Клапан, содержащий устройство для лишения цапфы подвижности, установка преобразования энергии, сеть распределения текучей среды, включающие в себя такой клапан, и способ демонтажа такого клапана
Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для использования в качестве клапана в сети распределения текучей среды для избирательного прерывания или разрешения циркуляции текучей среды в питающей трубе. Клапан (2) содержит блокирующий текучую среду элемент, поочередно приводимый во вращение исполнительным устройством клапана, и по меньшей мере одну цапфу (20), полый корпус (24), внутри которого может перемещаться блокирующий элемент (22) и который ограничивает по меньшей мере одно отверстие (A26) для приема цапфы (20), и подшипник (31), распложенный вокруг цапфы (20) и внутри отверстия (A26) корпуса (24), обеспечивая поддержание цапфы (20) и направление ее вращения относительно отверстия (A26), тем самым центрируя цапфу (20). Клапан (2) дополнительно включает в себя устройство (30) для лишения цапфы подвижности относительно корпуса (24) клапана (2) и уплотнения ее. Это устройство (30) расположено на той же стороне подшипника (31), что и внутренний объем (V24) корпуса (24), и выполнено с возможностью перемещения посредством подшипника (31) для перехода от незажимной первой конфигурации к зажимной второй конфигурации, в которой оно лишает цапфу (20) подвижности в отверстии (A26), и наоборот. Имеются также установка преобразования энергии, сеть распределения текучей среды, включающие в себя такой клапан, и способ демонтажа такого клапана. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы и облегчение технического обслуживания подшипника, пригодного для любого типа обтюратора. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к клапану, встроенному - в конфигурации применения - в сеть распределения текучей среды, а именно, на расположенной выше по потоку стороне гидравлической машины, и обеспечивающему управляемое прерывание или разрешение протекания текучей среды в трубе. Под гидравлической машиной понимается турбина, насос или турбонасос. Такой клапан включает в себя элемент, известный как обтюратор, для блокировки текучей среды, который поочередно приводится во вращение исполнительным устройством клапана, блокируя или разрешая прохождение текучей среды. Возможны клапаны сферического типа, в которых блокирующий элемент, называемый обтюратором, имеет форму сферы, или дисковый поворотный клапан, в котором обтюратор представляет собой простой диск. Обтюратор соединен с исполнительным устройством клапана посредством цапф, обеспечивающих передачу вращательного движения. Поэтому цапфы находятся внутри принимающего отверстия, находящегося в корпусе клапана. Кроме того, чтобы опирать, направлять и центрировать каждую цапфу при вращении относительно отверстия в корпусе клапана используется гладкий подшипник.
Помимо этого, известно, что гидравлическая установка может включать в себя множество гидравлических машин, питаемых параллельно посредством трубы на расположенной выше по потоку стороне. Соответственно, при операции технического обслуживания клапана необходимо работать с сухим клапаном, т.е. при отсутствии текучей среды внутри него. Недостаток этого заключается в том, что поступление текучей среды на расположенную выше по потоку сторону в трубе должно быть перекрыто, и поэтому подпитка других гидравлических машин установки должна быть прекращена. Кроме того, этот недостаток является точно таким же для клапанов, установленных в других сетях распределения текучих сред.
Это экономически невыгодно, потому что производство или распределение текучей среды при операции технического обслуживания клапана прекращается. Гладкий подшипник, расположенный вокруг цапфы, подвергается воздействию сил трения, передаваемых посредством цапфы и генерируемых силой воды, действующей на обтюратор, и массами цапф. Поэтому необходимо ремонтировать подшипник или заменять его несколько раз на протяжении срока службы гидравлической установки. Та же проблема возникает в случае клапанов, используемых в других сетях распределения текучих сред.
