RU2644315C1

RU2644315C1 - Cock

Info

Publication number: RU2644315C1
Application number: RU2016137457A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Горелов; Юрий Константинович Кузьмин
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Центральное конструкторское бюро арматуростроения""
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-02-08

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: invention includes a housing 1 with seats 2, 3, a plug 4, branch pipes 5, 6, a drainage line 7, a stop valve 8, reverse valves or "OR" elements 9, 10. The valve 8 includes a locking element 11, a stem 12. The piston drive of the stop valve 8 includes an odd number of piston cylinders, for example 13, 14 and 15 of single action. The stems 17, 20 and 23 of the piston cylinders 13, 14 and 15 are connected to the stem 12 of the locking element 11 of the stop valve 8 through the pusher 25. The piston cylinders 13 and 14 of opening of the stop valve are located with respect to the pusher 25 on the side of the stop valve 8, and the piston cylinder 15 of closing the stop valve 8 is located on the opposite side of the pusher 25. The pistion area of the closing cylinder 15 is equal to half the total piston area of the opening cylinders 13 and 14 of the stop valve 8. An even number of the piston cylinders 13 and 14 on one side of the pusher 25 can be multiply increased. Between the cock housing 1 and the stop valve 8, a three-way cock 27 can be installed, the third branch pipe of which is connected to a discharge or drain.

EFFECT: possibility of unloading the cock from the operating pressure differential in the operating mode of the existing control systems.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к шаровым кранам.The invention relates to pipe fittings, in particular to ball valves.

Известны шаровые краны для магистральных газопроводов высокого давления (до 10 МПа) и больших диаметров (до 1400 мм), выпускаемые предприятиями Российской Федерации, например АО «Тяжпромарматура», г. Алексин Тульской области. Кран содержит корпус с входным и выходным патрубками, между которыми в уплотнительных седлах установлена пробка, воспринимающая нагрузку от перепада рабочего давления на седлах. Для поворота пробки на открытие такого крана требуются большие усилия на приводном валу.Known ball valves for gas pipelines of high pressure (up to 10 MPa) and large diameters (up to 1400 mm), manufactured by enterprises of the Russian Federation, for example, JSC Tyazhpromarmatura, Aleksin, Tula region. The crane contains a housing with inlet and outlet nozzles, between which a plug is installed in the sealing seats, absorbing the load from the differential pressure on the saddles. To turn the plug to open such a crane requires great effort on the drive shaft.

В соответствии с действующим на газопроводах регламентом открытие крана осуществляют после выравнивания давления рабочей среды в патрубках крана до приемлемой величины перепада давлений. Для этого перед открытием крана в выходной патрубок подают рабочую среду под давлением, равным или близким давлению рабочей среды во входном патрубке. Такая мера позволяет снизить энергозатраты на управление краном за счет снижения крутящего момента, развиваемого приводом крана. Соответственно, снижается металлоемкость устройства и уменьшается влияние скоростного потока среды на уплотнение в затворе.In accordance with the regulations applicable to gas pipelines, the opening of the crane is carried out after the pressure of the working medium in the nozzles of the valve is equalized to an acceptable pressure drop. For this, before opening the tap, the working medium is supplied to the outlet pipe at a pressure equal to or close to the pressure of the working medium in the inlet pipe. This measure allows you to reduce the energy consumption for controlling the crane by reducing the torque developed by the crane drive. Accordingly, the metal consumption of the device is reduced and the influence of the high-speed medium flow on the seal in the shutter is reduced.

Недостатком аналога является то, что из-за герметичности седел давление рабочей среды внутри корпуса крана перед его открытием не снижается до приемлемой величины и перепад давления на каждом из седел крана остается высоким. При этом величина крутящего момента на приводе крана остается значительной, а конструкция крепления элементов уплотнения седел требует существенного усиления.The disadvantage of the analogue is that due to the tightness of the seats, the pressure of the working medium inside the valve body before opening does not decrease to an acceptable value and the pressure drop on each of the valve seats remains high. At the same time, the magnitude of the torque on the crane drive remains significant, and the design of the mounting of the seal elements of the seats requires significant reinforcement.

