Затвір запірного регулюючого гольчастого клапана

1. Затвір запірного регулюючого голчастого клапана, який включає металевий корпус, у якому виконані сідло та прохідні канали, останні розміщені з одного та другого боку горловини корпуса; до сідла з можливістю перекриття каналів підведений плунжер, який відрізняється тим, що сідло виконане як окремий елемент і є знімним, між корпусом та сідлом виконане лабірінтне ущільнення, причому у корпусі виконане гніздо, у яке встановлене сідло; у затворі додатково встановлені натискуюча втулка та корончата гайка, які розміщені над сідлом; лабірінтне ущільнення виконане у вигляді V-подібної западини на поверхні гнізда корпусу і V-подібного виступу на опорній поверхні сідла, причому форма западини та виступ у однакові, при цьому між западиною та виступом додатково встановлена прокладка. 2. Затвір клапана по п. 1, який відрізняється тим, що у знімному сідлі виконані дві діаметральні поверхні, що складають замкнений контур. 3. Затвір клапана по п. 1, п. 2, який відрізняється тим, що отвір у сідлі суміщений з горловиною корпуса. 4. 3атвір клапана по п. 1, який відрізняється тим, що у гнізді корпуса виконані дві діаметральні поверхні, що складають замкнений контур. 5. Затвір клапана по п. 1, який відрізняться тим, що западина та виступ мають конусні поверхні під кутом 60° для їхнього спряження. 6. Затвір клапана по п. 1, який відрізняється тим, що прохідні канали у корпусі виконані прямоточними. 7. Затвір клапана по п. 6, який відрізняється тим, що геометрична вісь прохідних каналів оптимально наближена до магістрально осі трубопроводу. A (54) ЗАТВІР ЗАПІРНОГО РЕГУЛЮЮЧОГО ГОЛЧАСТОГО КЛАПАНА 31752 Винахід відноситься до запірної техніки і може бути використаний у запірно-регулюючій, регулюючій та запірній енергетичній арматурі з метою герметизації затвору клапанів, працюючих у високотемпературному середовищі з великим перепадом тиску. Завданням винаходу є вдосконалення конструкції, підвищення її надійності, зменшення витрат на ремонт під час експлуатації, зниження кількості ремонтів, зменшення часу простою енергоблоків у ремонтах, зниження енерговитрат під час експлуатації клапанів. Відомий затвор запірного регулюючого голчастого клапану (див.: Гуревич Д.Ф. Тр убопровідна арматура. Довідковий посібник. - Л.: Машинобудування, 1981. - С. 250-253), взятий за прототип, є запірно-регулюючою енергетичною арматурою у теплоенергетичних установках. Затвор запірного регулюючого голчастого клапану містить у собі металевий корпус, у якому сідло виконане наплавкою електродом ЦН6. Прохідні канали розміщені з одного та другого боку горловини корпуса під гострими кутами до магістральної осі трубопроводу та до осі горловини корпусу, що створює високий коефіцієнт опору потоку середовища. Плунжер підводиться до сідла затвору клапана для перекриття прохідних каналів. Управління клапаном здійснюється від ручного або механічного приводу. Корпус клапана приєднується до трубопроводу зварюванням. Сідло затвору клапана - це наплавка сталлю марки Е-30х 5В2Г2СМ. Клапан встановлюється на ділянках парових та водяних трубопроводів з підведенням потоку середовища (води або пари) під плунжер (голку) шпинделем догори. Шляхом переміщення плунжера відносно сідла змінюється площа відкритого перерізу у затворі клапана. Причини, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату: - знижується функціональна якість затвора клапана у зв'язку із зниженою герметичністю запірного елементу (плунжера), що викликається зношенням плунжера та сідла у процесі дроселювання потоку середовища; - підвищений знос елементів затвору клапана; - конструкція має невисокий строк служби; - наплавка сідла руйнує стр уктуру матеріалу корпуса клапана; - під час теплового розширення металу корпуса він тягне за собою матеріал наплавленого сідла, що зміщує вісь сідла відносно осі плунжера, погіршуючи тим самим якість клапана; - сідло клапана спрямовується у корпусі засобом ручного зварювання, при якому запровадити електрод у глухий закритий отвір та наплавити сідло у корпусі дуже складно; - якість виконання наплавки сідла низька, брак при виготовленні клапанів досягає 50%, що відноситься до неповоротних втрат; - затвори клапанів з розташуванням проточної частини корпусу під гострими кутами до магістральної осі трубопроводу та до горловини корпусу мають дуже високий коефіцієнт гідроопору, що в умовах експлуатації дає втрати енергії до 30%. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення затвору запірного регулюючого голчастого клапана, у якому нове виконання сідла клапана з теплостійкого матеріалу, який представляє собою окремий елемент, полягає у тому, що сідло не виконується за одне ціле з корпусом, а є знімним, що зменшує кількість ремонтів, зроблених за увесь строк експлуатації клапана за рахунок того, що корпус затвору клапана не вирізується з трубопроводу, він залишається, а змінюється тільки знімне сідло та прокладка, що забезпечує ремонтоздатність клапану та заміна знімного сідла у корпусі затвору клапана здійснюється з меншими трудовитратами. Застосування знімного сідла виключає втрати витрат у виробництві клапанів за рахунок ліквідації браку з наплавки. Між корпусом затвора клапана та сідлом виконане лабіринтне ущільнення, що забезпечує герметичне з'єднання двох поверхонь - тіла корпусу та тіла сідла, коефіцієнт об'ємного розширення матеріалу сідла у 1,2 рази менше коефіцієнту об'ємного розширення металу корпуса з тим, щоб встановити у лабіринтному ущільненні додаткову прокладку, що являє собою вуглецеву тканину, що виключає щілинну проникність. Лабіринтне ущільнення утворене V-подібним виступом на опорній поверхні знімного сідла та V-подібною западиною, виконаною на поверхні гнізда корпуса, при цьому виступ входить в западину, що забезпечує поєднання двох діаметральних поверхонь сідла з двома діаметральними поверхнями гнізда корпуса. Виконання проточної частини корпуса близькою до осі магістралі трубопроводу знижує коефіцієнт гідроопору клапана у декілька разів, чим забезпечує зниження втрати енергії в умовах експлуатації до 30%. Перераховуємо конструктивні елементи (деталі, вузли), що є спільними з аналогом (або прототипом): - затвор запірного регулюючого голчастого клапану включає металевий корпус, у якому виконані сідло та прохідні канали; - прохідні канали розміщені з одного та другого боку горловини корпуса. До сідла з можливістю перекриття каналів підведений плунжер. Перераховуємо конструктивні елементи (деталі, вузли), що вперше виконані у об'єкті, що пропонується: - сідло виконане як окремий елемент і є знімним; - між корпусом та сідлом виконане лабіринтне ущільнення, причому у корпусі виконане гніздо, у якому встановлене сідло; - у затворі додатково встановлені натискна втулка та корончата гайка, що розміщені над сідлом; - лабіринтне ущільнення виконане у вигляді Vподібної западини на поверхні гнізда корпуса та V-подібного виступу - на опорній поверхні сідла, причому форма западини та виступу однакові, при цьому між западиною та виступом додатково встановлена прокладка; 2 31752 - у знімному сідлі виконані дві діаметральні поверхні, що складають замкнений контур; - отвір у сідлі суміщений з горловиною корпуса; - у гнізді корпуса виконані дві діаметральні поверхні, що складають замкнений контур; - западина та виступ мають конусні поверхні під кутом 60° для їхнього спряження; - прохідні канали у корпусі виконані прямоточними; - геометрична вісь прохідних каналів оптимально наближена до магістральної осі трубопроводу; - горловина корпусу розміщена відносно магістральної осі під кутом 45°; - один з магістральних каналів - вихідний - розміщений відносно магістральної осі під кутом 15°; - виступ у сідлі входить в западину гнізда корпуса; - знімне сідло виконане з теплостійкого матеріалу. Теплостійкий матеріал працює при високих температурах - до 600°С. Теплостійкий матеріал працює при високому тиску до 50,0 МПа. Теплостійкий матеріал володіє високою стійкістю до кавітації та ерозії; - додаткова прокладка являє собою вуглецеву тканину; - знімне сідло покрите високотемпературним мастилом; - V-подібний