В документе EP-A-0834032 описан клапан, выполненный так, что при операции технического обслуживания оказывается возможным доступ к некоторым компонентам, поддерживающим цапфу, таким, как гладкий подшипник. В вышеупомянутом документе описан клапан, в котором возможна замена частей подшипника без откачивания всей воды на расположенной выше по потоку стороне. C этой целью, в описанном клапане используются расположенные выше по потоку и ниже по потоку уплотнительные кольца, причем эти кольца обеспечивают уплотнение между обтюратором и корпусом клапана. Эти уплотнительные кольца выполнены с возможностью аксиального перемещения в направлении течения текучей среды внутри клапана за счет нагнетания давления в пространстве между корпусом клапана и блокирующим элементом, который толкает уплотнительные кольца, вводя их в контакт как с блокирующим элементом, так и с корпусом клапана. Эта технология применима только в случае, если блокирующим элементом является шар, т.е. только для клапана сферического типа. Помимо этого, при осуществлении способа, описанного в этом документе, чтобы извлечь части, поддерживающие цапфу, и саму цапфу, необходимо демонтировать находящееся ниже по потоку уплотнительное кольцо для установки крышки на расположенной ниже по потоку стороне клапана, так как это делает возможным выравнивание давления текучей среды на находящихся выше и ниже по потоку сторонах клапана и тем самым - предотвращение воздействия на цапфу или части, поддерживающие цапфу, осевого усилия, действующего на обтюратор и обусловленного давлением текучей среды. Проблема, связанная с этим устройством, заключается в том, что если находящееся выше по потоку кольцо не является достаточно непроницаемым, т.е. если прижатие этого кольца оказывается недостаточным, текучая среда прорывается внутрь корпуса, и операции технического обслуживания оказываются невозможными. Помимо этого, демонтаж частей, поддерживающих цапфу, и/или самой цапфы обуславливает необходимость понижения давления в пространстве между корпусом клапана и обтюратором, что может привести к перемещению находящегося выше по потоку уплотнительного кольца и обусловить утечку. Более того, этот клапан не включает в себя никакое механическое устройство, позволяющее сохранять надлежащее центрирование цапфы в отверстии. Это может привести к утрате цапфой центровки, а значит - и тем более к утрате центровки обтюратором, и поэтому может вызывать утечки, подвергающие персонал опасности при операции технического обслуживания.
Именно эти недостатки и призвано устранить изобретение, в частности, за счет предложения системы, встроенной в клапан, посредством которой операции технического обслуживания подшипника облегчаются, становятся более надежными и применимыми к обтюратору любого типа.
C этой целью, изобретение относится к клапану, встроенному в сеть распределения текучей среды и обеспечивающему избирательное прерывание или разрешение циркуляции текучей среды в питающей трубе, причем этот клапан включает в себя:
блокирующий текучую среду элемент, поочередно приводимый во вращение исполнительным устройством для блокировки или для разрешения прохождения текучей среды, который включает в себя по меньшей мере одну цапфу,
полый корпус, внутри которого может перемещаться блокирующий элемент и который ограничивает по меньшей мере одно отверстие для приема цапфы,
подшипник, распложенный вокруг цапфы и внутри отверстия корпуса для поддержания цапфы и направления ее вращения относительно отверстия, тем самым центрируя цапфу.
Этот клапан отличается тем, что он дополнительно включает в себя устройство для лишения цапфы подвижности относительно корпуса клапана, причем это устройство для лишения подвижности расположено на той же стороне подшипника, что и внутренний объем полого корпуса, и выполнено с возможностью перемещения посредством вкладыша, который является частью подшипника, для перехода от незажимной первой конфигурации, в которой оно не препятствует вращению цапфы в отверстии, к зажимной второй конфигурации, в которой оно лишает цапфу подвижности в отверстии, и для перехода от второй конфигурации к первой конфигурации.
Благодаря изобретению, подшипник, расположенный между цапфой и корпусом клапана в клапане любого типа, можно извлекать без необходимости демонтажа поддерживающих частей на расположенной ниже по потоку стороне клапана и без необходимости повторного центрирования цапфы после замены подшипника.
В соответствии с преимущественными, но не обязательными аспектами изобретения, клапан может включать в себя один или несколько следующих признаков в любой технически возможной совокупности:
устройство для лишения подвижности включает в себя по меньшей мере одну упруго деформируемую втулку и кольцо, управляющее упругой деформацией втулки, причем втулка и кольцо расположены вокруг цапфы и внутри отверстия, а кольцо включает в себя кулачковую поверхность, выполненную с возможностью приложения к втулке деформирующего усилия, которое блокирует втулку у элемента, ограничивающего отверстие, или у цапфы во второй конфигурации устройства для лишения подвижности.
