RU2686647C2

RU2686647C2 - Устройство изменения скорости в проточном канале для регулирующего клапана

Info

Publication number: RU2686647C2
Application number: RU2016143142A
Authority: RU
Inventors: Даниел Г. РОУПЕР; Гарольд Дж. МАККИННИ
Original assignee: Эмерсон Процесс Менеджмент Регьюлэйтор Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2019-04-29
Also published as: CN105042095A; CN204805711U; CN105042095B; EP3129685B1; US20150285402A1; AR099987A1; CA2945041C; AU2015243888B2; EP3129685A1; US9470337B2; RU2016143142A3; AU2015243888A1; WO2015157352A1; JP2017510775A; CA2945041A1; JP6721569B2; RU2016143142A

Abstract

Предложена группа изобретений под названием - устройство изменения скорости в проточном канале для регулирующего клапана. Регулирующий клапан содержит корпус клапана, имеющий проточный канал и горловину; элемент управления, расположенный в корпусе клапана; седло клапана, расположенное в корпусе клапана вблизи горловины; фиксатор, прикрепленный к одному концу элемента управления, содержащий участок корпуса, имеющий продольную ось, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Нижняя поверхность имеет первый участок, проходящий параллельно продольной оси, и второй участок, проходящий под углом от первого участка, при этом указанный угол составляет больше чем 60°, но меньше чем 90° относительно продольной оси, и второй участок непосредственно пересекается с первым участком. Уплотняющий элемент расположен между верхней поверхностью фиксатора и элементом управления, при этом второй участок нижней поверхности проходит между первым участком и уплотняющим элементом радиально вверх под углом, сходясь с уплотняющим элементом в первом положении. Элемент управления выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении в корпусе клапана, чтобы вводить уплотняющий элемент в контакт с седлом клапана в закрытом положении, что препятствует потоку текучей среды через горловину, и в закрытом положении второй участок и внутренняя поверхность седла клапана отделены друг от друга промежутком. Устройство изменения скорости в проточном канале позволяет элементу управления регулирующего клапана работать довольно близко к седельному кольцу, в то же время уменьшая или устраняя ограниченные области потока, что приводит к существенно пониженным флуктуациям скорости потока между уплотняющим элементом и седельным кольцом. В результате уплотняющий элемент, изготовленный из сравнительно мягких материалов, может быть использован без опасности повреждения из-за высоких скоростей потока. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение в целом относится к регулирующим клапанам текучей среды и, более конкретно, к устройству изменения скорости в проточном канале для регулирующего клапана текучей среды.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Устройства управления текучей средой включают в себя различные категории оборудования, в том числе, регулирующие клапаны и регуляторы. Такие устройства управления выполнены с возможностью соединения в технологической системе управления текучей средой, таких как химические системы обработки, системы подачи природного газа и т. п., для управления потоком текучей среды через них. Каждое устройство управления образует канал потока текучей среды и содержит элемент управления для регулирования размеров пути потока. Например, на фиг. 1 изображен узел 10 регулятора регулирующего клапана, содержащий корпус 12 клапана и привод 14. Корпус 12 клапана образует путь 16 потока и содержит горловину 18. На фиг. 1, узел 10 регулятора настроен в конфигурации восходящего потока. Привод 14 содержит верхний кожух 20 привода, нижний кожух 22 привода, подузел 30 диафрагмы, включающий диафрагму 32, и элемент 24 управления.

[0003] Элемент 24 управления расположен внутри верхнего и нижнего кожухов 20, 22 привода, и выполнен с возможностью смещения в двух направлениях в ответ на изменения давления в подузле 30 диафрагмы. Будучи настроенным таким образом, элемент 24 управления управляет потоком текучей среды через горловину 18. В некоторых вариантах осуществления фиксатор 31 прикреплен к нижней части элемента 24 управления. Фиксатор 31 крепит уплотняющий элемент 28 к нижней части элемента 24 управления. Фиксатор 31 включает в себя нижнюю поверхность 33, удаленную от элемента 24 управления, которая имеет, в целом, выпуклую форму, проходящую снаружи на расстоянии от уплотняющего элемента 28, и за которой течет текучая среда, когда узел 10 регулятора находится в открытом положении. Кроме того, узел 10 регулятора содержит седельное кольцо 26, расположенное в горловине 18 корпуса 12 клапана. Когда давление на выходе корпуса 12 клапана высокое, уплотняющий элемент 28 элемента 24 управления может взаимодействовать с возможностью уплотнения с седельным кольцом 26 и закрывать горловину 18. Аналогично, при отсутствии давления в приводе 14 или при неисправности диафрагмы 32, спиральная пружина 34, расположенная в кольцевом участке 36 полости верхнего кожуха 20 привода смещает элемент 24 управления в закрытое положение. Такой регулятор обычно называют «закрытым при отказе». Регуляторы, «открытые при отказе» работают аналогично регуляторам, «закрытым при отказе»; однако при неисправности диафрагмы пружина смещает элемент управления в открытое положение, а не в закрытое положение.

