ЗАТВОР С КОМПЕНСАТОРОМ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ

Область техники
Техническое решение относится запорной арматуре для трубопроводов, в частности к затворам задвижек, клапанов, предназначенных для перекрытия потока текучей среды.
Уровень техники
В настоящее время в качестве запорной и регулирующей арматуры на трубопроводах применяются задвижки, клапаны, в которых запирающий, или регулирующий элемент, представляет собой затвор, перемещающийся в корпусе перпендикулярно оси потока рабочей среды. В общем виде конструкция запирающей и регулирующей арматуры состоит из корпуса с проходным каналом, для протекания рабочей среды, затвора, перекрывающего проходной канал корпуса, привода затвора и крышки, расположенной со стороны привода затвора. Внутри корпуса расположен затвор, который перемещается в плоскости, перпендикулярной оси прохода среды через корпус, при помощи шпинделя или штока.
При перекрытии проходного канала затвором осуществляется герметизация внутреннего пространства корпуса, расположенного над затвором, происходит отсечение внутренней полости корпуса задвижки от патрубков с созданием замкнутого объема, ограниченного стенками корпуса задвижки и затвором. Герметизация внутреннего пространства корпуса, расположенного над затвором, в процессе эксплуатации арматуры может приводить к отказам, снижать надежность и межремонтный интервал. При повышении температуры жидкости из-за нагрева от окружающей среды и солнечной радиации внутри замкнутого объема происходит резкий подъем давления, который может привести к разгерметизации корпусных деталей по отношению к внешней среде или к разрушению корпусных деталей.
В связи с этим существует необходимость компенсации избыточного давления в узле затвора, позволяющая выровнять давление в корпусе задвижки и входном патрубке и исключить аварийную ситуацию.
Из уровня техники известней компенсатор давления клиновых задвижек (патент RU 131116), содержащий перепускной клапан, имеющий полый корпус с входным, выходным и средним каналами для сообщения полости корпуса с входным, выходным патрубками и со средней полостью задвижки соответственно, которое осуществляется посредством соединительных элементов в виде трубок и штуцеров. В полости корпуса клапана установлен золотник с возможностью перемещения в сторону меньшего давления среды под действием избыточного давления во входном или выходном каналах или с перекрытием соответствующего канала корпуса клапана, причем золотник установлен в корпусе клапана таким образом, что при перекрытии им входного или выходного канала обеспечивается сообщение среднего канала соответственно с выходным или входным каналом или непосредственно через полость корпус.
Известен компенсатор давления для задвижки (патент RU 102734), содержащий перепускной клапан с золотником, соединительные трубки и штуцера, имеющий входной, выходной каналы и канал для сообщения со средней полостью задвижки, причем золотник компенсатора перемещается в сторону меньшего давления среды под действием избыточного давления во входном или выходном патрубке.
Недостатком указанных технических решений является применение компенсатора состоящего из перепускного клапана с системой трубок и штуцеров, которые устанавливаются на задвижке одним из следующих способов: внутри задвижки, сообщая среднюю полость задвижки с входным и выходным патрубками, внутри задвижки с установкой на затворе, снаружи задвижки, сообщая патрубки задвижки со средней полостью, что не исключает их повреждения при эксплуатации и техническом обслуживании.
Известен затвор клиновой задвижки с компенсацией избыточного давления (патент RU 179692). Затвор представляет собой цельнолитой клин, установленный в корпус задвижки между двумя седлами. В сквозном отверстии, выполненном в теле клина, при помощи гайки закреплен компенсатор давления, выполняющий функцию перепускного клапана. Обеспечено сообщение входного канала компенсатора давления или выходного канала компенсатора давления со средней полостью задвижки непосредственно через полость корпуса компенсатора давления. Компенсатор давления имеет полый корпус с входным, выходным (и средним каналами для сообщения полости корпуса компенсатора давления соответственно с полостями входного, выходного патрубками задвижки и со средней полостью задвижки. В полости корпуса компенсатора давления установлен поршень с возможностью перемещения в сторону меньшего давления среды под действием избыточного давления с перекрытием соответственно канала корпуса компенсатора давления. При этом поршень установлен в корпусе компенсатора давления таким образом, что при перекрытии им одного из каналов (канала А или канала Б) обеспечивается сообщение канала В, соответственно, с каналом Б или каналом А непосредственно через полость корпуса компенсатора давления. Канал А выполнен в корпусе, канал Б выполнен в резьбовой втулке, ввинченной в корпус 8. Канал В выполнен в корпусе, причем ось канала В перпендикулярна единой оси канала А и канала Б. Герметизация компенсатора давления относительно входного патрубка задвижки (а) и выходного патрубка задвижки осуществляется при помощи уплотнительных колец и компенсатора давления.
