Затворный механизм клапана, имеющий полость для приема загрязнителей с уплотняющей поверхности
Затворный механизм клапана содержит седло клапана (216) и запирающий элемент (214), в процессе работы прижимающийся к седлу клапана (216). Один из элементов - запирающий элемент (214) и седло клапана (216) - имеет несколько кольцевых буртиков (222), и по меньшей мере один из элементов - седло клапана (216) или запирающий элемент (214) - образует по меньшей мере одну канавку (218), расположенную между по меньшей мере двумя кольцевыми буртиками (222) для приема материала с уплотнительной поверхности (220) между запирающим элементом (214) и седлом клапана (216), когда упомянутый запирающий элемент (214) находится в плотном контакте с седлом клапана (216). Кольцевые буртики (222) имеют угловой профиль, способствующий собиранию материала в по меньшей мере одной канавке (218). 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к регулирующим клапанам, а точнее - к запорным механизмам клапанов, имеющих полость для приема загрязнителей, отлагающихся на уплотняющей поверхности запорного механизма клапана.
Уровень техники
Гидравлические клапаны часто используют в оборудовании или системах для регулирования расхода технологических текучих сред. В общем, гидравлические клапаны обычно имеют затворную сборку или затворный механизм, состоящие из плунжера клапана (например, металлического плунжера клапана) и седла клапана (например, в виде металлического седельного кольца), расположенных на пути потока текучей среды для управления расходом текучей среды через проточный канал между входной и выходной камерами. Шток клапана или вал в процессе работы соединяет плунжер клапана с приводом, таким как, например, пневматический привод, ручной привод и т.д. Привод перемещает плунжер клапана между положением "открыто", в котором плунжер клапана расположен на некотором расстоянии от седла клапана, позволяя текучей среде перемещаться через проточный канал, и положением "закрыто", в котором плунжер клапана плотно прижат к седлу клапана, препятствуя перемещению текучей среды через проточный канал.
В жестких условиях эксплуатации, как, например, в нефтехимической промышленности, регулирующие клапаны могут подвергаться воздействию вызывающих сильную эрозию условий текучей среды, приводящих к быстрому износу и сокращению срока службы затворного механизма клапана (например, седла клапана, плунжера клапана и т.п.). Например, затворный механизм клапана может подвергаться воздействию потока технологических текучих сред, содержащих вовлеченные частицы (например, пыль керамического катализатора). В жестких условиях эксплуатации для уменьшения повреждений и/или износа, вызванных высокоэрозивными технологическими текучими средами, способными повредить металлические седла клапанов и/или плунжеры клапанов, часто используют седла клапанов и/или плунжеры клапанов, выполненные из керамических материалов, что способствует повышению срока службы седла клапана и/или плунжера клапана.
Хотя керамические седла клапанов и/или плунжеры клапанов обладают высокой устойчивостью против вышеупомянутых эрозионных и коррозионных воздействий частиц и т.п., загрязнители или материалы, такие как частицы (например, вовлеченные частицы керамического катализатора) и/или текучие среды с относительно высокой вязкостью могут прилипать к уплотнительным поверхностям или поверхности седла плунжера клапана и/или седла клапана, когда упомянутый плунжер клапана входит в плотный контакт с седлом клапана. Такие загрязнители или материал могут не давать уплотнительной поверхности плунжера клапана плотно прижаться к посадочной поверхности седла клапана, тем самым вызывая протечку текучей среды через седло клапана, когда клапан находится в положении "закрыто".
Раскрытие изобретения
В одном примере, затворный механизм клапана имеет седло клапана и плунжер клапана для прижатия в процессе работы седла клапана. Один из элементов - плунжер клапана или седло клапана - имеет множество кольцевых буртиков, и по меньшей мере один из элементов - седло клапана или плунжер клапана - имеет по меньшей мере одну канавку, размещенную между по меньшей мере двумя кольцевыми буртиками для приема материала с уплотнительной поверхности плунжера клапана или седла клапана в момент, когда плунжер клапана входит в плотный контакт с седлом клапана.
В другом примере, затворный механизм клапана имеет седло клапана и запирающий элемент клапана. Запирающий элемент клапана и седло клапана вступают в контакт, образуя полость и перемещая загрязнитель с уплотнительной поверхности седла клапана или плунжера клапана в полость в процессе того, как плунжер клапана перемещается в положение плотного прижатия к седлу клапана.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показан известный пример гидравлического клапана, реализованный с известным затворным механизмом клапана.
На ФИГ. 2А показан пример гидравлического клапана, реализованный с описанным здесь примером затворного механизма клапана.
На ФИГ. 2В показана в увеличенном виде часть примера затворного механизма клапана, изображенного на ФИГ. 2А, находящегося в положении "закрыто".
