Двухзапорный клапан
DOUBLE-CLOSURE VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, работающей в составе энергетических установок, характеризующихся сложными условиями эксплуатации, высокими требованиями надежности и максимальными ограничениями массогабаритных характеристик, например, в составе атомных энергетических установок транспортного назначения, в качестве локализующего запорного элемента на паропроводах второго контура.
В корпусе трубопроводной арматуры коаксиально размещены два уплотнительных седла, с каждым седлом взаимодействуют два запорных уплотнительных органа, управляемых через телескопически расположенные внутренний и наружный штоки комбинированным приводом.
Характерной особенностью эксплуатации рассматриваемых клапанов является необходимость в экстренном закрытии при попадании во второй контур потенциально опасной среды системы первого контура при возникновении межконтурной неплотности.
В обеспечении этого привод одного из затворов выполнен дистанционно управляемым с помощью быстродействующего привода, например, пневматического привода. Указанный затвор (далее - основной затвор) срабатывает на закрытие автоматически по сигналу из системы управления. При подтверждении аварийной разгерметизации системы первого контура по отношению к системе второго контура, закрывается с помощью ручного привода второй по ходу движения среды затвор (далее - дополнительный затвор).
При не подтверждении аварийной разгерметизации системы первого контура по отношению к системе второго контура основной затвор должен быть открыт для пропуска пара на турбину.
После экстренного закрытия основного затвора давление рабочей среды в отсеченной секции второго контура повышается и для открытия основного затвора потребуется дополнительное усилие от пневмопривода.
Для снижения потребного усилия открытия основного затвора конструкция его выполнена с механизмом разгрузки.
Известен клапан двухзапорный угловой с комбинированным приводом по авторскому свидетельству SU №1635663, F16K 31/17, от 17.11.87 г., в котором два запорных органа выполнены в виде цельносоставных цилиндрических деталей, соединенных со штоками, имеющими сальниковое уплотнение.
Такое конструктивное исполнение не исключает действия рабочей среды на узел сальника, что снижает степень герметичности внутренней полости относительно внешней среды, снижая тем самым надежность клапана. Открытие запорных органов клапана происходит при полном перепаде давления среды, что ведет к увеличению рабочих усилий на штоках и также к снижению его надежности.
Также известен клапан с двумя затворами №1137818, F16K 11/20 от 17.06.85 г. Клапан состоит из двух запорных элементов: основного, соединенного с внутренним штоком посредством разъемного соединения, и дополнительного, соединенного с наружным штоком с помощью гибкого элемента, например, сильфона. Конструкция клапана обеспечивает самоустановку запорных элементов относительно уплотнительных седел корпуса, что повышает степень герметичности затворов.
К недостаткам указанного клапана следует отнести то, что в положении «закрыто» сальниковые уплотнения внутреннего и наружного штоков подвержены непосредственному влиянию параметров рабочей среды, особенно, при повышении давления среды в отсечном участке установки и для открытия основного затвора при повышенном давлении рабочей среды, действующего на него, требуется приложение к его штоку дополнительного усилия, что влечет за собой совместное снижение надежности работы клапана.
Наиболее близким по конструкторскому решению и большинству предлагаемых признаков является двухзапорный клапан по заявке №2016119296/06, содержащий корпус с осевым и боковым патрубками и двумя уплотнительными седлами, взаимодействующие с последними основной и дополнительный запирающие органы с золотниками, расположенные во внутренней полости осевого патрубка корпуса и соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным (трубчатыми) штоками и их независимыми приводами, при этом золотник основного запирающего органа соединен с наружным (трубчатым) штоком.
Недостатком указанного двухзапорного клапана является то, что основной запирающий орган соединен с наружным (трубчатым) штоком, управляемым с помощью быстродействующего привода, и при срабатывании на закрытие сальник, уплотняющий соединение внутреннего штока с наружным, подвергается действию рабочей среды, в том числе и потенциально опасной, а при не подтверждении аварийной ситуации для его открытия потребуется дополнительное усилие от привода на преодоление возросшего перепада давления рабочей среды.
Нахождение сальника под действием высоких параметров среды ведет к потере герметичности внутренней полости по отношению, что снижает надежность клапана.
Работа клапана с увеличенным усилием на штоке при открытии основного запорного органа с увеличенным перепадом давления среды на него, также ведет к снижению его надежности.
Технической задачей настоящего изобретения является создание клапана двухзапорного, исключающего влияние рабочей среды в отсеченном участке установки на герметичность сальникового уплотнения между внутренним и наружным штоками по отношению к внешней среде и снижающего рабочее усилие, необходимое для открытия основного запорного органа.
Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение надежности двухзапорного клапана.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в двухзапорном клапане, содержащем корпус с осевым и боковым патрубками и двумя уплотнительными седлами, взаимодействующие с последними, основной и дополнительный запоры, соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным штоками, уплотняемыми сальником и управляемыми независимым приводами, основной запор соединен с внутренним штоком и снабжен механизмом разгрузки, состоящим из внутреннего уплотнительного седла запора, уплотнительного пояска на внутреннем штоке, опорной гайки и упругого элемента, причем, на внутренней поверхности основного запора выполнены пазы, в опорной гайке и в основном затворе в районе уплотнительного седла выполнены проходные отверстия, а между внутренней поверхностью основного запора и наружной поверхностью дополнительного запора имеется полость, обеспечивающая проход среды в боковой патрубок.