[0004] Далее со ссылками на фиг. 2, фиксатор 31 показан более подробно. Фиксатор 31 прикреплен к нижней части элемента 24 управления посредством множества крепежных элементов 35. Уплотняющий элемент 28 расположен между верхней поверхностью 37 фиксатора 31 и закрывающим фланцем 39, который проходит радиально наружу от элемента 24 управления. Нижняя поверхность 33 фиксатора 31 включает в себя первый участок 33a, ближний к продольной оси A элемента 24 управления, первый участок 33a, проходящий перпендикулярно к продольной оси A элемента 24 управления с промежутком, и второй участок 33b, который проходит под углом радиально вверх, в направлении уплотняющего элемента 28. Вообще говоря, второй участок 33b наклонен под углом примерно 30 градусов относительно продольной оси A. Компенсационная полость 41 может проходить через фиксатор 31 в некоторых случаях, когда необходим уравнительный клапан. Когда компенсационная полость 41 проходит через фиксатор, первый участок 33a может проходить снаружи от края компенсационной полости 41. Компенсационная полость 41 представляет собой цилиндрическое отверстие, имеющее продольную ось, совпадающую с продольной осью A элемента 24 управления. Иначе говоря, фиксатор 31 имеет продольную ось, совпадающую с продольной осью A.

[0005] Вообще, размеры клапана для конкретной операции определяют таким образом, что элемент 24 управления будет нормально работать в середине 80% перемещения элемента 24 управления для большей части времени эксплуатации. При работе в середине 80%, поток между седельным кольцом 26 и уплотняющим элементом 28 является прогнозируемым и плавным. Однако в некоторых случаях, когда клапан с должными размерами недоступен, может быть использован клапан, больший, чем оптимальный. В данном случае элемент 24 управления и, следовательно, уплотняющий элемент 28 может действовать большую часть времени сравнительно близко к седельному кольцу 26, например, в пределах ближних 20% от перемещения элемента 24 управления к седельному кольцу 26, что может вызывать сравнительно высокие флуктуирующие скорости потока между уплотняющим элементом 28 и седельным кольцом 26 вследствие образования ограниченных областей потока. Данные высокие скорости потока могут повредить сравнительно мягкий уплотняющий элемент 28, что неблагоприятно влияет на способность перекрытия элемента 24 управления.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Устройство изменения скорости в проточном канале позволяет элементу управления регулирующего клапана работать довольно близко к седельному кольцу, в то же время, уменьшая или устраняя ограниченные области потока, что приводит к существенно пониженным флуктуирующим скоростям потока между уплотняющим элементом и седельным кольцом. В результате уплотняющий элемент, изготовленный из сравнительно мягких материалов, может быть использован без опасности повреждения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] На фиг. 1 приведен вид сбоку поперечного разреза традиционного регулирующего клапана;

[0008] На фиг. 2 приведен вид сбоку поперечного разреза части элемента управления и седла клапана традиционного регулирующего клапана по фиг. 1 и

[0009] На фиг. 3 приведен вид сбоку поперечного разреза части элемента управления и седла клапана, содержащего устройство изменения скорости в проточном канале, выполненное в соответствии с принципами настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Далее со ссылками на фиг. 3 проиллюстрирован узел 111 уплотняющего элемента, созданный в соответствии с принципами настоящего изобретения. Узел 111 уплотняющего элемента может быть введен в известный регулирующий клапан, такой как регулирующий клапан 10 по фиг. 1. Когда уплотняющий узел 111 введен в известный регулирующий клапан, для отдельной операции может быть использован клапан завышенного размера, не создавая вредных областей ограниченного потока и скоростей потока с повышенной флуктуацией, которые могут повредить уплотняющий элемент 128.

[0011] Фиксатор 131, имеющий участок корпуса, прикреплен к нижней части элемента 124 управления посредством множества крепежных элементов 135. В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы другие способы крепления фиксатора 131 к элементу 124 управления, такие как, например, неподвижная посадка, сварка, приклеивание или другие элементы крепления. Уплотняющий элемент 128 расположен между верхней поверхностью 137 фиксатора 131 и закрывающим фланцем 139, который проходит радиально наружу от элемента 124 управления. Нижняя поверхность 133 фиксатора 131 включает в себя первый участок 133a, ближний к продольной оси A элемента 124 управления, первый участок 133a, проходящий параллельно к продольной оси A элемента 124 управления с промежутком, и второй участок 133b, который проходит под углом радиально вверх, в направлении уплотняющего элемента 128 от первого участка 133a. Вообще говоря, второй участок 133b наклонен под углом, большим, чем 60 градусов относительно продольной оси A. Иначе говоря, угол Z, образованный между продольной осью A и нижней поверхностью второго участка, больше, чем 60 градусов, предпочтительно, больше, чем 60 градусов, но меньше, чем 90 градусов, и более предпочтительно, между 70 градусов и 80 градусов. Углы в данном диапазоне оптимизируют сглаживание флуктуаций скорости и, таким образом, уменьшают повреждение уплотняющего элемента 128.

