Гидрораспределительный клапан с интегральными уплотнениями (варианты)
Гидравлический клапан, содержащий несколько портов, сообщающихся с перепускным каналом (5), и золотник (8), выполненный с возможностью перемещения для регулирования сообщения между каналами. Золотник имеет боковое поперечное уплотнение (13), выполненное как единое целое с золотником и входящее в контакт с перепускным каналом. В одном положении золотник (8) клапана изолирует первый порт (9) от второго порта (10). В другом положении золотника поперечное уплотнение (13) взаимодействует с первым портом (9) и обеспечивает сообщение между первым портом (9) и вторым поротом (10) посредством канала (14), выполненного внутри золотника. Золотник имеет первый и второй участки (8а и 8b) с различной эффективной площадью поперечного сечения, причем на каждом участке выполненный как единое целое уплотнительный элемент (16, 17) образует радиальное уплотнение между золотником и перепускным каналом (5). С помощью подающего порта (11) обеспечивают давление рабочей среды снаружи золотника так, чтобы благодаря различным площадям поперечного сечения обеспечивалась сила, стремящаяся привести клапан в закрытое положение. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к гидрораспределительным клапанам и, в частности, но не исключительно, к регулирующим гидрораспределительным клапанам, которые могут использоваться для управления подачей рабочей жидкости под давлением для приведения в действие более крупного клапана, например направляющего распределителя или клапана управления фонтанным штуцером, и обычно используются в манифольдах устья скважин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Например, из опубликованных патентных заявок GB-2344405-A и GB-2410043-А известно об обеспечении в направляющем гидрораспределителе поперечного уплотнения, состоящего из двух цилиндрических уплотнений, кромки которых плотно прилегают к фланцам клапана с размещенными в них портами, причем данные уплотнения разводятся промежуточной пружиной сжатия, при этом уплотнения и пружина расположены в поперечном канале, выполненном в поршне, движущемся в корпусе клапана.
Одна из задач настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать усовершенствованный клапан, обеспечивающий поперечное уплотнение, в частности, между впускным портом и функциональным портом. Еще одной задачей изобретения является обеспечение клапана с уплотнениями, и, в частности, с интегральным поперечным уплотнением, т.е. поперечным уплотнением, составляющим единое целое с подвижным золотником клапана. Другой задачей данного изобретения является обеспечение клапана, в котором посредством комбинации действующего в системе давления и определенной конфигурации различных уплотнений обеспечивают действия на золотник "обратной" силы в желаемом направлении.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним из аспектов данного изобретения предлагается гидравлический клапан, содержащий корпус клапана с перепускным каналом, несколько портов, сообщающихся с указанным перепускным каналом посредством соответствующих отверстий, разнесенных вдоль перепускного канала, и золотник, выполненный с возможностью перемещения в перепускном канале вдоль него для регулирования сообщения между портами, причем золотник имеет боковое поперечное уплотнение, выполненное как единое целое с золотником и входящее в контакт с перепускным каналом, в котором при одном положении золотника данный золотник изолирует первый порт от второго порта, а при другом положении золотника данное поперечное уплотнение взаимодействует с первым портом и обеспечивает сообщение между первым и вторым портом посредством прохода, имеющегося внутри золотника.
Предпочтительно поперечное уплотнение содержит цилиндрический элемент, кромка которого входит в контакт с перепускным каналом, а внутренняя часть которого соединена с указанным проходом внутри золотника.
Подвижный золотник может содержать стержень, который имеет участки с большим и меньшим сечением, расположенные с каждой стороны поперечного уплотнения. Каждый из этих участков может содержать периферическое манжетное уплотнение, составляющее одно целое с золотником и входящее в контакт с указанным перепускным каналом. Для каждого манжетного уплотнения золотник может содержать периферический паз, выполненный в его наружной поверхности, у одной стороны которого может быть выполнено соответствующее манжетное уплотнение. Манжетное уплотнение, предпочтительно с вырезом изнутри, усиливает уплотняющее воздействие за счет своей упругости; под действием давления в системе данное уплотнение входит в контакт со смежной стенкой. Подобное манжетное уплотнение является уплотнением с самокомпенсацией износа.
В предпочтительном варианте данного изобретения третий порт может сообщаться, в зависимости от положения золотника, с первым портом снаружи золотника посредством промежутка между перепускным каналом и участком меньшего сечения золотника.