Кулачковая поверхность кольца является поверхностью усеченного конуса и поверхность втулки, радиально обращенная к кольцу, является поверхностью усеченного конуса и наклонена ответным образом к поверхности усеченного конуса кольца.
Устройство для лишения подвижности включает в себя две упруго деформируемые втулки, соответственно расположенные радиально внутри и снаружи исполнительного кольца.
Исполнительное кольцо выполнено с возможностью аксиального перемещения вдоль оси, параллельной оси вращения цапфы, и толкает каждую втулку радиально к элементу, ограничивающему отверстие, и к цапфе, соответственно, когда устройство для лишения подвижности переходит от его первой конфигурации к его второй конфигурации.
Исполнительное кольцо перемещается посредством множества систем «винт - гайка», причем кольцо включает в себя резьбу для приема резьбовых элементов, вращением которых управляет вкладыш, при этом резьба и резьбовые элементы распределены вокруг оси вращения цапфы.
Клапан дополнительно включает в себя уплотнительный механизм, включающий в себя опору уплотнения, которая расположена на той же стороне исполнительного кольца и втулок, что и внутренний объем полого корпуса, и которая поддерживает уплотнение, и при этом опора уплотнения выполнена с возможностью аксиального перемещения вдоль оси, параллельной оси вращения цапфы, из открытого первого положения, в котором текучая среда может течь внутри устройства для лишения подвижности, в закрытое второе положение, в котором уплотнение упирается в заплечик цапфы, уплотняя устройство для лишения подвижности, и наоборот, опора уплотнения выполнена с возможностью перемещения из второго положения в первое.
Опора уплотнения перемещается посредством множества зажимных винтов, которые аксиально крепятся к опоре уплотнения.
Клапан включает в себя по меньшей мере один индикатор, расположенный снаружи клапана и обеспечивающий указание, что устройство для лишения подвижности расположено в его первой конфигурации.
Корпус клапана выполнен с каналами и по меньшей мере одним игольчатым клапаном, обеспечивающим выравнивание давления текучей среды на любой из двух сторон устройства для лишения подвижности.
В первой конфигурации устройства для лишения подвижности, радиальный зазор между единственной или каждой расширяющейся втулкой и цапфой или элементом, ограничивающим отверстие, соответственно, строго больше, чем радиальный зазор подшипника, и меньше, чем один миллиметр.
Устройство для лишения подвижности выполнено с возможностью перемещения для перехода из его первой конфигурации к его второй конфигурации, и наоборот, посредством по меньшей мере одного перемещающего элемента, который проходит аксиально через вкладыш, являющийся частью подшипника. Указанный перемещающий элемент может быть постоянно установленным на клапане. В альтернативном варианте, перемещающий элемент представляет собой стержень, который вставляют при необходимости в осевое отверстие во вкладыше подшипника, закрепленном в отверстие.
Изобретение также относится к сети распределения текучей среды, включающей в себя по меньшей мере один вышеописанный клапан, установленный на трубе.
Изобретение дополнительно относится к установке для преобразования гидравлической энергии в электрическую или механическую энергию, или наоборот, отличающейся тем, что включает в себя вышеописанную сеть распределения текучей среды, в которой труба представляет собой питающую трубу гидравлической машины, которая является частью установки.
Кроме того, изобретение относится к способу частичного демонтажа вышеописанного клапана, включающему в себя этапы, на которых:
a) размещают блокирующий элемент на расположенной ниже по потоку части полого корпуса,
b) выравнивают давление воды на каждой стороне блокирующего элемента,
и отличающемуся тем, что дополнительно включает в себя этапы, на которых:
c) перемещают устройство для лишения подвижности для его перемещения из его первой конфигурации к его второй конфигурации,
d) удаляют подшипник.
В соответствии с преимущественными, но не обязательными аспектами изобретения, такой способ частичного демонтажа может включать в себя один или несколько следующих этапов.
Клапан включает в себя уплотнительное устройство, рассмотренное выше, а способ дополнительно включает в себя этап e) после этапа b) и перед этапом c), на котором обеспечивают протекание текучей среды внутри устройства для лишения подвижности, чтобы очистить его, а потом прекращают это протекание.