[0012] Компенсационная полость 141 может проходить через фиксатор 131 в некоторых случаях, когда необходим уравнительный клапан. Когда компенсационная полость 141 проходит через фиксатор, первый участок 133a может проходить параллельно краю 143 компенсационной полости 141, первый участок 133a образует закупоривающее удлинение 145, проходящее в продольном направлении наружу, на расстоянии от элемента 124 управления. В некоторых вариантах осуществления закупоривающее удлинение может быть, по существу, цилиндрическим по форме. Компенсационная полость 141 представляет собой цилиндрическое отверстие, имеющее продольную ось, совпадающую с продольной осью A элемента 124 управления. Иначе говоря, фиксатор 131 имеет продольную ось, совпадающую с продольной осью A.

[0013] Вторая поверхность 133b может проходить на расстоянии от первой поверхности 133a и в направлении уплотняющего элемента 128, сходясь с уплотняющим элементом 128 в положении L. Когда элемент 124 управления находится в закрытом положении, промежуток D может быть образован между положением L и внутренней поверхностью 151 седла 126 клапана. В некоторых вариантах осуществления, промежуток D может составлять примерно 10% от длины второй поверхности 133b. При оставлении промежутка D между второй поверхностью 133b и внутренней поверхностью 151 седла 126 клапана, когда уплотняющий элемент 128 находится довольно близко к седлу 126 клапана, ускорение потока снижается. В результате, когда элемент 124 управления перемещается в закрытое положение, скорости потока имеют пониженные флуктуации (т. е., сглажены), что уменьшает износ седла 126 клапана и уплотняющего элемента 128.

[0014] В свете вышесказанного, описание настоящего изобретения следует понимать только как примеры осуществления настоящего изобретения и, таким образом, варианты, которые не отклоняются от сущности настоящего изобретения, находятся в пределах объема настоящего изобретения.

Claims

1. Фиксатор для элемента управления регулирующего клапана, содержащий:

участок корпуса, имеющий продольную ось, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем нижняя поверхность имеет первый участок, проходящий параллельно продольной оси, и второй участок, проходящий под углом радиально вверх от первого участка, при этом указанный угол составляет больше чем 60°, но меньше чем 90° относительно продольной оси, и второй участок непосредственно пересекается с первым участком.

2. Фиксатор по п. 1, в котором второй участок наклонен под углом, большим чем 70° и меньшим чем 80° относительно продольной оси.

3. Фиксатор по п. 1, в котором первый участок образует закупоривающее удлинение, проходящее продольно наружу на расстоянии от участка корпуса.

4. Фиксатор по любому из предшествующих пунктов, в котором закупоривающее удлинение имеет цилиндрическую форму.

5. Узел элемента управления для регулирующего клапана, содержащий:

элемент управления;

фиксатор, прикрепленный к одному концу элемента управления, содержащий участок корпуса, имеющий продольную ось, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем нижняя поверхность имеет первый участок, проходящий параллельно продольной оси, и второй участок, проходящий под углом от первого участка, при этом указанный угол составляет больше чем 60°, но меньше чем 90° относительно продольной оси, и второй участок непосредственно пересекается с первым участком;

уплотняющий элемент, расположенный между верхней поверхностью фиксатора и элементом управления, и

седло клапана;

при этом второй участок проходит между первым участком и уплотняющим элементом радиально вверх под углом, сходясь с уплотняющим элементом в первом положении, и, когда элемент управления находится в закрытом положении, второй участок и внутренняя поверхность седла клапана отделены друг от друга промежутком.

6. Узел элемента управления по п. 5, в котором промежуток может составлять примерно 10% от длины второй поверхности.

7. Узел элемента управления по п. 5, в котором второй участок наклонен под углом, большим чем 70° и меньшим чем 80° относительно продольной оси.

8. Узел элемента управления по п. 5, в котором первый участок образует закупоривающее удлинение, проходящее продольно наружу на расстоянии от участка корпуса.

9. Узел элемента управления по любому из пп. 5-8, в котором закупоривающее удлинение имеет цилиндрическую форму.

10. Регулирующий клапан, содержащий:

корпус клапана, имеющий проточный канал и горловину;

элемент управления, расположенный в корпусе клапана;

седло клапана, расположенное в корпусе клапана вблизи горловины;

уплотняющий элемент, расположенный между верхней поверхностью фиксатора и элементом управления, при этом второй участок нижней поверхности проходит между первым участком и уплотняющим элементом радиально вверх под углом, сходясь с уплотняющим элементом в первом положении;

причем элемент управления выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении в корпусе клапана, чтобы вводить уплотняющий элемент в контакт с седлом клапана в закрытом положении, что препятствует потоку текучей среды через горловину, и в закрытом положении второй участок и внутренняя поверхность седла клапана отделены друг от друга промежутком.

11. Регулирующий клапан по п. 10, в котором промежуток может составлять примерно 10% от длины второй поверхности.

12. Регулирующий клапан по п. 10, в котором второй участок наклонен под углом, большим чем 70° и меньшим чем 80° относительно продольной оси.

13. Регулирующий клапан по п. 10, в котором первый участок образует закупоривающее удлинение, проходящее продольно наружу на расстоянии от участка корпуса.

14. Регулирующий клапан по любому из пп. 10-13, в котором закупоривающее удлинение имеет цилиндрическую форму.