Двусторонний уплотнительный узел двунаправленного действия для использования с клапанами
Уплотнительный узел для использования с клапанами. Представленный здесь вариант уплотнительного узла содержит первое уплотнение (412) и второе уплотнение (414), расположенное напротив первого уплотнения. Первое и второе уплотнения плотно соприкасаются с запорным элементом (316) клапана и уплотнительной поверхностью, расположенной на противоположной стороне запорного элемента. Первое уплотнение или второе уплотнение содержит пружину (418), расположенную внутри оболочки (420) для прижатия оболочки к уплотняющей поверхности и запорному элементу. Распорное кольцо (416) расположено между первым и вторым уплотнениями для предотвращения контакта между ними. Дополнительно распорное кольцо (416) подогнано таким образом, что не касается запорного элемента или уплотняющей поверхности. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом касается клапанов, а в частности двустороннего уплотнительного узла для использования с клапанами.
Уровень техники
Обычно клапаны используются в системах управления технологическими процессами для управления потоком рабочих текучих сред данного процесса. Клапаны с поступательным движением штока (например, запорный клапан, запорно-регулирующий клапан, мембранный клапан, запорная задвижка и т.д.) обычно имеют запорный элемент (например, затвор), расположенный в канале текучей среды. Шток клапана функционально соединяет запорный элемент с приводным механизмом, который, в свою очередь, перемещает запорный элемент между открытым и закрытым положениями, чтобы пропустить или ограничить поток текучей среды между входом и выходом клапана. Дополнительно, для обеспечения требуемых и/или для достижения определенных характеристик потока текучей среды клапаны часто используют клетку, которая вставляется в канал текучей среды между входом и выходом клапана. Клетка может уменьшить пропускную способность канала, ослабить шум и/или уменьшить или устранить кавитацию. Кроме того, клетка располагается по окружности запорного элемента, обеспечивая стабильность, балансировку и выравнивание запорного элемента.
Для выполнения уплотнения между клеткой и запорным элементом запорный элемент обычно содержит канал или паз, в который вставляется уплотнение и/или поршневое кольцо, которое, в свою очередь, соприкасается с внутренней поверхностью клетки. Стандартно, размер клапана, условия промышленных процессов, такие как давление и рабочая температура (например, диапазон температуры от -100° F до 450° F, при температуре выше 450° F с применением антиэкструзионного кольца и т.д.) технологической среды используются для определения типа клапана и компонентов клапана таких как, например, типы уплотнений, которые могут быть использованы для уплотнения между клеткой и запорным элементом. Например, приводится клапан, содержащий технологическую среду, которая течет с относительно высоким перепадом давления в потоке по ширине проточного канала, в котором обычно используется запорный элемент сбалансированного давления, чтобы минимизировать или уменьшить противодавление или силу, возникающую в результате воздействия приводного механизма, необходимого для перемещения запорного элемента в закрытое положение. Кроме того, в клапанах, имеющих входы больших размеров или проточных каналах (например, больше одного дюйма в диаметре) могут использоваться подпружиненные уплотнения для повышения плотности прилегания. Обычно двусторонний уплотнительный узел часто используется с запорными элементами сбалансированного давления для обеспечения двустороннего уплотнения между клеткой и запорным элементом, чтобы минимизировать или устранить утечку в прямом и обратном потоках рабочей текучей среды.
Известны уплотнительные узлы двунаправленного действия, которые включают распорные кольца для поддержания противоположных уплотнений, разделенные или расположенные на расстоянии друг от друга. Распорные кольца часто имеют такой размер, который обеспечивает зазор между распорным кольцом (например, внешним диаметром распорного кольца) и поверхностью клетки (например, внутренней поверхности клетки). Однако из-за износа, допусков на обработку и т.д., распорное кольцо может соприкасаться или контактировать с поверхностью клетки при перемещении затвора клапана между открытым и закрытым положениями, тем самым увеличивая трение между запорным элементом или уплотнительным узлом и клеткой. Хотя для предотвращения чрезмерного или быстрого износа могут применяться распорные кольца, изготовленные из металлического материала, такие металлические распорные кольца могут нанести царапины или повредить поверхность клетки, причиняя тем самым нежелательную утечку и сокращая срок службы клетки.
