RU2097639C1

RU2097639C1 - Shutoff valve

Info

Publication number: RU2097639C1
Application number: RU95108305A
Authority: RU
Inventors: Иван Борисович Удачин
Original assignee: Иван Борисович Удачин
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU95108305A

Abstract

FIELD: manufacture of valves; may be used in control of flow of gas or liquid and prevention of leakage of medium through outlet pipelines. SUBSTANCE: made in shutoff valve body are three adjacent chambers accommodating stages of movable piston with sealing surface engageable with seat which is made in place of conjunction of inlet hole and the first chamber. Made in piston is through longitudinal channel communicating the third and first chambers. Connected with body side holes are two pipelines interconnected with each other to form feedback. Pipelines are made of different materials. Body outlet hole is connected with side hole of the first chamber, while the other side surface is located in the second chamber from the side facing the first chamber. Cross-section area of the first stage of piston is smaller than that of any other two stages, and cross-section area of the third stage is smaller than that of the second one. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной трубопроводной арматуре, а именно к устройствам, устанавливаемым в трубопроводах или на сосудах под давлением, и обеспечивает управление потоком проводимой среды, например газа или жидкости, путем автоматического отсечения потока своим запорным органом, что позволяет предотвратить внештатную утечку проводимой среды через отводящий трубопровод. The invention relates to industrial pipe fittings, and in particular to devices installed in pipelines or on pressure vessels, and provides control of the flow of a conducted medium, such as gas or liquid, by automatically cutting off the flow with its shut-off element, which helps to prevent an out-of-band leakage of a conducted medium through a discharge pipeline.

Известны различные конструкции отсеченных клапанов. Они могут быть классифицированы по принципу срабатывания: автоматическое, ручное, дистанционное; по типу задатчика: с пружинным задатчиком, с грузовым задатчиком, с расходомерным задатчиком и т.д. по типу чувствительного элемента: поршень, мембрана, пьезоэлемент и т.д. Various designs of shut off valves are known. They can be classified according to the principle of operation: automatic, manual, remote; by type of adjuster: with spring adjuster, with load adjuster, with flow adjuster, etc. as a sensitive element: piston, membrane, piezoelectric element, etc.

Среди автоматически отсечных клапанов широкое распространение получили клапаны отсечные с пружинным задатчиком, как имеющие наиболее простую конструкцию, монтируемые в любом установочном положении и имеющие возможность возвращения в исходное рабочее положение без замены элементов клапана. Among automatically shut-off valves, shut-off valves with a spring adjuster are widely used as having the simplest design, mounted in any installation position and having the ability to return to their original working position without replacing valve elements.

Известен, например, клапан отключающий (отсечной), содержащий корпус с камерой давления, которая расположена между входным и выходным отверстиями корпуса, выполненными в корпусе на его продольной оси, а также подпружиненный поршень, установленный с возможностью перемещения в упомянутой камере и герметичного перекрытия проходного сечения клапана при перемещении в одно из крайних положений [1]
Это известное техническое решение обладает существенным недостатком, а именно: узость диапазона давлений срабатывания клапана, так как величина расхода проводимой среды зависит от давления (т.е. плотности) проводимой среды и вязкостных характеристик среды, а величина давления срабатывания клапана задается усилием пружины, имеющим лишь одно фиксированное установочное значение.Known, for example, is a shut-off valve (shut-off), comprising a housing with a pressure chamber, which is located between the inlet and outlet openings of the housing, made in the housing on its longitudinal axis, as well as a spring-loaded piston mounted to move in said chamber and hermetically shut off the passage section valve when moving to one of the extreme positions [1]
This known technical solution has a significant drawback, namely: the narrowness of the valve operating pressure range, since the flow rate of the conducted medium depends on the pressure (i.e. density) of the conducted medium and the viscosity characteristics of the medium, and the value of the valve operating pressure is set by the spring force having only one fixed installation value.

