СОСТАВНОЙ КЛАПАН
COMPOUND VALVE

Настоящее изобретение относится к клапанам и, в частности, но не исключительно, к клапанам для контроля, ввода, вывода и (или) регулирования потока порошков, жидкостей, пульп и (или) текучих сред.
Клапаны, такие как составные клапаны с поворотной заслонкой, присутствуют во многих устройствах и широко используются в процессах, где требуется предотвратить воздействие содержания продукта на окружающую среду и персонал, работающий в непосредственной близости от продукта. Составные клапаны прежде всего создаются для обращения и транспортировки находящихся в твердом состоянии порошков и аналогичного гранулированного материала.
Конструкция составного клапана позволяет разделить его на две половины, обычно называеме альфа и бета половинами, или активной и пассивной половинами. Конструкция клапана такова, что при разделении две половины сохраняют содержимое по обе стороны герметичным и неприкосновенным.
Аналогично составному клапану с поворотной заслонкой составной шаровой клапан также может быть использован для передачи содержимого, представляющего собой твердые вещества или, что более распространено, жидкости. Исторически эти клапаны в основном используются в фармацевтике и биотехнологиях для нестерильных операций.
В конструкции стерильного оборудования вся система должна быть стерилизована, и очень важно после стерилизации обеспечить поддержание стерильности в течение всего технологического цикла, например, при добавлении материалов, выгрузке материалов, любых технологических перемещениях между системами и т.д.
Составные клапаны могут быть стерилизованы несколькими известными способами, в которые входят автоклавирование, пропускание пара через открытые клапаны или пропускание через них других газов, таких как парообразная перекись водорода, до вхождения продукта или контактирующих частей продукта в соприкосновение с внутренними поверхностями.
При производстве фармацевтических препаратов, химикатов, биоматериалов и пищевых продуктов фактическое загрязнение существенно для безопасного и гигиеничного обращения с такими смесями и материалами. На каждой стадии процесса изготовления операции должны быть подконтрольны и проводиться так, чтобы обеспечивалась оптимальная защита оператора и сохранялась неприкосновенность продукта.
Находящийся в обращении материал часто опасен для здоровья из-за возросшей активности многих новых фармацевтических ингредиентов. Продукты фармацевтики и биотехнологий часто изготавливают под строгим контролем загрязненности препаратов. Связано это с тем, что продукты часто предназначены для потребления человеком, и деятельность этих отраслей производства строго регламентируется такими органами, как Управление по контролю за продуктами и лекарствами (США) и Агентство по контролю за продуктами медицины и охраны здоровья (Великобритания). Кроме того, фармацевтические продукты, такие как активные фармацевтические ингредиенты и (или) растворенные затем порошки, могут в значительных количествах быть опасными для здоровья оператора. Поэтому необходимо избежать непосредственного контакта оператора с потенциально опасным материалом. Из-за таких жестких требований к наличию хорошей герметизации между активными и пассивными элементами составного клапана и с целью предотвращения воздействия на окружающую среду и персонал, работающий в непосредственной близости к продукту, изготовление элементов клапана проводится в контролируемых условиях для обеспечения строгого соблюдения размеров элементов клапана в соответствии с жесткими допусками.
Кроме того, элементы клапана вследствие этого становятся относительно большими из-за того, что корпус самого клапана должен обеспечивать хорошее уплотнение между элементами. Это может сделать емкости громоздкими и затруднить обращение с ними, в частности, когда работать с ними нужно в установках с перчаточными боксами, когда двигательные возможности операторов ограничены.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить или смягчить одну или несколько проблем, присущих предшествующему уровню техники.
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается устройство составного клапана, содержащее две части клапана, которым придана сопряженная форма, так что первая может входить в герметичный контакт и взаимодействовать со второй, обеспечивая перемещение через них материала, причем каждая часть клапана содержит корпус, седло клапана и клапанный затворный элемент, подвижный между первым положением, в котором клапанный затворный элемент смещен от седла клапана, и клапан открыт, и вторым положением, в котором клапанный затворный элемент взаимодействует с седлом клапана, и клапан закрыт, причем устройство имеет первую компоновку (конфигурацию), в которой первая и вторая части клапана сцеплены друг с другом, и клапанные затворные элементы закрыты, и вторую компоновку, в которой две части клапана расцеплены друг от друга, при этом первая часть клапана имеет средство фиксации, подвижное относительно второй части клапана и предназначенное по выбору для соединения друг с другом и разъединения двух частей клапана.
