Клапан
Изобретение относится к области арматуростроения и предназначено для использования в качестве клапана для перекрытия трубопроводов. Клапан содержит корпус, запорный орган, установленный в корпусе с возможностью скольжения между открытым и закрытым положениями, и средства для уменьшения трения между запорным органом и корпусом клапана. Эти средства содержат, по меньшей мере, один направляющий башмак с поверхностью скольжения с низким коэффициентом трения и вставленный с возможностью извлечения из паза запорного органа. Паз выполнен с выемкой. Направляющий башмак выполнен с возможностью взаимодействия с верхним и нижним концами выемки паза. Последние предотвращают извлечение направляющего башмака из запорного органа в направлении движения запорного органа. Изобретение направлено на уменьшение усилия, требуемого для управления клапаном, за счет уменьшения сопротивления трению при перемещении запорного органа клапана. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Изобретение относится к клапанам и в особенности, хотя и не исключительно, к запорным клапанам.
Уровень техники
Типичные запорные клапаны содержат корпус, уплотнительный элемент, подвижно установленный в корпусе между открытым и закрытым положениями, и запорный орган.
Когда клапан закрыт или частично закрыт, давление на одной стороне уплотнительного элемента больше чем на другой. Неравенство давлений создает усилие, прижимающее уплотнительный элемент к опорным поверхностям в корпусе. При управлении клапаном это усилие вызывает сопротивление трения, которое препятствует перемещению элемента клапана. Усилие, требуемое для управления клапаном, пропорционально сопротивлению трения.
Было бы предпочтительно уменьшить приводное усилие для клапанов как с ручным приводом, так и с приводом от внешнего источника энергии. Оборудование для привода клапанов от внешнего источника энергии выпускается в диапазоне фиксированных типоразмеров. Если приводное усилие может быть в достаточной степени уменьшено, то это даст возможность использовать устройство меньшей мощности и меньшей стоимости.
Известны клапаны, снабженные средствами для уменьшения трения между корпусом и запорным органом, раскрытые, например, в патенте США 4257447, техническое решение согласно которому может быть принято в качестве ближайшего аналога первого варианта заявленного изобретения.
Запорные клапаны, как правило, содержат элемент управления клапаном, связанный с запорным органом и выходящий из корпуса клапана через отверстие. В этом случае предусматриваются уплотняющие средства для уплотнения отверстия при открытом положении запорного органа. Клапан такого типа, раскрытый в европейском патенте 0355301, может быть принят в качестве ближайшего аналога второго и третьего вариантов заявленного изобретения.
Сущность изобретения
Задачей первого аспекта изобретения является предложение эффективного и имеющего низкую стоимость способа существенного уменьшения усилия, требуемого для управления клапанами.
В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается клапан, содержащий корпус, запорный орган, установленный в корпусе с возможностью скольжения между открытым и закрытым положениями, и средства для уменьшения трения между запорным органом и корпусом клапана, содержащие, по меньшей мере, один направляющий башмак с поверхностью скольжения с низким коэффициентом трения, вставленный с возможностью извлечения из паза запорного органа, причем паз выполнен с выемкой, а направляющий башмак - с возможностью взаимодействия с верхним и нижним концами выемки паза, предотвращающими извлечение направляющего башмака из запорного органа в направлении движения запорного органа.
Предпочтительно клапан выполнен в виде запорного клапана, а поверхности скольжения с низким коэффициентом трением располагаются на запорно-уплотнительном элементе клапана, например обтюраторе, заслонке, пробке и т.п., называемом далее уплотнительным элементом. Запорный орган предпочтительно выполнен в виде такого уплотнительного элемента.
Предпочтительно уплотнительный элемент покрыт эластомерным материалом или выполнен из эластомерного материала для обеспечения коррозионной стойкости, причем поверхности скольжения расположены снаружи относительно эластомерного материала.
В целом желательно использование эластомерного материала для обеспечения защиты от коррозии, однако, как правило, эластомерный материал имеет высокий коэффициент трения, что дает в результате большое сопротивления трению и высокие приводные усилия.
Благодаря расположению поверхностей скольжения с низким коэффициентом трения снаружи эластомерного материала коррозионная стойкость уплотнительного элемента сохраняется, в то время как уменьшается усилие, требуемое для управления клапаном.