Известен клапан прямоточный отсечной типа К26А, устанавливаемый на фонтанной арматуре устья скважины [2] содержащий наибольшее количество общих с предлагаемым изобретением существенных признаков и выполняет аналогичную функцию. Прототип содержит корпус с седлом и со сквозным продольным каналом, имеющим входную и выходную части и между ними две сопряженные камеры, а также подвижный поршень со сквозным продольным каналом и двумя ступенями, расположенными в соответствующих камерах, имеющий возможность продольного перемещения с двумя крайними положениями. В одном из крайних положений поршень взаимодействует с седлом, расположенным в зоне сопряжения одной из камер с входным отверстием, причем в этой зоне и в зоне сопряжения упомянутой камеры с другой камерой выполнены боковые сквозные отверстия, к каждому из которых подсоединен трубопровод, размещенный вне корпуса и соединяющийся вторым концом с камерами гидроцилиндров гидроусилителя, расположенного также вне корпуса. Known direct-flow shut-off valve type K26A, installed on the fountain reinforcement of the wellhead [2] containing the largest number of essential features common with the invention, and performs a similar function. The prototype contains a housing with a saddle and with a through longitudinal channel having inlet and outlet parts and between them two conjugate chambers, as well as a movable piston with a through longitudinal channel and two steps located in the respective chambers, with the possibility of longitudinal movement with two extreme positions. In one of the extreme positions, the piston interacts with a saddle located in the interface zone of one of the chambers with the inlet, and in this zone and in the interface zone of the said chamber with the other chamber, lateral through holes are made, to each of which is connected a pipe placed outside the housing and connecting the second end to the chambers of the hydraulic cylinders of the hydraulic booster, also located outside the housing.

Это известное техническое решение имеет существенные недостатки наличие дополнительных элементов и управляющих устройств усложняет конструкцию и существенно снижает надежность клапана при работе в экстремальных ситуациях, например, при повышении температуры проводимой или окружающей среды. This known technical solution has significant drawbacks; the presence of additional elements and control devices complicates the design and significantly reduces the reliability of the valve when working in extreme situations, for example, when the temperature of the conducted or the environment increases.

Таким образом, из известного научно-технического уровня следует, что складывается определенная тенденция проектирования клапанов отсечных с возможностью автоматического срабатывания при неспецификационном изменении гидродинамического режима работы системы, в которую клапан установлен, за счет отслеживания гидродинамических параметров либо на входе-выходе клапана, либо в одной из его камер. При этом датчиком иногда служат специальные системы, подающие управляющий сигнал на клапан или на специальный привод клапана. Thus, it follows from the known scientific and technical level that a certain tendency is developing for shut-off valves to be automatically activated when the hydrodynamic operation mode of the system in which the valve is installed is changed non-specifically by monitoring the hydrodynamic parameters either at the valve inlet-outlet or in one from his cells. In this case, special systems sometimes supply a control signal to the valve or to a special valve actuator.

Известные технические решения характеризуются высоким изобретательским уровнем. В основном этот уровень достигается за счет создания оригинальной схемы системы управления клапана и характеризуется развертыванием исходного принципа действия клапана за счет введения дополнительных, порой расположенных вне клапана, новых самостоятельных узлов и устройств. Known technical solutions are characterized by a high inventive step. Basically, this level is achieved by creating an original valve control system circuit and is characterized by the deployment of the original valve operation principle due to the introduction of additional, sometimes located outside the valve, new independent units and devices.

Поэтому, если использовать известные конструкции клапанов для отсечения подачи проводимой рабочей среды от источника к потребителю, то, как следует из известного научно-технического уровня, пришлось бы либо устанавливать на рабочем трубопроводе дополнительные устройства, либо вводить в существующую систему подачи рабочей среды дополнительную управляющую систему и/или силовой привод, что усложняет конструкцию и ведет к снижению надежности системы в экстремальных условиях. Therefore, if we use the well-known valve designs to cut off the supply of the conducted working medium from the source to the consumer, then, as follows from the known scientific and technical level, we would have to either install additional devices on the working pipeline or introduce an additional control system into the existing working medium supply system and / or a power drive, which complicates the design and leads to a decrease in the reliability of the system in extreme conditions.