Внутренний шток имеет головку с направляющим пояском, выполненным в виде тора.
На головке внутреннего штока выполнен цилиндрический упор, размещенный внутри упругого элемента и взаимодействующий с торцом опорной гайки.
Упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.
Повышение надежности достигается за счет работы клапана с двумя запорными органами с пониженными рабочими усилиями путем установки в основном запорном органе, механизма разгрузки, закрепленном на внутреннем штоке и состоящим из внутреннего уплотнительного седла затвора, уплотнительного пояска на головке, внутреннего штока, опорной гайки, упругого элемента и элементов, обеспечивающих проход рабочей среды из осевого патрубка в боковой патрубок через полость между основным и дополнительным запорными органами.
Предлагаемый двухзапорный клапан представлен чертежами:
- на фигуре 1 - положение «открыто» - для дополнительного запорного органа и положение «закрыто» для основного затвора;
- на фигуре 2 - положение «закрыто» - для основного запорного органа, с положением механизма разгрузки - «открыто», положение «открыто» - для дополнительного затвора;
- на фигуре 3 - положение «открыто» - для основного запорного органа, с положением механизма разгрузки «закрыто», положение дополнительного затвора - «открыто».
Двухзапорный клапан содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками, основной 2 и дополнительный 3 запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными внутренним 4 и наружным 5 штоками, управляемыми независимым приводами.
Корпус 1 имеет два уплотнительных седла 6 и 7, расположенные со стороны осевого патрубка, противоположно узлу сальника 8 и выходу внутреннего 4 и наружного 5 штоков из корпуса 1.
Основной запорный орган 2 имеет наружный уплотнительный поясок 9, взаимодействующий при закрытии с уплотнительным седлом 7 корпуса 1. Дополнительный запорный орган 3 расположен во внутренней полости основного затвора 2.
Во внутренней полости основного запорного органа 2 расположен механизм разгрузки, состоящий из уплотнительного седла 10, уплотнительного пояска 11 на головке 12 внутреннего штока 4, опорной гайки 13, регулирующей прокладки 14 и упругого элемента 15, выполненного, например, в виде пакета тарельчатых пружин.
Уплотнительный поясок 11 выполнен на торце головки 12 внутреннего штока 4, наружная поверхность которой имеет направляющий поясок 16, выполненный в виде тора.
Опорная гайка 13 крепится в основном запорном органе 2 с помощью резьбового соединения и имеет отверстия 17 для прохода рабочей среды.
На внутренней поверхности основного запорного органа 2 выполнены пазы 18, а на наружной цилиндрической поверхности головки 12 - пазы 19, которые также обеспечивают проход рабочей среды.
Основной запорный орган 2 в районе уплотнительного седла 10 снабжен проходным отверстием 20. Между внутренней поверхностью основного запорного органа 2 и наружной поверхностью дополнительного запорного органа 3 выполнена полость 21, для прохода рабочей среды в боковой патрубок, объем которой выбирается из расчета площади проходного сечения в узле уплотнения механизма разгрузки.
Головка 12 внутреннего штока 4 имеет упор 22, взаимодействующий своим торцом с внутренним торцем опорной гайки 13.
Двухзапорный клапан работает следующим образом.
При работе установки оба запорных органа 2 и 3 находятся в положении «открыто», обеспечивая проход пара к турбине.
В случае экстренного закрытия основного запорного органа 2 от пневмопривода усилие передается через внутренний шток 4 на основной затвор 2, перемещая его до упора в уплотнительное седло 7 корпуса 1, перекрывая проходное сечение клапана (см. фиг. 1).
При закрытии основного запорного органа 2 давление среды в отсеченной секции второго контура значительно повышается.
Для введения отсеченной секции в работу потребуется открыть основной запорный орган 2. Ввиду повышенного давления рабочей среды, действующего на основной запорный орган 2, необходимо дополнительное усилие для этого.
При движении внутреннего штока 4 вниз из положения основного запорного органа 2 закрыто (см. фиг. 2) уплотнительный поясок 11 на головке 12 отходит от уплотнительного седла 10, образуя проходное сечение для рабочей среды. Основной запорный орган 2 в начальный момент остается в закрытом положении до сброса повышенного давления во входном патрубке (см. фиг. 3).
После сброса давления среды и дальнейшего перемещения внутреннего штока 4 головка 12 воздействует торцом упора 22 на внутренний торец опорной гайки 13, перемещая основной запорный орган 2 до его открытия, обеспечивая прохождение рабочей среды через основное проходное сечение 23 (см. фиг. 3) в боковой патрубок. Пакет тарельчатых пружин 15 прижимает основной запорный орган 2 к головке 12 внутреннего штока 4.
Таким образом, расположение основного и дополнительного запорных органов в осевом патрубке противоположно узлу сальника и снабжение основного запорного органа, соединенного с внутренним штоком, механизмом разгрузки, состоящим из уплотнительных элементов и силовых деталей, позволяет повысить надежность двухзапорного клапана.