EA027985B1

EA027985B1 - Клапан высокого давления

Info

Publication number: EA027985B1
Application number: EA201590664A
Authority: EA
Inventors: Маттиас Вангеманн; Андреас Мюллер; Михаэла Фогт
Original assignee: Хольтер Регельарматурен ГмбХ унд Ко. КГ
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2017-09-29
Also published as: CN104704272A; CN104704272B; US10359119B2; US20150292628A1; CA2886065A1; WO2014048446A1; EP2732185B1; EA201590664A1; UA111443C2; CA2886065C; EP2732185A1

Abstract

Клапан (1) высокого давления, имеющий область (2) высокого давления и область (3) низкого давления, а также выполненный в виде поршня с обращенной к седлу (7) клапана торцевой стороной (4b) запорный элемент (4), который выполнен с возможностью закрытия и открытия соединения для текучих сред между областью (2) высокого давления и областью (3) низкого давления за счет перемещения между положением закрытия и положением открытия в осевом направлении (Z). При этом для уплотнения в положении закрытия предусмотрено установленное на запорном элементе (4) уплотнение (9) седла, которое вместе с гибким элементом (8) расположено в предусмотренной в запорном элементе (4) выемке (16) и радиально снаружи охвачено участком (4а) стенки запорного элемента (4), который вместе с торцевым участком запорного элемента (4) образует кольцевое отверстие. На седле (7) клапана выполнен кольцевой выступ (7а). Уплотнение (9) седла окружено гибким элементом (8) и имеет проходящий в радиальном направлении (R) наружу выступ (9а), который, по меньшей мере, частично закрывает вышеуказанное кольцевое отверстие. Гибкий элемент (8) при входе текучей среды в положении закрытия клапана через кольцевое отверстие в выемку (16) деформируется и прижимается к внутренней стенке запорного элемента (4) с одной стороны и к выступу (9а) уплотнения (9) седла с другой стороны. За счет этого выступ (9а) уплотнения (9) седла прижимается к выступу (7а) седла (7) клапана, который в положении закрытия выступает внутрь кольцевого отверстия, так что требуемое уплотнительное действие проявляется в виде уплотняющего под давлением, а также самоуплотняющегося уплотнения (9) седла.

Description

Изобретение касается клапана высокого давления согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Соответствующие клапаны имеют область высокого давления, область низкого давления и поршневой запорный элемент, расположенный в корпусе поршня между областью высокого давления и областью низкого давления. Конечное положение этого запорного элемента из-за высокой разности давлений должно соответственно уплотняться, чтобы клапан надежно отделял область высокого давления от области низкого давления.

Из ЕР 882916 известен такого рода клапан, у которого уплотнение седла образуется уплотнением, которое расположено в седле клапана, так что поршень при закрытии клапана передвигается в осевом направлении к уплотнению седла, так что поршень своей торцевой стороной прилегает к уплотнению седла. В открытом состоянии клапана уплотнение седла открыто и может при этом под высоким давлением непосредственно омываться потоком текущей среды, следовательно, известное уплотнение седла подвергается высокому износу и должно чаще заменяться.

Поэтому в основе изобретения лежит задача, предложить клапан высокого давления вышеназванного рода и уплотнение седла, у которых устраняются изложенные проблемы.

