Клапанный узел и способ его использования
Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для герметичного перекрытия трубопровода. Клапан содержит корпус с наружным периметром, ограничивающим наружную поверхность клапана, и внутренним периметром, ограничивающим проточный проход через клапан. Во внутреннем периметре корпуса клапана расположены закрывающий элемент и седло. Закрывающий элемент выполнен с возможностью выборочного закрытия и открытия проточного прохода. Седло выполнено с возможностью взаимодействия с частью закрывающего элемента, когда закрывающий элемент находится в закрытом положении, с предотвращением, тем самым, потока через проточный проход. Шток выполнен с возможностью поддержки закрывающего элемента в проточном проходе. Соединитель закрывающего элемента и штока выполнен с возможностью соединения и с возможностью поворота закрывающего элемента и штока. При этом одновременно обеспечивается возможность перемещения закрывающего элемента относительно штока независимо от него вдоль продольной оси штока, не допуская относительного поворота штока. Имеется способ использования такого клапана. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы клапана, особенно при его вертикальном расположении. 2 н. и 15 з.п.ф-лы, 12 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0002] Приоритет настоящей заявки заявляется по дате подачи предварительной заявки на патент США №61/334915, поданной 14 мая 2010 г.
ОПИСАНИЕ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0003] В промышленности хорошо известна геометрия поворотного дискового клапана. В поворотном дисковом клапане диск поворачивается в проточном проходе для герметизации проточного прохода. В типичных поворотных дисковых клапанах диск клапана перемещается по всей полной дуге в 90° поворота, при этом диаметральная ось диска параллельна оси потока проточного прохода, когда клапан полностью открыт, и диаметральная ось диска точно перпендикулярна оси потока проточного прохода или проточного канала, когда клапан полностью закрыт.
[0004] В традиционном поворотном дисковом клапане геометрия диска помогает добиться и поддерживать постоянную герметизацию между частями клапана, когда клапан закрыт. Со временем в проточном проходе на частях клапана внутри его корпуса собираются частицы. Когда клапан установлен так, что его шток находится в вертикальном положении, частицы из-за воздействия гравитации стремятся собраться в области, где диск, шток и подшипники взаимодействуют с корпусом клапана. В частности, проблемы могут возникнуть, когда твердые частицы наносят повреждение поверхности и уплотнению между этими частями.
[0005] В некоторых случаях корпус клапана и привод могут быть ориентированы таким образом, что шток клапана не ориентирован вертикально. Таким образом, действие силы тяжести может использоваться для оттягивания частиц в более низколежащую область в корпусе клапана, которая не совпадает с областью, в которой шток клапана и диск поддерживаются седлом клапана. Тем не менее, многие конструкции клапана и привода не обеспечивают возможности использования такой ориентации в связи с ограничением пространства или других потребностей клиентов в области установки. Другими словами многие клиенты предпочитают вертикальную ориентацию клапана (например, привод установлен сверху), чтобы сохранить пространство, или по другим причинам, таким как оптимальная функциональность привода.
[0006] Еще одна проблемная область относится к краям седла клапана, уплотнению диска и самому диску, и заключается в том, чтобы все вышеуказанные элементы были подогнаны друг к другу, когда клапан закрыт. Царапины на краю седла клапана, на уплотнении диска и/или на самом диске могут создать утечку. В известных устройствах шток жестко соединен с диском. Например, во многих системах шток закреплен на диске. Проблемы могут возникнуть, когда привод установлен на корпусе клапана за счет жесткости этого соединения. Привод может быть достаточно массивным, и при установке существует возможность приложения к штоку осевого усилия. Это осевое усилие может быть приложено более чем один раз (постукиванием), когда привод располагают на штоке. Постукивание по штоку может привести к порезам или царапинам по краям уплотнения диска и/или седла клапана, поскольку силы передаются диску и седлу через жесткое соединение. Таким образом, существует необходимость в более эффективном клапане.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Описанные в настоящем документе варианты выполнения обеспечивают клапан, имеющий корпус с наружным периметром, ограничивающим наружную поверхность клапана, и внутренним периметром, ограничивающим проточный проход через клапан. Клапан имеет закрывающий элемент, расположенный во внутреннем периметре корпуса. Закрывающий элемент выполнен с возможностью выборочного закрытия и открытия проточного прохода. Клапан имеет седло, расположенное, по меньшей мере, частично во внутреннем периметре корпуса клапана и выполненное с возможностью взаимодействия с частью закрывающего элемента, когда закрывающий элемент находится в закрытом положении, предотвращая, тем самым, поток через проточный проход. Клапан имеет шток, выполненный с возможностью поддержки закрывающего элемента в проточном проходе, причем часть штока имеет приводной эксцентриситет. Приводной эксцентриситет выполнен с возможностью приведения в действие закрывающего элемента в положение, которое на одну степень поворота находится за положением, в котором закрывающий элемент перпендикулярен проточному потоку. Клапан имеет опорную подкладку, выполненную с возможностью поддержки штока и соединителя закрывающего элемента и штока. Соединитель закрывающего элемента и штока может быть выполнен с возможностью поворотного соединения закрывающего элемента и штока, одновременно обеспечивая возможность перемещения закрывающего элемента относительно штока вдоль продольной оси штока. Опорная подкладка может представлять собой цельную часть или быть выполнена из нескольких частей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Варианты выполнения могут быть лучше поняты, а многочисленные цели, признаки и преимущества могут быть очевидными для специалистов в данной области техники, если их рассматривать со ссылкой на прилагаемые чертежи. Эти чертежи используются для иллюстрации только типичных вариантов выполнения настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, поскольку изобретение может допускать другие столь же эффективные варианты выполнения. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, при этом некоторые признаки и некоторые виды на чертежах могут быть показаны в увеличенном масштабе или же схематически, что сделано в интересах ясности и краткости.
[0009] Фиг.1 представляет собой схематический вид системы труб с узлом клапана.
[0010] Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, частично в поперечном разрезе, клапана, изображенного на Фиг.1.
[0011] Фиг.3 представляет собой схематический вид, частично в продольном разрезе, клапана в закрытом положении.
