Регулирующий клапан

Изобретение относится к регулирующей арматуре и предназначено для регулирования потока рабочей среды в трубопроводах, использующихся в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Регулирующий клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, размещенные в нем уравновешенный затвор с направляющей клеткой и седло. Выходной патрубок клапана выполнен в виде диффузора. В его узкой части закреплена полая втулка. Эта втулка выступает внутрь патрубка на 0,3...0,1 его длины. Обращенный к выходу торец втулки заглушен. На ее боковой поверхности выполнены радиальные отверстия одинакового или разного диаметра. Изобретение направлено на повышение надежности работы клапана путем противостояния кавитационному разрушению. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к регулирующей арматуре и может быть использовано в нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности.

Известны регулирующие клапаны, в которых регулирование потока среды в трубопроводе осуществляется путем поступательного перемещения затвора относительно седла (1).

Недостатком таких клапанов является то, что дроссельная пара (затвор - седло) не может противостоять эрозии и вибрации, возникающим в результате кавитации, свойственной клапанам, работающим при высоких статических давлениях. Кавитации можно избежать путем последовательной установки на трубопроводе двух и более клапанов, т.к. каждый из них принимает на себя часть общего перепада давления (3 стр.222). Однако такое решение экономически нецелесообразно.

Более эффективный метод применен в устройстве (2), где снижение перепада давления достигается путем установки диффузора за выходным патрубком, но такое решение значительно увеличивает габариты и массу клапана.

Наиболее близким из известных по технической сущности является клапан, принятый за прототип, в котором клетка, прижимающая седло к корпусу, содержит определенное число небольших отверстий, расположенных диаметрально противоположно друг другу (3). Достоинством этого клапана является то, что захлопывание (разрушение) каверн происходит в свободном пространстве вне непосредственной близости от внутренних деталей клапана. Следует отметить, однако, что при условных давлениях свыше 40 кгс/см² эффективность таких клапанов мала.

Изобретение направлено на достижение технического результата: повышение надежности работы клапана путем противостояния кавитационному разрушению при работе на условных давлениях до 160 кгс/см² и выше.

Этот технический результат достигается тем, что выходной патрубок клапана выполнен в виде диффузора, в узкой части которого закреплена полая втулка, выступающая внутрь патрубка на 0,3...1,0 его длины. Торец втулки, обращенный к выходу, заглушен, и на ее боковой поверхности выполнены радиальные отверстия одинакового или разного диаметра. Отверстия расположены у заглушенного торца втулки на расстоянии 0,3...0,5 ее длины. Кроме того, радиальные отверстия расположены в концентрических плоскостях и смещены в угловом направлении.

В результате анализа технической и патентной информации в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа (3), то есть заявляемый объект отвечает признаку «новизна».

Предлагаемое изобретение является «промышленно полезным», что подтверждается нижеследующим описанием со ссылками на чертеж, где показан продольный разрез клапана.

Регулирующий клапан содержит корпус 1, в котором размещены седло 2 и клетка 3 с отверстиями для прохода рабочей среды. Клетка 3 служит направляющей для затвора 4, соединенного при помощи штока 5 с исполнительным механизмом (на чертеже не показан). На корпусе 1 установлена обойма 6, в которой размещен сальник 7, подпружиненный пружиной 8. Обойма 6 закреплена гайкой 9 и через шайбу 10 и клетку 3 поджимает седло 2 к корпусу 1 через прокладку 11. Шайба 10 отделена от клетки 3 и обоймы 6 уплотнительными прокладками 12. Между корпусом 1 и обоймой 6 установлена прокладка 13. Каналы 14 в затворе 4 служат для выравнивания давления среды над и под затвором, делая его уравновешенным. Уплотнительное кольцо 15 устраняет протечку рабочей среды между клеткой 3 и затвором 4.

Выходной патрубок 16 выполнен в виде диффузора, в узкой части которого закреплена полая втулка 17, с радиальными отверстиями 18 одинакового или разного диаметра на ее боковой поверхности. Втулка 17 выступает внутрь патрубка 16 на 0,3...1,0 его длины, в зависимости от величины условного давления, что повышает надежность работы клапана в широком диапазоне давлений. Торец втулки 17, обращенный к выходу, заглушен, и радиальные отверстия 18 расположены у заглушенного торца на расстоянии 0,3...0,5 ее длины. Радиальные отверстия 18 расположены в концентрических плоскостях и смещены в угловом направлении, что приводит к закручиванию потока и повышению пропускной способности.

Клапан работает следующим образом: при подаче управляющего сигнала на привод последний через шток 5 перемещает затвор 4 относительно седла 2, изменяя его проходное сечение. Рабочая среда, проходя через отверстия в клетке 3, дросселируется, снижая перепад давления на седле. Попадая во втулку 17, рабочая среда проходит большую часть пути через ее центральное отверстие сравнительно большого диаметра. На этом участке скорость потока низкая, давление высокое, и кавитация не наблюдается. По мере приближения к закрытому торцу втулки среда проходит через гораздо меньшие радиальные отверстия, длина их мала, что создает эффект, подобно соплу с острой кромкой. В этих точках скорость потока значительно увеличивается, давление уменьшается до величины упругости насыщенных паров или ниже, и в потоке образуются каверны. Попадая в диффузор, поток расширяется, скорость возрастает, и происходит дальнейшее снижение давления на выходе из клапана.

Благодаря такой конструкции, по мере удаления среды от седла снижается перепад давления на клапане, и каверны разрушаются после того, как среда оказывается за пределами поверхностей затвора и седла, что предупреждает возможность их разрушения от кавитации, обеспечивает снижение шума и вибрации клапана.

Подбором количества и диаметра радиальных отверстий и их расположением добиваются изменения характеристики клапана.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Авторское свидетельство СССР №502167, кл. F 16 К 1/04, 1974 г.

2. Авторское свидетельство СССР №426100, кл. F 16 K 27/03, 1974 г.

3. «Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа». Справочное пособие под ред. Котелевского Ю.М., М., 1976 г., стр.223, рис. IX.20. - прототип.

1. Регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, размещенные в нем уравновешенный затвор с направляющей клеткой и седло, отличающийся тем, что выходной патрубок клапана выполнен в виде диффузора, в узкой части которого закреплена полая втулка, выступающая внутрь патрубка на 0,3...0,1 его длины, торец втулки, обращенный к выходу, заглушен, а на ее боковой поверхности выполнены радиальные отверстия одинакового или разного диаметра.

2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что радиальные отверстия расположены у заглушенного торца втулки на расстоянии 0,3...0,5 ее длины.

3. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что радиальные отверстия расположены в концентрических плоскостях и смещены в угловом направлении.