Проход внутри золотника может быть выполнен так, чтобы обеспечить уравновешивание гидравлического давления между концами золотника, с предотвращением тем самым гидравлического блокирования золотника.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения гидрораспределительный клапан содержит корпус клапана с перепускным каналом, впускной порт, функциональный порт и обратный порт, сообщающиеся с указанным перепускным каналом посредством соответствующих отверстий, разнесенных вдоль перепускного канала, и золотник, выполненный с возможностью перемещения в перепускном канале для регулирования сообщения между портами, причем золотник содержит продольный внутренний проход, в котором, в зависимости от положения золотника внутри перепускного канала, функциональный порт может сообщаться с обратным портом посредством внутреннего прохода в указанном золотнике или с впускным портом снаружи золотника, причем золотник содержит выполненные с ним как единое целое уплотнительные элементы, так что при одном положении указанного золотника рабочая среда поступает от впускного порта к функциональному порту и функциональный порт изолирован от обратного порта, а при другом положении золотника впускной порт изолирован от функционального порта и функциональный порт может сообщаться с обратным портом посредством указанного внутреннего прохода.
Предпочтительно один выполненный как единое целое с золотником уплотнительный элемент содержит цилиндрическое поперечное уплотнение, которое может быть расположено таким образом, чтобы окружать отверстие для функционального порта, имеющееся в перепускном канале, при этом внутренняя часть уплотнительного элемента присоединяется к указанному внутреннему проходу в золотнике.
Другой выполненный как единое целое с золотником уплотнительный элемент содержит периферическое манжетное уплотнение, обеспечивающее радиальное уплотнение между золотником клапана и перепускным каналом клапана.
В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения также предлагается гидрораспределительный клапан, содержащий корпус с перепускным каналом, впускной порт, функциональный порт и обратный порт, сообщающиеся с указанным перепускным каналом посредством соответствующих отверстий, разнесенных вдоль перепускного канала, и золотник, выполненный с возможностью перемещения в перепускном канале вдоль него для регулирования сообщения между портами, а также с возможностью перемещения между открытым положением, в котором гидравлическая жидкость подается из впускного порта к функциональному порту, и закрытым положением, причем золотник содержит первый и второй участки с различными эффективными площадями поперечного сечения, причем на каждом участке имеется уплотнительный элемент, создающий радиальное уплотнение между золотником и перепускным каналом, и в котором впускной порт выполнен таким образом, чтобы подавать рабочую жидкость под давлением к наружной части золотника так, чтобы создать благодаря различным эффективным площадям поперечного сечения силу, стремящуюся переместить золотник в закрытое положение.
Далее данное изобретение описано более подробно со ссылкой на конкретный пример реализации и на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 показаны основные элементы клапана в соответствии с изобретением;
на фиг.2 показаны основные элементы клапана в соответствии с изобретением при другом положении золотника;
на фиг.3 показано манжетное уплотнение;
на фиг.4 схематически показан предлагаемый клапан вместе с присоединенным к нему исполнительным механизмом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В примерном варианте реализации данного изобретения, проиллюстрированном на фиг.1 и 2, управляющий гидрораспределительный клапан содержит корпус 1, который в этом варианте реализации имеет основную часть 2 и торцевую часть 3, прикрепленную к основной части 2 посредством резьбового фиттинга 4.
Корпус клапана определяет границы перепускного канала 5 клапана, который частично выполнен посредством канала 6 в корпусной части 2, а частично - посредством канала 7 в торцевой части 3. Канал 7 имеет общую ось с каналом 6, однако его размер (т.е. диаметр) немного меньше, чем у канала 6.
В перепускном канале 5 расположен подвижный золотник 8, положение которого регулирует сообщение текучей среды с различными портами, которые в данном примере включают первый (выпускной) порт 9, называемый в данном документе "функциональным портом", второй порт 10, называемый в данном документе "обратным портом", и третий порт 11, называемый в данном документе "впускным портом". Данные три порта открыты в направлении перепускного канала 5 посредством соответствующих отверстий, выполненных во внутренней стенке корпуса. В частности, функциональный порт 9 имеет отверстие, расположенное около нижнего конца канала 6, второй порт 10, который в этом варианте реализации имеет два ответвления (как показано на фиг.4), имеет два противолежащих отверстия около верхнего конца канала 6, а третий порт 11 открыт в направлении перепускного канала 5 через камеру 12, расположенную между основной частью 2 и торцевой частью 3 корпуса 1.
Золотник 8 (который предпочтительно выполнен из подходящего коррозионно-стойкого упругого металлического материала) в этом варианте реализации выполнен в виде ступенчатого стержня, который у его верхнего конца плотно вставлен внутрь канала 6 большего сечения, а у его нижнего конца плотно вставлен внутрь канала 7 меньшего сечения.