[0012] Фиг.4А представляет собой вид в аксонометрии, частично в разрезе, узла клапана.
[0013] Фиг.4В представляет собой вид в разрезе соединителя диска и штока узла клапана, выполненный по линии 4В-4В, показанной на Фиг.4А.
[0014] Фиг.5А представляет собой вид основания и диска узла клапана.
[0015] Фиг.5В представляет собой вид альтернативного основания и диска узла клапана.
[0016] Фиг.6 представляет собой вид соединителя штока и диска узла клапана.
[0017] Фиг.7 представляет собой вид диска и седла клапана узла клапана.
[0018] Фиг.8А и 8В представляют собой виды узла клапана в альтернативных положениях в системе труб.
[0019] Фиг.9 показывает блок-схему способа использования узла клапана.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
[0020] Последующее описание включает иллюстративное устройство, способы, методики и последовательности команд, которые воплощают объект изобретения. Тем не менее, следует понимать, что описанные варианты выполнения могут быть осуществлены без этих конкретных деталей.
[0021] Фиг.1 представляет собой схематический вид системы 100 труб, имеющей узел 102 клапана. Узел 102 клапана может быть предназначен для управления потоком в системе 100 труб. Узел 102 клапана может содержать клапан 104 и привод 106. Клапан 104 выполнен с возможностью управления потоком в трубе системы 100. Клапан 104 может представлять собой любой подходящий клапан, включая, но не ограничиваясь этим, поворотный дисковый клапан. Привод 106 может быть выполнен с возможностью автоматического приведения в действие клапана 104. Например, привод 106 может перемещать закрывающий элемент 201 клапана 104 из открытого в закрытое положение или из закрытого в открытое положение. Узел 102 клапана может иметь опорную подкладку 108, соединитель 109 закрывающего элемента и штока (показан в виде соединителя 110 диска и штока) и эксцентриситет 112, который обеспечивает приводу 106 возможность приведения в действие клапана 104 за пределами нахождения традиционного закрытого положения. Опорная подкладка 108,.соединитель 110 диска и штока (или соединитель подшипника) и эксцентриситет 112 могут обеспечивать возможность более эффективной работы узла 102 клапана (и с большим КПД) во время всего срока службы клапана 106.
[0022] На Фиг.2 показан схематический вид узла 102 клапана, частично в поперечном разрезе. Клапан 104 показан в открытом положении обращенным к проточному проходу 200 клапана 104. Клапан 104 может иметь закрывающий элемент 201, показанный в виде диска 202, для герметизации проточного прохода 200 от седла 204 клапана. Диск 202 может быть соединен со штоком 206 посредством соединителя 110 диска и штока. Шток 206 может быть соединен с приводом 106, для того чтобы поворачивать шток 206 и, тем самым, перемещать диск 202 между открытым положением и закрытым положением,. как будет описано более подробно ниже. Шток 206 может предпочтительно быть установлен с перекрытием одной стороны диска 202 и, следовательно, может проходить более чем на 60% от диаметра диска 202. Кроме того, шток 206 может представлять собой короткий вал или шток из нескольких частей, которые проходят от привода до подкладки 108а. Несмотря на то, что закрывающий элемент 201 показан в виде диска 202, закрывающий элемент 201 может представлять собой любой подходящий элемент для герметизации проточного прохода, проходящего через клапан 104, включая, но не ограничиваясь этим, пробку, шар, задвижку, заслонку и тому подобное.
[0023] Клапан 104 может иметь корпус 208, выполненный с возможностью обеспечения поддержки элементов узла 102 клапана. Корпус 208 клапана может иметь наружный периметр 210, который ограничивает наружную поверхность клапана 104. Наружный периметр 210 может иметь любое подходящее соединительное устройство (не показано) для соединения вместе двух половинок клапана 104, например болты, сварные соединения и тому подобное. Корпус клапана может быть адаптирован для корпуса клапана межфланцевого типа с приливами и/или с фланцами. Корпус 208 клапана может иметь внутренний периметр 212, который ограничивает проточный проход, проходящий через клапан 104. Внутренний периметр 212, как показано, имеет цилиндрическую форму, однако следует иметь в виду, что внутренний периметр 212 может иметь любую подходящую форму, которая обеспечивает возможность протекания текучих сред через клапан 104. Корпус 208 клапана может иметь канал 214 штока, выполненный с возможностью обеспечения прохождения штока 206 от внутренней стороны клапана 104 к его наружной стороне. Корпус 208 клапана может иметь паз 216, выполненный с возможностью вмещения части седла 204 клапана. Паз 216, как показано, представляет собой, по существу, кольцевую канавку для крепления части седла 204 клапана к корпусу 208 клапана.
[0024] Седло 204 клапана может обеспечивать герметизирующую поверхность для диска 202 для взаимодействия в закрытом положении. Как показано, седло 204 клапана 204 представляет собой кольцо, которое закрепляется в пазу 216. Часть седла 204 клапана может проходить в проточный проход 200. Таким образом, внутренний диаметр седла 204 клапана может быть меньше, чем внутренний диаметр внутреннего периметра 212 корпуса 208 клапана. Седло 204 клапана может иметь взаимодействующую поверхность 218, как показано на Фиг.2 и 3, для взаимодействия диска 202 в закрытом положении. Седло 204 клапана может иметь одно или несколько отверстий 220 для крепления седла 204 клапана к корпусу 208 с помощью одного или нескольких крепежных элементов 222. Крепежные элементы 222 на чертеже показаны в виде винтов, которые обеспечивают возможность снятия седла клапана, его ремонта и/или легкой замены в полевых условиях. Крепежные элементы 222 могут представлять собой любое подходящее крепление и/или крепежный болт, такой как болт-фиксатор с полной фаской.
[0025] Седло 204 клапана может быть изготовлено из металла, например, представлять собой кольцо из ламинированной 321 нержавеющей стали/графита. Несмотря на то, что седло 204 клапана описано как ламинированная 321 нержавеющая сталь, следует отметить, что седло 204 клапана может быть изготовлено из любого подходящего материала и/или комбинации материалов, включая, но не ограничиваясь этим, другой нержавеющей стали, углеродистой стали, сплавов, сплавов никеля и тому подобного. Упругость ламинированного кольца может обеспечить равномерную периферическую герметизацию седла 204 клапана и диска 202. Равномерная периферическая герметизация может обеспечить возможность достижения клапаном 204 полного перекрытия потока, независимо от направления потока в клапане 202.