Раскрытие изобретения
Приведенный уплотнительный узел для использования с клапанами, описанный здесь, содержит первое и второе уплотнения, расположенные друг против друга. Первое и второе уплотнения плотно прилегают к запорному элементу клапана и уплотняющей поверхности, противоположной запорному элементу. Распорное кольцо располагается между первым и вторым уплотнениями для предотвращения контакта между ними. Кроме того, распорное кольцо имеет размер, который позволяет не касаться запорного элемента или уплотняющей поверхности. Уплотнительный узел может также содержать опорное кольцо рядом с первым или вторым уплотнением, а также поршневое кольцо рядом с опорным кольцом.
В другом варианте приводится клапан, корпус которого содержит затвор, расположенный между выходом и входом корпуса клапана. Затвор клапана перемещается между открытым положением, разрешая потоку среды течь через клапан, и закрытым положением, препятствуя потоку среды течь через клапан. Клапан также содержит клетку, имеющую первое отверстие для приема поступательного перемещения, по меньшей мере, части затвора клапана и второе отверстие для регулировки характеристик потока текучей среды при помощи регулирующего клапана. Уплотнительный узел располагается рядом с внутренней поверхностью первого оверстия клетки и наружной поверхностью клапана, чтобы надежно предотвратить утечки рабочей среды между клеткой и клапаном, когда затвор находится в закрытом положении. Уплотнительный узел содержит первое подпружиненное и второе подпружиненное уплотнения, расположенные друг против друга. Уплотнительный узел также содержит распорное кольцо, расположенное между первым и вторым подпружиненными уплотнениями, для сохранения между ними расстояния с целью предотвращения контакта. Кроме того, размер распорного кольца не позволяет контактировать клетки или затвору клапана.
В еще одном варианте приводится уплотнение для использования с клапаном, которое содержит первое и второе устройства для уплотнения устройство для уплотнения, расположенные друг против друга. Первое и второе устройства предназначаются для плотного контакта запорного элемента клапана и уплотняющей поверхности, противоположной запорному элементу. Клапан дополнительно содержит устройство, позволяющее предотвратить контакт между первым и вторым устройствами для уплотнения. Размер устройства, позволяющего предотвратить контакт, рассчитан таким образом, что устройство не контактирует с запорным элементом или уплотняющей поверхностью.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показано поперечное сечение части известного клапана, выполненного с известным уплотнительным узлом.
На Фиг.2 показана часть клапана в увеличенном масштабе, приведенного на Фиг.1.
На Фиг.3 показано поперечное сечение части клапана, выполненного с вариантом уплотнительного узла, описанного здесь.
На Фиг.4 показана часть клапана в увеличенном масштабе, приведенного на Фиг.3.
На Фиг.5 показана увеличенная часть клапана, выполненная с другим вариантом уплотнительного узла, описанного здесь.
Осуществление изобретения
Варианты уплотнительных узлов, которые здесь описаны, могут использоваться с клапанами, имеющими поступательное перемещение штока, такими как, например: регулирующие клапаны, дроссельные клапаны и т.д., которые могут содержать исполнение клапанного комплекта (например, с клеткой). В общем, в вариантах уплотнительных узлов, описанных здесь, выполняются уплотнение для значительного предотвращения утечки между уплотнительной поверхностью или клеткой и запорным элементом (например, затвором клапана) клапана. В частности, вариант уплотнительного узла, описанного здесь, содержит первое и второе уплотнения, размещенные напротив друг друга, где оба уплотнения расположены между наружной поверхностью запорного элемента и внутренней поверхностью клетки. Распорное кольцо располагается между первым и вторым уплотнением для предотвращения контакта между ними, когда давление технологической среды недостаточное, чтобы прижать уплотнения до плотного контакта с уплотняющей поверхностью (например, внутренней поверхности клетки и внешней поверхности запорного элемента). В частности, распорное кольцо, по меньшей мере частично, расположено внутри канавок первого и второго уплотнений и выполнено с размером (например, имеет ширину или пространственные размеры) для установки в наружные поверхности первого и второго уплотнений, так что распорное кольцо не касается или не контактирует с внешней поверхностью запорного элемента и/или внутренней поверхностью клетки. Распорное кольцо может изготавливаться из термопластичного материала, полимера, металла или любого другого материала(ов).
