RU2559216C2

RU2559216C2 - Двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления

Info

Publication number: RU2559216C2
Application number: RU2012146416/06A
Authority: RU
Inventors: Джун ЗХОУ
Original assignee: Сужоу Яре Вальве Ко., Лтд.
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2015-08-10
Also published as: CN101806363B; BR112012026754A2; US8794592B2; EP2565500B1; CN101806363A; EP2565500A1; WO2011134400A1; RU2012146416A; EP2565500A4; US20120305110A1

Abstract

Двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления содержит корпус клапана, тарелку клапана, нажимное кольцо, крышку клапана, шток клапана и балансировочное отверстие, в котором тарелка клапана размещена в камере корпуса клапана. Нажимное кольцо закреплено на резьбе в верхней части камеры корпуса клапана. Крышка клапана жестко соединена с корпусом клапана. Шток клапана проходит через крышку клапана, и нижний конец штока клапана подвижно соединен с тарелкой клапана. Внешняя поверхность тарелки клапана, нажимного кольца и корпуса клапана образуют кольцевую конусообразную канавку, внутри которой располагается комбинированное уплотнительное кольцо, обладающее высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Комбинированное уплотнительное кольцо включает верхнюю шайбу, верхнее уплотнительное кольцо, верхнее прокладочное кольцо, блокирующее кольцо, нижнее прокладочное кольцо, нижнее уплотнительное кольцо и нижнюю шайбу. 9 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к клапану, а именно к двунаправленному самобалансирующемуся запорному клапану давления, который используется для открытия или закрытия двунаправленных нагнетательных трубопроводов при высокой температуре, высоком давлении или в коррозионных средах.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Клапаны являются ключевыми деталями нагнетательных трубопроводов, используемых на нефтехимических заводах, нефтепромыслах, металлургических заводах и теплоэлектростанциях. В настоящих вариантах исполнения клапанов на известном уровне техники для выполнения открывающей/запорной деталью открытия и закрытия клапанов необходимо преодолевать давление среды. Когда клапаны используются в трубопроводах больших диаметров высокой температуры и высокого давления, давление среды может приводить к воздействию на клапаны и уплотнительные поверхности клапанов высокого рабочего усилия, в связи с чем они легко могут быть повреждены, что приводит к утечкам.

Самобалансирующиеся клапаны давления выполнены по принципу самобалансирования давления. Давление среды на открывающую/запорную деталь может самобалансироваться, устраняя, таким образом, воздействие на эксплуатационные характеристики, качество и срок службы уплотнения клапанов. На известном уровне техники усовершенствование производства клапанов было направлено на разработку самобалансирующихся клапанов давления. Ключевой технологией является уплотнение конструкции с самобалансированием давления. В целом на известном уровне техники в конструкции с самобалансированием давления для обеспечения уплотнения обычно применяются О- или Y-образные уплотнительные кольца. Поскольку самоуплотнение достигается за счет давления среды на уплотнительные кольца, уровень уплотнения не зависит как от давления среды, так и от усилия предварительной затяжки уплотнения. Уровень уплотнения не изменяется, когда усилие предварительной затяжки уплотнения снижается после износа уплотнительных колец; в связи с этим достигается обеспечение более износостойкого и надежного качества уплотнения и повышенного срока службы уплотнения. Поскольку О- или Y-образные уплотнительные кольца должны выполняться из упругих материалов с высокой плотностью, данные упругие материалы представляют собой резину или пластмассу, которые плохо переносят высокие температуры. В связи с ограничениями этих упругих материалов температура применения самобалансирующихся запорных клапанов давления все еще ограничивается 200°С, и запорные клапаны нельзя использовать в трубопроводах высокой температуры и высокого давления, применение которых широко распространено в ряде отраслей.