Решается эта задача с помощью клапана высокого давления с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с изобретением клапан высокого давления, имеющий область высокого давления и область низкого давления, а также выполненный в виде поршня с обращенной к седлу клапана торцевой стороной запорный элемент, который выполнен с возможностью закрытия и открытия соединения для текучих сред между областью высокого давления и областью низкого давления за счет перемещения между положением закрытия и положением открытия в осевом направлении, при этом для уплотнения в положении закрытия предусмотрено установленное на запорном элементе уплотнение седла, которое вместе с гибким, в частности, имеющим форму кольца с круглым сечением элементом расположено в предусмотренной в запорном элементе выемке и радиально снаружи охвачено участком стенки запорного элемента, который вместе с торцевым участком запорного элемента образует кольцевое отверстие, при этом на седле клапана выполнен кольцевой выступ, отличается тем, что уплотнение седла окружено гибким элементом и имеет проходящий в радиальном направлении наружу, в частности, имеющий форму бортика выступ, который, по меньшей мере, частично закрывает вышеуказанное кольцевое отверстие, причем этот гибкий элемент выполнен таким образом, что при входе текучей среды в положении закрытия клапана через кольцевое отверстие в выемку деформируется и прижимается к внутренней стенке запорного элемента, с одной стороны, и к выступу уплотнения седла, с другой стороны, вследствие чего выступ уплотнения седла прижимается к выступу седла клапана, который в положении закрытия, по меньшей мере, частично, прилегая к уплотнению седла, выступает внутрь кольцевого отверстия, так что требуемое уплотнительное действие проявляется в виде уплотняющего под давлением, а также самоуплотняющегося уплотнения седла.

За счет указанного расположения уплотнения седла в выемке на запорном элементе достигается, что уплотнение в открытом состоянии не омывается потоком текучей среды, текущей через клапан высокого давления.

За счет указанных отличий также получается, что уплотнение седла практически закапсюлировано в торцевой стороне запорного элемента и имеет на выполненном в виде бортика выступе в кольцевом отверстии только относительно небольшую поверхность, которая открыта возле запорного элемента. Эта поверхность, собственно говоря, ограничена шириной кольцевого зазора, образующего кольцевое отверстие. Таким образом, вообще омываемая потоком и при этом подверженная износу из-за текущей текучей среды поверхность уплотнения, а также прилагаемая сила закрытия и открытия при закрытии или, соответственно, открытии клапана сокращается до минимума и возникающие скачки силы снижаются.

Кроме того, за счет указанного выполнения изобретения получается, что проходы для находящейся под давлением текучей среды лежат, в частности, выше седла клапана, так что только обращенная к седлу клапана сторона уплотнения седла в открытом состоянии практически не омывается потоком и при этом щадится.

Указанное выше требуемое уплотнительное действие обеспечено, в частности, когда размеры выемки и уплотнения седла выбраны так, что произведение давления текучей среды выше выступа уплотнения седла и находящейся при этом под давлением площади уплотнения седла или его выступа больше, чем произведение общей площади контакта выступа уплотнения седла с седлом клапана или, соответственно, с его выступом, и действующего там, в частности в зазоре уплотнения, давления текучей среды.

Предпочтительно участок стенки на своей лежащей радиально снаружи торцевой кромке имеет закругление, так что течение, приходящее со стороны высокого давления, может обтекать этот участок стенки по возможности без завихрений в направлении стороны низкого давления, и при этом дополнительно щадится уплотнение седла.

Предпочтительно запорный элемент имеет головной участок, который с геометрическим замыканием окружает по меньшей мере один участок уплотнения седла.

- 1 027985

Кроме того, предпочтительно уплотнение седла закапсюлировано посредством головного участка, при этом для фиксации уплотнения седла оно своим участком с геометрическим замыканием вставлено в головной участок.

Наконец, согласно изобретению гибкий элемент может состоять из материала, который под давлением деформируется существенно легче, чем само уплотнение седла, состоящее из сравнительно более жесткого материала.

Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью фиг. 1-3.

На фиг. 1 показано сечение предлагаемого изобретением клапана высокого давления.

На фиг. 2 показано увеличение фрагмента А фиг. 1 в области седла клапана в открытом положении.

На фиг. 3 показано увеличение фрагмента А фиг. 1 в области седла клапана в положении закрытия.

Изображенный на фиг. 1 клапан 1 высокого давления (ниже называемый клапаном) имеет сторону 2 высокого давления с действующим там давлением р1 и сторону 3 низкого давления с действующим там давлением р2, при этом в положении закрытия справедливо р1>р2. Клапан 1 имеет поршнеобразный запорный элемент 4, который в осевом направлении Ζ для открытия и закрытия клапана 1 оперт с возможностью смещения в частности, в цилиндрическом корпусе 5. Когда клапан 1 открывается, то текучая среда (газ или жидкость) течет от стороны 2 высокого давления через отверстия 6 в стенке корпуса через корпус 5 в область 3 низкого давления. Для закрытия запорный элемент 4 смещается в направлении Ζ к седлу 7 клапана.