Указанный недостаток устранен в кране, защищенном патентом RU 75230, МПК F16K 5/06, F16K 5/20, дата публикации - 27.07.2008. Кран-аналог включает корпус, входной и выходной патрубки, седла, поворотный запорный элемент, поворотный привод и дренажный трубопровод, соединяющий внутреннюю полость крана с полостью выходного патрубка. На дренажном трубопроводе установлен запорный клапан малого диаметра. При выравнивании давления в патрубках перед открытием крана сброс или слив рабочей среды из полости корпуса через дренажный трубопровод обеспечивает снятие динамической нагрузки со всех элементов затвора крана. В рабочем положении крана дренажный трубопровод перекрыт.The indicated drawback is eliminated in the valve protected by patent RU 75230, IPC F16K 5/06, F16K 5/20, publication date - July 27, 2008. An analog valve includes a housing, inlet and outlet nozzles, seats, a rotary locking element, a rotary actuator and a drainage pipe connecting the internal cavity of the crane with the cavity of the outlet pipe. A small diameter shutoff valve is installed on the drain pipe. When equalizing the pressure in the nozzles before opening the tap, dumping or draining the working medium from the body cavity through the drainage pipe ensures the removal of the dynamic load from all valve shutter elements. In the working position of the crane, the drainage pipeline is closed.

Недостатками аналога являются односторонняя подача рабочей среды и ручное управление перекрытием дренажного трубопровода.The disadvantages of the analogue are the unilateral supply of the working medium and the manual control of the overlap of the drainage pipeline.

Прототипом заявляемого устройства является кран двухстороннего действия, защищенный патентом RU 2467233, МПК F16K 1/22, F16K 5/06, F16K 39/06, дата публикации - 20.11.2012. Кран-прототип включает корпус, два патрубка, два седла, два поворотных сегментных запорных элемента, поворотный привод и дренажную линию, соединяющую внутреннюю полость корпуса с полостями патрубков. Кран предназначен для двухсторонней подачи рабочей среды. Дренажная линия включает расположенный на выходе из внутренней полости корпуса запорный клапан нормально открытого действия и два противоположно направленных обратных клапана, обеспечивающих обводное соединение полости корпуса крана с выходным патрубком крана (в зависимости от направления потока рабочей среды в кране). Запорный клапан снабжен приводом, срабатывающим по сигналу от автономного источника питания.The prototype of the claimed device is a double-acting crane, protected by patent RU 2467233, IPC F16K 1/22, F16K 5/06, F16K 39/06, publication date - 11/20/2012. The prototype crane includes a housing, two nozzles, two saddles, two rotary segmented locking elements, a rotary actuator and a drainage line connecting the internal cavity of the housing with the cavities of the nozzles. The crane is designed for two-way supply of the working medium. The drain line includes a normally open action shut-off valve located at the outlet of the inner cavity of the housing and two oppositely directed check valves providing a by-pass connection of the cavity of the crane body with the outlet of the crane (depending on the direction of flow of the working medium in the crane). The shut-off valve is equipped with an actuator triggered by a signal from an autonomous power source.

Недостатком прототипа является зависимость срабатывания дренажного запорного клапана от автономного источника питания и наличие отдельной системы управления дренажным запорным клапаном.The disadvantage of the prototype is the dependence of the operation of the drain shut-off valve on an autonomous power source and the presence of a separate control system for the drain shut-off valve.

Заявляемое устройство решает техническую задачу разгрузки крана от рабочего перепада давления в режиме работы существующих систем управления.The inventive device solves the technical problem of unloading a crane from a working differential pressure in the operating mode of existing control systems.