На ФИГ. 3 показана в увеличенном виде часть примера затворного механизма клапана, изображенного на ФИГ. 2А и 2 В, находящегося в положении "открыто".
На ФИГ. 4 показана в увеличенном виде часть примера затворного механизма клапана, изображенного на ФИГ. 2А, 2В и 3, находящегося в промежуточном положении.
Осуществление изобретения
В общем, описанный здесь пример затворного механизма клапана можно использовать для работы с высокоэрозивными и/или обладающими относительно высокой вязкостью текучими средами, такими как, например, некоторые технологические текучие среды (например, жидкий водород) с вовлеченными частицами (например, керамического катализатора), способными вызвать повреждение или эрозию компонентов обычных затворных механизмов клапанов. Описанный здесь пример затворного механизма клапана существенно увеличивает срок службы затворного механизма клапана по сравнению с обычным затворным механизмом клапана. Точнее говоря, данный пример затворного механизма клапана перемещает, счищает или направляет частицы, вовлеченные в поток текучей среды, и/или текучие среды с высокой вязкостью с уплотнительной поверхности затворного механизма клапана, обеспечивая относительную свободу от загрязнителей (то есть гладкость или чистоту) уплотнительной поверхности и возможность плотного прижима затворного механизма клапана и/или предотвращения протечек, когда клапан находится в положении "закрыто". Кроме того, описанный здесь пример затворного механизма клапана обеспечивает эффективную мертвую зону в потоке текучей среды, помогая удалять частицы с посадочной поверхности затворного механизма при движении затворного механизма к положению "закрыто".
Один пример затворного механизма клапана, описанный здесь, имеет плунжер клапана, в процессе работы входящий в плотный контакт с седлом клапана. Плунжер клапана взаимодействует с седлом клапана, образуя полость и удаляя загрязнитель с уплотнительной поверхности седла клапана или плунжера клапана в полость по мере того, как плунжер клапана перемещается в положение плотного контакта с седлом клапана. Один из элементов - плунжер клапана или седло клапана - имеет множество кольцевых выступов или буртиков. По меньшей мере, один из элементов - седло клапана или плунжер клапана - имеет по меньшей мере одну канавку, расположенную между по меньшей мере двумя кольцевыми выступами для приема материала или загрязнителя (например, частиц, вязких текучих сред, и т.п.) с уплотнительной поверхности плунжера клапана или седла клапана, когда плунжер клапана находится в плотном контакте с седлом клапана.
Кроме того, клетка и плунжер клапана сконфигурированы так, чтобы обеспечить фактически мертвую зону в потоке текучей среды для защиты уплотнительной поверхности затворного механизма клапана от эрозии, коррозии и/или повреждений. В частности, плунжер клапана взаимно прижимается к клетке, перекрывая поток текучей среды и уменьшая остаточное количество текучей среды и/или частиц, перемещающихся через уплотнительную поверхность затворного механизма по мере того, как плунжер клапана перемещается к седлу клапана, и перед тем, как плунжер клапана войдет в плотный контакт с седлом клапана.
На ФИГ. 1 показана известная сборка гидравлического клапана 100 (например, проточного углового регулирующего клапана), реализованная с использованием известного затворного механизма клапана 102, который можно применять в жестких условиях эксплуатации (например, для высокоэрозивных технологических текучих сред, при высоких давлениях и т.п.). Как показано на ФИГ. 1, пример сборки гидравлического клапана 100 имеет корпус клапана 104, образующий проточный канал потока текучей среды 106 между входной или боковой камерой 108 и выходной или нижней камерой 110. В этом примере, входная камера 108 повернута на некоторый угол по отношению к выходной камере 110. Крышка 112 соединена с корпусом клапана 104 крепежными деталями 114 и соединяет корпус клапана 104 с приводом (не показан). Крышка 112 также имеет сальниковую систему 116, предотвращающую утечку технологической текучей среды в окружающую среду.
Затворный механизм клапана 102 имеет орган регулирования расхода или плунжер клапана 118 и седло клапана или седельное кольцо 120, расположенное в проточном канале 106. Привод (например, пневматический, электрический, гидравлический привод и т.п.) может в процессе работы соединяться с плунжером клапана 118 при помощи штока клапана 122, для перемещения плунжера клапана 118 относительно седельного кольца 120, регулируя поток текучей среды через проточный канал 106 между входной камерой 108 и выходной камерой 110. Держатель или фиксатор седельного кольца 124 удерживает седельное кольцо 120 внутри корпуса клапана 104 и имеет продолговатый корпус 126, который защищает внутреннюю поверхность 128 выходной камеры 110 от вредных влияний технологического процесса таких как, например, абразивное истирание, эрозия, коррозия и т.п.
