Патент на изобретение №2260733

(54) ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным затворам, и предназначено для использования в энергетическом и нефтеперерабатывающем машиностроении. Запорно-регулирующее устройство включаюет в себя расположенные на одной геометрической оси корпус клапана, корпус входа и корпус выхода. Внутри корпуса клапана находится имеющий возможность вращаться сферический затвор со сквозным отверстием. В первую половину сквозного отверстия сферического затвора вставлен пакет пластин. Последний имеет отверстия различного диаметра, начиная с меньшего на входе и постепенно переходя к большему на выходе. В конце корпуса клапана установлен герметизирующий пакет чередующихся колец, выполненных из материалов со свойствами графлекса и нержавеющей стали. Изобретение направлено на упрощение конструкции запорно-регулирующего устройства и улучшение его технологичности, на снижение шума от кавитации, повышение надежности и долговечности, а также на улучшение его расходной характеристики. 5 ил.

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным затворам для «острого» пара (Т=560 С°), и может быть использовано в энергетическом и нефтеперерабатывающем машиностроении.

Практически любые типы запорной арматуры могут работать в виде регулирующих клапанов и наоборот. Но каждый вид арматуры оптимизирован только под одну свою функцию, а со второй дополнительной функцией вся типовая арматура справляется достаточно плохо. Недостатками при этом являются большой промежуток цикла «открыть-закрыть», плохая герметичность в закрытом состоянии, грубая регулировка расхода, невозможность подчинить расход определенному математическому графику и т.п.

Анализ существующих видов арматуры позволяет утверждать, что для высоких температур и давлений самым оптимальным является шаровой клапан. Его главными преимуществами являются высокая герметичность, минимальный износ шара, высокое быстродействие, удобный монтаж и эксплуатация, длительный срок безаварийной работы. Однако шаровой клапан имеет такой существенный недостаток как шум, причиной которого является кавитация.

Известны способы и устройства, предложенные для уменьшения шума. Например, способ и устройство для многоступенчатого уменьшения давления (патент US 4530375), а также клапан, имеющий пластинчатый затворный элемент, расположенный поперек поворотного вала, причем эта затвор-пластина имеет несколько отверстий (патент SU 5129148).

К недостаткам этих известных устройств относится большая сложность конструкции, обуславливающая технологические трудности изготовления.

Наиболее близким по назначению и конструктивным признакам к заявляемому является устройство для уменьшения кавитации в клапане, содержащее корпус клапана с корпусами впуска и выпуска. Внутри корпуса расположен затвор с цилиндрическим проходом, в котором расположены плоские перегородки с отверстиями. Эти перегородки образуют полости, расположенные таким образом, что при открытии затвора впуск сообщается только с одной полостью. Эта полость через отверстия в перегородках и промежуточные полости сообщается с расположенной напротив нее полостью. Последняя сообщается с выпуском. В процессе последующего последовательного открывания клапана все больше и больше полостей сообщены с впуском и выпуском. (Устройство для уменьшения кавитации в клапане и способ улучшения шумовых характеристик клапана, патент РФ 2219404, МПК F 16 K 5/06, БИ 35-2003).

Недостатками известного устройства являются относительно грубая регулировка расхода, а также низкая герметичность при высоких температурах и давлениях.

Заявленным техническим результатом предлагаемого устройства, целью изобретения, является устранение указанных недостатков прототипа, а именно упрощение конструкции, снижение трудоемкости и улучшение технологичности изготовления, обеспечение плавной процентуальной расходной характеристики, надежной и долгосрочной герметичности устройства.

Указанная цель достигается за счет предложенных конструктивных решений, указанных в формуле изобретения, а именно за счет того, что в запорно-регулирующем устройстве, включающем в себя расположенные на одной геометрической оси корпус клапана, внутри которого находится имеющий возможность вращаться сферический затвор со сквозным отверстием, корпус входа и корпус выхода, в первую по ходу вращения половину сквозного отверстия вставлен пакет пластин с большим количеством отверстий различного диаметра, начиная с меньшего на входе и с постепенным переходом к большему на выходе, причем только в первой половине сквозного отверстия, а герметичность достигается пакетом из чередующихся колец, установленных на выходе корпуса клапана и изготовленных из материала, имеющего свойства армированного графлекса и нержавеющей стали.