Однако известная конструкция имеет недостатки. Компенсатор давления (перепускной клапан), содержит девять деталей: корпус, гайку, резьбовую втулку, поршень, и пять кольцевых уплотнений. Кольцевые уплотнения используются для герметизации сопряжения корпуса с клином, резьбовой втулки с корпусом компенсатора давления, поршня с корпусом компенсатора давления. В известном устройстве корпус компенсатора давления установлен в сквозном отверстии в теле клина и закреплен гайкой, в связи с чем требуется уплотнение сопряжения, осуществленное с использованием двух уплотнительных колец. Корпус компенсатора давления в месте сопряжения с телом клина, в сквозном отверстии, содержит уплотнение для герметизации. Цилиндрический поршень компенсатора давления содержит два уплотнения, для герметизации сопряжения поршня с полостью корпуса компенсатора. Резьбовая втулка содержит уплотнения, для герметизации сопряжения с корпусом компенсатора. Поршень выполнен цилиндрическим и при движении в полости способен к заклиниванию.
Конструкцию компенсатора давления нельзя считать оптимальной с точки зрения металлоёмкости (изготавливаются корпус, гайка, втулка, поршень), количества герметизируемых поверхностей (требуется герметизация трех поверхностей сопряжения), способа герметизации (давление среды не способствует уплотнению герметизируемых поверхностей поршня), технологичности и ремонтопригодности (все детали, используемые в конструкции компенсатора, имеют различную конструкции, они не взаимозаменяемы), надежности (количество герметизируемых сопряжений увеличивает риск возникновения негерметичности, цилиндрический поршень при движении в цилиндрической полости на уплотнительных кольцах склонен к перекосу и закусыванию в полости).
Таким образом, ввиду недостатков аналогов, разработка конструкции затвора с компенсацией избыточного давления с улучшенными эксплуатационными, технологическими характеристиками является актуальной.
Сущность технического решения
Технический результат, заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для перекрытия потока текучей среды с возможностью компенсации избыточного давления. Обеспечивается повышение надежности задвижки, снижение риска отказа, повышение наработки на отказ.
Технический результат достигается тем, что затвор с компенсатором избыточного давления, содержит корпус затвора со сквозным отверстием, в котором установлен компенсатор давления. Компенсатор давления содержит установленные в сквозное отверстие на входе и выходе два седла, между которыми в сквозном отверстии с возможностью перемещения установлен шарик, при этом в местах примыкания шарика к седлам установлены уплотнительные кольца, причем в центральную часть сквозного отверстия выполнен сквозной канал, обеспечивающий сообщение со средней полостью задвижки.
Конструкция компенсатора давления позволяет снизить металлоёмкость (два одинаковых седла и шарик), повысить герметичность сопрягаемых поверхностей (герметизация двух поверхностей сопряжения шарик-седло), давление среды способствует уплотнению герметизируемых поверхностей. Седла, имеют одинаковые конструкции, они взаимозаменяемы. Уменьшение количества герметизируемых сопряжений снижает риск возникновения негерметичности, шарик при движении в цилиндрической полости не склонен к перекосу и закусыванию.
Полезная модель поясняется графическими материалами:
фиг.1 – схема, затвор клиновой задвижки с компенсатором избыточного давления;
фиг.2 – схема, затвор с компенсатором избыточного давления, первое положение;
фиг.3 – схема, затвор с компенсатором избыточного давления, второе положение.
Спецификация:
1. корпус задвижки;
2. корпус затвора;
3. компенсатор давления;
4. седло компенсатора давления;
5. седло компенсатора давления
6. уплотнительное кольцо;
7. седло задвижки;
8. сквозное отверстие;
9. шарик;
10. канал;
11. входной патрубок задвижки;
12. выходной патрубок задвижки;
13. средняя полость задвижки;
14. центральная часть отверстия.
Осуществление устройства
Пример 1. (фиг.1, 2, 3)
Затвор задвижки с компенсацией избыточного давления (фиг. 1) представляет собой цельный корпус 2, установленный между двумя седлами 7 в корпусе 1 задвижки. В сквозном отверстии 8, выполненном в теле корпуса 2, установлен компенсатор давления 3, выполняющий функцию перепускного клапана. В центральную часть 14 сквозного отверстия 8 выполнен канал 10, для обеспечения сообщения со средней полостью 13 задвижки.