Кроме того, в каждом из этих случаев невозможно одновременно обеспечить и высокую точность срабатывания в широком диапазоне рабочих давлений, и высокую надежность работы всех узлов, входящих в состав клапана отсечного. In addition, in each of these cases it is impossible to simultaneously provide both high accuracy of operation in a wide range of operating pressures and high reliability of operation of all nodes that make up the shut-off valve.

Задача изобретения создание нового клапана отсечного, который позволял бы полностью прекращать подачу проводимой среды от источника в широком диапазоне давлений при повреждении отводящего трубопровода на любом участке от клапана до потребителя или повреждении трубопровода, образующего обратную связь, и одновременно имел бы простую, высоконадежную конструкцию. The objective of the invention is the creation of a new shut-off valve, which would completely stop the flow of the conductive medium from the source in a wide pressure range when the outlet pipe is damaged in any section from the valve to the consumer or the pipe forming the feedback is damaged, and at the same time it has a simple, highly reliable design.

Задача и повышение технического уровня достигается тем, что в известном клапане отсечном, содержащем корпус с двумя смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями и двумя боковыми отверстиями, одно из которых расположено в первой камере, сообщенной с входным отверстием корпуса, размещенный в корпусе с возможностью взаимодействия с седлом корпуса подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, сквозным продольным каналом и двумя ступенями, расположенными в соответствующих камерах корпуса, а также два трубопровода, сообщенных с упомянутыми боковыми отверстиями, согласно предлагаемому изобретению в корпусе со стороны, противоположной первой камере выполнена дополнительная третья камера, сопряженная с имеющейся второй камерой и сообщенная продольным каналом поршня с входным отверстием, а на поршне выполнена третья ступень, размещенная соответственно в третьей камере корпуса, седло выполнено в месте сопряжения входного отверстия и первой камеры, трубопроводы соединены друг с другом с образованием эффекта обратной связи, причем выходное отверстие корпуса клапана совмещено со сквозным боковым отверстием первой камеры, а другое боковое отверстие расположено во второй камере со стороны, обращенной к первой камере, и при этом площадь поперечного сечения первой ступени поршня меньше площади поперечного сечения любой другой ступени, а площадь поперечного сечения третьей ступени меньше площади поперечного сечения второй ступени. The task and improving the technical level is achieved by the fact that in the known shut-off valve, comprising a housing with two adjacent chambers, a seat, an inlet and an outlet and two side openings, one of which is located in the first chamber in communication with the inlet of the housing, located in the housing with the possibility of interaction with the housing seat is a movable piston with a sealing surface, a through longitudinal channel and two steps located in the respective chambers of the housing, as well as two pipelines, communicated x with the aforementioned side openings, according to the invention, in the housing, on the side opposite to the first chamber, an additional third chamber is made, paired with the existing second chamber and communicated by the piston longitudinal channel with the inlet, and the third stage is made on the piston, which is respectively located in the third chamber chamber, the seat is made at the interface between the inlet and the first chamber, the pipelines are connected to each other with the formation of the feedback effect, and the outlet of the housing the valve is aligned with the through side opening of the first chamber, and the other side hole is located in the second chamber from the side facing the first chamber, and the cross-sectional area of the first piston stage is less than the cross-sectional area of any other stage, and the cross-sectional area of the third stage is less than the area cross section of the second stage.

Возможен также вариант, где трубопровод, сообщенный с боковым отверстием второй камеры, выполнен с меньшим условным проходом, чем условный проход трубопровода, сообщенного с выходным отверстием корпуса, и изготовлен из отличного материала, например, с более низкой температурой плавления, чем материал трубопровода от выходного отверстия. It is also possible that the pipeline communicated with the side opening of the second chamber is made with a smaller conditional passage than the conditional passage of the pipeline in communication with the outlet of the housing and is made of excellent material, for example, with a lower melting point than the material of the pipeline from the outlet holes.