[0026] Седло 204 клапана может иметь одну или несколько установочных меток 224, которые соответствуют одной или нескольким установочным меткам 224, выполненным на корпусе 208 клапана. Установочные метки 220 могут также быть расположены на диске 202. Установочные метки 224 могут дать рабочему возможность легко собрать клапан 104 с малой вероятностью в ошибке по установке. Выполнение седла 204 клапана заменяемым в полевых условиях элементом может снизить затраты на обслуживание и ремонт в полевых условиях.
[0027] Опорная подкладка 108а может проходить от внутреннего периметра корпуса 208 клапана. Также может иметься и вторая подкладка 108b, расположенная вблизи верхней части (как показано) корпуса 208 клапана. Как показано на Фиг.2, подкладки 108а, 108b, или утолщения, или приливы, могут быть выполнены в форме усеченного конуса, проходящего в проточный проход 200. Подкладки 108а и 108b изображены расположенными на входной стороне седла 204 клапана. Подкладка 108а может иметь опорную поверхность 226 для взаимодействия с нижней частью штока 206. Подкладка 108b может иметь частичную опорную поверхность 228. Частичная опорная поверхность 228 может иметь проходящее через него отверстие 230 штока, чтобы обеспечить возможность прохождения штока 206 к приводу 106. Обеспечивая возможность прохождения подкладок 108а и 108b и, тем самым, опорной поверхности 226 и частичной опорной поверхности 228 в проточный проход 200, опорная поверхность 226 и частичная опорная поверхность 228 могут быть размещены вблизи диска 202. Такое расположение снижает неподдерживаемую длину штока, с помощью которого отклонение штока и деформация в процессе эксплуатации при высоких перепадах давления значительно снижаются. Это уменьшение отклонения и деформации могут существенно повысить производительность и срок службы клапана 104. Кроме того, эта конструкция снижает проникновение и/или накопление текучей среды на опорной поверхности 226 и частичной опорной поверхности 228.
[0028] Подкладки 108а и 108b могут быть изготовлены из нержавеющей стали 316. В одном варианте выполнения нержавеющая сталь может иметь покрытие из нитрита. Использование опыта передовой металлургии в несущей конструкции может устранить истирание штока при больших нагрузках. Несмотря на то, что подкладки 108а и 108b описаны как изготовленные из нержавеющей стали 316, следует понимать, что может быть использован любой подходящий материал, такой как нержавеющая сталь, углеродистая сталь, сплавы, никелевые сплавы, любая их комбинация и тому подобное.
[0029] Несмотря на то, что подкладки 108а и 108b показаны как имеющие форму усеченного конуса, может быть использована любая подходящая форма, которая обеспечивает возможность прохождения опорной поверхности 226 и частичной опорной поверхности 228 к месту вблизи диска 202, включая, но не ограничиваясь этим, цилиндрическую форму, выпуклую форму, утолщение, прилив, купол, прямоугольную призму, скошенную форму и тому подобное. Кроме того, несмотря на то, что показаны две подкладки 108а и 108b, должно быть понятно, что может иметься только одна из подкладок 108а и/или 108b.
[0030] Подкладки 108а и 108b могут быть совмещены со штоком 206. Например, осевая линия штока 206 может быть совмещена с осевой линией подкладок 108а и 108b. Таким образом, шток 206 может быть совмещен с центром опорной поверхности 228 и/или частичной опорной поверхности 228. Несмотря на то, что подкладки 108а и 108b описаны как совмещенные с осевой линией штока 206, следует понимать, что может быть использован любой подходящий эксцентриситет.
[0031] Подкладки 108а и/или 108b могут проходить в радиальном направлении от внутреннего периметра 212 корпуса 208 клапана к месту вблизи взаимодействующей поверхности 218 седла 204 клапана и/или диска 202. Несмотря на то, что подкладки 108а и/или 108b могут быть расположены близко к диску 202, они не будут препятствовать повороту диска 202. Расстояние, на которое подкладки 108а и/или 108b могут проходить в радиальном направлении к диску 202 и/или к взаимодействующей поверхности 218, в одном варианте выполнения может быть равно, по меньшей мере, двум или более процентам от внутреннего диаметра клапана и десяти и более процентам от диаметра штока 206 клапана. Кроме того, расстояние, на которое подкладки 108а и/или 108b проходят в радиальном направлении к диску 202, может быть любым подходящим расстоянием, которое не препятствует работе диска 202.
[0032] Опорная поверхность 226 и/или частичная опорная поверхность 228 может иметь любую форму, подходящую для поддержки штока 206 в клапане 104. Как показано на Фиг.2, опорная поверхность 226 может представлять собой, по существу, плоскую круглую поверхность для взаимодействия с нижним концом штока 206. Частичная опорная поверхность 228 может иметь кольцевую плоскую форму тороида для поддержки верхней части штока 206 в проточном проходе 200, одновременно обеспечивая возможность проникновения части штока 206 в частичную опорную поверхность 228. Несмотря на то, что опорная поверхность 226 и частичная опорная поверхность 228 описаны как, по существу, плоские, опорная поверхность 226 и частичная опорная поверхность 228 могут быть выполнены искривленными, чтобы лучше поддерживать шток 206. Например, опорная поверхность 226 и частичная опорная поверхность 228 могут быть слегка вогнутыми и/или выпуклыми, чтобы вмещать шток 206 определенной формы.
