клапан

Формула изобретения

1. Клапан, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с конической уплотнительной поверхностью, расположенного у входного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегмента с уплотнительной поверхностью, установленного в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающим в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу седла, и поворотный привод, отличающийся тем, что клапан дополнительно снабжен вторым сегментом, установленным в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения второго сегмента и оси конической уплотнительной поверхности введенного второго седла, расположенного у выходного отверстия, при этом сегменты кинематически связаны между собой с обеспечением поворота и двухстороннего герметичного перекрытия седел клапана в закрытом положении или полного раскрытия проходного сечения клапана в открытом положении, а эксцентриситеты осей первого и второго сегмента расположены в одной плоскости.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что кинематическая связь между сегментами выполнена в виде механизма шарнирного параллелограмма.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что эксцентриситет второго сегмента выполнен зеркально эксцентриситету первого сегмента относительно оси уплотнительных поверхностей седел.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что он снабжен трубопроводом, обеспечивающим подвод чистой среды с избыточным давлением относительно рабочей среды во внутрь корпуса между сегментами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для управления потоком рабочей среды в магистральных трубопроводах, высокого давления при больших расходах рабочей среды, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями, в качестве запорного клапана или запорно-регулирующего клапана или на трубопроводах с насыщенными пневмо-гидроабразивными рабочими смесями.

Известны конструкции односедельного сегментного поворотного клапана (Братин Б.Ф. «Трубопроводная арматура для абразивных гидросмесей». Машиностроение, Москва, 1981, рис.22, 25), содержащие корпус с входным и выходным отверстиями, коническое седло клапана и запорный элемент, выполненный в виде сегмента с сферической уплотнительной поверхностью.

Недостатком данных клапанов является постоянный контакт между уплотнительными поверхностями в процессе их взаимного перемещения, что влечет за собой их сильный износ при попадании абразивных частиц между трущимися поверхностями.

Указанное обстоятельство затрудняет использование этих клапанов на магистральных трубопроводах, где рабочими средами является нефть или газ, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями.

Известен запорно-регулирующий сегментный клапан MAXEFLUSS, представленный в каталоге фирмы OOO «Самсон контролс» 2003 г. (см. приложение 1). Данный запорно-регулирующий сегментный клапан, имеющий тройной эксцентриситет в осях, при повороте сегмента значительно повышает момент на приводе, что увеличивает массогабаритные характеристики как привода, так и клапана в целом. Недостатком данного клапана является также невозможность использования его на магистральных трубопроводах с абразивными включениями в качестве запорного клапана из-за его одностороннего уплотнения.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является конструкция односедельного поворотного сегментного клапана, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, расположенными на одной оси, седло клапана с конической уплотнительной поверхностью, расположенного у входного отверстия, запорный элемент, выполненный в виде сегмента с уплотнительной поверхностью, установленного в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения и оси уплотнительной поверхности седла, обеспечивающим в закрытом положении герметичное прилегание уплотнительной поверхности к конусу седла и поворотный привод (см. приложение №2, F 5000R 01/2004, фирмы Masoneilan).

Данный запорно-регулирующий клапан особенно эффективен при использовании его в средах, содержащих абразивные включения.

Однако недостатком его является то, что наличие эксцентриситета в осях, при повороте сегмента значительно повышает момент на приводе, что увеличивает массогабаритные характеристики как привода, так и клапана в целом. Недостатком данного клапана является также невозможность использования его на магистральных трубопроводах с абразивными включениями в качестве запорного клапана из-за его одностороннего уплотнения и тем более его нельзя использовать в трубопроводах с насыщенными пневмо-гидроабразивными рабочими смесями из-за того, что невозможно осуществить очистку внутренней полости клапана перед окончательным закрытием, чтобы предохранить уплотнительные поверхности от износа и обеспечить герметичность клапана.

Задачей изобретения является создание надежной конструкции как запорного, так и запорно-регулирующего клапана с уменьшенными массогабаритными характеристиками для использования его на магистральных трубопроводах высокого давления при больших расходах рабочей среды, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями, или на трубопроводах с насыщенными пневмо-гидроабразивными рабочими смесями.

Технический результат достигается за счет того, что клапан дополнительно снабжен вторым сегментом, установленным в корпусе с эксцентриситетом относительно плоскости уплотнения второго сегмента и оси конической уплотнительной поверхности введенного второго седла, расположенного у выходного отверстия, при этом сегменты кинематически связаны между собой с обеспечением поворота и двухстороннего герметичного перекрытия седел клапана в закрытом положении или полного раскрытия проходного сечения клапана в открытом положении, а эксцентриситеты осей первого и второго сегмента расположены в одной плоскости.

Клапан может иметь кинематическую связь между сегментами, выполненную в виде механизма шарнирного параллелограмма. Клапан может иметь эксцентриситет второго сегмента, который выполнен зеркально эксцентриситету первого сегмента относительно оси уплотнительных поверхностей седел.

Клапан может быть снабжен трубопроводом, обеспечивающим подвод чистой среды с избыточным давлением относительно рабочей среды во внутрь корпуса между сегментами.