В процессе работы привод перемещает шток клапана 122 и, соответственно, плунжер клапана 118 между положением "закрыто", в котором плунжер клапана 118 находится в плотном контакте с седельным кольцом 120, перекрывая или ограничивая поток текучей среды через проточный канал 106 между входной камерой 108 и выходной камерой 110, и полностью открытым положением (положением максимального расхода), в котором плунжер клапана 118 отведен от седельного кольца 120, позволяя потоку текучей среды перемещаться через проточный канал 106 между входной камерой 108 и выходной камерой 110.
В жестких условиях эксплуатации (например, для применения в нефтехимии) затворный механизм клапана 102 может подвергаться воздействию высокоэрозивных и/или коррозионно-опасных условий текучей среды, способных вызвать быстрый износ поверхностей 130 и/или 132 или унос материала с них и существенно уменьшить срок службы затворного механизма клапана 102. Например, плунжер клапана 118 и/или седельное кольцо 120 могут подвергаться воздействию технологических текучих сред, содержащих вовлеченные частицы (например, керамического катализатора) или сред, обладающих относительно высокой вязкостью, способных вызвать износ или испортить поверхности 130 и/или 132. Так, в высокоэрозивных условиях текучей среды часто используют плунжеры клапанов и/или седла клапанов, выполненные из керамических материалов, так как керамические материалы способны уверенно противостоять эрозионным или коррозионным воздействиям текучей среды, тем самым увеличивая срок службы плунжеров клапанов и/или седел клапанов. Например, обращаясь к примеру, показанному на ФИГ. 1, плунжер клапана 118 и/или седельное кольцо 120 могут быть выполнены из керамического материала.
Но вовлеченные частицы и/или обладающая относительно высокой вязкостью текучая среда могут прилипать к уплотнительной поверхности 130 и/или посадочной поверхности 132 плунжера клапана 118 и/или седельному кольцу 120 по мере того, как плунжер клапана 118 плотно прижимается к седельному кольцу 120 в положении "закрыто". Кроме того, в данном примере, частицы, взвешенные в технологической текучей среде, которой может быть обладающая относительно высокой вязкостью текучая среда, протекают через седельное кольцо 120 до тех пор, пока плунжер клапана 118 не окажется плотно прижатым к седельному кольцу 120. Такие частицы, взвешенные в технологической текучей среде, могут прилипать к уплотнительной поверхности 130 и/или посадочной поверхности 132 по мере того, как плунжер клапана 118 плотно прижимается к седельному кольцу 120. Такие частицы, которые, как правило, являются жесткой и обладающей высокой вязкостью текучей средой, могут не давать уплотнительной поверхности 130 плунжера клапана 118 плотно прижаться к посадочной поверхности 132 седельного кольца 120 с целью обеспечения плотного запирания, таким образом вызывая протечку через проточный канал 106, когда гидравлический клапан 100 находится в положении «закрыто». Так, уплотнительная поверхность седельного кольца 120 и/или плунжера клапана 118, подвергаясь действию частиц и/или текучей среды с высокой вязкостью, таким образом, становится непригодной для управления потоком текучей среды через гидравлический клапан 100.
Кроме того, твердые частицы загрязнителя могут повреждать уплотнительную поверхность 130 плунжера клапана 118 и/или посадочную поверхность 132 седельного кольца 120. В некоторых случаях такие частицы могут вызывать растрескивание, разламывание или разрушение плунжера клапана и/или седельного кольца, выполненного из керамики, что приводит к существенному сокращению срока службы затворного механизма клапана.
На ФИГ. 2А показан пример гидравлического клапана 200, реализованного с использованием описанного здесь примера затворного механизма клапана 202, который можно использовать в условиях значительной эрозии или коррозии, таких как, например, применения с использованием технологических текучих сред с высокой вязкостью и/или технологических текучих сред, содержащих вовлеченные частицы (например, пыль керамического катализатора) или другие загрязнители. На ФИГ. 2В показана в увеличенном виде часть примера затворного механизма клапана 202, изображенного на ФИГ. 2А.
Обращаясь к ФИГ. 2А, можно отметить, что гидравлический клапан 200 имеет корпус клапана 204, образующий проточный канал 206 между входной или боковой камерой 208 и выходной или нижней камерой 210. Затворный механизм клапана 202 установлен в проточном канале 206 корпуса клапана 204 для регулирования расхода текучей среды между входной камерой 208 и выходной камерой 210. В показанном примере входная камера 208 находится под значительным углом по отношению к выходной камере 210. Крышка (не показана) (например, аналогичная крышке 112 на ФИГ. 1) может соединяться с корпусом клапана 204 (например, при помощи крепежных деталей), а также может соединять корпус клапана 204 с приводом (не показан). Привод в рабочем положении может быть соединен с затворным механизмом клапана 202 при помощи штока клапана 212.