Компенсатор давления 3 (фиг. 1, 2) содержит два седла 4 и 5, шарик 9, выполняющий функцию шарикового затвора перепускного клапана, и два уплотнительных кольца 6, расположенных между шариком 9 и седлами 4 и 5. Сквозное отверстие 8 выполнено переходного диаметра, имеет центральную часть 14 меньшего диаметра и резьбовые выходы (входы) большего диаметра для установки седел 4 и 5. Седла 4 и 5 выполнены в форме резьбовых втулок, с центральным сквозным каналом и головкой под ключ.
Сквозное отверстие 8 предназначено для обеспечения сообщения между входным 11 и выходным 12 патрубками корпуса 1 задвижки. Канал 10 предназначен для обеспечения сообщения со средней полостью 13 задвижки одного из патрубков патрубка корпуса 1 задвижки: входного 11 или выходного 12. Сообщение средней полости 13 задвижки с одним из патрубков 11 или 12 обеспечивается в зависимости от положения шарика 9, выполняющего функцию клапана, примыкающего к одному из седел 4 и 5 через уплотнительное кольца 6. Шарик 9 имеет возможность перемещаться в сквозном отверстии 8 между седлами 4 и 5 в зависимости от давления среды. В зависимости от положения шарика 9, пространство над корпусом затвора 2, сообщается с герметичной средней полостью 13 задвижки, под крышкой задвижки из которой давление сбрасывается в соответствующую часть трубопровода через входной 11 или выходной патрубок. Шарик 9 имеет возможность перемещения в отверстии 8 в сторону меньшего давления среды под действием избыточного давления. Избыточное давление среды прижимает шарик 9 к седлу 4 или 5 через уплотнительное кольцо 6, с той стороны трубопровода, где давление ниже.
При этом шарик 9 установлен в сквозном отверстии 8 компенсатора давления таким образом, что при примыкании его к оному из седел 4 или 5 обеспечивается сообщение канала 10 с центральной частью 14 сквозного отверстия 8. Герметизация шарика 9 и седел осуществляется при помощи двух уплотнительных колец 6.
Использование устройства
При подаче давления во входной 11 патрубок задвижки со стороны седла 5 компенсатора давления 3 возникает избыточное давление в сквозном канале 8, и шарик 9 перемещается внутри вправо до упора в уплотнительное кольцо 6 седла 4 (фиг. 1, 2), перекрывая сообщение с выходным 12 патрубком задвижки и обеспечивая прямое сообщение средней полости 13 задвижки с входным 11 патрубком задвижки, через канал 10 и сквозное отверстие 8.
Аналогично, при подаче давления в выходной 12 патрубок задвижки в со стороны седла 4 компенсатора давления 3 возникает избыточное давление в сквозном канале 8, и шарик 9 перемещается внутри влево до упора в уплотнительное кольцо 6 седла 5 (фиг. 3), перекрывая сообщение с входным 11 патрубком задвижки и обеспечивая прямое сообщение средней полости 13 задвижки с выходным 12 патрубком задвижки, через канал 10 и сквозное отверстие 8.
Таким образом, обеспечивается герметичность узла затвора задвижки.
При повышении давления в средней полости 13 задвижки соответственно повышается давление в канале 10 и центральной части 14 сквозного отверстия 8, и при условии разности давления на входном 11 и выходном 12 патрубках шарик 9 будет находиться у канала с меньшим давлением, и жидкая рабочая среда будет перепускаться в патрубок 11 или 12 с наибольшим давлением.
Таким образом, обеспечивается надежная работа затвора технических средств, предназначенных для перекрытия потока текучей среды с возможностью компенсации избыточного давления. Обеспечивается повышение надежности задвижки, снижение риска отказа, повышение наработки на отказ.
Конструкция компенсатора давления 3 позволяет снизить металлоёмкость (требуется два одинаковых седла 4 и 5 и шарик 9), повысить герметичность сопрягаемых поверхностей (требуется герметизация двух поверхностей сопряжения шарик 9/седло 4, шарик 9/седло 5), способа герметизации (давление среды способствует уплотнению герметизируемых поверхностей уплотнительного кольца 6 сопряжений шарик 9/седло 4, шарик 9/седло 5), технологичности и ремонтопригодности (седла 4 и 5, используемые в конструкции компенсатора 3, имеют одинаковую конструкции, они взаимозаменяемы), надежности (уменьшение количества герметизируемых сопряжений снижает риск возникновения негерметичности, шарик 9 при движении в цилиндрической полости не склонен к перекосу и закусыванию).
Промышленная применимость
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием выпускаемых промышленностью материалов, и может быть использовано по назначению.