[0033] На Фиг.3 приведен вид сверху поперечного разреза клапана 104, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Клапан 104, как показано, может представлять собой трехэксцентриковый поворотный клапан. Конструкция с тройным эксцентриситетом может обеспечивать возможность формирования уплотнения металл-металл в клапане 104 между седлом 204 клапана и диском 202 без взаимодействия со штоком 206 и/или с другими элементами клапана. Первый эксцентриситет 300 может представлять собой эксцентриситет между центральной линией штока 206 и уплотняющей поверхностью 302 между диском 202 и седлом 204 клапана. Первый эксцентриситет 300 может обеспечивать диску 202 возможность образования непрерывной уплотняющей поверхности с седлом 204 клапана, которая является непрерывной на штоке 206. Второй эксцентриситет 304 может представлять собой эксцентриситет между центральной линией штока 206 и центральной линией 306 клапана. Второй эксцентриситет 304 может создавать кулачковое поворотное движение диска 202. Кулачковое поворотное движение при открытии может вытаскивать край диска 202 из седла 204. Когда диск 202 достигает закрытого положения, как показано на Фиг.3, второй эксцентриситет 304 преобразует кулачковое поворотное движение в поступательное движение, которое толкает диск 202 в седло 204 клапана. Край диска 202 может и не взаимодействовать с седлом 204 во всем диапазоне перемещения диска 202. Третий эксцентриситет 308 может представлять собой коническое уплотнение 310 между седлом 204 клапана и диском 202. Коническое уплотнение 310 может быть сформировано в виде поверхности 400 усеченного конуса седла клапана и/или в форме уплотняющей поверхности 402 усеченного конуса диска, как показано на Фиг.4а. Коническое уплотнение 310 может способствовать поворотному разъединению диска 202 от седла 204 клапана. Этот конус в конусной геометрии удаляет весь край диска 202 от седла 204 клапана, сразу же после открывающего поворота диска 202 посредством штока 206. Кроме того, коническое уплотнение 310 входит в контакт во время закрытия клапана 104. Поэтому все помехи между диском 202 и седлом 204 клапана могут быть устранены с помощью третьего эксцентриситета 308 для формирования конического уплотнения 310.
[0034] На Фиг.4а показан вид в частичном поперечном разрезе клапана 104, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Диск 202 показан в положении между открытым положением (как показано на Фиг.2) и закрытым положением (как показано на Фиг.3). Диск 202 может иметь оптимизированный профиль, чтобы обеспечить максимальную прочность и максимальную пропускную способность в открытом положении. Диск 202 может иметь взаимодействующую часть 404 и часть 405 присоединения штока. Взаимодействующая часть 404 может быть выполнена с возможностью взаимодействия и герметизации диска 202 с седлом 204 клапана. Взаимодействующая часть 404 может иметь уплотняющую поверхность 402 в форме усеченного конического диска, взаимодействующий фланец 406, край 407 диска и поверхность 408 диска. Взаимодействующий фланец 406 может быть выполнен с возможностью взаимодействия задней части седла 204 клапана и/или корпуса 208 клапана в закрытом положении. В другом варианте выполнения взаимодействующий фланец 406 в закрытом положении может быть выполнен с возможностью размещения на некотором расстоянии от седла 204 клапана и/или корпуса 208 клапана. Диск 202 и/или элементы диска 202 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, в том число и описанного в настоящем документе.
[0035] Край 407 диска в закрытом положении может быть выполнен с возможностью герметизации внутреннего периметра 212 корпуса 208 клапана. Кромка 407 диска может иметь один или несколько сменных дисковых уплотнений 410. Дисковые уплотнения 410 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, в том числе, но не ограничиваясь этим, металла, резины, каучука и тому подобного. Замена дисковых уплотнений 210 в полевых условиях может обеспечить оператору возможность легкого снятия и замены дисковых уплотнений 210 и выполнения ремонта клапана 104 в полевых условиях. Поскольку диск 202, седло 204 клапана и корпус 208 клапана могут иметь несколько уплотняющих поверхностей и разнонаправленных уплотняющих поверхностей, уплотнительная способность узла 102 клапана значительно увеличивается. Разнонаправленные уплотнения могут обеспечить пониженную или нулевую утечку во всем диапазоне давления и температуры узла 102 клапана. Кроме того, край 407 диска и/или дисковые уплотнения 410 могут быть выполнены с возможностью взаимодействия с частью оснований 108а и/или 108b, для того чтобы поддерживать диск 202 внутри клапана 104.
[0036] Дисковая поверхность 408 в закрытом положении может быть выполнена с возможностью герметизации проточного прохода 200. Дисковая поверхность 408, как показано, представляет собой, по существу, круглый элемент, выполненный с возможностью размещения в закрытом положении вблизи внутреннего диаметра седла 204 клапана. Несмотря на то, что дисковая поверхность 408 показана в виде круглого элемента, следует иметь в виду, что поверхность 408 может иметь любую подходящую форму для блокировки проточного прохода 200, когда диск 202 находится в закрытом положении.
[0037] Часть 405 присоединения штока диска 202 может быть выполнена с возможностью вмещения штока 206 для работы диска 202 в клапане 104. Часть 405 присоединения штока может иметь корпус 412. Корпус 412 может иметь приемное отверстие 414 для соединения диска 202 со штоком 206. Кроме того, корпус 412 может быть выполнен с возможностью присоединения взаимодействующей части 404 диска 202. Корпус 412 может быть присоединен к взаимодействующей части 404 с помощью любого подходящего способа, включая, но не ограничиваясь этим, сваркой, болтами, а может быть единой цельной частью взаимодействующей части 404, и тому подобное.
[0038] Соединитель 110 диска и штока обеспечивает возможность осевого перемещения штока 206 относительно диска 202 и независимо от него. Таким образом, уплотнение между седлом 204 клапана и диском 202 может оставаться неподвижным, даже когда шток во время работы перемещается в продольном направлении. Например, при установке привода 106 оператор может случайно переместить шток 206 или путем нанесения удара о привод 106 и/или шток 206. Кроме того, любое продольное перемещение штока 206 в результате теплового расширения или воздействия давления на нижнюю часть штока 206 в узле 102 клапана не будут передаваться диску 202. Соединитель 110 диска и штока может предотвращать проблемы с эксцентриситетом жестко прикрепленных штоков (не показаны). Кроме того, соединитель 110 диска и штока может устранять воздействие элементов крепления штока (не показаны), обычно используемых в клапанах. Эти элементы крепления штока могут включать, но не ограничиваться этим, штыри или конические штифты. Эти традиционные элементы крепления штока приводят к возникновению путей утечки, отказов за счет эрозии, коррозии и вибрации в работе клапанов, в дополнение к трудоемкому изготовлению, монтажу и демонтажу. Соединитель 110 диска и штока обеспечивает возможность проскальзывания штока 206 в приемное отверстие 414 для легкого монтажа и демонтажа. Несмотря на то, что вблизи интерфейса верхней части диска и штока 206 показан один соединитель 110 диска и штока, вдоль штока 206 может быть размещено несколько соединителей 110 диска и штока. Кроме того, расположение соединителя 110 диска и штока может варьироваться по длине штока 206 настолько, насколько соединитель 110 диска и штока обеспечивает возможность передачи крутящего момента диску 202.