На Фиг.1 показано поперечное сечение части известного клапана 100. Клапан 100, изображенный на Фиг.1, содержит корпус 102, который определяет проточный канал потока жидкости 104 между входом 106 и выходом 108. Затвор клапана 110 плавно перемещается внутрь клетки 112 и перемещается между открытым положением и закрытым положением для регулировки расхода потока среды через клапан 100. Шток клапана 114 соединяет затвор клапана 110 с приводным механизмом (не показан), который перемещает затвор 110 к седлу и от седла клапана 116. При эксплуатации приводной механизм перемещает шток 110 от седла клапана 116, позволяя потоку среды течь через клапан 100 (например, в открытом положении), и к седлу 116 для ограничения потока жидкости через клапан 100. Затвор клапана 110 плотно прижимает седло клапана 116 для предотвращения протекания потока среды через клапан 100 (например, в закрытом положении). Уплотнительный узел 118 предотвращает утечки среды между затвором клапана 110 и клеткой 112, когда клапан 100 находится в закрытом положении (т.е. когда затвор клапана 110 плотно прижимает седло клапана 116), как показано на Фиг.1.
На Фиг.2 показана увеличенная часть затвора клапана 110, клетки 112 и уплотнительного узла 118, изображенного на Фиг.1. Затвор клапана 110 содержит утопленную часть 202 для приема уплотнительного узла 118. Уплотнительный узел 118 касается внутренней поверхности 204 клетки 112 для предотвращения утечки среды между клеткой 112 и затвором клапана 110, когда клапан 100 находится в закрытом положении. Уплотнительный узел 118 содержит первое подпружиненное уплотнение 206, расположенное между выступом 208 затвора клапана 110 и первым распорным кольцом 210, и второе подпружиненное уплотнение 212, расположенное между первым распорным кольцом 210 и вторым распорным кольцом 214. Уплотнительный узел 118 также содержит стопорное кольцо 216 для сохранения или удержания уплотнительного узла 118 цельным.
Первое и второе подпружиненные уплотнения 206 и 212 содержат пружины 218а и 218b, расположенные внутри соответствующей внешней оболочки или покрытий 220а и 220b. Пружины 218а и 218b обычно являются спирально-образными пружинами. Распорные кольца 210 и 214 препятствуют первому подпружиненному уплотнения 206 контактировать со вторым подпружиненным уплотнением 212 по мере перемещения затвора клапана 110 относительно клетки 112. Кроме того, распорные кольца 210 и 214 удерживают подпружиненные уплотнения 206 и 212 для предотвращения соответствующего смещения или захвата между клеткой 112 и затвором клапана 110, тем самым предотвращая нарушение работы уплотнений 206 и 212, клетки 112 или клапана 110. Распорные кольца 210 и 214 изготавливаются из металлического материала для предотвращения чрезмерного износа колец 210 и 214, если, например, уплотнения 206 и/или 212 изнашиваются так, что распорные кольца 210 и/или 214 соприкасаются или контактируют с поверхностью клетки при перемещении затвора клапана между открытым положением и закрытым положением. Хотя распорные кольца из металлических материалов используются для предотвращения чрезмерного или быстрого износа, такие металлические распорные кольца могут царапать или повреждать поверхность клетки, тем самым причиняя нежелательные утечки и уменьшая срок службы клетки.
На Фиг.3 изображено поперечное сечение клапана 300, выполненного с вариантом уплотнительного узла двунаправленного действия 302, описанного здесь. Клапан 300, изображенный на Фиг.3 содержит корпус 304, который определяет поток среды проточного канала 306 между первым портом или входом 308 и вторым портом или выходом 310. В других вариантах, так как вариант уплотнительного узла 302 обеспечивает уплотнение, действующее в двух направлениях, направление потока среды через клапан может быть обратным, так что второй порт 310 будет входом, а первый порт 308 - выходом.
Исполнение клапанной сборки 312 вставляется в проточный канал потока среды 306 для управления потоком среды между входом 308 и выходом 310. Исполнение клапанной сборки 312 содержит внутренние компоненты клапана 300, такие как, например, клетка 314, запорный элемент 316 (например, затвор клапана), седло клапана 318 (например, кольцо седла) и шток клапана 320.