Затворный механизм клапана 202 имеет орган регулирования расхода или запирающий элемент 214 (на чертеже изображен в виде плунжера клапана) и седло клапана 216. Один из элементов - запирающий элемент 214 или седло клапана 216 - изготавливается из металла, карбида (например, карбида вольфрама) или керамического материала, а другой из них - запирающий элемент 214 или седло клапана 216 - изготовлен из другого материала, чем материал запирающего элемента 214. В данном примере седло клапана 216 изготовлено из керамического материала (например, карбида), а запирающий элемент 214 изготовлен из нержавеющей стали. Таким образом, в силу того, что запирающий элемент 214 изготовлен из металла, запирающий элемент 214 будет поддаваться (например, деформироваться) по отношению к седлу клапана 216 из керамики или карбида, обеспечивая относительно герметичное запирание. Однако в других примерах запирающий элемент 214 может быть изготовлен из керамического материала, а седло клапана 216 - из металлического материала. Также в других примерах и запирающий элемент 214, и седло клапана 216 могут изготавливаться из керамического материала или любого другого материала(ов), имеющего соответствующую эрозионную и/или коррозионную стойкость.
Как показано в этом примере, седло клапана 216 и запирающий элемент 214 образуют или формируют по меньшей мере одну полость 218, когда запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. Точнее говоря, полость 218 предназначена для приема загрязнителя (например, частиц и/или текучих сред, обладающих относительно высокой вязкостью), находящихся в контакте (в результате, например, прилипания) с уплотнительной поверхностью или областью 220 седла клапана 216 и запирающим элементом 214, в процессе того, как запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. Полость 218 может образовываться с помощью по меньшей мере одной канавки (например, кольцевой канавки), образованной на седле клапана 216 и/или запирающем элементе 214. Например, седло клапана 216 имеет канавку или полость 218 (например, кольцевую канавку или полость), расположенную рядом с кольцевым буртиком или выступом 222, формирующим или образующим выступающую посадочную поверхность 224. В процессе работы полость или канавка 218 принимает материал или загрязнитель из области уплотнения 220 запирающего элемента 214 и/или седла клапана 216 по мере того, как запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. И наоборот, запирающий элемент 214 может иметь по меньшей мере одну канавку или канал 218, формируя или образуя по меньшей мере одну выступающую посадочную поверхность 224 или кольцевой буртик 222 вместо седла клапана 216. В другом примере и седло клапана 216, и запирающий элемент 214 имеют по меньшей мере одну канавку или полость 218 для образования по меньшей мере одной выступающей посадочной поверхности 224 или кольцевого буртика 222.
В этом примере затворный механизм клапана 202 также имеет клетку 226, расположенную между входной камерой 208 и выходной камерой 210 для придания потоку технологической текучей среды, протекающему через гидравлический клапан 200, определенных характеристик потока (например, уменьшения создаваемых им шума и/или кавитации). Клетка 226 также может облегчать обслуживание, снятие и/или замену других компонентов затворного механизма клапана 202. Клетка 226 может изготавливаться из материала, обладающего высокой устойчивостью к эрозии и/или коррозии (например, нержавеющей стали), а поверхность 228 клетки, гидравлически связанная со входной камерой 208, может изготавливаться (иметь покрытие) из нитрида, карбида и/или любого другого эрозионно- или коррозионно-стойкого материала(ов).
Как показано на чертеже, клетка 226 имеет отверстие 230, в котором скользяще переимещается запирающий элемент 214, и данное отверстие является направляющим для запирающего элемента 214 по мере того, как привод перемещает запирающий элемент 214 между первым положением (например, полностью закрытым положением) и вторым положением (например, полностью открытым положением). Клетка 226 также имеет отверстие 232 для создания определенных характеристик потока текучей среды. Желаемые характеристики потока текучей среды достигаются путем изменения геометрии отверстия 232. В некоторых вариантах воплощения клетка 226 может иметь несколько отверстий различной формы, размера и/или расположенных на различных расстояниях друг от друга, предназначенных для регулирования расхода, уменьшения кавитации и/или уменьшения шума при течении текучей среды через клапан.