Клапан включает в себя уплотнительное устройство, рассмотренное выше, а способ дополнительно включает в себя этап f) после этапа c) и перед этапом d), на котором перемещают уплотнительный механизм так, что он переходит из его первого положения в его второе положение.
Изобретение станет понятнее, а его преимущества станут очевиднее в свете нижеследующего описания клапанов в соответствии с двумя вариантами осуществления изобретения, приводимыми лишь в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
- на фиг.1 представлен схематический вид гидравлической установки, включающей в себя клапаны в соответствии с изобретением,
- на фиг.2 представлено поперечное сечение клапана в соответствии с изобретением, который является частью установки, показанной на фиг.1,
- на фиг.3 представлен вид в увеличенном масштабе фрагмента III по фиг.2,
- на фиг.4 представлен вид в увеличенном масштабе фрагмента IV по фиг.3, когда клапан расположен в первой конфигурации,
- на фиг.5 и 6 представлены подробные виды, аналогичные фиг.4, но в меньшем масштабе, когда клапан расположен в других конфигурациях при демонтаже,
- на фиг.7 представлен вид, аналогичный фиг.3, для клапана, соответствующего второму варианту осуществления.
На фиг.1 представлен пример установки 1 в соответствии с изобретением для преобразования гидравлической энергии в электрическую энергию, причем гидравлическая установка 1 включает в себя плотину B, водоем R1, расположенный выше по потоку, множество гидравлических машин M1 и М2 и водоем R2, расположенный ниже по потоку. Помимо всего прочего, гидравлическая установка этого типа обеспечивает простой способ аккумулирования электрической энергии: каждая гидравлическая машина работает как турбина в течение дня, т.е. использует гидравлическую энергию, обуславливаемую разностью h высот между резервуаром R1, находящимся выше по потоку, и гидравлической машиной M1 или М2, например, для вращения генератора переменного тока и выработки электричества, и может работать в качестве насоса ночью и поэтому подавать воду, содержащуюся в резервуаре R2, находящемся ниже по потоку, в резервуар R1, расположенный выше по потоку. C этой целью, гидравлическая установка дополнительно включает в себя питающую трубу С, соединенную с резервуаром R1, находящимся выше по потоку, который позволяет параллельно питать все гидравлические машины посредством развилки D, расположенной на расположенной выше по потоку стороне всех гидравлических машин. В этом случае обычно используют клапаны двух типов. Первый клапан 4, известный как клапан приемной стороны трубы, поочередно останавливает или разрешает протекание в трубе C. Второй клапан 2, называемый защитным клапаном, расположен на расположенной ниже по потоку стороне развилки и на расположенной выше по потоку стороне каждой гидравлической машины. Он останавливает или питает гидравлическую машину на расположенной ниже по потоку стороне этого клапана.
Необходимо отметить, что есть питающая труба C1 гидравлической машины M1 и питающая труба C2 гидравлической машины М2. Труба С и трубы C1 и C2 вместе образуют сеть распределения текучей среды.
Поэтому нижеследующее описание относится, в частности, к защитному клапану 2, предназначенному для разрешения или прекращения подачи в гидравлическую машину M1. Как бы то ни было, это описание можно распространить на клапан приемной стороны трубы, к которому изобретение тоже применимо. Все это можно также распространить на сеть распределения текучей среды без гидравлических машин.
Защитный клапан 2 расположен в трубе C1, непосредственно питающей гидравлическую машину M1, и поэтому вода проходит по ней в направлении, определяемом осью Y-Y. Кроме того, имеются ось Z-Z, определенная как ось, перпендикулярная оси Y-Y в плоскости фиг.1, причем эта ось Z-Z является вертикальной, и ось X-X, перпендикулярная осям Y-Y и Z-Z и плоскости фиг.1. Оси X-X, Y-Y и Z-Z пересекаются в центре клапана 2.