[0039] Соединитель 110 диска и штока может представлять собой соединение между приемным отверстием 414 и штоком 206. Соединитель 110 диска и штока может обеспечивать возможность продольного перемещения штока 206 внутри приемного отверстия 414, не допуская относительного поворота между штоком и приемным отверстием 414. Как показано на Фиг.4А, шток 206 может иметь шлицевую часть 420. Шлицевая часть 420 может быть выполнена с возможностью расположения в шлицевом отверстии 422 приемного отверстия 414. Фиг.4В изображает вид в поперечном разрезе соединителя 110 диска и штока. Как показано, шлицевая часть 420 может быть немного меньше, чем шлицевое отверстие 422, обеспечивая, тем самым, возможность проскальзывания штока 206 в диск и его перемещения в продольном направлении относительно диска 202 (как показано на Фиг.4А). Небольшой допуск между шлицевой частью 420 и шлицевым отверстием 422 не является обязательным, как представлено на Фиг.4В, и может устранить гистерезис. Несмотря на то, что шлицевое соединение показано как имеющее несколько острых точек/краев, оно может иметь любую форму, пригодную для передачи крутящего момента, включая, но не ограничиваясь этим, форму с закругленными краями, скошенными краями, синусоидальную форму и тому подобное. Шлицевая часть 420 и шлицевое отверстие 422 могут проходить на всю длину приемного отверстия 414, или же только на часть его длины, как показано на чертежах (т.е. может быть длиннее или короче, чем представлено на чертежах). Несмотря на то, что соединитель 110 диска и штока показан как шлицевое соединение, следует понимать, что может быть использована любая подходящая форма гнезда для обеспечения возможности перемещения штока 206 в продольном направлении, не допуская относительного поворота, в том числе, но не ограничиваясь этим, треугольное поперечное сечение, квадратное поперечное сечение, пятиугольное поперечное сечение, шестиугольное поперечное сечение, восьмиугольное поперечное сечение, профилированное поперечное сечение и тому подобное.
[0040] Материалы, используемые для штока 206 и/или диска 202, могут быть похожими, чтобы предотвращать изменения в тепловом расширении и техническом пределе текучести. Кроме того, материалы могут быть разнородными в зависимости от использования, температуры и давления клапана. Шток 206 и диск 202 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, включая, но не ограничиваясь теми, что описаны в настоящем документе.
[0041] Канал 214 штока, проходящий через корпус 208 клапана, может иметь подшипник 424, выполненный с возможностью поддержки и герметизации штока 206 в корпусе 208 клапана. Канал 214 штока может выступать в качестве внутренней втулки корпуса для подшипника 424 штока или системы подшипников. Система подшипников может свести к минимуму изгиб и напряжение в штоке 206. Система подшипников может поддерживать шток 206 и устранять заедание. Кроме того, система подшипников может предотвращать попадание мусора. Система подшипников может дополнительно поддерживать совмещение диска 202 с седлом 204 клапана. Подшипник 424 штока может представлять собой любой подходящий подшипник, расположенный в канале 214 штока, для радиальной поддержки штока 206 и предотвращения проникновения мусора в клапан 104 или выхода мусора из клапана 104. Подшипник 424 штока может иметь один или несколько уплотнений 426, чтобы предотвращать поток во внутреннюю часть клапана 104 и из нее наружу.
[0042] Клапан 104 может иметь сальниковую манжету 428 штока. Сальниковая манжета 428 штока может обеспечивать легкий доступ к уплотняющей системе 230 штока в полевых условиях, обеспечивая при этом возможность простой регулировки уплотняющей системы 430 штока. Кроме того, уплотняющая система 430 штока может устранять неконтролируемые выбросы во внутреннюю часть клапана 104 и/или из этой части. Для предотвращения выскакивания штока 206 из клапана 104 в маловероятном случае внутренней неисправности в клапане 104 может быть использовано противовыбросовое кольцо 432 штока.
[0043] Шток 206 может представлять собой непрерывный элемент, проходящий через диск 202, подшипник 424 штока, сальниковую манжету 428 штока, уплотняющую систему 430 штока и/или противовыбросовое кольцо 432 штока, или же шток может представлять собой две или большее количество частей, соединенных друг с другом.
[0044] Крепление 434 привода может быть соединено с верхней частью корпуса 208 клапана. Крепление 434 привода может иметь монтажную поверхность 436 или универсальную монтажную поверхность для соединения с приводом 106 (как показано на Фиг.1). Крепление 434 привода, как показано на чертеже, имеет канал 438 штока для обеспечения возможности проникновения штока 206, сальниковой манжеты 428 штока и/или подшипника 424 в крепление 434 привода. Крепление 434 привода показано как, по существу, прямоугольный кронштейн, несмотря на то, что крепление 434 привода может иметь любую подходящую форму для присоединения привода 106 к клапану 104, включая, но не ограничиваясь этим, квадратную, овальную, круглую форму и тому подобное. Кроме того, следует иметь в виду, что крепление 434 привода может быть выполнено вместе с клапаном 104 как одно целое. Крепление 434 привода, как показано, соединено с корпусом 208 клапана с помощью одного или нескольких болтов 440, несмотря на то, что следует иметь в виду, что могут быть использованы любые крепления или сварные соединения. В одном варианте выполнения крепление 434 привода и соединение штоком отвечают требованиям ISO 5211.