виступ сідла покритий високотемпературним мастилом; - V-подібна западина гнізда корпуса покрита високотемпературним мастилом; - натискна втулка та корончата гайка покриті високотемпературним мастилом; - поверхні корпуса, що знаходяться у контакті з сідлом, натискною втулкою та корончатою гайкою, покриті високотемпературним мастилом; - високотемпературне мастило працює в умовах не нижче +600°С. Причинно-наслідковий зв'язок полягає у тому, що вся вищезазначена сукупність істотних ознак, як кожна окремо, так і разом, забезпечує виконання поставленого завдання винаходу - вдосконалення конструкції, підвищення її надійності, зменшення витрат на ремонт під час експлуатації, зниження кількості ремонтів та енерговитрат під час експлуатації клапанів. Технічний результат, що досягається при використанні винаходу: - забезпечена ремонтна придатність затвору клапана; - зменшені витрати на капітальний ремонт під час експлуатації; - підвищена надійність за рахунок створення герметичного вузла ущільнення у затворі клапана за допомогою лабіринтного ущільнення, що доущільнюється прокладкою; - зменшена кількість ремонтів за рахунок вільного вибору теплостійкого матеріалу знімного сідла, що забезпечує тривалу експлуатацію клапана; - забезпечена довговічність, знижене ерозійне зношення та кавітація; - підвищена зносостійкість, зменшені механічні пошкодження; - удосконалена конструкція корпуса за рахунок виконання прямоточних прохідних каналів; - створюється стаціонарне запирання двох елементів у затворі клапану - тіла корпуса та тіла сідла за рахунок лабіринтного ущільнення, натискної втулки, корончатої гайки та полотна вуглецевої тканини, що забезпечують герметичне сполучення; - знижені енерговитрати за рахунок створення прямоточності у корпусі; - зменшені енерговитрати на 30% у енергетичних теплосистемах за рахунок зменшення питомого опору потоку середовища (води або пари) під час використання прямоточної конструкції корпуса клапана, у якому шлях руху потоку середовища наближений до прямої лінії, тобто магістральної осі трубопроводу; - забезпечується сервісне обслуговування у теплоенергетичних системах за рахунок розбірності елементів затвору клапана та використання знімного сідла замість наплавки сідла у корпусі; - знижені витрати у виробництві клапанів за рахунок виключення втрат від браку з наплавки. Характер прояву нових властивостей винаходу: - вдосконалена конструкція, відсутня наплавка сідла у корпусі клапана, та сідло являє собою окремий елемент, виконаний у затворі клапана знімним; - використовується лабіринтне ущільнення між корпусом та сідлом, що забезпечує надійну герметичність; - лабіринтне ущільнення доущільнюється прокладкою з вуглецевої тканини; - знімне сідло виконується з теплостійкого матеріалу, що володіє певною твердістю та механічною міцністю в умовах високих температур 600°С, тиску 50,0 МПа, кавітації та ерозії; - прохідні канали корпусу затвора клапана виконуються прямоточними, що різко знижує втрати енергії в умовах експлуатації через зниження коефіцієнту гідроопору клапана; - підвищений споживчий попит з високою гарантованою якістю клапанів. Затвор запірного регулюючого голчастого клапану, що пропонується, поясняється графічно, де: фіг. 1 - затвор клапана, прямоточний варіант виконання, фіг. 2 - загальний вигляд запірного регулюючого голчастого клапану, фіг. 3 - корпус затвора клапана з прямоточними прохідними каналами, фіг. 4 - знімне сідло затвора клапана, фіг. 5 - виноска І з фіг. 3, фіг. 6 - виноска II з фіг. 5, фіг. 7 - виноска III з фіг. 4, фіг. 8 - виноска ІV з фіг. 1. Винахід - затвор запірного регулюючого голчастого клапану включає корпус 1 з теплостійкої сталі марки 13хІМФ, в якому виконані прохідні канали 2 та 3, розташовані з одного та другого боку горловини 4 корпусу 1. Сідло 5 встановлене у корпусі 1. Сідло 5 у корпусі 1 виконане як окремий елемент з теплостійкого матеріалу і є знімним. До сідла 5 з можливістю перекриття прохідних каналів 2 та 3 корпусу 1 підводиться плунжер (гол 3 31752 ка) 6, що зв'язаний зі шпинделем 