Поверхности скольжения с низким коэффициентом трения могут быть образованы, по меньшей мере, с помощью одного направляющего башмака, выполненного из материала с низким коэффициентом трения и прикрепленного к уплотнительному элементу.
Предпочтительно используются два направляющих башмака, расположенных на противоположных краях уплотнительного элемента.
Предпочтительно каждый паз закрыт у своих верхнего и нижнего концов, что обеспечивает удержание направляющего башмака в пазу и по существу предотвращение его вертикального перемещения относительно уплотнительного элемента.
Каждый направляющий башмак может быть установлен в соответствующем пазу на прессовой посадке.
Каждый направляющий башмак может быть снабжен гребнями, выполненными с возможностью взаимодействия с эластомерным материалом уплотнительного элемента, например с возможностью вдавливания в этот материал, для удержания направляющего башмака в соответствующем пазу.
Гребни на каждом направляющем башмаке предпочтительно имеют поперечное сечение, выполненное в виде зуба пилы для обеспечения легкой установки направляющего башмака в соответствующий паз, но трудного извлечения башмака из паза обратно.
Корпус клапана может быть снабжен параллельными направляющими выступами, проходящими вдоль каждой стороны корпуса с возможностью взаимодействия с параллельными направляющими каналами в направляющих башмаках, обеспечивающими направленное движение уплотнительного элемента при его перемещении между открытым и закрытым положениями.
Выступы на корпусе клапана могут быть выполнены из металла или из металла с антикоррозионным покрытием. Поперечное сечение направляющих выступов выполнено предпочтительно в виде прямоугольника, хотя могут быть использованы и другие формы.
Внутренние поверхности каждого направляющего башмака предпочтительно охватывают соответствующий направляющий выступ корпуса с достаточным зазором для обеспечения скольжения.
Задняя часть каждого направляющего башмака предпочтительно выполнена по форме, соответствующей форме выемки соответствующего паза уплотнительного элемента. Например, каждый направляющий башмак может быть снабжен центральным выступом, проходящим по длине с задней стороны башмака. Однако возможны и многие другие формы. Это предотвращает выдвижение направляющих башмаков из направляющих пазов параллельно направлению работы клапана.
Каждая выемка может быть покрыта эластомерным материалом, хотя это не является обязательным.
Согласно второму аспекту изобретения предложен клапан, содержащий корпус, запорный орган, установленный в корпусе клапана с возможностью скольжения между открытым и закрытым положениями, элемент управления клапаном, связанный с запорным органом и выходящий из корпуса клапана через отверстие, причем клапан содержит уплотняющие средства для уплотнения отверстия при открытом положении запорного органа.
Отличительными особенностями клапана является то, что он содержит основное уплотнение для обеспечения герметичного контакта между элементом управления клапаном и отверстием, а уплотняющие средства содержат дополнительное уплотнение на запорном органе, обеспечивающее герметичный контакт с корпусом клапана и элементом управления клапаном при открытом положении запорного органа.
Отличительными особенностями клапана согласно третьему аспекту изобретения является то, что уплотняющие средства содержат дополнительное уплотнение на корпусе клапана, обеспечивающее контакт с запорным органом при его открытом положении.
Другая возможность состоит в том, что может существовать первое дополнительное уплотнение на запорном органе и второе дополнительное уплотнение на корпусе клапана, причем два дополнительных уплотнения находятся в герметичном контакте друг с другом и с элементом управления клапаном, когда элемент управления клапаном находится в открытом положении.
Когда необходимо заменить или отремонтировать основное уплотнение, запорный орган может быть перемещен в открытое положение, в котором дополнительное уплотнение уплотняет отверстие, в то время как производится замена или ремонт основного уплотнения.
