Запорный клапан
STOP 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 клапана на высокие параметры рабочей среды (см. «Арматура ядерных энергетических установок», Д.Ф. Гуревич и др., Москва, Атомиздат, 1978 г., стр. 72, рис. 3.23; патент на изобретение RU 2250404 С1, кл. F16K 1/48, 2004 г.), содержащего корпус с уплотнительным седлом и взаимодействующим с ним запорным органом, соединенным со штоком, герметизируемым сильфоном и управляемым приводом.
Указанная конструкция имеет недостатки: большие усилия привода для обеспечения герметичности затвора, вследствие того, что действие давления рабочей среды на сильфон снижает рабочее усилие привода, приходящее на уплотнительную поверхность затвора, а при увеличении выходных параметров привода возрастают ударные нагрузки на затвор, что приводит к ухудшению герметичности затвора и к снижению ресурсных характеристик клапана.
Кроме того, появляется необходимость восстановления уплотнительных поверхностей затвора из-за повышенных удельных нагрузок, приходящих на них.
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. 7 F16K 1/42, 2004 г.), содержащих корпус с уплотнительным седлом, взаимодействующим с запорным органом, установленным на штоке, герметизируемым сильфоном и управляемым-приводом.
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 необходимость увеличения силовых характеристик привода и, соответственно, повышает массо-габаритные характеристики 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 с сильфонным уплотнением по штоку 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. 250, рис. 165), состоящий из корпуса с осевым и боковым патрубками и уплотнительным седлом, штока, герметизируемого сильфоном, и запорного органа, расположенного со стороны осевого патрубка.
При закрытом запорном органе давление рабочей среды воздействует непосредственно на затвор, создавая дополнительное усилие на уплотнительные поверхности затвора - происходит эффект самоуплотнения запорного органа.
Недостатками известной конструкции запорного клапана являются повышенные массо-габаритные характеристики и сложность в установке сильфонной сборки совместно с запорным органом в корпус, что обусловлено установкой сильфона, герметизирующего шток, со стороны бокового патрубка выше его проходного сечения, а запорного органа - со стороны осевого патрубка, при этом корпус снабжен дополнительным разъемным соединением с увеличением длины подводящего рабочую среду канала.
Данное техническое решение выбираем за прототип.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание запорного клапана кингстонного типа, обеспечивающего расположение сильфонной сборки, герметизирующей шток, аналогичное запорному органу, со стороны осевого патрубка, внутренняя полость которого позволяет обеспечить возможность их совместной установки.
Решение поставленной задачи позволяет снизить массо-габаритные характеристики клапана, упростить процесс сборки запорного органа со штоком и сильфоном и обеспечить возможность создания компактной конструкции выемной части клапана. Указанная задача решается за счет того, что в запорном клапане, содержащем корпус с боковым и осевым патрубками и уплотнительным седлом, запорный орган, закрепленный на штоке со стороны осевого патрубка, герметизированным сильфоном и управляемым приводом, запорный орган выполнен в виде стакана, во внутренней полости которого расположен наконечник штока с приваренным сильфоном, верхний конец которого приварен к гильзе, охватывающей шток, проходящей через проходное сечение внутри уплотнительного седла корпуса и приваренной верхним концом к корпусу в районе бокового патрубка.
Запорный орган с сильфоном, размещенным во внутренней его полости, расположен во внутренней полости осевого патрубка, соединенного с трубопроводом, имеющим возможность удлинения за счет подсоединяемого трубопровода.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где: - на фигуре 1 показан продольный разрез клапана, положение "закрыто"; -на фигуре 2 показан продольный разрез клапана, положение "открыто".
Запорный клапан состоит из корпуса 1 с осевым 2 и боковым 3 патрубками, имеющего уплотнительное седло 4, запорного органа 5, расположенного в осевом патрубке 2, штока 6, сильфона 7 и сальникового уплотнения 8.
Запорный орган 5 выполнен в виде стакана, во внутренней полости которого размещен конец штока 6 с наконечником 9 и сильфоном 7. Нижний конец сильфона 7 приварен к наконечнику 9, верхний его конец приварен к гильзе 10.
Гильза 10 выполнена в виде цилиндрической втулки, охватывающей шток 6. Тонкостенная часть гильзы 10 проходит через проходное сечение внутри уплотнительного седла 4 корпуса 1. Верхний конец гильзы 10 приварен к корпусу 1 в районе сальникового уплотнения 8 штока 6, выше проходного сечения бокового патрубка 3.
В запорный орган 5 ввернута упорная втулка 11, имеющая возможность взаимодействовать своим торцом с опорным диском 12 наконечника 9 в положении клапана "закрыто".
На нижнем торце опорного диска 12 выполнен упорный выступ 13, имеющий возможность взаимодействовать в положении клапана "открыто" с внутренним опорным торцом 14 запорного органа 5.
Запорный клапан работает следующим образом.
В исходном положении клапан показан в положении "закрыто" (см. фиг. 1).
Усилие от привода через шток 6, опорный диск 12 наконечника 9 передается на упорную втулку 11, прижимая запорный орган 5 к уплотнительному седлу 4 корпуса 1 с обеспечением герметичности по затвору. Подача рабочей среды прекращена.
Запорный орган 5 дополнительно прижат к уплотнительному седлу 4 давлением рабочей среды со стороны осевого патрубка 2. При наличии давления рабочей среды со стороны бокового патрубка создается дополнительное усилие на запорный орган 5, прижимая его к уплотнительному седлу 4, за счет действия этого давления на эффективную площадь сильфона 7.
Герметичность клапана по отношению к внешней среде обеспечивается сильфоном 7 и дублируется сальниковым уплотнением 8.
Для обеспечения пропуска рабочей среды через проходное сечение корпуса 1 шток 6 под действием усилия от привода перемещается вниз, упорный выступ 13 наконечника 9 передает усилие от штока 6 на внутренний опорный торец 14 запорного органа 5, перемещая его на величину рабочего хода и открывая проходное сечение (см. фиг. 2). Гильза 10 остается неподвижной, а сильфон 7 растягивается в сторону осевого патрубка 2 также на величину рабочего хода запорного органа 5.
Рабочая среда может поступать из осевого патрубка 2 в боковой патрубок 3 или наоборот.