В настоящем изобретении предлагается устройство клапана, выполненное с возможностью обеспечения скрепления и совершенной герметизации между его частями, и которое имеет упрощенный и более компактный механизм приведения в контакт и скрепления частей клапана друг с другом, образуя усовершенствованную клапанную систему за счет того, что средство фиксации содержит фиксирующую пару, один элемент которой подвижен относительно другого и приспособлен для выборочного сцепления с другим элементом, соединяя и разъединяя части друг с другом, и при этом фиксирующая пара содержит охватываемый элемент, выполненный с возможностью продольного перемещения.
Фиксирующая пара может содержать охватываемый и охватывающий элементы сопряженной друг с другом формы.
В одном из вариантов выполнения охватываемый элемент выполнен спаренным, и охватывающий элемент содержит глухое отверстие сопряженной формы, предназначенное для вхождения в него охватываемого элемента.
Охватываемый элемент предпочтительно расположен на активной части клапана, и охватывающий элемент расположен на пассивной части клапана.
Продольная ось охватываемого элемента может быть сдвинута относительно продольной оси охватывающего элемента. Соответственно, если охватываемый элемент сцеплен и введен в охватывающий элемент, части клапана плотно прижимаются друг к другу, образуя между собой улучшенное уплотнение.
В одном из вариантов выполнения первая и вторая части клапана обе могут быть охватывающими элементами при наличии третьей части клапана, имеющей соответствующие охватываемые элементы, которые могут входить в охватывающие элементы.
Каждая половина устройства может быть выполнена с возможностью крепления на содержащей материал емкости, средстве транспортировки материала, таком как гибкий трубопровод, и (или) на другом технологическом оборудовании, известном в предшествующем уровне техники. Средства крепления частей клапана могут содержать любые известные средства, такие как, например, крепёжная резьба, неподвижная посадка, female:female соединение и т.д. В альтернативном варианте части клапана могут быть выполнены воедино с емкостью или средством транспортировки.
Вход и выход резервуара могут быть перекрыты сразу по завершении перемещения из первой во вторую компоновку. При этом устройство обеспечивает отсутствие контакта транспортируемого через него материала с окружающей средой.
Седло клапана и клапанный затворный элемент предпочтительно имеют сопряженную форму, обеспечивающую герметичность при закрытом клапанном затворном элементе. Устройство клапана может быть составным клапаном с поворотной заслонкой, составным шаровым клапаном и другим составным клапаном или быстроразъемным соединением, известным в предшествующем уровне техники. Предпочтительно устройство может быть составным клапаном с поворотной заслонкой.
Предпочтительно части клапана образуют сопряженную пару, одна служит охватываемой или активной частью, другая - охватывающей или пассивной частью.
Предпочтительно седло клапана содержит уплотнительный элемент. Уплотнительный элемент может предпочтительно содержать опорную часть и упруго деформируемую часть, расположенную между опорной частью и корпусом клапана.
В альтернативном варианте выполнения клапанный затворный элемент может быть снабжен канавкой для установки уплотнения, которое в рабочем положении может контактировать с монолитной частью корпуса клапана.
В случае, если уплотнение расположено в выемке в клапанном затворном элементе, последний может также содержать упругий материал, покрывающий клапанный затворный элемент и расположенное на нем уплотнение.
В одном из вариантов с клапанным затворным элементом, выполненным с возможностью поворота за положение, в котором дальнейшее перемещение обычно предотвращается контактом с седлом клапана, клапан может содержать смещающее средство, предназначенное для перемещения клапанного затворного элемента в закрытое положение.
Седло клапана может находиться или на корпусе клапана, или на клапанном затворном элементе.
При работе устройство может быть переведено из первой во вторую компоновку, обеспечивая возможность транспортировки через него материала. После завершения транспортировки устройство переключается обратно в первую компоновку, и две части клапана расцепляются.
Далее изобретение исключительно в качестве примера более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - вид в перспективе двух частей предлагаемого в настоящем изобретении устройства клапана;
на фигурах 2а и 2б - вид в перспективе предлагаемого в настоящем изобретении устройства клапана в первой компоновке и второй компоновке соответственно;
на фиг.3 - вид в перспективе активной части предлагаемого в настоящем изобретении устройства клапана;
на фиг.4 - вид в перспективе средства фиксации активной части клапана с фиг.3; и
на фигурах 5а и 5б - вырыв на активной части клапана с фигур 1-4.
Обращаясь к фигурам 1-4, можно видеть, что клапанный узел 10 содержит две части клапана - верхнюю, пассивную часть 12, и нижнюю, активную часть 14, каждая из которых имеет в общем кольцевой корпус клапана, в целом обозначенный позициями 16, 18, и клапанный затворный элемент 20, 20', с возможностью поворота установленный внутри корпуса. Корпус 18 клапана имеет кольцевую канавку 19. Клапанный затворный элемент 20, 20' имеет форму круглого диска и снабжен шпинделями 22, 22', посредством которых он с возможностью поворота закреплен в корпусе. Клапанный затворный элемент 20, 20' и шпиндели 22, 22' выполнены механической обработкой из целиковой металлической заготовки.