В данном примере запирающий элемент 214 представляет собой плунжер клапана, имеющий наружную поверхность или корпусную часть 234, размер которой точно соответствует размеру отверстия 230 клетки 226. Запирающий элемент 214 может скользяще перемещаться в клетке 226 между положением "закрыто", в котором запирающий элемент 214 перекрывает отверстие 232 клетки 226, и положением "открыто", в котором запирающий элемент 214 оставляет свободным (то есть, не перекрывает) по меньшей мере часть отверстия 232. Кроме того, в данном примере, как будет подробно описано ниже, корпусная часть 234 имеет область или участок для создания мертвой зоны 236, имеющий размеры, позволяющие блокировать или перекрыть поток текучей среды через отверстие 232 клетки 226 и перекрыть или ограничить поток текучей среды через седло клапана 216 на протяжении части рабочего хода в процессе того как запирающий элемент 214 перемещается к седлу клапана 216, но до того, как запирающий элемент 214 окажется плотно прижатым к седлу клапана 216. Иными словами, клетка 226 и запирающий элемент 214 сконфигурированы так, чтобы обеспечить мертвую зону в потоке текучей среды для защиты уплотнительной области 220 от эрозии, коррозии и повреждений и/или уменьшить количество загрязнителя в районе уплотнительной области 220 по мере того, как запирающий элемент 214 перемещается к седлу клапана 216.
В примере, показанном на ФИГ. 2А и 2В, седло клапана 216 представляет собой седельное кольцо, запрессованное рядом с выходной камерой 210 корпуса клапана 204. Пример гидравлического клапана 200 также имеет вкладыш 238, установленный между фланцем выходной камеры 240 корпуса клапана 204 и выходным соединительным трубопроводом (не показан). Седло клапана 216 зажато между клеткой 226 и вкладышем 238 и удерживается в корпусе клапана 204 благодаря посадке с натягом. Уплотнение 241 может быть расположено между седлом 216 и клеткой 226. Вкладыш 238 имеет удлиненный корпус 242, размеры которого позволяют защитить поверхность или стенку 244 выходной камеры 210 от вредного влияния технологических сред, такого как, например, истирание, коррозия и т.д. В других примерах вкладыш 238 может составлять одно целое с седлом клапана 216, образуя, по сути, единый элемент или узел. В другом примере вкладыш 238 прикреплен к корпусу клапана 204 при помощи резьбы, крепежных элементов и/или другого применимого механизма(ов) крепления.
Как хорошо видно на ФИГ. 2В, седло клапана 216 имеет несколько кольцевых выступов или буртиков 222а-b, образующих полости или канавки 218а-с (например, кольцевые канавки) и несколько выступающих посадочных поверхностей 224а-b. Первый буртик 222а обеспечивает первую выступающую посадочную поверхность 224а, независимую от второй выступающей посадочной поверхности 224b, образованной вторым буртиком 222b. Таким образом, выступающие посадочные поверхности 224а-b обеспечивают избыточные уплотнительные поверхности, так что, если один из буртиков 222а или 222b и/или выступающих посадочных поверхностей 224а-b окажется поврежденным или изношенным, другой буртик, 222а или 222b, и/или выступающая посадочная поверхность 224а или 224b плотно прижимаются к запирающему элементу 214, обеспечивая герметичное перекрытие потока. В данном примере выступающие посадочные поверхности 224а-b или буртики 222a-b образуют одно целое с седлом клапана 216, и представляют собой единый узел. Например, полости или канавки 218а-с и/или буртики 222а-b могут быть созданы посредством металлообработки или при помощи любого другого подходящего производственного процесса(ов) для создания выступающих посадочных поверхностей 224а-b.
Обращаясь к ФИГ. 2В, следует отметить, что кольцевые буртики или выступы 222а-b включают угловой профиль 246. В данном примере угловой профиль 246 кольцевых буртиков или выступов 222а-b включает наклонные поверхности 248a-b, имеющие наклон вниз от входной камеры 208 и в направлении выходной камеры 210. В данном примере угловой профиль 246 имеет угол 250, то есть равный примерно шестидесяти градусам от продольной оси 252 запирающего элемента 214. Однако в других примерах угловой профиль 246 может иметь любой другой подходящий угол. В других случаях каждая из наклонных поверхностей 248а-b может иметь разные углы наклона. Например, поверхность 248 с кольцевой канавки 218 с может иметь угловой профиль, отличный от углового профиля 246 поверхностей 248а-b (например, угол наклона данной поверхности может быть больше). Как будет подробно показано ниже, угловой профиль 246 способствует перемещению или сбору загрязнителя в канавки или полости 218а-с. В дополнение к этому или в других случаях, угловой профиль 246 способствует уменьшению повреждений (например, растрескивания) выступающих посадочных поверхностей 224а-b и/или буртиков 222а-b седла клапана 216, которые могут вызываться осевым усилием, которое привод прилагает к седлу клапана 216 и/или запирающему элементу 214, когда гидравлический клапан 200 находится в положении "закрыто".