7 клапана (див. фіг. 1, фіг. 2). У горловині 4 корпусу 1 встановлена натискна втулка 8, зверху якої розміщена корончата гайка 9. У корпусі 1 виконане гніздо 10, в яке встановлене сідло 5 (див. фіг. 1, фіг. 3). Сідло 5 закріплюється у корпусі 1 за допомогою натискної втулки 8 та корончатої гайки 9, що розміщені над сідлом 5 (див. фіг. 1, фіг. 2). Теплостійкий матеріал сідла 5 працює при високих температурах - до 600°С та при високому тиску - до 50,0 МПа. Коефіцієнт об'ємного розширення матеріалу знімного сідла 5 у 1,2 рази менше коефіцієнту об'ємного розширення матеріалу сталевого корпуса 1. Отвір у сідлі 5 суміщається з горловиною 4 корпусу 1, та ущільнена конічна поверхня плунжера 6 підводиться до сідла 5 (див. фіг. 1, фіг. 2). У затворі клапана між корпусом 1 та знімним сідлом 5 виконане лабіринтне ущільнення 11 у вигляді V-подібного виступу 12 та западини 13 (див. фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5, фіг. 6, фіг. 7, фіг. 8). V-подібний виступ 12 виконаний на опорній поверхні сідла 5, а V-подібна западина 13 виконана на поверхні гнізда 10 корпусу 1. В западину 13 входить виступ 12, бо їхня форма однакова (див. фіг. 8). Виступ 12 у сідлі 5 та западина 13 у гнізді 10 корпусу 1 мають конусні поверхні під кутом 60° для їхнього кращого спряження. У знімному сідлі 5 та гнізді 10 корпусу 1 виконані по дві діаметральні поверхні, що складають замкнений контур. У лабіринтному ущільненні 11 встановлена додаткова прокладка 14, що являє собою вуглецеву тканину (див. фіг. 8). У затворі клапана прохідні канали 2 та 3 у корпусі 1 виконані прямоточними (див. фіг. 1, фіг. 2, фіг. 3). Затвор клапана має одну магістральну вісь М трубопроводу, в цьому випадку вихідний канал 3 відносно магістральної осі М розміщений під кутом 15°, а горловина 4 корпусу 1 відносно магістральної осі М розміщена під кутом 45°. У верхній частині горловини 4 корпусу 1 розміщена сальникова камера, яка являє собою сальникове ущільнення, що складається з кілець 15, які піджимаються натискною планкою 16, встановленою на грундбуксу 17 (див. фіг. 2). Для виключення адгезійного прикипання знімного сідла 5, натискної втулки 8 та корончатої гайки 9 до металу корпусу 1 використовується високотемпературне мастило. Воно наноситься на поверхню сідла 5, натискної втулки 8, корончатої гайки 9 та на внутрішню поверхню корпусу 1, що забезпечує високу стійкість до вимивання у середовищі при температурі до +600°С. Під час експлуатації запірного регулюючого голчастого клапану, у випадку виходу сідла 5 з ладу (на поверхні сідла 5 можуть виникати вищербини), затвор клапана розбирається з виїмкою сідла 5 та заміни його на нове без демонтажу клапана з системи трубопроводу (не показаний). Ручний привод 18 клапану зі шпинделем 7 викручується, заздалегідь знявши муфту 19, та знімається бугель 20 з натискною планкою 16 (див. фіг. 2). З горловини 4 корпусу 1 виймається грундбукса 17, плунжер 6. Після цього кільця 15 сальникового ущільнення та піднабивальне кільце 21 виймаються. Корончата гайка 9 вкручується та витягається натискна втулка 8. Знімне сідло 5 виймається та міняється на нове разом з прокладкою 14. Затвор запірного регулюючого голчастого клапану, що пропонується, працює таким чином. Потік середовища (води або пари) перекривається у випадку необхідності. З переміщенням шпинделя 7 за допомогою ручного приводу 18, ущільнена конічна поверхня плунжера 6 притискується до сідла 5, створюючи герметичне сполучення. Затвор запірного регулюючого голчастого клапану, що пропонується, дозволяє: - підвищити надійність у експлуатації; - зменшити кількість ремонтів; - знизити витрати на ремонт; - знизити енерговитрати; - забезпечити герметичність між корпусом та запірним елементом клапана; - знизити трудомісткість заводу-виробника. Джерела інформації: 1. Гуревич Д.Ф. Тр убопровідна арматура. Довідковий посібник. - Л.: Ма шинобудування, 1981. С. 250-253 (прототип). 4 31752 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 3 5 31752 Фіг. 4 Фіг. 5 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6