В соответствующем положении около нижнего конца золотника 8 имеется проходящее вбок (т.е. радиально) поперечное уплотнение 13 в виде короткого цилиндра, кромка которого входит в контакт со стенкой перепускного канала 5, в частности, с внутренней стенкой канала 6. Поперечное уплотнение 13 является полым, при этом его внутренняя часть ведет к просверленному внутреннему проходу 14, проходящему внутри золотника 8. Предпочтительно этот внутренний проход 14 доходит до обоих концов золотника 8. Тем самым он служит для уравновешивания давления у каждого конца золотника, предотвращая гидравлическое блокирование золотника 8. Внутренний проход служит для обеспечения сообщения внутренней части поперечного уплотнения 13 с боковым проходом 15, который сообщается со вторым портом, т.е. обратным портом 10, и, соответственно, в зависимости от положения золотника 8, обеспечивает сообщение рабочей среды между функциональным портом 9 и обратным портом 10.
На верхнем участке 8а, имеющем большее сечение, золотника 8 расположено манжетное уплотнение 16, которое выполнено как единое целое с золотником 8. На нижнем участке 8b с меньшим сечением золотника 8 расположено другое манжетное уплотнение 17, выполненное как единое целое с золотником 8. Манжетное уплотнение 16 обеспечивает радиальное уплотнение (предпочтительно уплотнение «металл-металл») между золотником 8 и корпусом клапана для предотвращения поступления текучей среды снаружи золотника между функциональным портом 9 и обратным портом 10. Уплотнение 17 препятствует поступлению текучей среды вдоль золотника 8 наружу к его нижнему концу. Впускной порт 11 сообщается с перепускным каналом в положении между уплотнениями 16 и 17. Благодаря различию в эффективных площадях сечений участков 8а и 8b давление в системе создает на золотнике результирующую силу, которая стремится продвинуть золотник 8 к закрытому положению, показанному на фиг.2.
С каждой стороны поперечного уплотнения (выше и ниже него, как показано на фиг.1 и 2) расположены выемки 18 и 19, причем выемка 18 может, по существу, находиться на уровне порта 9 и сообщается с портом 11, а также с выемкой 19 посредством промежутка между каналом 6 и наружной стороной участка меньшего сечения золотника 8.
Золотник 8 принудительно перемещается от первого открытого положения, показанного на фиг.1, ко второму закрытому положению, показанному на фиг.2, посредством упругого смещения, обеспечиваемого пружиной 20 сжатия, расположенной между нижним концом золотника 8 и нижней частью канала 7 в торцевой части. Золотник может быть перемещен с противодействием силе пружины к открытому положению посредством исполнительного механизма, не показанного на фиг.1-3 не показан, арматурой которого может являться данный золотник.
Когда золотник 8 находится в положении, показанном на фиг.1, рабочая среда, поступающая под давлением от соответствующего источника (не показан), проходит в порт 11, как показано стрелкой А, и проводится к функциональному порту 9 снаружи золотника с помощью камеры 12 и выемки 18, которая в этом положении открыта в направлении порта 9. Давление в линии нагнетания принудительно прижимает поперечное уплотнение к уплотняемой поверхности (стенке перепускного канала). Поперечное уплотнение 13 не сообщается с функциональным портом 9, при этом золотник (включая верхнее манжетное уплотнение 16) изолирует функциональный порт 9 от обратного порта 10.
Когда золотник 8 находится в "закрытом" положении, как показано на фиг.2, выемка 18 не сообщается с функциональным портом 9 (который закрыт стенкой канала 6), однако поперечное уплотнение 13 сообщается с портом 9. Предпочтительно данное поперечное уплотнение является достаточно большим для того, чтобы охватить отверстие для порта 9 в стенке канала 6.
Данное поперечное уплотнение при взаимодействии с портом 9 обеспечивает сообщение от функционального порта 9 посредством внутреннего прохода 14 к обратному порту 10 так, чтобы обеспечить подвод, как показано стрелками В' и С, рабочей среды от функционального порта к обратной линии, соединенной с обратным портом. Данное поперечное уплотнение также препятствует прохождению подаваемой текучей среды к функциональному порту 9, когда оно находится у отверстия данного порта, как показано на фиг.2.
На фиг.3 показано манжетное уплотнение 17. Уплотнения 16 и 17 аналогичны друг другу, несмотря на некоторое различие в диаметрах, так что давление в линии нагнетания может создавать обратную силу, содействующую силе пружины. Уплотнение 17 выполнено посредством манжеты 21 у одной стороны круговой периферической выемки 22 в наружной поверхности золотника 8. Уплотнение 17 выполнено посредством соответствующей механической обработки золотника 8, чтобы обеспечить манжету 21 небольшим упругим направленным наружу завитком.