Поставленная задача решена в кране двухстороннего действия, содержащем корпус с седлами для пробки и два патрубка. Патрубки сообщены с полостью корпуса дренажным трубопроводом, который укомплектован управляемым запорным клапаном и разнонаправленными обратными клапанами. Поршневой привод запорного клапана включает нечетное количество поршневых цилиндров одностороннего действия, один из которых предназначен для закрытия запорного клапана и установлен соосно с его выходным звеном, а остальные предназначены для открытия запорного клапана, выполнены одинаковыми и равноудаленными от выходного звена запорного клапана. Выходные звенья всех поршневых цилиндров и запорного клапана связаны между собой и с выходным звеном запорного клапана через общее передаточное звено в виде толкателя. Поршневые цилиндры открытия запорного клапана расположены по отношению к толкателю со стороны запорного клапана. Поршневой цилиндр закрытия запорного клапана расположен с противоположной стороны от толкателя. Рабочие полости половины цилиндров открытия запорного клапана сообщены с одним из патрубков крана, рабочие полости второй половины цилиндров открытия запорного клапана сообщены с другим патрубком крана. Рабочая полость цилиндра закрытия запорного клапана сообщена с обоими патрубками крана через соответствующий обратный клапан либо через элемент «ИЛИ». Поршень цилиндра закрытия запорного клапана нагружен упругим элементом, усилие которого не превышает усилия, развиваемого одним цилиндром открытия запорного клапана. Площадь поршня цилиндра закрытия запорного клапана равняется половине суммарной площади поршней цилиндров открытия запорного клапана. Между корпусом крана и запорным клапаном установлен трехходовой кран, третий патрубок которого соединен со сбросом либо сливом.The problem is solved in a double-acting valve containing a housing with saddles for plugs and two nozzles. The nozzles are connected with the cavity of the housing by a drainage pipe, which is equipped with a controllable shut-off valve and multidirectional check valves. The piston actuator of a shut-off valve includes an odd number of single-acting piston cylinders, one of which is designed to close the shut-off valve and is installed coaxially with its output link, and the rest are designed to open the shut-off valve, made identical and equidistant from the output link of the shut-off valve. The output links of all piston cylinders and the shutoff valve are connected to each other and to the output link of the shutoff valve through a common transmission link in the form of a pusher. The piston cylinders for opening the shut-off valve are located with respect to the push rod on the side of the shut-off valve. The piston cylinder for closing the shutoff valve is located on the opposite side of the pusher. The working cavity of the half cylinder opening the shutoff valve in communication with one of the nozzles of the crane, the working cavity of the second half of the cylinder opening the shutoff valve in communication with the other nozzle of the crane. The working cavity of the cylinder closing the shutoff valve is in communication with both nozzles of the valve through the corresponding check valve or through the element "OR". The piston of the cylinder for closing the shut-off valve is loaded with an elastic element, the force of which does not exceed the force developed by one cylinder for opening the shut-off valve. The piston area of the shut-off valve closing cylinder equals half the total area of the pistons of the shut-off valve opening cylinders. A three-way valve is installed between the valve body and the shutoff valve, the third nozzle of which is connected to a discharge or a drain.

Существо заявляемого крана поясняется чертежами, на фиг. 1 которого изображен заявляемый кран в закрытом положении; на фиг. 2 - то же, положение перед открытием крана; на фиг. 3 - то же, положение при проверке герметичности уплотнения седел.The essence of the claimed crane is illustrated by drawings, in FIG. 1 which shows the inventive valve in the closed position; in FIG. 2 - the same position before opening the crane; in FIG. 3 - the same position when checking the tightness of the seat seal.