Клетка 314 расположена между входом 308 и выходом 310, обеспечивая при этом определенные характеристики потока жидкости через клапан 304 (например, уменьшенный уровень шума и/или кавитации в потоке среды через клапан 300). Клетка 314 содержит отверстие 322 для приема (например, поступательного перемещения) запорного элемента 316 и, по меньшей мере, одно отверстие 324, через которые среда может течь, когда клапан 300 находится в открытом положении (то есть, когда запорный элемент 316 расположен на расстоянии от седла клапана 318). Клетка может быть сконфигурирована разными способами для обеспечения определенных характеристик потока среды в соответствии с потребностями конкретного приложения управления. В приведенном варианте отверстия 324 могут быть разработаны или сконфигурированы для обеспечения, в частности, требуемых характеристик потока текучей среды, таких как, например, уменьшение уровня шума и/или кавитации, повышения давления сжатия технологической среды и т.д. Требуемые характеристики потока среды достигаются путем изменения геометрии отверстий 324. В некоторых вариантах реализации клетка 314 может содержать множество отверстий, имеющих различные формы, размеры и/или расстояния, для управления потоком через клапан, снижения кавитации и/или снижения уровня шума.
Клетка 314 направляет запорный элемент 316 и обеспечивает поперечную устойчивость, когда запорный элемент 316 перемещается между открытым положением и закрытым положением, тем самым уменьшая вибрацию и другие механические воздействия. Клетка 314 также облегчает поддержание, удаление и/или замену других компонентов клапанной сборки 312. В изображенном варианте клетка 314 представляет собой в основном монолитную конструкцию. Однако
в других вариантах реализации клетка 314 может быть конструкцией, состоящей из двух частей, в которой верхняя часть снимется с нижней части. В других вариантах для удержания клетки 314 в корпусе клапана 304 может использоваться фиксатор (не показан).
Запорный элемент 316 имеет внешнюю поверхность 326 с таким размером для плотной посадки внутри клетки 314, что запорный элемент 316 может плавно входить в отверстие 322 клетки 314. Запорный элемент 316 может плавно входить в клетку 314 между закрытым положением, в котором запорный элемент 316 запирает отверстия 324 клетки 314 и открытым положением, в котором запорный элемент 316 освобождает (т.е. не блокирует), по меньшей мере, часть отверстия 324. На изображенном варианте запорный элемент 316 показан как клапан с цилиндрическим корпусом и поверхностью посадки 328. Однако в других вариантах запорным элементом 316 может быть диск или другая конструкция, которая меняет поток среды через клапан.
В этом варианте запорный элемент 316 включает в себя каналы или трубопроводы 330 для сбалансирования давления, действующего через запорный элемент 316. Таким образом, действующие поперек запорного элемента 316 силы давления потока технологической среды, протекающего через клапан 300, значительно корректируются. Например, давление среды в канавке 332 оказывает силовое воздействие на первую сторону поверхности 334 запорного элемента 316, что приравнивается примерно воздействию силы на вторую сторону или поверхность 336 запорного элемента 316. В результате, прилагается меньшая действующая сила для перемещения запорного элемента 316 между открытым и закрытым положениями.
Шток клапана 320 функционально соединен с первым торцом 338 запорного элемента 316 и выдвигается через крышку 340 для соединения вторым торцом 342 запорного элемента 316 к штоку приводного механизма (не показан). Шток приводного механизма соединяет запорный элемент 316 с приводом (не показан). Приводной механизм (например, пневматический привод) приводит в движение шток клапана 320 так, что запорный элемент 316 перемещается между закрытым положением, при котором запорный элемент 316 уплотняет седло клапана 318 (например, кольцо седла), для ограничения или предотвращения потока текучей среды через клапан 300 и полностью открытым или в положении максимального расхода, при котором запорный элемент 316 располагается на расстоянии от седла клапана 318, позволяя потоку рабочей среды течь через клапан 300. В открытом положении рабочая среда течет от входа 308, через отверстия 324 клетки и к отверстию 344 седла клапана 318 и через выход 310. В закрытом положении запорный элемент 316 закрывает отверстия 324 клетки 314 и плотно прилегает к седлу клапана 318 с помощью уплотняющей поверхности 328 для предотвращения потока жидкости между входом 308 и выходом 310.