[0045] Привод 106 может быть установлен непосредственно на монтажную поверхность 436 и присоединен к штоку 206. Привод 106 может иметь любые подходящие соединительные средства (не показаны) для присоединения к штоку 206. Соединительные средства могут быть присоединены к верхнему концу штока 206. Привод 106 может иметь внутреннее приводное средство (не показано) для перемещения штока 206 и, тем самым, диска 202 между открытым и закрытым положениями. Привод 106, как изображено, представляет собой автоматический привод, несмотря на то, что следует понимать, что может быть использован любой подходящий привод, в том числе, но не ограничиваясь этим, маховик, механическая коробка передач, пневматический привод, гидравлический привод, электрический привод, механический привод, любая их комбинация и тому подобное.
[0046] Приводной конец штока 206 может быть оборудован индикатором 442 положения диска. Индикатор 442 положения диска может быть выполнен с возможность индикации положения диска 202 в узле 102 клапана (например, полностью "открыт", полностью "закрыт" и т.д.) для привода 106 и/или оператора. Поэтому, когда индикатор 442 положения диска перемещается вместе со штоком 206, диск 202 перемещается между открытым и/или закрытым положением. Как показано, индикатор 442 положения диска представляет собой выемку, вырезанную в приводном конце штока 206, несмотря на то, что для указания положения диска 202 может быть использовано любое подходящее устройство, расположенное на штоке 206. Индикатор 442 положения диска обеспечивает четкую проверку расположения диска 202 в узле 102 клапана.
[0047] Приводной конец штока 206 может иметь, по меньшей мере, одну поверхность 444, соединяющуюся с приводом, механически выполненную на приводном конце штока 206. Поверхность 444, сцепляющаяся с приводом, может быть предназначена для присоединения к сцеплению привода и для приведения в действие приводом 106. Поверхность 444, соединяющаяся с приводом, может представлять собой любую подходящую поверхность, устройство и/или систему для присоединения штока 206 к приводу 106, включая, но не ограничиваясь этим, двойное D-соединение, шлицевое соединение, шпоночное соединение, штыревое соединение, дисковые винты, конические штифты, шпоночные пазы, механический крепеж, несколько муфт привода, любую их комбинацию и т.п.
[0048] В одном варианте выполнения индикатор 442 положения диска может отслеживать диапазон перемещения штока 206, равный 90°, и ,тем самым, диска 202. Диапазон, равный 90°, может представлять собой диапазон перемещения диска 202 между открытым и закрытым положениями. Выемка в штоке 206 может представлять собой или соответствовать перемещению в 90°.
[0049] В одном варианте выполнения поверхность 444 сцепления привода выполнена относительно сцепления привода и индикатора 442 положения диска таким образом, что она слегка смещена со сдвигом или со скосом в диапазоне от 1 до 5° относительно того, где она была совмещена и механически обработана в клапанах предшествующего уровня техники. Как показано, поверхность 444, по существу, выглядит расположенной параллельно диску 202, однако поверхность 444 может быть слегка смещена, как описано в настоящем документе. Эффект и функциональность, которые при этом достигаются, заключаются в том, что диск 202 перемещается по полной поворотной дуге (например, 90°), причем диаметральная ось 330 диска 202 будет опережать приблизительно от 1 до 5° линию, параллельную оси потока (представленную осевой линией 306 проточного прохода 200, как показано на Фиг.3) проточного прохода 200, когда клапан 104 полностью открыт, и при этом диаметральная ось 330 диска 202 будет опережать приблизительно от 1 до 5° перпендикуляр к оси потока проточного прохода 200, когда клапан 104 полностью закрыт. Соответственно в полностью закрытом положении диаметральная ось 330 диска 202 будет поворачиваться приблизительно от 1 до 5° за положение, в котором клапан перпендикулярно герметично соединяется металл в металл с седлом клапана 204 в клапане с тройным эксцентриситетом.
[0050] Эксцентриситет или приводной эксцентриситет приблизительно от 1 до 5° может обеспечивать много преимуществ в течение срока службы клапана 104. Например, с течением времени и циклов работы лучшее уплотнение между диском 202 и седлом 204 клапана будет поддерживаться при закрытии клапана 104, поскольку диапазон закрывающего перемещения проходит за (приблизительно от 1 до 5°) традиционное приводное перемещение типичных клапанов. Несмотря на то, что приводной эксцентриситет описывается как проходящий приблизительно от 1 до 5° за пределы нормального закрытого положения, должно быть понятно, что может быть использован любой подходящий диапазон, такой как любой больше 0° и менее 10°.
[0051] На Фиг.5А изображен вид подкладки 108а, выполненной в соответствии с вариантом выполнения. Подкладка 108а может обеспечить возможность работы штока 206 и диска 202 над внутренним периметром 212 корпуса 208 клапана. В течение всего срока службы клапана 104 мусор и/или частицы могут скапливаться в нижней части клапана или в нижней части внутреннего периметра 212. Подкладка 108а может перемещать диск 202 выше этого места, осуществляя, тем самым, работу диска 202 в области, свободной от мусора. Подкладка 108а также снижает неподдерживаемую длину штока, причем подшипники штока дополняют или поддерживают обратную поверхность диска 202. Это уменьшает отклонение штока и деформацию во время эксплуатации. Высота основания 108а может проходить в отверстие проточного прохода 200 на расстояние, равное двум или более процентам от внутреннего диаметра клапана, и десяти и более процентам от диаметра вала клапана. Частицы собираются в основании 107 (Фиг.2 и Фиг.5А и 5В) утолщения (или основания 108а), вместо положения, в котором шток 206 клапана и диск 202 взаимодействуют с седлом 204 клапана, и далеко от того места, в котором шток 206 поворачивается на диске 202.
[0052] На Фиг.5В изображена подкладка 108а как подкладка, состоящая из нескольких частей. Как показано, подкладка 108а имеет опорную часть 500 и основание 502. Основание 502 может иметь фланец 504 или ободок, ограничивающий и окружающий полость, или углубление в основании 502. Опорная часть 500 может иметь охватываемую часть 506, выполненную с возможностью входа в полость и, по существу, прикрепления опорной части 500 к основанию 502. Охватываемая часть 506 и полость могут предотвращать боковое перемещение опорной части 500 относительно основания 502. Несмотря на то, что показаны только две части подкладки, может быть предусмотрено больше двух частей подкладки, состоящей из нескольких частей. Выполнение подкладки из нескольких частей может обеспечивать возможность регулировки размера подкладки 108а. Несмотря на то, что подкладка из нескольких частей показана совместно с подкладкой 108а, следует иметь в виду, что подкладкой из нескольких частей может быть вторая подкладка 108b. Кроме того, любая подходящая система может быть использована для соединения опорной части 500 с основанием 502, включая, но не ограничиваясь этим, сваркой, узловой сваркой, винтами, болтами и тому подобным.