Таким образом, изобретение позволяет отслеживать изменение давления в любом из упомянутых трубопроводов, а именно: отсекать поток проводимой среды от источника при возникновении неспецификационного перепада давлений проводимой среды на участке клапан-потребитель в любом из трубопроводов, связанных с предлагаемым клапаном, что достигается за счет образования эффекта обратной связи особым порядком их соединения и выбранным расположением боковых отверстий корпуса. Величина относительного перепада давлений, при котором происходит перемещение поршня и закрытие клапана, задается соотношением площадей поперечного сечения ступеней поршня, на точность срабатывания во всем диапазоне давлений практически оказывает влияние только сила трения выбранных уплотнений пары корпус-поршень. Thus, the invention allows you to track the pressure change in any of the mentioned pipelines, namely: to cut off the flow of the conducted medium from the source when a non-specific pressure difference of the conducted medium occurs at the valve-consumer section in any of the pipelines associated with the proposed valve, which is achieved due to the formation feedback effect in a special order of their connection and the selected location of the side openings of the housing. The relative pressure difference at which the piston moves and the valve closes is determined by the ratio of the cross-sectional areas of the piston steps; only the friction force of the selected body-piston pair seals practically affects the accuracy of operation in the entire pressure range.

На фиг. 1 клапан отсечной находится в положении "открыт" в "ждущем режиме"; на фиг. 2 клапан находится в положении "закрыт" в режиме аварийного отсечения источника. In FIG. 1 shut-off valve is in the “open” position in “standby mode”; in FIG. 2, the valve is in the “closed” position in the emergency source cutoff mode.

Клапан отсечной состоит из корпуса 1, в котором выполнены три последовательно смежные камеры 2, 3 и 4, входное 5 и выходное 6 отверстия (фиг. 1). В корпусе 1 размещен поршень 7 со сквозным продольным каналом 8 и тремя ступенями 9, 10, 11, располагающимися соответственно в камерах 2, 3 и 4, причем камера 4 связана через канал 8 поршня 7 с входным отверстием 5, которое сообщается с камерой 2, и в месте их сопряжения выполнено седло 12, образующее с уплотнительной поверхностью 13 поршня 7 уплотнительную пару (фиг. 2). Вне корпуса 1 расположены трубопроводы 14 и 15, соединенные между собой и подсоединяемые к соответствующим боковым сквозным отверстиям корпуса 1. При этом одно такое отверстие совмещено с выходным отверстием 6 корпуса 1 и, например, сообщено с трубопроводом 14, а другое отверстие 16 выполнено в зоне 17 камеры 2 со стороны камеры 3 и сообщено с трубопроводом 15. В клапане размещены также уплотнения 18. Для отвода возможных протечек может быть выполнено технологическое сквозное боковое отверстие 19. The shut-off valve consists of a housing 1, in which three consecutively adjacent chambers 2, 3 and 4, an inlet 5 and an outlet 6 are made (Fig. 1). In the housing 1 there is a piston 7 with a through longitudinal channel 8 and three steps 9, 10, 11 located respectively in the chambers 2, 3 and 4, and the chamber 4 is connected through the channel 8 of the piston 7 with the inlet 5, which communicates with the camera 2, and in the place of their mating, a seat 12 is made, forming a sealing pair with the sealing surface 13 of the piston 7 (Fig. 2). Outside the casing 1, there are pipelines 14 and 15 connected to each other and connected to the corresponding lateral through holes of the casing 1. At the same time, one such hole is aligned with the outlet 6 of the casing 1 and, for example, communicated with the pipeline 14, and the other aperture 16 is made in the zone 17 of the chamber 2 from the side of the chamber 3 and is in communication with the pipeline 15. Seals 18 are also located in the valve. A technological through-hole side opening 19 can be made to divert possible leaks.

Упомянутый трубопровод 15 может быть выполнен из материала, отличного от материала трубопровода 14, и может иметь отличное проходное сечение. Mentioned pipeline 15 may be made of a material different from the material of the pipeline 14, and may have an excellent flow area.

Клапан отсечной работает следующим образом. The shut-off valve operates as follows.