Один из шпинделей 22 нижнего клапанного затворного элемента 18 функционально соединен с исполнительным механизмом 26. Таким образом, на оси смонтирован круглый диск, предназначенный для поворота шпинделей 22, 22' и движущийся при вращении исполнительного механизма 26 шпинделя 22. На противоположной стороне круглого диска введен автоматический исполнительный механизм 26. Могут быть использованы два исполнительных механизма, по одному на каждой стороне шпинделя активной части клапана, или в альтернативном варианте выполнения может быть использован ручной привод.
Клапанный затворный элемент 20, 20' выполнен с возможностью вхождения в контакт и выхода из контакта с кольцевым уплотнением клапана, имеющим вид кольцевого уплотнения (не показано), введенного в канавку сопряженной формы, предусмотренную в корпусе клапана. Уплотнение включает кольцевую опорную часть из этиленпропилендиенового мономера (альтернативно из перфторполимера или любого другого пригодного материала), которая при работе взаимодействует с клапанным затворным элементом 20, 20'. Наружная торцевая поверхность 32, 32' каждой из корпусных частей 16, 18 клапана плоская, и при работе каждая поверхность соединена, например, с соседней трубной секцией или емкостью хорошо известным в предшествующем уровне техники способом, и при этом посредством, например, совмещенных проходных отверстий формируется сквозной канал.
Прилегающие поверхности двух корпусных частей 16, 18 клапана образуют сопряженную пару, так что верхняя часть 16 клапана устанавливается в нижнюю корпусную часть 18 клапана, являясь охватываемой частью, и нижняя часть 18 клапана является охватывающей частью. В первой компоновке (смотри фиг.2) две части клапана сведены вместе, так что клапанные затворные элементы герметично отделены от окружающей среды, и предназначенный для передачи через клапан материал не загрязняется этой окружающей средой.
Активная или охватываемая часть 14 клапана 10 имеет два подвижно установленных стопорных штифта 60, диаметрально противоположных друг другу и размещенных в корпусе 62. Каждый штифт выполнен с возможностью поступательного движения, перемещаясь из разомкнутого положения (смотри фиг.3), в котором штифт находится в корпусе 62, в замкнутое или сцепленное положение, в котором штифт 60 выступает за свой корпус (смотри фиг.4).
Корпус 62 образует часть шпинделя 22.
В охватывающей части 12 клапана имеется два глухих отверстия 64, форма которых подобрана так, чтобы принимать соответствующий штифт 60. На фигурах 5а и 56 показан фиксирующий элемент в сцепленном и расцепленном положении с охватывающей или пассивной частью клапана. Можно видеть, что штифт 60 может перемещаться из втянутого положения (фиг.5а) в выдвинутое положение (фиг.56), в котором он введен в глухое отверстие 64.
Клапанные затворные элементы выполнены с возможностью поворота на 90 градусов, и при нахождении в полностью открытом положении профиль внутренней поверхности 50, 50' клапанного затворного элемента 20, 20' совпадает с профилем сквозного канала корпуса клапана, не образуя тем самым препятствия для потока текучей среды или материала.
Устройство клапана может быть затем полностью введено в сцепление в своей второй конфигурации, в соответствии с чем седла 28, 28' стыкуются, образуя уплотнение, и клапанные затворные элементы 20, 20' приходят в контакт друг с другом и могут поворачиваться, открывая каждую часть клапана соответственно, которые герметично соединены, тем самым обеспечивая возможность прохождения через них материала без его загрязнения. Поворот шпинделей 22, 22' нижнего клапанного затворного элемента 20' приведет к повороту верхнего клапанного затворного элемента 20'.
Предлагаемые в настоящем изобретении клапаны могут действовать совершенно стерильно, осуществляя в соответствии с одним из вариантов выполнения операцию стерилизации в месте проведения работ до и после установки в рабочее положение вне зависимости от того, сколь много раз клапан разъединяется в открытое положение и устанавливается вновь, обеспечивая стерильные условия для контактирующих частей продукта. Эти барьеры могут создаваться любой комбинацией уплотнений, прокладок, уплотнительных колец, или опорных поверхностей, или шлангов герметизации.
Если клапан разделен на две половины, любой материал, расположенный в емкости и т.д., сохранит свою стерильность, так как каждая часть клапана герметизирована от окружающей атмосферы клапанным затворным элементом.
Изобретение не ограничено деталями вышеприведенных вариантов выполнения. Например, исполнительный механизм клапана может быть заменен другим исполнительным механизмом, таким как рычаг, приводимый в действие вручную.
В альтернативном варианте выполнения настоящего изобретения заслоночный затворный элемент клапана может быть заменен на шаровой затворный элемент.