На фиг. 2 показано открытое положение. На обращенной к седлу 7 клапана торцевой стороне запорный элемент 4 имеет выемку, в которую вставлено уплотнение 9 седла. Выемка открыта в направлении седла 7 клапана. Между лежащим в радиальном направлении К снаружи участком 4а стенки, выполненным здесь в виде проходящего в осевом направлении Ζ и в виде стенки поршня, и головным участком

11, выполненным на торцевой стороне запорного элемента 4, вышеназванная выемка открыта и образует в этом месте кольцевой зазор или, соответственно, кольцевое отверстие. Это отверстие уже, чем уплотнение седла, так что оно даже под давлением не может выдавливаться из выемки. Благодаря этому головной участок 11 может отсоединяться от запорного элемента 4 для монтажа и демонтажа уплотнения 9 седла. Соединение между головным участком 11 и запорным элементом 4, в частности, является проницаемым для текущих сред, из-за чего в области 10 выравнивания избыточного давления, примыкающей к выемке, действует низкое давление р2. Уплотнение 9 седла закапсюлировано посредством головного участка 11, при этом для фиксации уплотнения 9 седла в показанном примере оно своим участком 9Ь с геометрическим замыканием вставлено в головной участок 11.

Внутрь кольцевого отверстия вдается часть уплотнения 9 седла, а именно, проходящий радиально наружу, имеющий форму бортика выступ 9а уплотнения 9 седла, и, по меньшей мере, частично закрывает кольцевой зазор. В выемке на обращенной от седла 7 клапана стороне выступа 9 предусмотрен, в частности, имеющий форму круглого кольца, гибкий элемент 8, который радиально снаружи охватывает уплотнение 9 седла. Гибкий означает, что элемент 8 состоит из материала, например, БНК (бутадиеннитрильный каучук), ЭПДМ (этилен-пропилен-диен-мономер), ФК (фтор-каучук), который под давлением (давление текучей среды стороны высокого давления) может деформироваться существенно легче, чем само уплотнение седла, состоящее из сравнительно более жесткого материала, в частности, например, из ПТФЭ (политетрафторэтилен).

В показанном на фиг. 2 открытом состоянии текучая среда со стороны высокого давления через отверстие 6 по изображенному стрелками 12, 13, 14 и 15 пути течения попадает в область низкого давления, при этом течение проходит насквозь между запорным элементом и стенкой 18 корпуса, см. позицию

12, участок стенки 4а в позиции 13, и обтекает седло 7 клапана в позиции 14 и в позиции 15 течет мимо головного участка 11. Как можно видеть в показанном примере, в частности, торцевая сторона 4Ь участка стенки закруглена радиально снаружи и/или также радиально внутри, так что обтекающая эту сторону 4Ь текучая среда по возможности без завихрений может течь мимо открытой части 9а уплотнения, и ее износ сокращается до минимума.

