[1]Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности к клапанам, предназначенным для регулирования расхода и давления природного и искусственного углеводородного газов, а также для применения в качестве запорно-регулирующей, отсечной и антипомпажной арматуры, устанавливаемой на трубопроводах технологических линий, технологических обвязках компрессорных станций (КС), дожимных компрессорных станций (ДКС), подземных хранилищ газа (ПХГ) и газопроводах, а также на участках газопроводов из районов их добычи, производства и хранения.
[2]Известен регулирующий осесимметричный клапан осевого потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает перфорированный отверстиями сепаратор, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды (Патент RU №191873 U1, МПК F16K 1/12, F16K 1/226, F16K 47/08, приоритет от 10.01.2019, опубл. 26.08.2019).
[3]Недостатком известного клапана является то, что две манжеты поз. 32 и поз. 33 (см. Фиг. 3 к Патенту RU №191873 U1) находятся всегда в контакте с поршнем, оказывая сопротивление движению поршня, а также подвержены износу в процессе перемещения поршня на всем ходе.
[4]Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому в качестве полезной модели, является клапан регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор с отверстиями, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды (Патент RU №196436 U1, МПК F16K 1/12, F16K 47/14, приоритет от 09.09.2019, опубл. 28.02.2020).
[5]Недостатком известной конструкции клапана является то, что в конструкции клапана уплотнения поршня (плунжера) располагаются на одном диаметре. Расположение уплотнений на одном диаметре приводит к тому, что после открытия поршня на 10% при дальнейшем его движении на поршень воздействуют усилия уплотнений от давления. При полностью открытом поршне при его движении также уплотнения контактируют с поршнем, в результате чего движение поршня осуществляется с потерями, связанными с преодолением усилия прижатия уплотнений от давления в клапане, в результате чего затруднено обеспечение стабильной работы клапана. Также движение поршня в конструкции клапана, когда уплотнения поршня прижаты к поршню на протяжении всего хода, вызывает повышенный износ уплотнений.
[6]Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является сохранение стабильной работы клапана за счет разгрузки поршня (плунжера) от действия усилий прижатия уплотнений при движении поршня от 10% до 100% хода и уменьшения износа уплотнений поршня при эксплуатации.
[7]Для решения технической проблемы в клапане осесимметричном, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, и размещенный внутри корпуса обтекатель с образованием кольцевого канала, выходную часть которого перекрывает сепаратор с отверстиями, жестко соединенный с седлом, зафиксированным в выходном патрубке, и размещенный внутри него с возможностью осевого перемещения поршень, закрепленный на рейке реечного механизма, шток которого соединен с приводом, поршень выполнен с разгрузочными каналами на торце, а косозубое зацепление реечного механизма и свободные торцы штока и рейки расположены в сформированных для них полостях, при этом полости косозубого зацепления и торца штока изолированы от давления рабочей среды, согласно полезной модели, слева по ходу движения поршня в сепараторе выполнена кольцевая проточка с установленным в ней уплотнением, взаимодействующим с выполненной слева на наружной поверхности поршня ступенью размером 0,5-5 мм, с возможностью обеспечения герметичности клапана в закрытом положении.
[8]При выполнении высоты ступени менее 0,5 мм не обеспечивается бесконтактное перемещение поршня 11 относительно уплотнения 15, как следствие повышенный износ уплотнений и негативное влияние на точность работы клапана. При выполнении высоты ступени более 5 мм из-за противодавления поршень 11 будет стремиться открыть клапан, что недопустимо при штатной работе клапана. Длина ступени 16 поршня 11 определяется конструкцией клапана и должна обеспечивать гарантированное зацепления ступени 16 поршня 11 с уплотнением 15 при полностью закрытом клапане.
[9]Выполнение кольцевой проточки в сепараторе 12 слева по ходу движения поршня 11 и установление в нее уплотнения 15, а также выполнение ступени размером 0,5-5 мм на наружной поверхности слева на поршне 11 обеспечивает сохранение стабильной работы клапана за счет того, что поршень 11 при движении от 10% до 100% хода не контактирует с уплотнениями 15 и 19 и не преодолевает сопротивление, вызываемое усилием прижатия уплотнений к поршню клапана давлением рабочей среды. Так как уплотнения 15 и 19 не взаимодействуют с поршнем 11 при движении от 10% до 100%) хода, то износ уплотнений снизится на 90%, по сравнению с известной конструкцией клапана. При закрытии клапана от 10% до 0% хода поршень 11 входит в контакт с уплотнениями 15 и 19, расположенных на разных диаметрах и обеспечивает герметичность затвора.