Крышка 340 соединена с корпусом клапана 304 с помощью крепежных средств 346 и предназначена для соединения привода (не показан). Крышка 340 покрывает комплектную систему 347 (например, комплект пружины), которая предотвращает нежелательные утечки в окружающую среду через шток клапана 320, когда шток клапана 320 перемещается или выдвигается в клапане 300 по оси 348. Крышка 340 также содержит прокладку 350 для предотвращения нежелательных утечек среды через клапан 304. В этом варианте крышка 340 крепится к корпусу клапана 304 для удержания (например, при помощи соединения с натягом и/или прессовой посадкой) клетки 314 и седла клапана 318 в корпусе 304. В других вариантах, седло клапана 318 соединяется с клеткой 314 и/или корпусом клапана 304 с помощью, например, крепежных средств и т.п.
Представлен также вариант на Фиг.4, где несмотря на плотное вхождение запорного элемента 316 в отверстие 322 клетки 314, между запорным элементом 316 и клеткой 314 образуется зазор 402. Среда может протекать через зазор 402. Например, если клапан 300 находится в закрытом положении, среда на входе 308 может течь через зазор 402 через каналы 330 запорного элемента 316 и через выход 310 клапана 300. Такие нежелательные утечки влияют на запорную классификацию клапана 300. Например, Американский национальный институт стандартов установил различные классификации утечки (например, класс I, II, III и т.д.), связанные с количеством потока текучей среды, с допуском прохождения через клапан, когда клапан находится в закрытом положении. Уплотнительный узел 302 расположен между клеткой 314 и запорным элементом 316 для предотвращения утечки между входом 308 и выходом 310 из клапана 300, когда запорный элемент 316 находится в закрытом положении для повышения уровня классификации запирания клапана 300.
Приведенный уплотнительный узел 302 предотвращает нежелательные утечки через зазор 402 в закрытом положении запорного элемента 316. Таким образом, уплотнительный узел 302 функционирует между первой уплотняющей поверхностью 404а (например, внутренней поверхностью клетки 314) и второй уплотняющей поверхностью 404b (например, внешней поверхностью 326 запорного элемента 316). Запорный элемент 316 содержит выступ 406, чтобы принять уплотнительный узел 302. Стопорное или удерживающее кольцо 408 удерживает уплотнительный узел 302 между стопорным кольцом 408 и выступом 406 запорного элемента 316. Опорное кольцо 410 может располагаться между стопорным кольцом 408 и уплотнительным узлом 302 для поддержания положения и/или ориентации уплотнительного узла 302 относительно запорного элемента 316. Дополнительно или в качестве альтернативы, хотя и не показано, уплотнительный узел 302 может содержать антиэкструзионное кольцо (например, расположенное рядом с выступом 406 и/или опорным кольцом 410) для предотвращения от выдавливания уплотнительного узла 302 в зазор 402, когда запорный элемент 316 перемещается между открытым и закрытым положениями.
Уплотнительный узел 302 содержит первое уплотнение 412, второе уплотнение 414 и распорное кольцо 416. В этом варианте приводится первое уплотнение 412, значительно похожее или идентичное второму уплотнению 414. Как первое 412, так и второе уплотнение 414 выполнены в виде подпружиненного уплотнения. Уплотнения 412 и 414 содержат соответствующие пружины 418а и 418b, расположенные внутри соответствующих внешних оболочек 420а и 420b. Пружины 418а и 418b содержат кольцо с пружинящими пальцами и имеют V-образную (или U-образную) форму поперечного сечения. Пружины 418а и 418b могут изготовляться, например, из нержавеющей стали или любого другого подходящего материала. Оболочки 420а и 420b изготовляются в виде кольца и могут быть монолитными или частично в форме кольца. Оболочки 420а и 420b содержат соответствующие канавки или каналы 422а и 422b для вставки пружин 418а и 418b. Оболочки 420а и 420b могут изготовляться из гибкого материала, который не создает чрезмерное трение между запорным элементом 316 и клеткой 314. Например, оболочки 420а и 420b могут изготовляться из фторполимерного материала (например, Teflon® (тефлона)), эластомерного материала или любого другого подходящего материала. Когда пружины 418а и 418b расположены внутри соответствующих каналов 422а и 422b, первые обеспечивают усилие для смещения или способствуют выравниванию наружных поверхностей 424а и 424b внешних оболочек 420а и 420b напротив первой 404а и второй 404b уплотняющих поверхностей. В других примерах приводится первое уплотнение 412, отличающееся от второго уплотнения 414. Например, оболочка 420а первого уплотнения 412 может изготавливаться из материала, который отличается от материала оболочки 420b второго уплотнения 414.