Нормальное рабочее положение клапана "открыт" (фиг. 1). В таком положении при наличии в источнике рабочей проводимой среды (не показан) с рабочим давлением P_p на входном отверстии 5 корпуса 1 и при перепаде давления на участке системы от клапана к потребителю в рамках спецификационного для конкретной системы соотношение величин давлений в камере 2 (P_p), в зоне 17 камеры (P_p ^I и в камере 4 (P_p) также находится в рамках спецификационного, так например, при отсутствии отбора среды или малом ее расходе давления P_p ^I и P_p равны (фиг. 1), а так как площадь поперечного сечения первой ступени 9 меньше площади поперечного сечения любой из двух других ступеней, а площадь третьей ступени 11 меньше площади второй ступени 12, то усилием от давления рабочей среды поршень 7 удерживается в положении "открыт" (фиг. 1).The normal operating position of the valve is “open” (FIG. 1). In this position, if there is a working medium in the source (not shown) with a working pressure P _p at the inlet 5 of the housing 1 and with a pressure drop in the system section from the valve to the consumer, the pressure ratio in the chamber 2 (P _p ), in the chamber zone 17 (P _p ^I and in chamber 4 (P _p ) it is also within the specification, for example, in the absence of medium selection or its low flow rate, the pressure P _p ^I and P _p are equal (Fig. 1), and since the cross-sectional area of the first stage 9 is less than the cross-sectional area cross section of any of the other two stages and the third stage 11 area smaller than the area of the second stage 12, the force on the fluid pressure piston 7 is held in the "open" (Fig. 1).

При падении величины давления P_p ^I в трубопроводе 14 и/или 15 и соответственно в зоне 17 камеры 3 относительно величины давления источника P_p соотношение сил, действующих на поршень, меняется. При падении давления P_p ^I в зоне 17 камеры 3 относительно давления P_p в камере 2 и в камере 4 ниже заданной величины поршень 7 перемещается в положение "закрыт" (фиг. 2). Эта величина относительного перепада давлений, при котором происходит перемещение поршня 7 и образование седлом 12 и поверхностью 13 поршня 7 уплотнительной пары, зависит от выбранного соотношения площадей ступеней 9, 10, 11 поршня 7 и величины силы трения страгивания пары корпус 1 поршень 7 (в основном сила трения уплотнений 18). После перемещения поршня 7 при дальнейшем падении давления в зоне 17 камеры 3 происходит полная герметизация пары седло 12 уплотнительная поверхность 13 и источник отсекается от потребителя (фиг. 2).When the pressure value P _p ^I drops in the pipe 14 and / or 15 and, respectively, in the zone 17 of the chamber 3 relative to the pressure value of the source P _{p, the} ratio of the forces acting on the piston changes. When the pressure P _p ^I falls in the zone 17 of the chamber 3 relative to the pressure P _p in the chamber 2 and in the chamber 4 below a predetermined value, the piston 7 moves to the "closed" position (Fig. 2). This value of the relative pressure difference, at which the piston 7 moves and the seat 12 and the surface 13 of the piston 7 forms a sealing pair, depends on the selected ratio of the areas of the stages 9, 10, 11 of the piston 7 and the magnitude of the friction force of the pair pair of the housing 1 piston 7 (mainly the friction force of the seals 18). After moving the piston 7 with a further pressure drop in the area 17 of the chamber 3, the pair of the saddle 12 is completely sealed, the sealing surface 13 and the source is cut off from the consumer (Fig. 2).

В зависимости от типа выбранных уплотнений и величины давления проводимой среды в месте сопряжения камеры 3 и камеры 4 могут скапливаться протечки проводимой среды. Для их удаления образовано технологическое отверстие 19. Depending on the type of seals chosen and the magnitude of the pressure of the conducted medium, leaks of the conducted medium may accumulate at the interface between the chamber 3 and the chamber 4. To remove them, a technological hole 19 is formed.