Исследования показали, что некоторые уплотнительные материалы с низкой плотностью обладают высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Например, гибкий графит является неплотным материалом с высокой термостойкостью и низкой плотностью, и при высокой температуре, высоком давлении и в условиях радиации он не проявляет склонности к разложению, деформированию или старению. В связи со своими устойчивыми химическими свойствами он часто используется в уплотнительных сальниках для высокотемпературных штоков. Поскольку гибкий графит не является материалом с высокой плотностью, его нельзя использовать для О- или Y-образных уплотнительных колец. В патенте CN 2637835Y, заявленном в 2003 г., автор использовал гибкий графит с высокой термостойкостью в качестве уплотнительного материала для самобалансирующихся запорных клапанов. Это обеспечило решение проблемы, заключающейся в неспособности уплотнительного материала переносить повышенные температуры. В этом патенте уплотнительные кольца выполняются из гибкого графита с высокой термостойкостью, а для решения проблемы низкой плотности уплотнительных материалов с низкой термостойкостью для обжатия уплотнительных колец используются нажимные кольца, за счет чего достигается соответствующий уровень внешнего уплотнения тарелки клапана и корпуса клапана. Однако структура уплотнения в данной конструкции не обладает свойством самобалансирования: уровень уплотнения главным образом зависит от усилия предварительной затяжки уплотнения, с которым нажимные кольца сжимают уплотнительные кольца. В настоящих вариантах исполнения уровень уплотнения падает, когда уплотнительные кольца изнашиваются при контакте с тарелкой клапана. Соответственно срок службы уплотнения в этом патенте не удовлетворяет текущим требованиям.

Для усовершенствования технической совместимости гибкого графита г-н Лю Вонг предложил запорный клапан новой конструкции со следующими техническими характеристиками (см. Журнал отрасли химических удобрений: строки 11-24 в правой колонке на странице 39, том 2, 1989, схематическое изображение новой конструкции запорного клапана): сверху вниз внутри клапана располагаются крышка сальника, сальник и шайбы. Рукоятка затягивается, обеспечивая усилие обжатия сальника между крышкой сальника и шайбой. Поверхность контакта между крышкой сальника и сальником представляет собой сферическую поверхность для улучшения уровня уплотнения. Сферическая поверхность также может компенсировать износ в верхней части сальника в любой момент времени. В данной статье крышка сальника оказывает сжимающее усилие на сальник для обеспечения уплотнения на штоке головки клапана. Сферическая поверхность на поверхности контакта между крышкой сальника и сальником используется для увеличения сжимающего усилия сальника на шток головки клапана для дальнейшего уплотнения штока головки клапана внутренней поверхностью сальника. Однако в настоящих вариантах исполнения уплотнение головки клапана зависит от уплотнения штока головки клапана внутренней поверхностью сальника и от уровня уплотнения между внешней поверхностью сальника и корпусом сальника. Но при износе внутренней поверхности сальника вследствие контакта со штоком головки клапана усилие предварительной затяжки уплотнения внутренней/внешней поверхности сальника соответствующим образом снижается. Когда усилие предварительной затяжки уплотнения ниже давления среды, возникают утечки между внешней поверхностью сальника и корпусом сальника, где усилие предварительной затяжки относительно низкое. Утечка возникает между внутренней поверхностью крышки сальника и коробкой сальника. В статье указывается на то, что сальник не нуждается в обжимке в течение одного-двух месяцев. В связи с этим понятно, что срок службы уплотнения запорного клапана является низким и уплотнение нуждается в периодической обжимке для обеспечения уплотнения головки клапана. Техническое решение, изложенное в этой статье, неприменимо к среде уплотнения самобалансирующегося клапана давления.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ввиду вышеизложенных проблем одной из целей изобретения является преодоление недостатков известного уровня техники за счет предложения двунаправленного самобалансирующегося запорного клапана давления, который обладает повышенным сроком службы и может быть использован при высоких температурах, высоком давлении или в коррозионных средах.