Первое уплотнения 412 расположено между запорным элементом 316 и клеткой 314 в направлении или ориентировано противоположно относительно расположения второго уплотнения 414. В частности, как показано на этом примере, канал 422а первого уплотнения 412 расположен противоположно каналу 422b второго уплотнения 414. Таким образом, первое 412 и второе 414 уплотнения и обеспечивают двустороннее уплотнение для предотвращения утечки между запорным элементом 316 и клеткой 314 независимо от направления потока среды через клапан 300.
Распорное кольцо 416 частично расположено внутри каналов 422а и 422b, соответствующих первому 412 и второму уплотнениям 414. Распорное кольцо 416 предотвращает контакт между первым и вторым уплотнениями 412 и 414, когда давление текучей среды в потоке проточного канала 306 недостаточно для прижатия или удержания первого 412 и второго 414 уплотнений на расстоянии относительно друг друга. Дополнительно, распорное кольцо 416 выполнено с таким размером, чтобы соответствовать наружным поверхностям 424а и 424b оболочек 420а и 420b. Таким образом, распорное кольцо 416 выполнено с размером, позволяющим не соприкасаться или не контактировать с первой уплотнительной поверхностью 404а (то есть внутренней поверхностью или отверстием 322 клетки 314) и/или со второй 404b поверхностью уплотнения. В результате распорное кольцо 416 может изготавливаться из, например, термопластичного материала, такого как, например, полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), металла, или из любых других подходящих материалов и/или материалов, которые могут выдержать среды с относительно высокой температурой (например, температурой среды выше 450° F, значительно выше, чем 450° F, при использовании антиэкструзионного кольца и т.д.).
Хотя вариант уплотнительного узла 302 (например, наружные поверхности 424а и/или 424b) изнашивается, распорное кольцо 416 не будет соприкасаться или скользить по отношению к клетке 314 (то есть первой поверхности уплотнения 404а), тем самым существенно уменьшая трение уплотнения между запорным элементом 316 и клеткой 314. В общем уплотнительный узел 302 существенно увеличивает срок службы уплотнительного кольца 416 за счет того, что уплотнительное кольцо 416 не касается клетки 314 или запорного элемента 316.
Приведенный на Фиг.3 и 4 приводной механизм (например, пневматический привод) в рабочем состоянии перемещает запорный элемент 316 между полностью открытым положением или положением максимального расхода, при котором посадочная поверхность 328 запорного элемента 316 находится на расстоянии от седла клапана 318, позволяя потоку среды течь через клапан 300, и закрытым положением. Уплотнительный узел 302 перемещается или выдвигается в направлении вдоль оси 348, где запорный элемент 316 перемещается между открытым и закрытым положениями. В закрытом положении запорный элемент 316 плотно прижимает седло клапана 318 и блокирует отверстия 324 клетки 314 для предотвращения потока среды через клапан 300 между входом 308 и выходом 310.
Когда клапан 300 находится в закрытом положении, среда может поступать в зазор 402 между запорным элементом 316 и клеткой 314. Уплотнительный узел 302, описанный здесь, препятствует среде перемещаться дальше и таким образом предотвращает утечку жидкости между клеткой 314 и запорным элементом 316.
Наружные оболочки 420а и 420b первого и второго уплотнений 412 и 414 касаются уплотнительной поверхности 404а и 404b. Пружины 418а и 418b прикладывают нагрузку на оболочки 420а и 420b для смещения наружных поверхностей 424а и 424b оболочек 420а и 420b к уплотняющим поверхностям 404а и 404b, таким образом выполняется плотное уплотнение и предотвращается нежелательная утечка среды между клеткой 314 и запорным элементом 316. Например, среда, стремящаяся просочиться через клапан 300, между запорным элементом 316 и клеткой 314, от входа 308 давит на внутреннюю поверхность 422b оболочки 420b, тем самым повышая давление внешней поверхности 424b на уплотняющие поверхности 404а и 404b. И наоборот, если направление потока поменять на противоположное, среда, стремящаяся просочиться через клапан 300, между запорным элементом 316 и клеткой 314 и текущая через трубопроводы 330 запорного элемента 316 прижимает внутреннюю поверхность 422а оболочки 420а, тем самым повышая давление внешней поверхности 424а оболочки 420а на уплотняющие поверхности 404а и 404b. Это действие улучшает уплотнение (например, обеспечивает более плотное уплотнение) между запорным элементом 316 и клеткой 314.