[0053] На Фиг.6 изображен соединитель 110 диска и штока, выполненный в соответствии с одним вариантом выполнения. Как видно из чертежа, соединитель 110 диска и штока представляет собой шлицевое соединение. Соединитель 110 диска и штока передает поворотное движение или крутящий момент от штока к диску, обеспечивая возможность перемещения диска в осевом направлении независимо от штока 206. Независимое осевое перемещение штока 206 относительно диска 202 предотвращает передачу диску 202 любого вертикального усилия, действующего на шток 206, например, в результате постукивания или удара по приводу 106. Это предохраняет диск 202 и не приводит к перемещению краев уплотнения 207 диска к краям седла 204 клапана, снижая, тем самым, возможность порезов и царапин на краях седла 207 диска и на краю седла 204 клапана. Воздействие температуры и давления на основание штока 206 не будет передаваться диску 202 в осевом направлении, способствуя, тем самым, сохранению уплотнения.
[0054] На Фиг.7 изображен вид седла 204 клапана и диска 202. Шток 206 (показан на Фиг.4А) может иметь эксцентриситет или приводной эксцентриситет для обеспечения герметичности между седлом 204 клапана и диском 202 в течение всего срока службы клапана. Приводной эксцентриситет может сцеплять шток с приводом таким образом, что шток 206 и, тем самым, и диск 202 продвигаются от 1 до 5° за пределы, где он был размещен в клапанах предшествующего уровня техники (обратите внимание, что в клапанах предшествующего уровня техники шток был соединен так, что, когда привод поворачивает шток, например, на дугу в 90°, шток 206 и, следовательно, диск 202 будут поворачиваться из положения, в котором диаметральная ось диска параллельна оси потока проточного прохода, когда клапан полностью открыт, и в положение, в котором диаметральная ось диска перпендикулярна оси потока проточного прохода, когда клапан полностью закрыт). В одном варианте выполнения перемещение от 1 до 5°, или приводной эксцентриситет может быть выполнен путем механической обработки штока 206 на конце, который сцепляется с приводом 106 так, что выемка индикатора 442 положения диска и поверхность 444 штока 206, соединяющаяся с приводом, слегка сдвинуты или скошены в пределах от 1 до 5° относительно того положения, в котором выемка и поверхность 444, соединяющаяся с приводом, были созданы и совмещены в клапанах предшествующего уровня техники. Эффект и функциональность достигается в том, что диск 202 перемещается по полной поворотной дуге, причем диаметральная ось диска 202 будет опережать приблизительно от 1 до 5° параллель оси потока проточного прохода, когда клапан 104 полностью открыт, и диаметральная ось диска 202 будет опережать приблизительно от 1 до 5° перпендикуляр к оси потока проточного прохода 200, когда клапан 104 полностью закрыт.
[0055] Фиг.8А и 8В изображают в системе труб клапан 104 и привод 106 соответственно в горизонтальном и наклонном положениях. В горизонтальном установочном положении совмещение штока 206 и привода 106 является горизонтальным относительно земли. В наклонном установочном положении совмещение штока 206 и привода 106 ориентировано под углом между вертикальным положением (показано на Фиг.1-7) и горизонтальным положением (Фиг.8А).
[0056] Индикатор 800 диска может быть расположен на приводе 106. Индикатор 800 диска может визуально отражать расположение индикатора 442 положения диска (как показано на Фиг.4А) и, тем самым, относительное положение диска 202. Индикатор 800 диска может дать оператору быстрый и простой способ обнаружить положение клапана. Несмотря на то, что индикатор 800 диска показан как визуальный индикатор, должно быть понятно, что для предупреждения оператора или компьютера о расположении индикатора 442 положения диска и, тем самым, диска 202, может быть использована любая система индикации.
[0057] На Фиг.9 изображена схема процесса, изображающая способ использования клапана в системе труб. Способ начинают на этапе 900, на котором основание штока опирают на опорную подкладку. Опорная подкладка может быть соединена с внутренним диаметром клапана и может представлять собой любую из описанных в настоящем документе подкладок. Процесс переходит к этапу 902, на котором основание штока поддерживают на некотором расстоянии от внутреннего периметра клапана. Процесс переходит к этапу 903, на котором привод устанавливают на клапан, и на котором шток 206 перемещают относительно и независимо от диска 202. Процесс переходит к этапу 904, на котором шток поворачивают в узле клапана. Шток может быть повернут любым приводом, в том числе и описанными в настоящем документе. Процесс переходит к этапу 906, на котором диск поворачивают в клапане по направлению к закрытому положению в результате поворота штока. Процесс переходит к этапу 908, на котором седло клапана взаимодействует с частью диска, когда шток продолжают поворачивать по направлению к закрытому положению. Процесс переходит к этапу 910, на котором диск может саморегулироваться относительно продольной оси штока. Саморегулировка может быть вызвана самосовмещением диска с седлом или любой другой подходящей ситуацией в клапане. Процесс переходит к этапу 912, на котором поток герметизируют, когда диск достигает положения, по существу, перпендикулярного проточному проходу. Процесс переходит к этапу 914, на котором шток продолжают поворачивать мимо положения, в котором диск перпендикулярен проточному проходу. Продолжающийся поворот может сжать уплотнение металл-металл между диском и седлом клапана.
[0058] Несмотря на то, что варианты выполнения описаны со ссылкой на различные реализации и применения, следует понимать, что эти варианты являются иллюстративными, и что объем предмета изобретения ими не ограничивается. Возможны различные изменения, модификации, дополнения и усовершенствования. Например, реализация и методы, используемые в настоящем документе, могут быть применены к любому клапану, используемому для систем труб, как, например, в любом клапане на четверть оборота, таком как проходной клапан или шаровой клапан, и тому подобное.