На фиг.1 представлен продольный разрез запорно-регулирующего устройства в открытом положении. На фиг.2 – вид А – показан торец сквозного отверстия с пакетом пластин. На фиг.3 показан разрез пакета пластин по сечению В-В (стрелкой указано движение регулируемой среды). На фиг.4 показан разрез пакета пластин по сечению С-С. На фиг.5 показан выносной элемент К (с эпюрой давления).

Запорно-регулирующее устройство включает в себя корпус клапана 1, соединенный с корпусом входа 3 при помощи шпилек и гаек с тарельчатыми пружинами, что обеспечивает поджим, компенсацию температурного расширения, а также быстрый доступ к устройству при эксплуатации. Внутри корпуса клапана 1 размещен сферический затвор 4, имеющий возможность вращаться при помощи ручки и штока на 90°, осуществляя при этом регулировку подачи пара. В сферическом затворе 4 имеется сквозное отверстие 5, в которое вставлен пакет пластин 6 для уменьшения шума, эрозии и вибрации. Пакет пластин 6 крепится в сквозном отверстии 5 с помощью сварки. Пакет пластин 6 состоит из нескольких пластин толщиной 2-3 мм, имеющих большое количество отверстий различного диаметра, начиная с меньшего на входе и постепенно переходя к большему на выходе. Количество пластин пропорционально величине условного прохода устройства. Отверстия смежных пластин смещены по диаметру друг относительно друга, и пакет пластин имеется только в первой половине сквозного отверстия, так как в дальнейшем точность регулирования и дросселирования сглаживается даже при высоких перепадах давления. Герметичность запорно-регулирующего устройства осуществляется с помощью пакета чередующихся колец из армированного графлекса 7 и нержавеющей стали 8. Такой тип уплотнения (см. фиг.5) создает в зоне контакта с шаром разное давление, а именно более высокое в зоне металлических колец и низкое в зоне графлексовых колец. Количество колец зависит от давления. Учитывая, что графлекс является упругим, пластичным материалом, не теряющим свои свойства в диапазоне температур от -40 С° до +2500 С°, химически инертным в агрессивных средах, практически непроницаемым для пара, газов и жидкостей, сохраняющим упругие свойства при многократном использовании, применение его и подобных материалов в предлагаемом устройстве обеспечит устройству высокую надежность при любых реальных температурах и давлениях.

Устройство работает следующим образом.

При повороте сферического затвора 4 в направлении открытия увеличивается проход среды из корпуса входа 2 в сквозное отверстие 5. Регулируемая среда, пар или другое вещество, проходя через открывающиеся малые отверстия к постепенно увеличивающимся по диаметру следующим отверстиям и к тому же меняя при этом направление движения, постепенно теряет давление, что позволяет эффективно контролировать скорость движения (см. фиг.3 и фиг.4).

Предлагаемая конструкция обладает большой надежностью, долговечностью и гарантируемой герметичностью.

Экспериментальная проверка предложенного устройства показала, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в народном хозяйстве, то есть соответствует критериям изобретения.

Формула изобретения

Запорно-регулирующее устройство, включающее в себя расположенные на одной геометрической оси корпус клапана, внутри которого находится имеющий возможность вращаться сферический затвор со сквозным отверстием, корпус входа и корпус выхода, отличающееся тем, что в первую половину сквозного отверстия сферического затвора вставлен пакет пластин, имеющих отверстия различного диаметра, начиная с меньшего на входе и постепенно переходя к большему на выходе, а в конце корпуса клапана установлен герметизирующий пакет чередующихся колец, выполненных из материалов со свойствами графлекса и нержавеющей стали.

РИСУНКИ