Для достижения вышеуказанной цели в соответствии с настоящим изобретением предлагается двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления, включающий корпус клапана, тарелку клапана, нажимное кольцо, крышку клапана, шток клапана и балансировочное отверстие, в котором тарелка клапана размещена в камере корпуса клапана, нажимное кольцо закреплено на резьбе в верхней части камеры корпуса клапана, крышка клапана жестко соединена с корпусом клапана, шток клапана проходит через крышку клапана, и нижний конец штока клапана подвижно соединен с тарелкой клапана. Внешняя поверхность тарелки клапана, нажимного кольца и корпуса клапана образуют кольцевую конусообразную канавку, внутри которой располагается комбинированное уплотнительное кольцо, обладающее высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Комбинированное уплотнительное кольцо включает сверху вниз верхнюю шайбу, верхнее уплотнительное кольцо, верхнее прокладочное кольцо, блокирующее кольцо, нижнее прокладочное кольцо, нижнее уплотнительное кольцо и нижнюю шайбу. Верхнее уплотнительное кольцо и нижнее уплотнительное кольцо выполнены из уплотнительных материалов с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Верхняя шайба, верхнее прокладочное кольцо, нижнее прокладочное кольцо и нижняя шайба выполнены из жестких материалов с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью и образуют посадку с зазором с внешней поверхностью тарелки клапана. Нижняя торцевая поверхность верхней шайбы и верхняя торцевая поверхность верхнего прокладочного кольца выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия верхнего уплотнительного кольца во внутреннем направлении тарелки клапана. Нижняя торцевая поверхность верхнего прокладочного кольца и верхняя торцевая поверхность нижнего прокладочного кольца выполнены в форме цилиндрических поверхностей, конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия блокирующего кольца во внешнем направлении корпуса клапана. Нижняя торцевая поверхность нижнего прокладочного кольца и верхняя торцевая поверхность нижней шайбы выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия нижнего уплотнительного кольца во внутреннем направлении тарелки клапана.

При затяжке нажимного кольца верхняя шайба и верхнее прокладочное кольцо сжимают верхнее уплотнительное кольцо во внутреннем направлении, при этом на внутренней поверхности верхнего уплотнительного кольца достигается большее усилие предварительной затяжки уплотнения, чем на внешней поверхности. Аналогично при затяжке нажимного кольца нижнее прокладочное кольцо и нижняя шайба сжимают нижнее уплотнительное кольцо во внутреннем направлении, при этом на внутренней поверхности нижнего уплотнительного кольца достигается большее усилие предварительной затяжки уплотнения, чем на внешней поверхности. Блокирующее кольцо, расположенное между верхним прокладочным кольцом и нижним прокладочным кольцом, предназначено для блокирования доступа к внешним поверхностям верхнего и нижнего уплотнительных колец.

Предпочтительным уплотнительным материалом с высокой термостойкостью является гибкий графит, а предпочтительным коррозионностойким материалом является политетрафторэтилен. С развитием технического прогресса открывается или синтезируется все больше новых уплотнительных материалов. Для достижения самобалансирования в настоящем изобретении может быть использован любой уплотнительный материал, обладающий высокой термостойкостью, коррозионной стойкостью или другими свойствами. Жесткий материал, используемый в настоящем изобретении, представляет собой металлический или керамический материал или любой другой жесткий материал, который может быть использован для достижения цели изобретения.

Верхняя шайба и нажимное кольцо могут быть выполнены как две независимые детали или как одно целое, и предпочтительно они выполняются как две независимые детали.

Балансировочное отверстие может располагаться как в тарелке клапана, так и в штоке клапана.

Блокирующее кольцо является ключевой деталью изобретения. Оно используется для блокирования движения среды вверх или вниз по внешней поверхности верхнего или нижнего уплотнительных колец. Когда блокирующее кольцо выполнено из гибкого графита с поперечным сечением в форме равнобочной трапеции, угол конуса между ее боковой поверхностью и внешней поверхностью тарелки клапана легко поддается регулировке для приложения во внешнем направлении корпуса клапана через нижнюю торцевую поверхность верхнего прокладочного кольца и верхнюю торцевую поверхность нижнего прокладочного кольца сжимающего усилия такой величины, которая позволяет блокировать среду между верхним и нижним уплотнительными кольцами. Когда в качестве блокирующего кольца используется О-образное полое уплотнительное кольцо, сжимающее усилие во внешнем направлении корпуса клапана через нижнюю торцевую поверхность верхнего прокладочного кольца и верхнюю торцевую поверхность нижнего прокладочного кольца можно приложить таким образом, чтобы блокировать среду между верхним и нижним уплотнительными кольцами. Кроме того, возможно расположение настоящего кольца между корпусом клапана и цилиндром верхнего или нижнего прокладочного кольца, позволяющее блокировать среду между верхним и нижним уплотнительными кольцами. Но стоимость изготовления и монтажа является наиболее высокой для металлического О-образного полого уплотнительного кольца.