[0059] Элементы, операции или конструкции, описанные в настоящем документе в единственном числе, могут быть выполнены во множественном числе. В целом, конструкция и функциональность, представленные на иллюстративных конфигурациях в виде отдельных элементов, могут быть реализованы как в комбинация конструкций или элементов. Аналогично, конструкции и функциональность, представленная в виде одного элемента, могут быть реализованы в виде отдельных элементов. Эти и другие изменения, модификации, дополнения и усовершенствования могут также попадать в объем предмета изобретения.
1. Клапан, содержащий корпус с наружным периметром, ограничивающим наружную поверхность клапана, и внутренним периметром, ограничивающим проточный проход через клапан, закрывающий элемент, расположенный во внутреннем периметре корпуса клапана и выполненный с возможностью выборочного закрытия и открытия проточного прохода, седло, расположенное, по меньшей мере, частично во внутреннем периметре корпуса клапана и выполненное с возможностью взаимодействия с частью закрывающего элемента, когда закрывающий элемент находится в закрытом положении, с предотвращением, тем самым, потока через проточный проход, шток, выполненный с возможностью поддержки закрывающего элемента в проточном проходе, и соединитель закрывающего элемента и штока, выполненный с возможностью соединения с возможностью поворота закрывающего элемента и штока, одновременно обеспечивая возможность перемещения закрывающего элемента относительно штока независимо от него вдоль продольной оси штока, не допуская относительного поворота штока.
2. Клапан по п. 1, в котором соединитель закрывающего элемента и штока представляет собой шлицевое соединение.
3. Клапан по п. 1, в котором соединитель закрывающего элемента и штока выбран из группы, включающей соединение с треугольным поперечным сечением, квадратным поперечным сечением, пятиугольным поперечным сечением, шестиугольным поперечным сечением, восьмиугольным поперечным сечением, гнездовое соединение и шлицевое соединение.
4. Клапан по п. 1, в котором продольное перемещение закрывающего элемента относительно штока независимо от него обеспечивает возможность саморегулировки закрывающего элемента во время совмещения закрывающего элемента с седлом клапана.
5. Клапан по п. 1, дополнительно содержащий привод, выполненный с возможностью приведения в действие штока и, тем самым, закрывающего элемента.
6. Клапан по п. 1, в котором закрывающий элемент представляет собой диск.
7. Клапан по п. 2, в котором седло изготовлено из металла и имеет взаимодействующую поверхность, закрывающий элемент представляет собой металлический диск, при этом конец штока имеет поверхность, соединяющуюся с приводом, и часть штока имеет приводной эксцентриситет, выполненный с обеспечением приведения в действие металлического диска так, что его диаметральная ось опережает на 1-5° перпендикуляр к оси потока проточного прохода, когда клапан полностью закрыт, и указанное шлицевое соединение содержит шлицевую часть, расположенную на штоке, и шлицевое отверстие, выполненное в диске, между которыми имеется небольшой допуск, для обеспечения передачи крутящего момента от штока к диску, устранения гистерезиса и герметизации и взаимодействия диска с седлом клапана.
8. Клапан по п. 1, в котором седло изготовлено из металла и имеет взаимодействующую поверхность, закрывающий элемент представляет собой металлический диск, при этом конец штока имеет поверхность, соединяющуюся с приводом, и часть штока имеет приводной эксцентриситет, выполненный с обеспечением приведения в действие металлического диска так, что его диаметральная ось опережает на 1-5° перпендикуляр к оси потока проточного прохода, когда клапан полностью закрыт, и соединитель закрывающего элемента и штока выполнен с обеспечением передачи поворотного движения или крутящего момента от штока к металлическому диску для герметизации и взаимодействия диска с седлом клапана.
9. Клапан по п. 7, в котором приводной эксцентриситет выполнен с обеспечением формирования более плотного уплотнения между металлическим диском и седлом в течение всего срока службы клапанного узла.
10. Клапан по п. 7, дополнительно содержащий индикатор положения, выполненный с возможностью визуального указания на местоположение металлического диска в клапане.
11. Клапан по п. 7, дополнительно содержащий привод, выполненный с возможностью приведения в действие штока и, тем самым, металлического диска.
12. Клапан по п. 2, в котором закрывающий элемент представляет собой диск, а указанное шлицевое соединение содержит шлицевую часть, расположенную на штоке, и шлицевое отверстие, выполненное в диске, между которыми имеется небольшой допуск, для обеспечения передачи крутящего момента от штока к диску с устранением гистерезиса.
13. Клапан по п. 12, в котором диск саморегулируется относительно продольной оси штока при нахождении диска во взаимодействии с седлом клапана.
14. Способ закрытия проточного прохода в системе труб, имеющей клапанный узел, включающий поддержание основания штока на опорной подкладке, соединенной с внутренним периметром клапана, поворот штока клапана в клапанном узле, поворот металлического диска в направлении закрытого положения в результате поворота штока, взаимодействие металлического седла клапана с частью металлического диска, по мере того как шток продолжает поворачиваться; перемещение штока относительно металлического диска независимо от него и саморегулировку положения диска относительно штока вдоль продольной оси штока при нахождении диска во взаимодействии с седлом клапана с помощью шлицевой части, расположенной на штоке и выполненной немного меньшей, чем шлицевое отверстие в металлическом диске, с обеспечением тем самым возможности проскальзывания штока в диск и его перемещения в продольном направлении относительно диска независимо от него, не допуская относительного поворота, герметизацию проточного прохода от седла клапана, когда металлический диск достигает положения, по существу, перпендикулярного проточному проходу.
15. Способ по п. 14, в котором дополнительно сжимают уплотнение металл-металл между металлическим диском и металлическим седлом клапана, продолжая поворачивать шток.
16. Способ по п. 14, в котором дополнительно устанавливают привод на клапан, при этом шток перемещают относительно металлического диска независимо от него.
17. Способ по п. 14, в котором небольшой допуск между указанной шлицевой частью, расположенной на штоке, и указанным шлицевым отверстием, выполненным в металлическом диске, устраняет гистерезис.