На фиг.1 изображен продольный разрез клапана.

На фиг.2 изображено сечение А-А фиг.1 в закрытом положении затвора.

На фиг.3 изображено сечение А-А фиг.1 в открытом положении затвора.

На фиг.4 изображено сечение Б-Б фиг.1 в закрытом положении затвора.

На фиг.5 изображен продольный разрез клапана с трубопроводом, обеспечивающим подвод чистой среды с избыточным давлением относительно рабочей среды во внутрь корпуса между сегментами.

Клапан содержит корпус 1 с выполненными в нем входным 2 и выходным 3 отверстиями, расположенными на одной оси. Корпус 1 имеет седла 4 и 5 с коническими уплотнительными поверхностями. Седло 4 расположено в входном отверстии 2, а седло 5 в выходном отверстии 3. Внутри корпуса 1 установлены сегменты 6, 7 в осях 8-11 с двойным эксцентриситетом. Оси 9, 11, а с ними сегменты 6, 7, кинематически связанные между собой механизмом шарнирного параллелограмма, состоящего из двух рычагов 12, 13 (см. фиг.4), закрепленных на осях 9, 11 соответственно, при этом рычаги 12, 13 шарнирно соединены между собой тягой 14 с помощью пальцев 15 и 16.

Сегменты 6, 7 представляют собой часть сферы с уплотнительными поверхностями 17, 18 и имеют цилиндрические поверхности 19, 20 (см. фиг.3), диаметральный размер которых совпадает с внутренним диаметром седел 4, 5. Оси 9, 11 имеют герметичный выход через корпус 1.

Клапан может иметь герметичный трубопровод с избыточным давлением чистой среды, состоящий из штуцера 21, самого трубопровода 22, на котором установлен запорный клапан малого сечения 23.

Клапан работает следующим образом.

В открытом положении клапана цилиндрические поверхности 19, 20 сегментов 6, 7 соосны с проходными отверстиями 2, 3 и седел 4, 5.

Поток рабочей среды беспрепятственно проходит через входное и выходное отверстие клапана. Уплотнительные поверхности 17, 18 сегментов 6, 7 защищены от скоростного потока среды и находятся в зоне минимальных скоростей, что обеспечивает защиту их от механических повреждений и износа.

При закрытии клапана привод (не показан) поворачивает ведущую ось 9 сегмента 6 с опорной осью 8. Ось 9 через систему рычагов 12 и 13, тяги 14 и пальцев 15, 16 одновременно поворачивает ось 11 с сегментом 7 и опорной осью 10. Траектория поворота сегментов изображена на фиг.2. Поворот сегментов заканчивается посадкой сферических уплотнительных поверхностей 17, 18 в конусные уплотнительные поверхности седел 4, 5 с обеспечением герметизации уплотнений. При повороте сегментов 6, 7 во всех промежуточных положениях происходит дросселирование потока рабочей среды. В связи с введением второго сегмента и второго седла появилась новая возможность клапана - продувка клапана перед закрытием, позволяющая очистить внутреннюю полость клапана, путем подачи чистой среды с избыточным давлением относительно рабочей среды во внутрь корпуса между сегментами. При закрытии клапана продувка внутренней полости начинается в момент, когда расход чистой среды превышает расход рабочей среды через зазоры между уплотнительными поверхностями сегментов. Чистая среда поступает через штуцер 21 по трубопроводу 22, на котором установлен запорный клапан малого сечения 23. Клапан 23 может быть автоматически связан с углом поворота привода клапана.

Благодаря наличию двух сегментов у клапана DN 300 PN 75 создаются более благоприятные условия и для регулирования потока, по сравнению с регулированием известного односегментного клапана КАМФЛЕКС, которые показали неожиданные результаты:

1) перепад давления на входе и выходе у односегментного клапана 25 атм, у двухсегментного клапана - 40 атм, то есть возможности использования двухсегментного клапана как регулирующего существенно больше.

2) момент на приводе у односегментного клапана с подачей давления на сегмент более чем в 40 раз выше, по сравнению с двухсегментным клапаном. Это объясняется тем, что в двухсегментном клапане моменты, создаваемые перепадом давления, действующие на сегменты, имеют разные направления и гасят друг друга.

Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность и полностью подтвердило ее аэродинамический расчет.

Предлагаемый запорный и запорно-регулирующий клапан в отличие от существующих конструкций позволит существенно снизить момент на приводе и обеспечить двухстороннее уплотнение затвора при уменьшенных весогабаритных характеристиках, а также повысить износостойкость и герметичность уплотнительных поверхностей, увеличивая срок службы клапана при использовании его на магистральных трубопроводах высокого давления при больших расходах рабочей среды, содержащих незначительные примеси с абразивными включениями, то есть может заменить шаровые краны, установленные на магистральных трубопроводах. Конструкция двухсегментного клапана с продувкой открывает новое направление в проектировании арматуры абразивных гидропневмосмесей (пульп). Клапан может найти применение в трубопроводах с пневмо-гидроабразивными рабочими смесями для различных проходных сечений и температурных условий.