Настоящее изобретение предлагает два типа предпочтительных способов блокирования в отношении блокирующего кольца: в одном блокирующее кольцо используется в виде уплотнительного кольца, которое выполнено из гибкого графита с поперечным сечением в форме равнобедренной трапеции и боковая поверхность которого образует угол конуса 45° с внешней поверхностью тарелки клапана; в другом блокирующее кольцо используется в виде О-образного полого уплотнительного кольца, выполненного из металлического материала.

Преимущества изобретения перед известным уровнем техники кратко сформулированы ниже:

1. Конструкция запорного клапана с самобалансированием давления, представленная в изобретении, обеспечивает применение уплотнительного материала с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью (например, гибкого графита) с низкой плотностью для достижения аналогичных параметров самобалансирования давления, что и для О-образных или Y-образных уплотнительных колец, таким образом, обеспечивая более износостойкое и надежное качество уплотнения и повышенный срок службы уплотнения. Техническая проблема невозможности применения самобалансирующихся запорных клапанов давления в средах с высокой температурой была полностью решена. Соответственно запорный клапан, предоставляемый изобретением, можно использовать для открытия или закрытия трубопроводов высокой температуры и высокого давления с двунаправленным потоком среды (>650°С). При этом коррозионностойкий материал, используемый в изобретении, например, политетрафторэтилен, также позволяет обеспечить свойство самобалансирования давления и используется с различными коррозионными средами;

2. Тарелка стопорного клапана, предлагаемого изобретением, может обеспечить самобалансирование в отношении давления среды. Обеспечена простота клапана в эксплуатации, в связи, с чем снижена трудоемкость и обусловлено значительное сокращение энергопотребления вспомогательных устройств электрических или пневматических клапанов. Запорные клапаны обладают более широким применением в трубопроводах большого диаметра высокой температуры и высокого давления;

3. Запорный клапан выполняется из различных материалов и может использоваться в трубопроводах различного диаметра, в которых поддерживается высокая температура, высокое давление и присутствует коррозионная среда в однонаправленном или двунаправленном потоке;

4. Изобретение расширяет область применения самобалансирующихся клапанов давления, эксплуатируемых при высоких температурах, и предлагает решение проблемы безопасности клапана, присутствующей в существующих вариантах осуществления изобретения. Например, клапан высокого давления необходимо установить перед водяным насосом высокого давления, который используется для подачи воды в котлы, шахты или нефтяные скважины. Когда водяной насос начинает осуществлять подачу воды, клапан необходимо открывать для равномерной подачи воды, а когда водяной насос прекращает подачу воды, клапан необходимо закрывать для предотвращения обратного потока воды под высоким давлением. Если в качестве другого примера взять теплоэлектростанцию, когда она начинает вырабатывать энергию, вырабатываемый котлами пар высокой температуры и высокого давления должен быть направлен в общий магистральный трубопровод через клапан высокого давления. Когда подача воздуха в некоторые котлы прекращается, клапан также должен быть закрыт для предотвращения обратного потока пара высокой температуры и высокого давления. В текущих вариантах исполнения трубопроводы, используемые на нефтехимических заводах, нефтепромыслах, металлургических заводах и теплоэлектростанциях, обычно содержат двунаправленные нагнетательные трубопроводы высокой температуры и высокого давления. Ряд испытаний (например, эффективности уплотнения, надежности и текущей области применения) запорных клапанов показывают, что запорный клапан, предлагаемый в настоящем изобретении, обладает очевидными техническими преимуществами и более широким применением по сравнению с предлагаемыми в известном уровне техники.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