Заявляемый кран двухстороннего действия включает корпус 1 с седлами 2 и 3 для пробки 4 и два патрубка 5 и 6, сообщенных с полостью корпуса 1 дренажным трубопроводом 7. Дренажный трубопровод 7 укомплектован приводным запорным клапаном 8 нормально закрытого действия и обратными клапанами либо элементами «ИЛИ» 9 и 10 для соединения внутренней полости корпуса 1 с одним из патрубков 5 или 6. Запорный клапан 8 включает запорный элемент 11, соединенный штоком 12 с поршневым приводом. Поршневой привод запорного клапана 8 включает нечетное количество (например, три) поршневых цилиндров 13, 14 и 15 одностороннего действия. Поршневой цилиндр 13 включает поршень 16 с выходным звеном (штоком) 17, образующий в цилиндре рабочую полость «А», которая сообщена трубопроводами 18 и 7 с патрубком 5. Поршневой цилиндр 14 включает поршень 19 с выходным звеном (штоком) 20, образующий в цилиндре рабочую полость «Б», которая сообщена трубопроводами 21 и 7 с патрубком 6. Поршневой цилиндр 15 включает поршень 22 с выходным звеном (штоком) 23, образующий в цилиндре рабочую полость «В», которая сообщена трубопроводами 24 и 7 через обратный клапан 9 либо элемент «ИЛИ» с патрубком 5, а через обратный клапан 10 либо элемент «ИЛИ» с патрубком 6. Выходные звенья (штоки) 17, 20 и 23 поршневых цилиндров 13, 14 и 15 связаны со штоком 12 запорного элемента 11 запорного клапана 8 через толкатель 25. Поршневые цилиндры 13 и 14 открытия запорного клапана расположены по отношению к толкателю 25 со стороны запорного клапана 8, а поршневой цилиндр 15 закрытия запорного клапана 8 расположен с противоположной стороны от толкателя 25. Площадь поршня 22 равняется половине суммарной площади поршней 16 и 19 цилиндров открытия 13 и 14 запорного клапана 8.The inventive double-acting valve includes a housing 1 with seats 2 and 3 for plug 4 and two nozzles 5 and 6 connected to the cavity of the housing 1 by a drain pipe 7. The drain pipe 7 is equipped with a drive shut-off valve 8 normally closed and non-return valves or elements "OR" 9 and 10 for connecting the inner cavity of the housing 1 with one of the nozzles 5 or 6. The shut-off valve 8 includes a shut-off element 11 connected by a rod 12 with a piston actuator. The piston actuator of the shutoff valve 8 includes an odd number (for example, three) of single-acting piston cylinders 13, 14 and 15. The piston cylinder 13 includes a piston 16 with an output link (rod) 17 forming a working cavity “A” in the cylinder, which is connected by pipelines 18 and 7 with a nozzle 5. The piston cylinder 14 includes a piston 19 with an output link (rod) 20 forming in the cylinder working cavity "B", which is communicated by pipelines 21 and 7 with a nozzle 6. The piston cylinder 15 includes a piston 22 with an output link (rod) 23, forming a working cavity "B" in the cylinder, which is communicated by pipelines 24 and 7 through a non-return valve 9 or "OR" element with pipe 5, and through the return valve 10 or an OR element with a nozzle 6. The output links (rods) 17, 20 and 23 of the piston cylinders 13, 14 and 15 are connected to the rod 12 of the shut-off element 11 of the shut-off valve 8 through the pusher 25. The piston cylinders 13 and 14 of the shut-off valve open are located relative to the pusher 25 on the side of the shutoff valve 8, and the piston cylinder 15 for closing the shutoff valve 8 is located on the opposite side of the pusher 25. The area of the piston 22 is equal to half the total area of the pistons 16 and 19 of the opening cylinders 13 and 14 of the shutoff valve 8.

Поршень 22 нагружен упругим элементом, например пружиной 26. Усилие пружины 26 меньше суммарного усилия, развиваемого поршнями 16, 19 и 22.The piston 22 is loaded with an elastic element, such as a spring 26. The force of the spring 26 is less than the total force developed by the pistons 16, 19 and 22.

Четное количество поршневых цилиндров 13 и 14 с одной стороны от толкателя 25 может быть увеличено с сохранением приведенного выше соотношения площадей поршней в поршневом приводе запорного клапана 8. Между корпусом 1 крана и запорным клапаном 8 может быть установлен трехходовой кран 27, третий патрубок которого соединен со сбросом или сливом.An even number of piston cylinders 13 and 14 on one side of the pusher 25 can be increased while maintaining the above ratio of the areas of the pistons in the piston actuator of the shut-off valve 8. A three-way valve 27 can be installed between the valve body 1 and the shut-off valve 8, the third nozzle of which is connected to discharge or discharge.

Заявляемый кран работает следующим образом.The inventive crane operates as follows.

Режим №1 (фиг. 1).Mode No. 1 (Fig. 1).

Патрубок 5 - входной, патрубок 6 - выходной. Кран закрыт.Pipe 5 - inlet, pipe 6 - output. The crane is closed.