Краткий перечень фигур чертежей
В виде примеров ниже будут описаны конкретные варианты выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг.1 изображает вариант выполнения клапана в соответствии с изобретением, в поперечном сечении, проходящем по центральной линии клапана;
Фиг.2 изображает в поперечном сечении в увеличенном масштабе направляющий башмак клапана, изображенного на фиг.1;
Фиг.3 изображает уплотнительный элемент клапана, частично в разрезе, с плоскостью разреза, проходящей через уплотнительный элемент;
Фиг.4 изображает уплотнительный элемент, показанный на фиг.3, в виде сбоку;
Фиг.5 изображает в поперечном сечении клапан, выполненный согласно изобретению, по второму варианту выполнения, вид в направлении потока;
Фиг.6 изображает уплотнительный элемент клапана, показанного на фиг.5;
Фиг.7 изображает подробно часть уплотнительного элемента, изображенного на фиг.6.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Клапаны, изображенные на фиг.1-4, содержат корпус 1 клапана и заслонку или уплотнительный элемент 2, перемещающийся вниз в корпусе 1 для закрытия клапана и перемещающийся обратно вверх для открытия клапана.
Уплотнительный элемент 2 содержит литую металлическую отливку 3, заключенную в капсулу из эластомерного вещества 4.
На каждой вертикальной кромке уплотнительного элемента выполнен паз 15, имеющий часть с выемкой16. Часть с выемкой 16 закрыта у своих верхнего 17 и нижнего 18 концов.
В каждый паз 15 устанавливается направляющий башмак, имеющий поперечное сечение, показанное на фиг.2. Центральное ребро 12 в задней части каждого направляющего башмака взаимодействует с соответствующей выемкой 16, а продольные гребни 13, 14 вминаются в эластомерный материал на боковых сторонах соответствующего паза 15. Это вминание обеспечивает удержание каждого направляющего башмака в своем пазу в горизонтальном направлении, и направляющий башмак не может выйти из паза в вертикальном направлении вследствие взаимодействия верхнего и нижнего концов ребра 12 с верхним 17 и нижним 18 концами части с выемкой 16 соответствующего паза 15.
Корпус 1 снабжен противоположно направленными направляющими выступами 5 и 6, как лучше всего показано на фиг.1. Они взаимодействуют с каналами в направляющих башмаках 7 и 8, для того чтобы направлять движение уплотнительного элемента между его открытым и закрытым положениями. Каждый выступ располагается между боковыми стенками 9 и 10 соответствующего направляющего башмака, и внутренняя поверхность каждого направляющего выступа находится вплотную к внутренней поверхности 11 соответствующего канала направляющего башмака.
Благодаря расположению направляющих башмаков между корпусом 1 клапана и уплотнительным элементом 2, уплотнительный элемент 2 может по-прежнему быть заключен в капсулу из коррозионно-стойкого материала, имеющего обычно высокое значение коэффициента трения. Но это не означает, что для управления клапаном потребуется приложение большего усилия, так как единственный контакт между корпусом клапана и уплотнительным элементом клапана происходит через направляющие башмаки 7 и 8, выполненные из материала с низким коэффициентом трения.
Клапан, изображенный на фиг.5, работает в общем случае аналогично клапану, изображенному на фиг.1, и содержит корпус 1 клапана и уплотнительный элемент 2. Уплотнительный элемент 2 перемещается вверх или вниз для открытия или закрытия клапана при необходимости.
Уплотнительный элемент (заслонка) 2 приводится в движение от штока 20 клапана, выходящего из корпуса 1 через отверстие 21. Основное уплотнение 22 предназначено для уменьшения возможности утечки жидкости из корпуса клапана вокруг штока 20 клапана.
Во многих случаях может быть необходимо заменить или отремонтировать основное уплотнение 22 без вывода клапана из эксплуатации.
Для обеспечения этого, верхняя часть уплотнительного элемента 2 снабжена кольцевым дополнительным уплотняющим элементом 23, более подробно показанным на фиг.7. Он представляет собой кольцевую отливку 24 из металла, окруженную эластомерным материалом 25. Эластомерный материал 25 имеет выступающий кольцевой буртик 26.
Если установлено дополнительное уплотнение вокруг штока 20 клапана, то во время ремонта или замены уплотнения 22 уплотнительный элемент поднимается в полностью открытое положение. В этом положении выступающий кольцевой буртик 26 прижимается к внутренней стороне 27 верхней части корпуса 1 клапана. Это прижатие вызывает радиальную деформацию эластомерного материала 25 внутрь, обеспечивая уплотнение штока 20 клапана.