ФИГ.1 является схематическим изображением двунаправленного самобалансирующегося запорного клапана изобретения;

ФИГ.2 является частично увеличенным видом ФИГ.1;

ФИГ.3 является схематическим изображением верхнего уплотнительного кольца под воздействием сжимающего усилия при предварительной затяжке; и

ФИГ.4 является изображением самобалансирования давления тарелки клапана под давлением верхнего уплотнительного кольца.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже будет приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, однако следует отметить, что пример, приведенный в настоящем изобретении, не следует использовать в качестве ограничения области применения изобретения.

Как показано на ФИГ.1 и 2, двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан в соответствии с настоящим изобретением включает корпус клапана 1, тарелку клапана 4, нажимное кольцо 16, крышку клапана 17, шток клапана 19 и балансировочное отверстие 21. Внутри корпуса клапана 1 расположены верхний канал 3, нижний канал 34 и внутренний канал 36. Верхняя торцевая поверхность внутреннего канала 36 соприкасается с первой поверхностью уплотнения 2, которая уплотнена тарелкой клапана 4 и которая выполнена в форме плоскости, конической или сферической поверхности. Тарелка клапана 4 расположена внутри камеры корпуса клапана 1. Нижняя торцевая поверхность 35 тарелки клапана 4 соприкасается со второй поверхностью уплотнения 33, которая уплотнена корпусом клапана 1 и которая также выполнена в форме плоскости, конической или сферической поверхности. Нажимное кольцо 16 закреплено на резьбе в верхней части камеры корпуса клапана 1. Крышка клапана 17 жестко соединена с корпусом клапана 1. Шток клапана 19 проходит через крышку клапана 17, и нижний конец штока клапана подвижно соединен с тарелкой клапана 4. Шток клапана 19 может осуществлять движение тарелки клапана 4 вверх и вниз в корпусе клапана 1 для обеспечения открытия или закрытия двунаправленного самобалансирующегося запорного клапана, предлагаемого данным изобретением. Балансировочное отверстие 21 расположено на тарелке клапана 4 или на штоке клапана 19 для соединения нижнего канала 34 клапана 1 под нижней торцевой поверхностью 35 тарелки клапана 4 с соединительной камерой 18 между корпусом клапана 1 и крышкой клапана 17 над верхней торцевой поверхностью 20 тарелки клапана 4. Внешняя поверхность тарелки клапана 4, нажимного кольца 16 и корпуса клапана 1 образуют кольцевую конусообразную канавку, внутри которой располагается комбинированное уплотнительное кольцо, обладающее высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Комбинированное уплотнительное кольцо включает сверху вниз верхнюю шайбу 14, верхнее уплотнительное кольцо 13, верхнее прокладочное кольцо 12, блокирующее кольцо 11, нижнее прокладочное кольцо 10, нижнее уплотнительное кольцо 8 и нижнюю шайбу 7. Верхнее уплотнительное кольцо 13 и нижнее уплотнительное кольцо 8 выполнены из уплотнительных материалов с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью. Кроме того, в соответствии с текущими потребностями могут быть использованы различные уплотнительные материалы, и в данном примере для случая высокой температуры был применен гибкий графит. Блокирующее кольцо 11 также выполнено из гибкого графита с поперечным сечением в форме равнобочной трапеции и боковая поверхность которого образует угол конуса 45° с внешней поверхностью тарелки клапана. Верхняя шайба 14, верхнее прокладочное кольцо 12, нижнее прокладочное кольцо 10 и нижняя шайба 7 выполнены из металлических материалов и образуют посадку с зазором с внешней поверхностью тарелки клапана 4. Нижняя торцевая поверхность 22 верхней шайбы 14 и верхняя торцевая поверхность 25 верхнего прокладочного кольца 12 выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия верхнего уплотнительного кольца 13 во внутреннем направлении тарелки клапана. Нижняя торцевая поверхность 26 верхнего прокладочного кольца 12 и верхняя торцевая поверхность 28 нижнего прокладочного кольца 10 выполнены в форме цилиндрических поверхностей, конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия блокирующего кольца 11 во внешнем направлении корпуса клапана. Нижняя торцевая поверхность 29 нижнего прокладочного кольца 10 и верхняя торцевая поверхность 32 нижней шайбы 7 выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия нижнего уплотнительного кольца 8 во внутреннем направлении тарелки клапана.