[10]Расположение уплотнения 15 и уплотнения 19 на разных диаметрах, разница в диаметрах 0,5-5 мм (в известной конструкции клапана уплотнения располагаются на одном диаметре), обеспечивает после открытия поршня от 0 до 10%, дальнейшее движение поршня осуществляется без воздействия на поршень 11 усилий уплотнений 15 и 19 от давления. А при движении поршня 11 от 10% до 100% (полностью открыт) уплотнения 15 и 19 не будут взаимодействовать (входить в контакт) с поршнем 11 и движение поршня будет осуществляться без потерь, связанных с преодолением усилия прижатия уплотнений 15 и 19 как в известной конструкции клапана, что обеспечивает уменьшение износа уплотнений 15 и 19 при эксплуатации на 90% (по сравнению с классической схемой конструкции клапана), а, следовательно, и сохранение стабильной работы клапана.
[11]Клапан осесимметричный предназначен также для дросселирования потока газа с целью поддержания выходного давления и расхода на объектах газового и нефтяного промысла, межпромысловой инфраструктуры, комплексах по переработке газа и жидких углеводородов, подземного хранения газа, а также для антипомпажного регулирования центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.
[12]Обеспечивает высокую пропускную способность, широкий диапазон и точность регулирования, низкий уровень шума и вибраций.
[14]- автоматическое позиционное регулирование (изменение положения) регулирующего элемента;
[15]- возможность остановки регулирующего элемента в любом промежуточном положении в течение неограниченного промежутка времени и последующее движение от исполнительного механизма в любом направлении;
[16]- работоспособность - после воздействия на закрытый затвор максимального перепада давления.
[17]- герметичность затвора в закрытом положении.
[18]Клапан осесимметричный поясняется чертежами, где:
[19]на фиг. 1 приведен общий вид клапана осесимметричного (поршень в положении закрыто - 0%), продольный разрез;
[20]на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, показано уплотнение 15, установленное в кольцевую проточку на входе сепаратора 12, обеспечивающее герметичность клапана в закрытом положении; показано уплотнение 19, установленное на выходе сепаратора 12 для обеспечения герметичности поршня 11 в закрытом положении в полость, образованной профилированными поверхностями сепаратора 12 и седла 18; показана ступень поршня размером 0,5-5 мм на наружной поверхности поршня 11; показаны фторопластовые вставки 13 и винты 13; показаны отверстия 17 в сепараторе 12; показаны уплотнения 20, 21 для обеспечения герметичности сепаратора 12 относительно корпуса 1 в закрытом положении.
[21]на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1, показан верхний конец штока 8 центрируется в корпусе 1 при помощи втулки 32, в которой установлен подшипник 33, во втулке 32 установлено уплотнение 34 с опорным кольцом 35 и уплотнение 36, втулка 32 фиксируется в корпусе при помощи гайки 37 с грязесъемником;
[22]на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1, показан канал ниже втулки 32 в корпусе 1, в который ввернуто устройство контроля протечек 38, обеспечивающее возможность запрессовки в полость реечного механизма смазки и контроля наличия утечки через уплотнения 28 и 29.
[23]Клапан осесимметричный состоит из следующих основных узлов и деталей:
[25]2 - Обтекатель корпуса
[26]3 - Втулка направляющая
[36]13 - Фторопластовая вставка
[39]16 - Ступень на поршне размером 0,5...5 мм
[40]17 - Отверстия в сепараторе
[45]22 - Втулка прижимная
[47]24 - Отверстия в поршне
[48]25 - Отверстия в обтекателе корпуса
[54]31 - Гайка с грязесъемником
[60]37 - Гайка с грязесъемником
[61]38 - Устройство контроля протечек
[62]Клапан осесимметричный содержит корпус 1, который выполнен цельнолитым с фланцами. Центральная часть корпуса 1 выполнена в виде обтекателя 2, закрепленного на ребрах, составляющих одно целое с корпусом. В обтекателе 2 корпуса установлена втулка направляющая 3 реечного механизма, закрепленная и зафиксированная от возможности поворота относительно оси, фланцем прижимным 4 и винтами 5. Слева в корпусе 1 имеется резьба, в которую ввернут обтекатель 6 (фиг. 1).
[63]Втулка направляющая 3 имеет два взаимно перпендикулярных отверстия, обработанных с высокой точностью. В горизонтальном отверстии расположена рейка 7, а в вертикальном - шток 8. Цилиндрические поверхности рейки 7 и штока 8 имеют поверхностное упрочнение, обеспечивающее беззадирную работу механизма. Рейка 7 и шток 8 снабжены зубьями, нарезанными под углом 45 градусов относительно оси и, взаимодействуя друг с другом посредством указанных зубьев, имеют возможность взаимного возвратно-поступательного перемещения. При движении штока 8 вниз, рейка 7 перемещается вправо (на закрытие клапана). При движении штока 8 вверх, рейка 7 перемещается влево (на открытие клапана).