На седле клапана виден выступ 7а, который рассчитан так, что в положении закрытия клапана 1 он может погружаться в кольцевое отверстие и прилегать к уплотнению 9 седла на его выступе 9а. Эта ситуация изображена на фиг. 3. Текучая среда со стороны высокого давления попадает теперь через отверстие 6 (стрелка 12) и обтекает участок 4а стенки и его торцевую сторону 4Ь. Текучая среда может протекать насквозь между прилегающей к седлу 7 клапана торцевой стороной 4Ь и попадает в выемку 16 (стрелка 17). При этом гибкий элемент 8 деформируется под высоким давлением и прижимается к уплотнению 9 седла, которое, с одной стороны, смещается в направлении области 10 выравнивания избыточного давления, которая может быть предусмотрена в виде кольцевого зазора для отвода вероятного избыточного давления, а его выступ 9а под прижимным действием элемента 8 прижимается в направлении седла 7 клапана. Благодаря этому выступ 9а прижимается к погружающемуся в кольцевой зазор выступу 7а седла клапана, так что уплотнение 9 седла, самоуплотняясь, препятствует течению в область низкого давления. Элемент 8 в положении закрытия вследствие своего сжатия прижимается к запорному элементу 4 и на диаметрально противоположной стороне к выступу 9а уплотнения седла. Произведение давления текучей среды, действующего в области 16 на выступ 9а, и площади выступа 9а, для обеспече- 2 027985 ния хорошего уплотнительного действия должно быть больше, чем произведение площади контакта между частями 9а и 7а и действующего на них, в частности в зазоре уплотнения, давления текучей среды, в частности среднего давления текучей среды.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Клапан (1) высокого давления, имеющий область (2) высокого давления и область (3) низкого давления, а также выполненный в виде поршня с обращенной к седлу (7) клапана торцевой стороной (4Ь) запорный элемент (4), который выполнен с возможностью закрытия и открытия соединения для текучих сред между областью (2) высокого давления и областью (3) низкого давления за счет перемещения между положением закрытия и положением открытия в осевом направлении (Ζ), при этом для уплотнения в положении закрытия предусмотрено установленное на запорном элементе (4) уплотнение (9) седла, которое вместе с гибким, в частности, имеющим форму кольца с круглым сечением элементом (8) расположено в предусмотренной в запорном элементе (4) выемке (16) и радиально снаружи охвачено участком (4а) стенки запорного элемента (4), который вместе с торцевым участком запорного элемента (4) образует кольцевое отверстие, при этом на седле (7) клапана выполнен кольцевой выступ (7а), отличающийся тем, что уплотнение (9) седла окружено гибким элементом (8) и имеет проходящий в радиальном направлении (К) наружу, в частности, имеющий форму бортика выступ (9а), который, по меньшей мере, частично закрывает вышеуказанное кольцевое отверстие, причем этот гибкий элемент (8) выполнен таким образом, что при входе текучей среды в положении закрытия клапана через кольцевое отверстие в выемку (16) деформируется и прижимается к внутренней стенке запорного элемента (4) с одной стороны, и к выступу (9а) уплотнения (9) седла с другой стороны, вследствие чего выступ (9а) уплотнения (9) седла прижимается к выступу (7а) седла (7) клапана, который в положении закрытия, по меньшей мере частично, прилегая к уплотнению (9) седла, выступает внутрь кольцевого отверстия, так что требуемое уплотнительное действие проявляется в виде уплотняющего под давлением, а также самоуплотняющегося уплотнения (9) седла.
2. Клапан (1) высокого давления по п.1, отличающийся тем, что размеры выемки (16) и уплотнения (9) седла выбраны так, что в положении закрытия клапана (1) произведение давления текучей среды выше выступа (9а) уплотнения (9) седла и находящейся за счет этого под давлением площади выступа (9а) уплотнения (9) седла больше, чем произведение общей площади контакта выступа (9а) уплотнения седла с седлом (7, 7а) клапана и действующего там давления текучей среды.
3. Клапан (1) высокого давления по п.1 или 2, отличающийся тем, что участок (4а) стенки запорного элемента (4) на своей лежащей радиально снаружи торцевой кромке имеет закругление.
4. Клапан (1) высокого давления по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что запорный элемент (4) имеет головной участок (11), который с геометрическим замыканием окружает по меньшей мере один участок (9Ь) уплотнения (9) седла.
5. Клапан (1) высокого давления по п.4, отличающийся тем, что уплотнение (9) седла закапсюлировано посредством головного участка (11), при этом для фиксации уплотнения (9) седла оно своим участком (9Ь) с геометрическим замыканием вставлено в головной участок (11).
6. Клапан (1) высокого давления по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что гибкий элемент (8) состоит из материала, который под давлением деформируется существенно легче, чем само уплотнение (9) седла, состоящее из сравнительно более жесткого материала.