При затяжке нажимного кольца 16 верхняя шайба 14 и верхнее прокладочное кольцо 12 сжимают верхнее уплотнительное кольцо 13 во внутреннем направлении, верхнее прокладочное кольцо 12 и нижнее прокладочное кольцо 10 сжимают блокирующее кольцо 11 во внешнем направлении, а нижнее прокладочное кольцо 10 и нижняя шайба 7 сжимают нижнее уплотнительное кольцо 8 во внутреннем направлении, при этом на внутренней поверхности 24 верхнего уплотнительного кольца 13 достигается большее усилие предварительной затяжки уплотнения, чем на внешней поверхности 23. ФИГ.3 является схематическим изображением верхнего уплотнительного кольца 13 под воздействием сжимающего усилия.

Аналогичным образом большее усилие предварительной затяжки уплотнения достигается на внутренней поверхности 31 нижнего уплотнительного кольца 8 по сравнению с внешней поверхностью 30 и обеспечивается достаточное усилие предварительной затяжки уплотнения на внешней поверхности 27 блокирующего кольца 11. Блокирующее кольцо 11, расположенное между верхним прокладочным кольцом 12 и нижним прокладочным кольцом 10, предназначено для блокирования доступа к внешней поверхности 23 верхнего уплотнительного кольца 13 и внешней поверхности 30 нижнего уплотнительного кольца 8.

Верхняя шайба 14 и нажимное кольцо 16 могут быть выполнены как две независимые детали или как одно целое.

Принцип работы изобретения состоит в следующем: когда двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления, предлагаемый в настоящем изобретении, соединен с нагнетательным трубопроводом и запорный клапан находится в закрытом положении, нижняя торцевая поверхность тарелки клапана тесно примыкает к верхней торцевой поверхности канала корпуса клапана, обеспечивая уплотнение под давлением штока клапана. Принцип самобалансирования давления среды: если среда поступает из нижнего канала, давление среды оказывает воздействие на нижнюю торцевую поверхность тарелки клапана и одновременно с этим она проникает в соединительную камеру между корпусом клапана и крышкой клапана через балансировочное отверстие, расположенное в тарелке клапана или в штоке клапана, после чего воздействует на верхнюю торцевую поверхность тарелки клапана, что приводит к образованию пары смещенных, противоположно направленных в направлении оси тарелки клапана осевых сил таким образом, что давление среды на тарелку клапана самобалансируется. Если среда поступает из верхнего канала, давление среды оказывает воздействие на внешнюю поверхность тарелки клапана с образованием смещенной радиальной силы таким образом, что давление среды на тарелку клапана самобалансируется. Когда двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления находится в открытом положении, тарелка клапана поднимается до тех пор, пока клапан не будет полностью открыт под воздействием давления штока клапана.

Предлагаемый в изобретении принцип самобалансирования давления среды на уплотнительное кольцо подробно объясняется ниже для двух случаев:

1. Когда среда под давлением поступает из нижнего канала корпуса клапана, принцип самобалансирования давления среды состоит в следующем (ФИГ.4): среда под давлением направляется в соединительную камеру между корпусом клапана и крышкой клапана через балансировочное отверстие, расположенное в тарелке клапана или в штоке клапана, затем среда под давлением проникает на внешнюю поверхность верхнего уплотнительного кольца, обладающего меньшим усилием предварительной затяжки, через зазор между верхней шайбой и тарелкой клапана. Поскольку блокирующее кольцо преграждает дальнейшее продвижение среды вниз по внешней поверхности верхнего уплотнительного кольца, среда под давлением, поступившая на внутреннюю поверхность верхнего уплотнительного кольца, начинает сжимать внешнюю поверхность верхнего уплотнительного кольца, прижимая внутреннюю поверхность верхнего уплотнительного кольца к внешней поверхности тарелки клапана таким образом, что самобалансирование достигается, когда верхнее уплотнительное кольцо оказывает давление на тарелку клапана.