Вместо обеспечения дополнительного уплотнения уплотнительного элемента дополнительное уплотнение может быть расположено на внутренней стороне 27 корпуса 1 клапана, или в альтернативном варианте могут быть предусмотрены два дополнительных уплотнения, одно на уплотнительном элементе и одно на корпусе, которые прижимаются друг к другу и к штоку 20, когда запорный орган перемещается в открытое положение.
Клапан, изображенный на фиг.1-4, может быть снабжен дополнительным уплотнением, показанным на фиг.5-7.
Все отличительные особенности, приведенные в этом описании (включая любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все операции любого описанного способа или процесса могут сочетаться в любой комбинации, за исключением комбинаций, где, по меньшей мере, некоторые из таких отличительных особенностей и/или операций являются взаимоисключающими.
Каждая отличительная особенность, приведенная в этом описании (включая любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи), может быть заменена альтернативными отличительными особенностями, служащими для той же самой, эквивалентной или похожей цели, если явно не указано иное. Таким образом, если явно не указано иное, каждая описанная отличительная особенность является только одним примером общей серии эквивалентных или подобных отличительных особенностей.
Изобретение не ограничено деталями вышеописанных вариантов выполнения. Изобретение распространяется на любую новую отличительную особенность или новое сочетание отличительных особенностей, приведенное в этом описании (включая любые пункты прилагаемой формулы изобретения, реферат и чертежи), или на любую новую операцию или новое сочетание операций любого описанного здесь способа или процесса.
1. Клапан, содержащий корпус, запорный орган, установленный в корпусе с возможностью скольжения между открытым и закрытым положениями, и средства для уменьшения трения между запорным органом и корпусом клапана, содержащие, по меньшей мере, один направляющий башмак с поверхностью скольжения с низким коэффициентом трения, вставленный с возможностью извлечения из паза запорного органа, причем паз выполнен с выемкой, а направляющий башмак - с возможностью взаимодействия с верхним и нижним концами выемки паза, предотвращающими извлечение направляющего башмака из запорного органа в направлении движения запорного органа.
2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что клапан выполнен в виде запорного клапана, а запорный орган выполнен в виде уплотнительного элемента.
3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что уплотнительный элемент покрыт эластомерным материалом или выполнен из эластомерного материала для обеспечения коррозионной стойкости, причем поверхности скольжения расположены снаружи эластомерного материала.
4. Клапан по п.2, отличающийся тем, что поверхности скольжения образованы, по меньшей мере, одним направляющим башмаком, который прикреплен к уплотнительному элементу.
5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что он содержит два направляющих башмака, причем оба направляющих башмака расположены на противоположных краях уплотнительного элемента.
6. Клапан по п.4, отличающийся тем, что направляющий башмак снабжен гребнями, выполненными с возможностью взаимодействия с эластомерным материалом уплотнительного элемента для удержания направляющего башмака в соответствующем пазу.
7. Клапан по п.6, отличающийся тем, что гребни на каждом направляющем башмаке имеют поперечное сечение, выполненное в виде зуба пилы для обеспечения легкой установки направляющего башмака в соответствующий паз, но трудного извлечения башмака из паза обратно.
8. Клапан по одному из п.5, отличающийся тем, что корпус снабжен параллельными направляющими выступами, проходящими вдоль каждой стороны корпуса с возможностью взаимодействия с параллельными направляющими каналами в направляющих башмаках, обеспечивающими направленное движение уплотнительного элемента при его перемещении между открытым и закрытым положениями.
9. Клапан по п.8, отличающийся тем, что выступы на корпусе клапана выполнены из металла или металла, снабженного антикоррозионным покрытием.
10. Клапан по п.8, отличающийся тем, что внутренние поверхности каждого направляющего башмака охватывают соответствующий направляющий выступ корпуса с зазором, достаточным для обеспечения скольжения.
11. Клапан по п.6, отличающийся тем, что задняя часть каждого направляющего башмака имеет форму, соответствующую форме выемки соответствующего паза уплотнительного элемента.
12. Клапан по п.1, отличающийся тем, что он содержит элемент управления клапаном, связанный с запорным органом и выходящий из корпуса клапана через отверстие, причем клапан содержит средства для уплотнения отверстия при открытом положении запорного органа.