Запирающий элемент 214 также включает уплотнительную поверхность 254, которая плотно прижимается к выступающим посадочным поверхностям 224а-b седла клапана 216, когда запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. Так, выступающие посадочные поверхности 224а-b включают в себя угловой профиль 256, имеющий угол 258 (например, 30 градусов), который, в основном, близок или идентичен угловому профилю или углу 260 уплотнительной поверхности 254, так что уплотнительная поверхность 254 запирающего элемента 214 точно соответствует и/или плотно прилегает к выступающим посадочным поверхностям 224а-b седла клапана 216, обеспечивая герметичное перекрытие потока. Как показано выше, запирающий элемент 214 может иметь по меньшей мере одну канавку или канал, формируя или образовывая вместо седла клапана 216 по меньшей мере одну выступающую посадочную поверхность или кольцевой буртик, плотно прилегающие к посадочной поверхности седла клапана 216. В другом примере и седло клапана 216, и запирающий элемент 214 имеют по меньшей мере одну канавку или полость для образования по меньшей мере одной выступающей посадочной поверхности или кольцевого буртика.
В процессе работы привод может осуществлять ход или перемещать запирающий элемент 214 между положением "закрыто" или ноль процентов (0%) длины хода и положением "открыто" или 100 процентов длины хода. На ФИГ. 2А и 2В показан запирающий элемент 214, находящийся в положении "закрыто" 262 (т.е. ноль процентов длины хода) относительно седла клапана 216. В положении "закрыто" 262 на ФИГ. 2А и 2 В, уплотнительная поверхность 254 запирающего элемента 214 плотно прижимается к выступающим посадочным поверхностям 224а-b седла клапана 216, перекрывая или ограничивая поток текучей среды через проточный канал 206 между входной камерой 208 и выходной камерой 210. Частицы и/или вязкая текучая среда с выступающих посадочных поверхностей 224а-b седла клапана 216 и/или уплотнительной поверхности 254 запирающего элемента 214 оказываются перемещенными, счищенными или другим способом направленными от уплотнительной поверхности 220 в полости или канавки 218а-с.
Иными словами, полости или канавки 218а-с принимают в себя загрязнитель по мере того, как уплотнительная поверхность 254 запирающего элемента 214 плотно прижимается к выступающим посадочным поверхностям 224а-b седла клапана 216. Загрязнитель, находящийся в контакте с выступающими посадочными поверхностями 224а-b и/или уплотнительной поверхностью 254, соскребается с уплотнительной поверхности 254 и/или выступающих посадочных поверхностей 224а-b и вытесняется или переносится (например, выталкивается) уплотнительной поверхностью 254 запирающего элемента 214 в канавки или полости 218а-с по мере того, как она плотно прижимается к выступающим посадочным поверхностям 224а-b. Кроме того, угловой профиль 256 выступающих посадочных поверхностей 224а-b и/или угловой профиль 260 уплотнительной поверхности 254 способствуют сбору загрязнителя в полости или канавки 218а-с.
К тому же, угловой профиль 246 (например, наклонные поверхности 248а-с) буртиков 222а-b, вступая в контакт с уплотнительной поверхностью 220, способствуют перемещению загрязнителя (например, частиц текучей среды с относительно высокой вязкостью, частиц, взвешенных в потоке текучей среды и т.д.) от данной поверхности и/или к полостям или канавкам 218а-с по мере того, как запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. Если одна из выступающих посадочных поверхностей 224а-b окажется поврежденной или изношенной, другая выступающая посадочная поверхность 224а или 224b обеспечивает уплотнение, когда запирающий элемент 214 входит в плотный контакт с седлом клапана 216. Таким образом, выступающие посадочные поверхности 224а-b обеспечивают избыточное уплотнение.
Кроме того, как указано выше, данный пример затворного механизма клапана 202 обеспечивает фактически мертвую зону в потоке текучей среды, позволяющую ограничить перемещение частиц или загрязнителя через уплотнительную область 220 и/или прилипание их к ней в процессе того как запирающий элемент 214 перемещается из положения "открыто" 300 (то есть 100 процентов длины хода), как показано на ФИГ.3, в положение "закрыто" 262, показанное на ФИГ.2А и 2В.
В положении "полностью открыто" 300, показанном на ФИГ. 3, запирающий элемент 214 находится на некотором расстоянии от седла клапана 216, обеспечивая максимальный поток текучей среды через проточный канал 206 корпуса клапана 204 между входной камерой 208 и выходной камерой 210. Текучая среда, обладающая сравнительно высокой вязкостью, и/или текучая среда с вовлеченными частицами протекает в проточный канал 206 через седло клапана 216. Седло клапана 216, которое может изготавливаться из керамического материала, подвергается процессам эрозии и коррозии по мере того, как частицы, взвешенные в потоке технологической текучей среды, протекают через седло клапана 216. Для ограничения или перекрытия потока текучей среды между входной камерой 208 и выходной камерой 210, привод перемещает запирающий элемент 214 к седлу клапана 216. Запирающий элемент 214 скользит внутри клетки 226 между положением "открыто" 300, в котором корпусная часть 234 запирающего элемента 214 оставляет открытой по меньшей мере часть отверстия 232, и положением "закрыто" 262 (ФИГ. 2А и 2В), в котором корпусная часть 234 запирающего элемента 214 перекрывает отверстие 232 клетки 226.