Уплотняющее усилие к внешней поверхности тарелки клапана, прилагаемое внутренней поверхностью уплотнительного кольца, в соответствии с изобретением достигается, когда среда сжимает внешнюю поверхность верхнего уплотнительного кольца. Затем на внутренней поверхности верхнего уплотнительного кольца и внешней поверхности тарелки клапана формируется сжимающее усилие среды. Поскольку сжимающее усилие среды является самобалансирующейся силой, которая формируется давлением среды и повышается в соответствии с увеличением давления среды, степень уплотнения не зависит как от давления среды, так и от усилия предварительной затяжки уплотнения внешней поверхности тарелки клапана, сообщаемого внутренней поверхностью верхнего уплотнительного кольца. Ключевая проблема в отношении самобалансирования давления среды с применением материала с высокой термостойкостью решена. Хотя и возможно трение между внешней поверхностью тарелки клапана и внутренней поверхностью верхнего уплотнительного кольца, а также снижение усилия предварительной затяжки уплотнения, это не может привести к понижению уровня уплотнения запорного клапана, предлагаемого изобретением. Функция автоматической компенсации износа, выполняемая запорным клапаном изобретения, способна обеспечивать постоянное усилие предварительной затяжки уплотнения. Соответственно уплотнение достигается не за счет сжимающего усилия между деталями и уплотнительными компонентами - износостойкое и надежное качество уплотнения и повышенный срок службы уплотнения обеспечивается простой затяжкой нажимного кольца для обеспечения усилия предварительной затяжки уплотнения, которое значительно ниже давления среды, как на внутренней поверхности верхнего уплотнительного кольца, так и на внешней поверхности тарелки клапана.

2. Когда среда под давлением поступает из верхнего канала корпуса клапана, принцип самобалансирования давления среды состоит в следующем: среда проникает на внешнюю поверхность нижнего уплотнительного кольца, обладающего меньшим усилием предварительной затяжки, через зазор между верхней шайбой и тарелкой клапана. Поскольку блокирующее кольцо преграждает дальнейшее продвижение среды вверх по внешней поверхности нижнего уплотнительного кольца, среда под давлением, поступившая на внутреннюю поверхность нижнего уплотнительного кольца, начинает сжимать внешнюю поверхность нижнего уплотнительного кольца, прижимая внутреннюю поверхность нижнего уплотнительного кольца к внешней поверхности тарелки клапана таким образом, что самобалансирование достигается, когда нижнее уплотнительное кольцо оказывает давление на тарелку клапана.

Устойчивость запорного клапана, предлагаемого в изобретении, подробно объясняется ниже с приведением экспериментальных данных.

1. Ниже приведено сравнение эксплуатационных характеристик запорного клапана, предлагаемого в изобретении, с теми же параметрами изделий известного уровня техники.

Примечание: 1. Контрольный клапан: номинальный диаметр 100 мм; номинальное давление 32,0 МПа;

2. Данные, приведенные выше, взяты из «Руководства по проектированию клапанов», издательство Меканикал Индастри Пресс, Лу Пейвен 2002, 9.

2. Испытания уплотнения и срока службы уплотнения

Сравниваемые объекты	Испытания уплотнения жидкостей	Испытание срока службы (количество открытий и закрытий)
Государственные стандарты	≤12 капель/мин	3000
Изобретение	0	20000

Примечание: 1. Контрольный клапан: номинальный диаметр 100 мм; номинальное давление 32,0 МПа.

2. Проверка выполнена 21 октября 2008 года Государственным управлением по контролю качества и центром испытаний насосных клапанов.