Неспецификационное падение давления P_p ^I в зоне 17 камеры 3 относительно давления P_p в источнике и срабатывание отсечного клапана могут произойти по нескольким причинам, например:
разрушение трубопровода 14 или значительные протечки через него;
разрушение, например, термическое трубопровода 15 или значительные протечки через него;
сброс давления из трубопровода 15 (соответственно из зоны 17 камеры 3) при плановом проворачивании и срабатывании системы, в которую установлен клапан.A non-specific pressure drop P _p ^I in the zone 17 of the chamber 3 relative to the pressure P _p in the source and the actuation of the shut-off valve can occur for several reasons, for example:
the destruction of the pipeline 14 or significant leaks through it;
the destruction, for example, thermal pipe 15 or significant leaks through it;
pressure relief from the pipeline 15 (respectively, from the zone 17 of the chamber 3) during the planned rotation and operation of the system in which the valve is installed.

После приведения клапана отсечного в положение "закрыт" (фиг. 2) приведение его в положение "открыт" (фиг. 1) возможно подачей давления в клапан только со стороны трубопровода 14 и/или трубопровода 15 и только после восстановления целостности трубопровода 14 и/или трубопровода 15. After the shut-off valve is brought to the “closed” position (Fig. 2), it can be brought into the “open” position (Fig. 1) by applying pressure to the valve only from the side of pipeline 14 and / or pipeline 15 and only after restoration of the integrity of pipeline 14 and / or pipeline 15.

При размещении предлагаемого клапана отсечного в гидравлических и пневматических системах с двусторонним движением среды, например, на сосудах давления, таких как гидроаккумуляторы, демпферы, газовые баллоны автотранспорта и т.д. источником рабочей среды является тупиковая емкость, и закачка рабочей среды осуществляется через трубопровод 14, поэтому клапан приводится в положение "открыт" при начале подачи рабочей среды извне в эту емкость. When placing the proposed shut-off valve in hydraulic and pneumatic systems with two-way movement of the medium, for example, on pressure vessels, such as pressure accumulators, dampers, gas cylinders of vehicles, etc. the source of the working medium is a dead end tank, and the working medium is pumped through the pipeline 14, therefore, the valve is brought into the “open” position when the supply of the working medium from the outside to this tank begins.

При размещении предлагаемого клапана отсечного в системах с односторонним движением среды, например, на отводных линиях трубопроводов или сосудов давления, куда рабочая среда подается по отдельной питающей линии, а не через трубопровод 14, приведение клапана отсечного в положение "открыт" осуществляется либо за счет медленного повышения давления на участке "источник" клапан трубопровод 14-потребитель" так, что при этом величина относительного перепада давлений в источнике и в зоне 17 камеры 3 не превышает предельного, требуемого для срабатывания, либо за счет использования широко известных средств, описание которых здесь не приводится. When placing the proposed shut-off valve in systems with one-sided movement of the medium, for example, on the discharge lines of pipelines or pressure vessels, where the working medium is supplied through a separate supply line, and not through line 14, the shut-off valve is set to the "open" position or due to slow pressure increase in the section "source" valve pipeline 14-consumer "so that the value of the relative pressure drop in the source and in the zone 17 of the chamber 3 does not exceed the limit required for operation or through the use of widely known means, the description of which is not given here.

Claims

1. A shut-off valve comprising a housing with two adjacent chambers, a seat, an inlet and an outlet, and two side openings, one of which is located in the first chamber in communication with the inlet of the housing, a movable piston with a sealing surface that can interact with the saddle, interacting with the saddle , through a longitudinal channel and two steps located in the respective chambers of the housing, as well as two pipelines in communication with the side holes, characterized in that the housing is sided In the first chamber, a third chamber is made, interfaced with the second chamber and communicated by the piston longitudinal channel with the inlet, and the third stage located in the third chamber is made on the piston, the seat is made at the interface between the inlet and the first chamber, the pipelines are connected to each other to form feedback, the outlet of the housing is aligned with the side hole of the first camera, and the other side hole is located in the second camera from the side facing the first camera, while the cross-sectional area cheniya first stage piston cross sectional area less than either of the other stages, and the cross-sectional area of the third stage is less than the cross sectional area of the second stage.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the pipeline communicated with the side hole of the second chamber is made with a smaller conditional passage than the pipeline communicated with the outlet of the housing, while the pipelines are made of various materials.