[64]На правом конце рейки 7 посредством гайки 9 и шайбы стопорной 10 закреплен поршень 11, который перемещается возвратно-поступательно совместно с рейкой 7. Наружная поверхность поршня 11 упрочнена и взаимодействует с внутренней поверхностью сепаратора 12, установленного в расточке обтекателя 2 корпуса 1 (фиг. 2). Поршень 11 центрируется относительно внутренней поверхности сепаратора 12 при помощи фторопластовых вставок 13, которые обеспечивают наличие постоянного минимального зазора между наружной поверхностью поршня 11 и внутренней поверхностью сепаратора 12. Вставки 13 зафиксированы в сепараторе винтами 14. Слева по ходу движения поршня 11 на входе в сепараторе 12 выполнена кольцевая проточка, в которую установлено уплотнение 15, а на наружной поверхности поршня 11 слева выполнена ступень на 0,5-5 мм с возможностью герметичности клапана в закрытом положении. Сепаратор 12 снабжен несколькими рядами отверстий 17 для прохода рабочей среды. Для повышения износостойкости наружная и внутренняя поверхности сепаратора 12 упрочнены.
[65]Справа от сепаратора 12 располагается седло 18. Для обеспечения герметичности поршня 11 в закрытом положении в полость, образованной профилированными поверхностями сепаратора 12 и седла 18 установлено уплотнение 19. Сепаратор 12 уплотняется по поверхности корпуса 1 при помощи уплотнений 20 и 21. Сепаратор 12 фиксируется в осевом направлении через седло 18 резьбовой втулкой прижимной 22, которая законтрена от откручивания винтом 23 (фиг. 1).
[66]Для выравнивания усилия на поршень 11 и рейку 7 от действия дифференциального давления рабочей среды в поршне 11 имеются отверстия 24, сообщающие полости с одной и другой стороны. В обтекателе 2 корпуса 1 имеются отверстия 25, сообщающие полости с обоих торцов рейки 7.
[67]Внутренние полости реечного механизма изолированы относительно рабочей среды с целью исключения выталкивающего усилия от давления рабочей среды на шток 8. Герметичность внутренних полостей реечного механизма обеспечивают: по втулке направляющей 3 - кольца 26, 27; по рейке 7 - уплотнения 28, 29. Уплотнение 28 устанавливается на рейку 7. Уплотнение 29 установлено между кольцом опорным 30 в расточку втулки направляющей 3 и зафиксирована гайкой 31, в которой, для защиты манжеты от механических включений, расположен грязесъемник.
[68]Верхний конец штока 8 центрируется в корпусе 1 при помощи втулки 32, в которой установлен подшипник 33. Во втулке 32 устанавливается уплотнение 34 с опорным кольцом 35 и уплотнение 36, обеспечивающее герметичность клапана по отношению к внешней среде в случае выхода из строя внутренних уплотнительных элементов втулки направляющей 3 и рейки 7. Втулка 32 фиксируется в корпусе при помощи гайки 37, в которой установлен грязесъемник (фиг. 3).
[69]Ниже втулки 32 в корпусе 1 выполнен канал, в который ввернуто устройство контроля протечек 38, обеспечивающее возможность запрессовки в полость реечного механизма смазки и контроля наличия утечки через уплотнения 28 и 29 (фиг. 4).
[70]Клапан осесимметричный работает следующим образом.
[71]Принцип действия клапана состоит в регулировании расхода и давления газа посредством перемещения регулирующего органа, которым является поршень 11 вдоль оси сепаратора 12. При этом происходит открытие или закрытие определенного количества пропускных отверстий 17 в сепараторе 12, что влечет за собой изменение площади проходного сечения клапана.
[72]В закрытом положении клапана поршень 11 занимает крайнее правое положение. При этом уплотнение осуществляется прижатием поршня 11 к уплотнению 15 и 19, которые поджаты к поверхности поршня 11 за счет сжатия, возникающего вследствие наличия перепада давления рабочей среды.
[73]Для перевода клапана из положения «закрыто» в положение «открыто» на привод подается управляющий сигнал. Шток привода перемещается вверх на рабочий ход. Через муфту привода усилие привода передается штоку 8, который, посредством зубьев, взаимодействуя с рейкой 7, перемещает ее, а, соответственно, и закрепленный на рейке 7 поршень 11, влево на открытие. Поршень 11, перемещаясь влево, от 0 до 10% хода выходит из зацепления с уплотнениями 15 и 19, открывает определенное количество отверстий 17 сепаратора 12, обеспечивая заданный расход и давление рабочей среды.
[74]Закрытие клапана происходит аналогично открытию в противоположном направлении. При подаче сигнала привод перемещает шток 8 вниз, тем самым, обеспечивая перемещение рейки 7 с поршнем 11 вправо на закрытие. При движении вправо от 10 до 0% поршень 11 входит в зацепление с уплотнениями 15 и 19, обеспечивая герметичность.
[75]Таким образом, результатом усовершенствования конструкции клапана осесимметричного, является повышение его надежности, сохранение стабильной работы клапана, уменьшение износа главных уплотнений на 90%.
