирост площади проходного сечения и высокая точность поддержания заданных параметров в процессе регулирования. Наличие лабиринтных канавок на затворе и седле образуют лабиринтное уплотнение, снижающее давление и скорость потока, и дает возможность использовать клапан при пусковых режимах, при этом исключаются условия возникновения кавитации, соответственно, исключается эрозионный износ выходного патрубка, исключается вибрационное воздействие рабочей среды на элементы клапана. Затвор перемещается в обтекателе и уплотнен в нем упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля, применение нескольких упругих уплотнительных колец S-образного профиля образуют лабиринт, снижающий давление среды на каждое последующее кольцо, что обеспечивает более высокую герметичность и надежность уплотнения в течение всего срока эксплуатации. Подбор жаропрочных материалов для изготовления сделает возможным регулирование и перекрытие рабочих сред с температурой до 650°С и давлением до 40 МПа. Наличие съемной крышки позволит выполнить ремонт клапана без вырезки из трубопровода.
Заявленный клапан запорно-регулирующий всережимный поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид клапана в закрытом положении.
На фиг. 2 приведен общий вид запорного узла клапана.
Клапан запорно-регулирующий всережимный содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, крышку 4, закрепленную посредством шпилек 5 и гаек 6 к корпусу 1. К крышке 4 жестко закреплен посредством пилона 7 обтекатель 8, в полости которого подвижно вдоль оси клапана, размещен зубчато-реечный механизм 9 с эксцентриково-циклоидальным зацеплением, состоящий из вал-шестерни 10 и штока 11. На штоке 11 закреплен затвор 13 (фиг. 2). Затвор 13 уплотнен в обтекателе 8 упругими уплотнительными кольцами S-образного профиля 14 и загерметизирован гайкой 15. Уплотнительная часть затвора 13 имеет форму конуса, на которой имеются лабиринтные канавки Б и уплотнительная поверхность В. Седло 16 закреплено в корпусе 1 и имеет рассекатель 17, коническую уплотнительную поверхность Г, на которой расположены лабиринтные канавки Д.
Исходное положение - клапан закрыт и уплотнен (затвор находится в крайнем правом положении). Уплотнительная поверхность В затвора 13 соприкасается с уплотнительной поверхностью Г седла 16, канавки Б затвора 13 располагаются напротив канавок Д седла 16. Рабочая среда с высокими параметрами поступает во входной патрубок 2.
Регулирование расхода рабочей среды осуществляется при открывании клапана поворотом вал-шестерни 10 приводом клапана 12 посредством зубчато-реечного механизма 9 с эксцентриково-циклоидальным зацеплением, при этом шток 11 с закрепленным на нем затвором 13 перемещается внутри обтекателя 8. При перемещении затвора 13 на открытие, уплотнительная поверхность В затвора 13 и уплотнительная поверхность Д седла 16 размыкаются, скорость и давление потока снижаются, проходя через лабиринтные канавки затвора 13 и седла 16. Поток, проходя через рассекатель 17, выравнивается и поступает в выходной патрубок 3. При дальнейшем перемещении затвора 13 в левое положение площадь сечения, образованная уплотнительной поверхностью В затвора 13 и седлом 16 увеличивается, соответственно, увеличивается расход рабочей среды.
При перемещении затвора 13 зубчато-реечным механизмом 9 в крайнее правое положение площадь проходного сечения, образованная уплотнительной поверхностью В затвора 13 и седлом 16 уменьшается, соответственно, уменьшается расход рабочей среды. В крайнем правом положении уплотнительная поверхность В затвора 13 соприкасается с уплотнительной поверхностью Г седла 16, клапан плотно закрыт.
Использование заявленного клапана запорно-регулирующего всережимного на объектах энергетики и газонефтехимии позволит использовать клапан для работы с жидкими и газообразными средами во всех режимах регулирования, обеспечивая надежность, безопасность и долговечность. Простота конструкции приведет к уменьшению металлоемкости и низкой себестоимости при изготовлении, а также к снижению затрат на обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации, что делает его конкурентоспособным по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.
Источники информации:
1. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура ядерных энергетических установок, М., Атомиздат, 1978, стр. 90, рис. 4.7.
2. Описание изобретения к патенту RU №2375627 С1 «Осевой запорно-регулирующий дисковый клапан», опубликовано 10.12.2009 г.
3. Описание изобретения к патенту RU №2455543 С2 «Клапан регулирующий с осевым потоком для объектов энергетики», опубликовано 10.07.2012 г.
4. Описание полезной модели к патенту RU №112970 U1 «Клапан запорно-регулирующий осесимметричный», опубликовано 27.01.2012 г. (Прототип).