Давление рабочей среды в патрубке 5 равно Р_р, давление в патрубке 6 равно нулю. Седло 2 обеспечивает герметичное уплотнение в затворе крана. Рабочая среда под давлением Р_р поступает через дренажный трубопровод 7 в рабочую полость «А» поршневого цилиндра 13 и через обратный клапан 9 - в рабочую полость «В» поршневого цилиндра 15. Так как площадь поршня 22 цилиндра 15 превышает площадь поршня 16 цилиндра 13, результирующее усилие от штоков 17 и 23 передается через толкатель 25 на шток 12 запорного клапана 8 и закрывает клапан 8.The pressure of the working medium in the pipe 5 is equal to P _p , the pressure in the pipe 6 is equal to zero. The seat 2 provides a tight seal in the valve plug. The working medium under pressure P _p enters through the drainage pipe 7 into the working cavity "A" of the piston cylinder 13 and through the check valve 9 - into the working cavity "B" of the piston cylinder 15. Since the area of the piston 22 of the cylinder 15 exceeds the area of the piston 16 of the cylinder 13, the resulting force from the rods 17 and 23 is transmitted through the pusher 25 to the rod 12 of the shut-off valve 8 and closes the valve 8.

Таким образом, в закрытом положении крана дренажный трубопровод 7 перекрыт запорным клапаном 8 и перетекание рабочей среды из патрубка 5 в полость корпуса 1 крана не допускается.Thus, in the closed position of the crane, the drainage pipe 7 is closed by a shut-off valve 8 and the flow of the working medium from the pipe 5 into the cavity of the crane body 1 is not allowed.

Режим №2 (фиг. 2).Mode No. 2 (Fig. 2).

Перед открытием крана в выходной патрубок 6 подается рабочее давление Р_р. Давление в патрубках 5 и 6 выравнивается, а давление в полости корпуса 1 крана остается равным нулю. В этом режиме рабочая среда под давлением Р_р поступает из патрубков 5 и 6 в рабочие полости «А», «Б» и «В» поршневых цилиндров 13, 14 и 15. Так как суммарная площадь поршней 16 и 19 поршневых цилиндров 13, 14 превышает площадь поршня 22 поршневого цилиндра 15, шток 12 запорного элемента 11 клапана 8 через толкатель 25 преодолевает усилие, развиваемое поршнем 22 цилиндра 15, и усилие пружины 26 и открывает запорный клапан 8. После открытия клапана 8 рабочая среда из дренажного трубопровода 7 под давлением Р_р поступает в полость корпуса 1 и уравновешивает седла 2 и 3 крана. Нагрузка на шаровую пробку 4 со стороны седел 2 и 3 снимается, энергозатраты на открытие крана снижаются.Before opening the crane in the outlet pipe 6 is supplied with a working pressure P _r . The pressure in the nozzles 5 and 6 is equalized, and the pressure in the cavity of the crane body 1 remains equal to zero. In this mode, the working medium under pressure P _p comes from the nozzles 5 and 6 into the working cavities “A”, “B” and “C” of the piston cylinders 13, 14 and 15. Since the total area of the pistons 16 and 19 of the piston cylinders 13, 14 exceeds the area of the piston 22 of the piston cylinder 15, the rod 12 of the locking element 11 of the valve 8 through the pusher 25 overcomes the force developed by the piston 22 of the cylinder 15 and the force of the spring 26 and opens the shut-off valve 8. After opening the valve 8, the working medium from the drain pipe 7 under pressure P _p enters the cavity of the housing 1 and balances the saddles 2 and 3 taps. The load on the ball plug 4 from the side of the seats 2 and 3 is removed, the energy consumption for opening the valve is reduced.

Режим №3 (фиг. 3).Mode No. 3 (Fig. 3).