На ФИГ. 4 показан запирающий элемент 214 в промежуточном положении 400 в процессе того, как запирающий элемент 214 перемещается между положением "открыто" 300, показанным на ФИГ. 3, и положением "закрыто" 262, показанным на ФИГ. 2А и 2В. Как видно на ФИГ. 4, когда запирающий элемент 214 перемещается между промежуточным положением 400 и положением "закрыто" 262, имеется область или участок для создания мертвой зоны 236 запирающего элемента 214, которая перекрывает или блокирует отверстие 232 клетки 226, ограничивая или перекрывая поток текучей среды через седло клапана 216 до того, как уплотнительная поверхность 254 запирающего элемента 214 плотно прижмется к выступающим посадочным поверхностям 224а-b седла клапана 216. Таким образом, область или участок для создания мертвой зоны в потоке текучей среды 236 запирающего элемента 214 перемещается относительно и/или рядом с отверстием клетки 226, обеспечивая мертвый участок хода на общей длине хода запирающего элемента 214. Такая область или участок для создания мертвой зоны 236 корпусной части 234 и/или уплотнительная поверхность 254 могут быть сконфигурированы так, чтобы обеспечить заранее определенную мертвую зону в потоке текучей среды до того, как гидравлический клапан 200 окажется в положении "полностью закрыто" 262, как показано на ФИГ. 2А и 2В. В дополнение к этому или в других случаях, отверстие 232 клетки 226 может иметь размеры, обеспечивающие фактически мертвый участок хода.
В процессе работы область или участок для создания мертвой зоны 236 ограничивает или блокирует частицы, взвешенные в потоке текучей среды до того, как запирающий элемент 214 плотно прижмется к седлу клапана 216 в положении "закрыто" 262. Ограничение потока текучей среды через седло клапана 216 перед тем, как запирающий элемент 214 плотно прижмется к седлу клапана 216, существенно уменьшает остаточное количество загрязнителя или частиц, взвешенных в потоке текучей среды, собирающееся или прилипающее к уплотнительной области 220 затворного механизма клапана 202 по мере того, как запирающий элемент 214 перемещается к седлу клапана 216. Кроме того, давление текучей среды в выходной камере 210 перемещает или выталкивает частицы из седла клапана 216 и/или запирающего элемента 214 в выходную камеру 210 гидравлического клапана 200.
Кроме того, поскольку запирающий элемент 214 ограничивает или замедляет поток текучей среды через гидравлический клапан 200 при создании мертвой зоны, текучая среда сравнительно высокого давления во входной камере 208 не течет через уплотнительную поверхность 254 запирающего элемента 214 и/или выступающие посадочные поверхности 224а-b седла клапана 216. Сокращение или минимизация потока текучей среды сравнительно высокого давления через уплотнительную область 220 существенно увеличивает срок службы уплотнительной поверхности 254 и/или выступающих посадочных поверхностей 224а-b и, соответственно, затворного механизма клапана 202.
Указанные выше примеры затворного механизма клапана имеют преимущество в высокоэрозивных текучих средах, таких как, например, текучие среды, обладающие относительно высокой вязкостью, и/или текучие среды, содержащие частицы (например, пыль керамического катализатора), которые могут мешать плотному прилеганию запирающего элемента 214 и седла клапана 216, вызывая протечку технологической текучей среды через проточный канал 206, когда гидравлический клапан 200 находится в положении "закрыто" 262. В данном примере запирающий элемент 214 и седло клапана 216 взаимодействуют друг с другом, образуя полость и перемещая загрязнитель с уплотнительной поверхности седла клапана 216 или плунжера клапана 214 в полость, в процессе того как плунжер клапана 214 перемещается к положению плотного прилегания к седлу клапана 216. Затворный механизм клапана сконфигурирован так, чтобы удалять частицы, загрязнитель и/или текучие среды с высокой вязкостью с уплотнительной области 220, когда запирающий элемент 214 плотно прижимается к седлу клапана 216. Кроме того, фактически мертвая зона в потоке текучей среды не дает возможности загрязнителю (например, текучей среде со сравнительно высокой вязкостью или частицам, взвешенным в текучей среде) прилипать к уплотнительной области 220 седла клапана 216 и/или запирающему элементу 214 в процессе того, как запирающий элемент 214 перемещается к седлу клапана 216.