Следует отметить, что вышеприведенные описания вариантов осуществления изобретения предназначены для ознакомительных целей, но не ограничивают область применения настоящего изобретения. Могут быть осуществлены различные изменения и модификации, не выходящие за рамки объема и сущности настоящего изобретения.

Claims

1. Двунаправленный самобалансирующийся запорный клапан давления, включающий:
корпус клапана (1), тарелку клапана (4), нажимное кольцо (16), крышку клапана (17), шток клапана (19) и балансировочное отверстие (21);
тарелка клапана (4) расположена внутри камеры корпуса клапана (1),
нажимное кольцо (16) закреплено на резьбе в верхней части камеры корпуса клапана (1),
крышка клапана (17) жестко соединена с корпусом клапана (1),
шток клапана (19) проходит через крышку клапана (17), и нижний конец штока клапана подвижно соединен с тарелкой клапана (4),
внешняя поверхность тарелки клапана (4), нажимного кольца (16) и корпуса клапана (1) образуют кольцевую конусообразную канавку, внутри которой располагается комбинированное уплотнительное кольцо, обладающее высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью;
комбинированное уплотнительное кольцо включает сверху вниз верхнюю шайбу (14), верхнее уплотнительное кольцо (13), верхнее прокладочное кольцо (12), блокирующее кольцо (11), нижнее прокладочное кольцо (10), нижнее уплотнительное кольцо (8) и нижнюю шайбу (7);
верхнее уплотнительное кольцо (13) и нижнее уплотнительное кольцо (8) выполнены из уплотнительных материалов с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью;
верхняя шайба (14), верхнее уплотнительное кольцо (12), нижнее уплотнительное кольцо (10) и нижняя шайба (7) выполнены из жестких материалов с высокой термостойкостью или коррозионной стойкостью;
нижняя торцевая поверхность (22) верхней шайбы (14) и верхняя торцевая поверхность (25) верхнего прокладочного кольца (12) выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия верхнего уплотнительного кольца (13) во внутреннем направлении тарелки клапана;
нижняя торцевая поверхность (26) верхнего прокладочного кольца (12) и нижняя торцевая поверхность (28) нижнего прокладочного кольца (10) выполнены в форме цилиндрических поверхностей, конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия блокирующего кольца (11) во внутреннем направлении тарелки клапана; и
нижняя торцевая поверхность (29) нижнего прокладочного кольца (10) и верхняя торцевая поверхность (32) нижней шайбы (7) выполнены в форме конических поверхностей, наклонных плоскостей или сферических поверхностей, образуемых посредством сжатия нижнего уплотнительного кольца (8) во внутреннем направлении тарелки клапана.

2. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что нажимное кольцо (16) закреплено на резьбе в верхней части камеры корпуса клапана (1).

3. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что верхняя шайба (14), верхнее прокладочное кольцо (12), нижнее прокладочное кольцо (10) и нижняя шайба (7) выполнены из металлических материалов и образуют посадку с зазором с внешней поверхностью тарелки клапана (4).

4. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что материалом с высокой термостойкостью является гибкий графит, а коррозионностойким материалом является политетрафторэтилен.

5. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что жестким материалом является металлический или керамический материал.

6. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что верхняя шайба (14) и нажимное кольцо (16) выполнены как единое целое.

7. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что балансировочное отверстие (21) расположено в тарелке клапана (4) или в штоке клапана (19).

8. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что блокирующее кольцо (11) является уплотнительным кольцом, выполненным из уплотнительного материала с поперечным сечением в форме равнобедренной трапеции или О-образным полым уплотнительным кольцом, выполненным из металлического материала.

9. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что на корпусе клапана расположена первая уплотнительная поверхность (2), которая уплотняется тарелкой клапана (4) и которая выполнена в форме плоскости, конической или сферической поверхности.

10. Клапан давления по п.1, отличающийся тем, что на корпусе клапана расположена вторая уплотнительная поверхность (33), которая уплотняется корпусом клапана (1) и которая выполнена в форме плоскости, конической или сферической поверхности.