Давление рабочей среды в патрубках 5 и 6 равно Р_р. Для подтверждения герметичности уплотнения седел 2 и 3 крана давление в полости корпуса 1 должно быть равно нулю. Для проверки герметичности уплотнения седел 2 и 3 трехходовым краном 27 перекрывают сообщение полости корпуса 1 крана и запорного клапана 8, соединяя полость корпуса 1 со сбросом либо сливом рабочей среды. После сброса давления из полости корпуса 1 по натеканию рабочей среды через седла 2 и 3 определяют фактическую герметичность крана в процессе эксплуатации.The pressure of the working medium in the nozzles 5 and 6 is equal to R _p . To confirm the tightness of the seal of the seats 2 and 3 of the crane, the pressure in the cavity of the housing 1 should be zero. To check the tightness of the seal of the seats 2 and 3 with a three-way valve 27 block the message of the cavity of the valve body 1 and the shut-off valve 8, connecting the cavity of the housing 1 with the discharge or discharge of the working medium. After depressurization of the cavity of the housing 1 by leakage of the working medium through the seats 2 and 3, the actual tightness of the valve during operation is determined.

Режим №4.Mode No. 4.

Патрубок 6 - входной, патрубок 5 - выходной. Кран закрыт.Pipe 6 - inlet, pipe 5 - output. The crane is closed.

Давление рабочей среды в патрубке 6 равно Р_р, давление в патрубке 5 равно нулю. Седло 3 обеспечивает герметичное уплотнение в затворе крана. Рабочая среда под давлением Р_р поступает в рабочую полость «Б» поршневого цилиндра 14 и через обратный клапан либо элемент «ИЛИ» 10 - в рабочую полость «В» поршневого цилиндра 15. Так как площадь поршня 22 цилиндра 15 превышает площадь поршня 19 цилиндра 14, нормально открытый запорный клапан 8 закрывается суммарным усилием, развивающимся на штоках 20 и 23, которые связаны со штоком 12 запорного элемента 11 толкателем 25.The pressure of the working medium in the pipe 6 is equal to P _p , the pressure in the pipe 5 is equal to zero. The seat 3 provides a tight seal in the valve plug. The working medium under pressure P _p enters the working cavity "B" of the piston cylinder 14 and through the check valve or the element "OR" 10 - into the working cavity "C" of the piston cylinder 15. Since the area of the piston 22 of the cylinder 15 exceeds the area of the piston 19 of the cylinder 14 , normally open shut-off valve 8 is closed by the total force developing on the rods 20 and 23, which are connected with the rod 12 of the shut-off element 11 by the pusher 25.

Таким образом, как и в режиме №1, дренажный трубопровод 7 перекрыт запорным клапаном 8 и перетекания рабочей среды в полость корпуса 1 крана не происходит.Thus, as in mode No. 1, the drainage pipe 7 is blocked by a shut-off valve 8 and the flow of the working medium into the cavity of the crane body 1 does not occur.

Claims

1. The double-acting valve, comprising a housing with plug seats and two nozzles connected to the housing cavity by a drain pipe, which is equipped with a controllable shut-off valve and multidirectional check valves, characterized in that the piston actuator of the shut-off valve includes an odd number of single-acting piston cylinders, one of which it is intended to close the shut-off valve and installed coaxially with its output link, and the rest are designed to open the shut-off valve are identical and equidistant from the output link of the shut-off valve, the output links of all piston cylinders and the shut-off valve are connected to each other and to the output link of the shut-off valve through a common transmission link in the form of a pusher, while the piston cylinders for opening the shut-off valve are located with respect to the pusher on the side of the shut-off valve valve, and the piston cylinder for closing the shut-off valve is located on the opposite side of the pusher, the working cavities of half of the cylinders for opening the shut-off valve are in communication with one h of the valve nozzles, the working cavities of the second half of the shut-off valve opening cylinders are in communication with the other valve nozzle, the working cavity of the shut-off valve closing cylinder is in communication with both valve nozzles through the corresponding non-return valve or through the “OR” element, the piston of this cylinder is loaded with an elastic element, the force of which is not exceeds the effort developed by one cylinder for opening the shut-off valve, and the piston area of the cylinder for closing the shut-off valve is equal to half the total area of the pistons of the opening cylinders shutoff valve.

2. The valve according to claim 1, characterized in that a three-way valve is installed between the valve body and the shut-off valve, the third nozzle of which is connected to a discharge or a drain.