Из-за наличия угла на корпусе клапана 204, угловые клапаны имеют преимущество быстрого слива, так как корпус клапана или путь потока в таких клапанах не имеет карманов или областей, где могли бы накапливаться текучие среды и/или остатки. Так, угловые регулирующие клапаны обычно используются в химической и нефтяной промышленности, где часто необходимо регулировать потоки остаточных нефтепродуктов или других текучих сред, имеющих коксовые свойства. В то же время, описанные здесь примеры затворного механизма клапана не ограничиваются использованием лишь в угловых гидравлических клапанах. В других примерах могут быть использованы другие гидравлические клапаны, такие как, например, шаровые клапаны, ротационные клапаны, линейные клапаны и т.д.
Хотя здесь описан конкретный механизм, сфера применения настоящего патента им не ограничивается. Наоборот, настоящий патент охватывает все механизмы, подпадающие под действие прилагаемой формулы изобретения, как в буквальном смысле, так и в рамках доктрины эквивалентов.
1. Затворный механизм клапана, включающий седло клапана; запирающий элемент, в процессе работы взаимодействующий с седлом клапана, при этом запирающий элемент или седло клапана имеют несколько кольцевых буртиков, и по меньшей мере один из элементов - седло клапана или запирающий элемент - образует по меньшей мере одну канавку, расположенную между по меньшей мере двумя кольцевыми буртиками для приема материала с уплотнительной поверхности запирающего элемента или седла клапана, когда запирающий элемент плотно прижат к седлу клапана, при этом кольцевые буртики имеют угловой профиль, способствующий собиранию материала в по меньшей мере одной канавке.
2. Затворный механизм по п.1, отличающийся тем, что кольцевые буртики структурированы так, что обеспечивают избыточные уплотнительные поверхности.
3. Затворный механизм по п.1, отличающийся тем, что седло клапана представляет собой седельное кольцо, и несколько кольцевых буртиков составляют одно целое с седельным кольцом.
4. Затворный механизм по п.3, отличающийся тем, что седельное кольцо запрессовано рядом со штуцером выходной камеры корпуса клапана.
5. Затворный механизм по п.1, отличающийся тем, что упомянутый угол составляет около шестидесяти градусов относительно продольной оси запирающего элемента
6. Затворный механизм по п.1, отличающийся тем, что один из элементов - запирающий элемент или седло клапана - содержит металл, карбид или керамики, а другой элемент - запирающий элемент или седло клапана - содержит другой материал, отличный от материала запирающего элемента.
7. Затворный механизм по п.1, также включающий клетку, функционально соединенную с плунжером, так, чтобы поток текучей среды через клетку был, в основном, перекрыт в процессе того, как запирающий элемент перемещается к седлу клапана, и до того, как запирающий элемент окажется в плотном контакте с седлом клапана.
8. Затворный механизм клапана, включающий седло клапана и плунжер клапана, при этом упомянутый плунжер клапана и упомянутое седло клапана взаимодействуют друг с другом, образуя полость и перемещая загрязнитель с уплотнительной поверхности седла клапана или плунжера клапана в упомянутую полость, в процессе того, как плунжер клапана перемещается в положение плотного прижатия к седлу клапана.
9. Затворный механизм по п.8, отличающийся тем, что упомянутая полость содержит кольцевую канавку в плунжере клапана или седле клапана.
10. Затворный механизм по п.8, отличающийся тем, что плунжер клапана представляет собой пробку, а седло клапана представляет собой седельное кольцо.
11. Затворный механизм по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере один из элементов - плунжер клапана или седло клапана - содержит несколько кольцевых выступов для перемещения загрязнителя с уплотнительной поверхности седла клапана в полость.
12. Затворный механизм по п.11, отличающийся тем, что упомянутые кольцевые выступы структурированы так, чтобы обеспечить избыточные уплотнительные поверхности.
13. Затворный механизм по п.1, также содержащий клетку, сконфигурированную так, чтобы обеспечить мертвую зону в потоке и защитить уплотнительную поверхность от эрозии.
14. Затворный механизм клапана, содержащий: средства для регулирования потока текучей среды через клапан, средства для удаления загрязнителя с уплотнительной поверхности клапана в процессе закрывания клапана и средства для сбора удаленного загрязнителя, при этом упомянутые средства для удаления и средства для сбора функционально соединены, когда клапан закрыт.
15. Затворный механизм по п.14, отличающийся тем, что упомянутые средства для удаления и средства для сбора представляют собой цельные элементы конструкции, отделенные от средств управления.
16. Затворный механизм по п.14, также содержащий средства для создания мертвой зоны в потоке текучей среды до того, как клапан будет закрыт.