Дополнительно или в качестве альтернативы, так как пружины 418а и 418b усиливают смещение соответствующих оболочек 420а и 420b к уплотняющим поверхностям 404а и 404b, при этом подпружиненные уплотнения 412 и 414 позволяют применять относительно не жесткие допуски при обработке и сборке компонентов клапана и/или размерных переменных, подверженных изменениям температуры.
В рабочем состоянии распорное кольцо 416 поддерживает или удерживает первое 412 и второе 414 уплотнения на расстоянии друг от друга и предотвращает контакт между ними. Нарушение расстояния удержания между первым 412 и вторым 414 уплотнениями может привести к зажиму или заклиниванию уплотнений в пределах зазора 402 между клеткой 314 и запорным элементом 316, в результате чего теряется свойство уплотнения.
На Фиг.5 показана часть клапана 500 в увеличенном масштабе, который изготавливается с другим вариантом уплотнительного узла 502, описанным здесь. Те компоненты приведенного клапана 500, что показаны на фиг.5, являются аналогичными или идентичными компонентам приведенного клапана 300, описанного выше, и имеющие функциональность по существу аналогичную или идентичную функциональности этих компонентов, и в дальнейшем подробно не описываются. Вместо этого заинтересованный читатель может обратиться к соответствующим описаниям, к приведенным выше фиг.3 и 4. Те компоненты, которые являются по существу аналогичными или идентичными, имеют такие же номера позиций, как и компоненты, описанные и изображенные на фиг.3 и 4.
Приведенный клапан 500 является по существу аналогичным приведенному клапану 300, изображенному на фиг.3 и 4. Тем не менее, запорный элемент 504 приведенного клапана 500 выполняется с отверстием или проточным каналом 506 для соединения по текучей среде проточного канала потока среды 306 (см. Фиг.3) и уплотнительного узла 502 через трубопроводы 330. Уплотнительный узел содержит первое уплотнение 508, второе уплотнение 510, расположенное на противоположной стороне первому 508. Распорное кольцо 512 расположено между первым 508 и вторым 510 уплотнениями для предотвращения контакта друг с другом. Первое 508 и второе 510 уплотнения в основном аналогичны или идентичны уплотнениям 412 и 414, изображенным на Фиг.3 и 4, и, таким образом, для краткости, описание первого 508 и второго 510 уплотнений повторяться не будут.
Проточный канал 506 позволяет среде под давлением течь к уплотнительному узлу 502 между каналами 422а и 422b. Распорное кольцо 512 содержит диафрагму или отверстие 514, позволяющие среде под давлением течь к первой стороне 516а распорного кольца 512 от противоположной второй стороны 516b, обращенной к проточному каналу 506. Таким образом проточный канал 506 и отверстие 514 распорного кольца 512 обеспечивают выравнивание давления на уплотнительном узле 502, тем самым еще более уменьшая трение между клеткой 314 и первым 508 и вторым 510 уплотнениями, когда запорный элемент 504 перемещается между открытым и закрытым положениями. В результате уменьшения трения между клеткой 314 и запорным элементом 316 рабочий срок службы оболочек 420а и 420b, которые относятся соответственно к первому 508 и второму 510 уплотнения, и распорного кольца 512 значительно увеличивается.
Хотя в настоящем документе было описано устройство определенного рода, область обзора данного патента не ограничивается этим. Наоборот, этот патент охватывает все устройства, должным образом входящие в объем прилагаемой формулы изобретения непосредственно или в соответствии с основной теорией эквивалентов.
1. Уплотнительный узел для использования с клапанами, содержащий:
первое уплотнение и второе уплотнение, противоположное первому, где первое и второе уплотнения плотно соединяются с запорным элементом клапана и уплотняющей поверхностью, противоположной запорному элементу, причем первое уплотнение или второе уплотнение содержит пружину, расположенную внутри оболочки для прижатия оболочки к уплотняющей поверхности и запорному элементу; и
распорное кольцо, расположенное между первым и вторым уплотнениями для предотвращения контакта между ними, при этом размер распорного кольца выполнен таким образом, чтобы распорное кольцо не контактировало с запорным элементом или уплотняющей поверхностью.
2. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что как первое, так и второе уплотнение содержит канавку.
3. Уплотнительный узел по п.2, отличающийся тем, что канавки первого и второго уплотнений обращены друг к другу.
4. Уплотнительный узел по п.2, отличающийся тем, что распорное кольцо, по меньшей мере частично, расположено внутри канавок первого и второго уплотнений для предотвращения контакта первого и второго уплотнений друг с другом.
5. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные поверхности содержат внутреннюю поверхность клетки.
6. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что распорное кольцо изготовлено из металла или термопластичного материала.
7. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен в виде затвора клапана.
8. Уплотнительный узел по п.1, отличающийся тем, что распорное кольцо содержит отверстие, позволяющее потоку среды под давлением протекать между первой и второй сторонами распорного кольца.
9. Клапан, содержащий:
корпус клапана, имеющий затвор, расположенный между выходом и входом клапана, в котором затвор перемещается между открытым положением, позволяя потоку среды течь через клапан, и закрытым положением, предотвращая протекание потока жидкости через клапан;
клетку с первым отверстием для приема перемещения по меньшей мере части затвора клапана и второе отверстие для управления характеристиками потока среды через клапан, и
уплотнительный узел, расположенный рядом с внутренней поверхностью первого отверстия клетки и наружной поверхности затвора клапана, чтобы существенно предотвратить утечки среды между клеткой и затвором при закрытом положении затвора, при этом уплотнительный узел содержит: первое уплотнение и второе уплотнение напротив первого, причем первое и второе уплотнения плотно соединяются с наружной поверхностью затвора клапана и внутренней поверхностью первого отверстия клетки, при этом первое уплотнение или второе уплотнение содержит пружину, расположенную внутри оболочки для прижатия оболочки к наружной поверхности затвора клапана и внутренней поверхности первого отверстия клетки; и
распорное кольцо, расположенное между первым и вторым уплотнениями, для поддерживания первого и второго уплотнений на удаленном расстоянии для предотвращения контакта первого и второго уплотнений друг с другом, при этом размер распорного кольца позволяет не допустить контакт с клеткой или затвором клапана.
10. Клапан по п.9, отличающийся тем, что уплотнительный узел дополнительно содержит опорное кольцо рядом с первым уплотнением или со вторым уплотнением.
11. Клапан по п.10, отличающийся тем, что уплотнительный узел дополнительно содержит поршневое кольцо рядом с опорным кольцом.
12. Клапан по п.9, отличающийся тем, что пружина с V-образной или U-образной формой поперечного сечения.
13. Клапан по п.9, отличающийся тем, что часть пружины содержит нержавеющую сталь, а внешняя оболочка содержит термопластичный материал.
14. Клапан по п.9, отличающийся тем, что наружная оболочка определяет внешние поверхности первого или второго уплотнения.
15. Клапан по п.9, отличающийся тем, что внешняя оболочка входит в контакт с наружной поверхностью затвора и внутренней поверхностью клетки для обеспечения уплотнения между клеткой и затвором клапана.
16. Клапан по п.9, отличающийся тем, что распорное кольцо содержит отверстие, для протекания потока среды под давлением между первой и второй сторонами распорного кольца.
17. Уплотнение для использования с клапаном, содержащее:
первое устройство для уплотнения и второе устройство для уплотнения, расположенное противоположно первому, при этом первое и второе устройства для уплотнения плотно контактируют с запорным элементом клапана и уплотняющей поверхностью, противоположной запорному элементу, причем первое устройство для уплотнения или второе устройство для уплотнения содержит пружину, расположенную внутри оболочки для прижатия оболочки к уплотняющей поверхности и запорному элементу; и
устройство для удержания первого устройства для уплотнения от второго устройства для уплотнения для предотвращения контакта между первым и вторым устройствами, при этом размер устройства для удержания не контактирует с запорным элементом или уплотняющей поверхностью.
18. Уплотнение по п.17, отличающееся тем, что устройство для удержания содержит распорное кольцо, расположенное между первым и вторым устройствами для уплотнения.
19. Уплотнение по п.18, отличающееся тем, что распорное кольцо содержит сквозное отверстие.