На фиг.4 показан клапан, обозначенный в целом ссылочной позицией 23, в сборе с исполнительным механизмом 24. Основная часть 2 корпуса клапана служит оконечной частью исполнительного механизма 24. Конструкция исполнительного механизма не относится непосредственно к данному изобретению и поэтому ее описание не приводится. Она может представлять собой регулирующие электронные схемы, заключенные в кожух 25.
На фиг.4 также показаны поперечные сечения корпуса клапана и золотника, обозначенные номерами 25а и 25b, в местах расположения функционального порта 9 и обратного порта 10 соответственно.
1. Гидрораспределительный клапан, содержащий корпус (1) клапана с перепускным каналом (5), функциональный порт (9) и обратный порт (10), сообщающиеся с указанным перепускным каналом посредством соответствующих отверстий, разнесенных вдоль перепускного канала, впускной порт (11), сообщающийся с перепускным каналом, и золотник (8), выполненный с возможностью перемещения в перепускном канале вдоль него для регулирования сообщения между указанными портами (9, 10, 11), причем золотник имеет боковое поперечное уплотнение (13), выполненное как единое целое с золотником (8) и входящее в контакт с перепускным каналом, в котором при одном положении золотника поперечное уплотнение (13) не взаимодействует с функциональным портом (9), и золотник изолирует функциональный порт (9) от обратного порта (10), обеспечивая сообщение между входным портом (11) и функциональным портом (9), а при другом положении золотника поперечное уплотнение (13) взаимодействует с функциональным портом (9) и обеспечивает сообщение между функциональным портом и обратным портом (10) посредством прохода (14), проходящего внутри золотника, причем входной порт (11) выполнен с возможностью сообщения, в зависимости от положения золотника (8), с функциональным портом (9), снаружи от золотника.
2. Клапан по п.1, в котором поперечное уплотнение (13) содержит цилиндрический элемент, кромка которого входит в контакт с перепускным каналом, а его внутренняя часть соединена с указанным проходом (14) внутри золотника (8).
3. Клапан по п.2, в котором золотник (8) содержит стержень, имеющий участки (8а, 8b) с большим и меньшим сечением, расположенные по обе стороны поперечного уплотнения.
4. Клапан по п.3, в котором каждый из указанных участков (8а, 8b) содержит периферическое манжетное уплотнение (16, 17), выполненное как единое целое с указанным золотником (8) и входящее в контакт с указанным перепускным каналом.
5. Клапан по п.4, в котором для каждого манжетного уплотнения (16, 17) золотник содержит периферическую наружную выемку, причем у одной стороны выемки выполнено соответствующее манжетное уплотнение.
6. Клапан по п.3, в котором входной порт (11) выполнен с возможностью сообщения, в зависимости от положения золотника (8), с первым портом (9) посредством промежутка между перепускным каналом (5) и участком меньшего сечения золотника.
7. Клапан по любому из предыдущих пунктов, в котором проход (14) внутри золотника (8) выполнен так, чтобы обеспечить уравновешивание гидравлического давления между концами золотника.
8. Гидрораспределительный клапан, содержащий корпус (1) клапана с перепускным каналом (5), несколько портов, сообщающихся с перепускным каналом посредством соответствующих отверстий, разнесенных вдоль перепускного канала, и золотник (8), выполненный с возможностью перемещения в перепускном канале для регулирования сообщения между портами, и с возможностью перемещения между открытым положением, в котором рабочая жидкость поступает из впускного порта (11) к функциональному порту (9), и закрытым положением, причем золотник (8) содержит первый и второй участки (8а, 8b) с различными эффективными площадями поперечного сечения, и на каждом участке имеется уплотнительный элемент, образующий радиальное уплотнение между золотником и перепускным каналом, и в котором впускной порт (11) выполнен таким образом, чтобы подавать рабочую жидкость под давлением к наружной части золотника так, чтобы создать благодаря различным эффективным площадям поперечного сечения силу, стремящуюся переместить золотник в закрытое положение.
9. Клапан по п.8, в котором каждый уплотнительный элемент (16, 17) содержит периферическое манжетное уплотнение, обеспечивающее радиальное уплотнение между золотником и перепускным каналом клапана.
10. Клапан по любому из пп.8 или 9, содержащий возвратную пружину (20), действующую на золотник (8) таким образом, что она перемещает золотник к закрытому положению.
11. Клапан по любому из пп.8 или 9, в котором в закрытом положении золотник (8) обеспечивает сообщение между функциональным портом (9) и обратным портом (10).
