Двухзапорный клапан

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к арматуре для трубопроводов энергетических установок. Двухзапорный клапан содержит корпус с осевым и боковым патрубками, основной и дополнительный запорные органы, расположенные со стороны бокового патрубка, взаимодействующие с соосными уплотнительными седлами корпуса и соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным штоками. Указанные штоки имеют упорные головки и управляются независимыми приводами. Соединение дополнительного запорного органа с наружным штоком снабжено уплотнением в виде разгрузочного клапана, состоящего из уплотнительного пояска на упорной головке наружного штока и внутреннего уплотнительного седла дополнительного запорного органа. При этом на упорной головке наружного штока выполнены пазы. В дополнительном запорном органе со стороны бокового патрубка выполнены сквозные отверстия, соединяющие при его открытии внутреннюю полость бокового патрубка с внутренней полостью корпуса, находящуюся между его уплотнительными седлами. Технический результат заключается в повышении надежности двухзапорного клапана и уменьшении габаритов привода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к арматуре для трубопроводов энергетических установок, характеризующихся сложными условиями эксплуатации, высокими требованиями по надежности и максимальными ограничениями по массогабаритным характеристикам.

Изобретение может быть использовано для обеспечения безопасной работы паропроизводящей установки в качестве запорного устройства, обеспечивающего двойное перекрытие проходного сечения.

Известны конструкции клапанов двухзапорных по авторским свидетельствам SU 1635663 A1, F16K 31/14, 1987 г. и SU 1376671 A1, F16K 11/10, 1986 г., в которых запорные элементы выполнены в виде цельносоставных цилиндрических деталей, соединенных с коаксиально расположенными штоками, имеющими сальниковое уплотнение.

Такое конструктивное исполнение не обеспечивает самоустановку запорных органов относительно уплотнительных седел в корпусе, снижая степень герметичности затворов в закрытом состоянии клапана, и открытие их происходит при полном перепаде давления рабочей среды, действующего на них.

Известен клапан по авторскому свидетельству СССР 1137848, F16K 11/10, 1983 г., состоящий из двух запорных органов: основного, соединенного с внутренним штоком посредством разъемного соединения, и дополнительного, соединенного с наружным штоком с помощью гибкого элемента.

К его недостаткам можно отнести следующее:

- угловой перекос штоков при закрытии клапана дополнительным запорным органом приводит к ухудшению герметизации затвора относительного уплотнительного седла корпуса;

- соединение дополнительного запорного органа непосредственно с наружным штоком с соединением их между собой с помощью герметизирующего элемента затрудняет самоустановку дополнительного затвора относительно уплотнительного седла корпуса;

- при повышении давления рабочей среды в отсеченном участке трубопровода для открытия дополнительного запорного органа требуется приложить к наружному штоку дополнительное усилие;

- центрирование основного запорного органа относительно уплотнительного седла корпуса за счет направляющего стержня в цилиндрической втулке корпуса снижает площадь проходного сечения, что влечет за собой ухудшение гидравлических характеристик.

Наиболее близким по конструкции является клапан двухзапорный по патенту RU 2711796 C1, F16K 11/10, 2019 г. Данное техническое решение является прототипом для предлагаемой конструкции двухзапорного клапана.

Клапан содержит два запорных органа: основной, соединенный с внутренним штоком посредством разъемного соединения, и дополнительный, соединенный с наружным штоком герметично за счет упругой оболочки и подвижно, с контактом сферической поверхности промежуточной втулки с конической поверхностью опорного кольца. Наружный и внутренний штоки установлены с обеспечением зазоров между собой и корпусом.

К недостаткам указанного клапана следует отнести то, что наличие упругой оболочки способствует усложнению конструкции дополнительного запорного органа. Открытие дополнительного запорного органа при повышении давления рабочей среды в отсеченном участке трубопровода требует приложения к наружному штоку дополнительного усилия, что ведет к увеличению массогабаритных характеристик клапана, а центрирование основного запорного органа относительно уплотнительного седла корпуса за счет направляющего стержня в цилиндрической втулке корпуса снижает площадь проходного сечения, что влечет за собой ухудшение гидравлических характеристик.

Технической задачей является создание клапана двухзапорного, обеспечивающего самоустановку дополнительного запорного органа относительно уплотнительного седла корпуса и герметизацию разъемного соединения наружного штока с дополнительным запорным органом одновременно, снижение усилия, необходимого для открытия дополнительного запорного органа, и улучшение гидравлических характеристик.

Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение надежности двухзапорного клапана, уменьшение габаритов привода и улучшение гидравлических характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в клапане двухзапорном, содержащем корпус с осевым и боковым патрубками, основной и дополнительный запорные органы, расположенные со стороны бокового патрубка, взаимодействующие с соосными уплотнительными седлами корпуса и соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным штоками, имеющими упорные головки и управляемыми независимыми приводами, соединение дополнительного запорного органа с наружным штоком снабжено уплотнением в виде разгрузочного клапана, размещенного между запорным органом и наружным штоком и состоящего из уплотнительного пояска на упорной головке и внутреннего уплотнительного седла дополнительного запорного органа. При этом на упорной головке выполнены пазы, а в дополнительном запорном органе - сквозные отверстия, соединяющие при его открытии внутреннюю полость бокового патрубка с внутренней полостью корпуса, находящуюся между уплотнительными седлами.

Общий вид двухзапорного клапана представлен на чертеже, где:

- на фигуре 1 - положение «закрыто» для основного и дополнительного запорных органов;

- на фигуре 2 - положение «закрыто» для основного запорного органа, положение «открыто» для дополнительного запорного органа.

Клапан двухзапорный содержит корпус 1 с боковым и осевым патрубками, основной 2 и дополнительный 3 запорные органы, соединенные с коаксиально расположенными внутренним 4 и наружным 5 штоками, управляемыми независимыми приводами.

Корпус 1 имеет два соосно расположенных уплотнительных седла 6 и 7, размещенные со стороны подачи рабочей среды из бокового патрубка.

Внутренний 4 и наружный 5 штоки имеют упорные головки 8 и 9 соответственно для взаимодействия с запорными органами 2 и 3 при совершении открытия и закрытия.

На торце упорной головки 9 наружного штока 5 имеется уплотнительный поясок 10, выполненный в виде сферы.

На торце внутренней расточки дополнительного запорного органа 3 выполнено уплотнительное седло 11, имеющее конусную поверхность. Между уплотнительным седлом 11 и внутренним штоком 4 образовано проходное сечение 12, полученное выполнением в дополнительном запорном органе 3 отверстия 13, соединяющего внутреннюю полость дополнительного запорного органа 3 с внутренней полостью 14 между уплотнительными седлами 6 и 7.

Уплотнительный поясок 10 с уплотнительным седлом 11, контактируя между собой при закрывании дополнительного запорного органа 3, обеспечивают уплотнение соединения наружного штока 5 с дополнительным запорным органом 3.

Упорная головка 9 снабжена опорным буртом 15. Между опорным буртом 15 и опорным кольцом 16, расположенном во внутренней расточке дополнительного запорного органа 3, установлен упругий элемент 17, выполненный, например, в виде пакета тарельчатых пружин.

Внутреннее уплотнительное седло 11 дополнительного запорного органа 3 и уплотнительный поясок 10 на упорной головке 9 наружного штока 5, упругий элемент 17, опорный бурт 15 головки 9 и опорное кольцо 16 представляют собой разгрузочный клапан.

Дополнительный запорный орган 3 снабжен опорной гайкой 18, взаимодействующей своим торцом с опорным буртом 15 упорной головки 9 наружного штока 5. Между опорным буртом 15 и опорной гайкой 18 выполнен зазор 19, равный рабочему ходу разгрузочного клапана.

В опорной гайке 18 выполнены отверстия 20, а в упорной головке 9 - пазы 21 для прохода рабочей среды.

Уплотнительные седла 6 и 7 и взаимодействующие с ними основной 2 и дополнительный 3 запорные органы расположены последовательно по направлению хода потока рабочей среды, причем основной запорный орган 2 имеет центрирование по наружному диаметру относительно уплотнительного седла 2 по направляющим ребрам 22, установленным в корпусе 1 между уплотнительными седлами 6 и 7.

В корпусе 1 установлен дополнительный патрубок 23, соединяющий внутреннюю полость 14 с дополнительным трубопроводом установки.

Двухзапорный клапан работает следующим образом.

На фигуре 1 клапан показан в положении «закрыто», проходное сечение корпуса 1 перекрыто по двум уплотнениям, обеспеченным основным 2 и дополнительным 3 запорными органами.

При движении внутреннего штока 4 вниз усилие от привода передано через упорную головку 8 до упора основного запорного органа 2 в уплотнительное седло 6 корпуса 1.

При движении наружного штока 5 вниз усилие от привода, сжимая упругий элемент 17, передано через упорную головку 9 на уплотнение, образованное уплотнительным пояском 10 и уплотнительным седлом 11, и далее до упора дополнительного запорного органа 3 в уплотнительное седло 7 корпуса 1.

При своем перемещении основной 2 и дополнительный 3 запорные органы центрируются относительно уплотнительных седел 6 и 7 соответственно по направляющим ребрам 22 и 24.

При работе в дополнительном режиме для подачи рабочей среды через дополнительный патрубок 23 при закрытом основном запорном органе 2 наружный шток 5 при управлении от привода перемещается вверх для открытия дополнительного запорного органа 3 (см. фиг. 2).

При движении наружного штока 5 уплотнительный поясок 10 на упорной головке 9 отходит от уплотнительного седла 11, образуя проходное сечение для рабочей среды. Дополнительный запорный орган 3 в начальный момент остается в закрытом положении до сброса повышенного давления в боковом патрубке.

После сброса повышенного давления среды и дальнейшего перемещения наружного штока 3 упорная головка 9 воздействует торцевой поверхностью опорного бурта 15 на опорную гайку 18, открывая полностью основное проходное сечение по дополнительному запорному органу 3.

Пакет тарельчатых пружин 17 прижимает дополнительный запорный орган 3 в положении «открыто» к упорной головке 9 наружного штока 5, исключающая их вибрацию в потоке рабочей среды.

При необходимости открытия основного запорного органа для работы в основном режиме внутренний шток 4 совместно с основным запорным органом 2 перемещается вверх, открывая проходное сечение клапана.

Таким образом, снабжение соединения дополнительного запорного с наружным штоком двухзапорного клапана уплотнением в виде разгрузочного клапана, размещенного между дополнительным запорным органом 3 и наружным штоком 5 и состоящего из внутреннего уплотнительного седла 11 и уплотнительного пояска 10 на упорной головке 9 наружного штока 3, позволяет повысить надежность работы клапана и уменьшить массогабаритные характеристики привода, а размещение центрирующих ребер 22 для основного запорного органа 2 между уплотнительными седлами 6 и 7 в корпуса 1 способствует улучшению гидравлических характеристик.

Кроме того, наличие упругого элемента 17 в соединении дополнительного запорного органа 3 с наружным штоком 5 между упорной головкой 9 и опорным кольцом 16 улучшает вибрационные характеристики клапана.

Повышение надежности достигается за счет снижения жестких условий работы дополнительного запорного органа 3 - воздействия значительных силовых нагрузок на рабочие детали при открытии с высоким перепадом давления среды.

Уменьшение массогабаритных характеристик привода достигается за счет уменьшения усилия привода пропорционально снижению требуемого рабочего усилия для дополнительного запорного органа и, соответственно, уменьшения размеров силовых деталей привода.

1. Двухзапорный клапан, содержащий корпус с осевым и боковым патрубками, основной и дополнительный запорные органы, расположенные со стороны бокового патрубка, взаимодействующие с соосными уплотнительными седлами корпуса и соединенные с коаксиально расположенными внутренним и наружным штоками, имеющими упорные головки и управляемыми независимыми приводами, отличающийся тем, что соединение дополнительного запорного органа с наружным штоком снабжено уплотнением в виде разгрузочного клапана, состоящего из уплотнительного пояска на упорной головке наружного штока и внутреннего уплотнительного седла дополнительного запорного органа, при этом на упорной головке наружного штока выполнены пазы, а в дополнительном запорном органе со стороны бокового патрубка выполнены сквозные отверстия, соединяющие при его открытии внутреннюю полость бокового патрубка с внутренней полостью корпуса, находящуюся между его уплотнительными седлами.

2. Двухзапорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что между упорной головкой наружного штока и дополнительным запорным органом установлен упругий элемент в виде пружины.

3. Двухзапорный клапан по п. 1, отличающийся тем, что основной запорный орган размещен в корпусе последовательно за дополнительным запорным органом с выполнением центрирования по направляющим ребрам корпуса, размещенным между его уплотнительными седлами.