Как вытекает из фиг.2, где приведено более подробное изображение клапана 2, рассматриваемого с расположенной ниже по потоку стороны, причем последний клапан включает в себя полый цилиндрический или сферически корпус 24, центрированный относительно оси Y-Y, и блокирующий элемент 22, известный как обтюратор, выполненный с возможностью поворота вокруг оси X-X на угол 90°, разрешая или прерывая протекание текучей среды к гидравлической машине M1. На фиг.2 изображена только половина неподвижной части клапана 2, находящаяся на правой стороне этого чертежа. Цапфа 20 цилиндрической формы, тоже центрированная относительно оси X-X, крепится винтами 21 к исполнительному устройству, которое в рассматриваемом примере представляет собой рычаг 23, обеспечивающий приложение крутящего момента вокруг оси X-X для привода цапфы 20 и блокирующего элемента 22 во вращение вокруг оси X-X и, следовательно, между пропускающим и блокирующим положениями клапана.
Клапан 2 включает в себя неподвижный корпус 24, ограничивающий внутренний объем V24, в котором заключен блокирующий элемент 22.
Цапфа 20 заключена в отверстии A26, ограниченном внутри цилиндрического элемента 26 с круговым основанием, которое является частью корпуса 24 клапана 2. Отверстие A26 и элемент 26 также центрированы относительно оси X-X и расположены радиально вокруг цапфы 20.
Отверстие A26 включает в себя заплечик на переднем конце подшипника 31, т.е. на той же стороне, что и внутренний объем V24 корпуса 24. Клапан 2 дополнительно включает в себя гладкий подшипник 31, вставленный радиально между цапфой 20 и элементом 26. Подшипник 31 образован первым вкладышем 32, лишенным подвижности относительно вращения вокруг цапфы 20, и вторым вкладышем 33, лишенным подвижности относительно вращения в отверстии A26, т.е. в элементе 26. Первый вкладыш 32 представляет собой кольцо подшипника, а второй вкладыш 33 представляет собой втулку подшипника. Вкладыш 33 окружает вкладыш 32, и на границе между находящимися в контакте поверхностями этих вкладышей происходит скольжение.
Этот подшипник 31, с одной стороны, поддерживает цапфу 20, центрированную относительно оси X-X, а с другой стороны, направляет вращение цапфы 20 вокруг оси X-X. Поэтому ясно, что составляющие части 32 и 33 подшипника 31 имеют низкий коэффициент взаимного трения, что позволяет легко маневрировать блокирующим элементом 22 и предотвращать повреждение, связанное с трением. Факт поддержания цапфы 20 точно центрированной относительно оси X-X важен потому, что если блокирующий элемент 22, прикрепленный к цапфе 20, не отцентрирован, происходит утечка, так как блокирующий элемент 22 больше не блокирует трубу полностью. Поэтому ясно, что функционирование подшипника 31 имеет первостепенное значение, вот почему важно несколько раз на протяжении срока службы гидравлической машины удостоверяться, что вкладыши 32 и 33 подшипника 31 не повреждены, и - при необходимости - заменять их.
Теперь, если бы один из вкладышей подшипника 31 был удален без принятия мер, цапфа 20 больше не была бы лишенной подвижности, и поэтому ее повторное центрирование относительно оси X-X оказалось бы невозможным.
Поэтому клапан 2 включает в себя устройство 30 для лишения подвижности, имеющее в целом кольцевую форму, центрированное относительно оси X-X, лучше показанное на фиг.3 и расположенное радиально между цапфой 20 и отверстием 26. Устройство 30 для лишения подвижности состоит из множества механических частей и расположено на той же стороне подшипника 31, что и внутренний объем V24 корпуса 24, т.е. внутри отверстия A26 или перед ним.
Снаружи устройства 30 для лишения подвижности и сзади него, т.е. на стороне, противоположной внутреннему объему V24, расположены перемещающие элементы 34 и 36. И наоборот, устройство 30 для лишения подвижности расположено перед перемещающими элементами 34 и 36, т.е. с той же их стороны, что и объем V24. Эти перемещающие элементы 34 и 36 представляют собой стержни, которые в этом варианте осуществления постоянно установлены на клапане 2. Поэтому в остальном описании одна часть считается расположенной перед другой, если она расположена с той же стороны от нее, что и внутренний объем V24 корпуса 24.
Позади стержней 34 и 36 расположен индикатор 38, указывающий, лишена цапфа подвижности, или нет. Фактически, если перемещающие стержни 34 и 36 не втянуты полностью, попытка открыть обтюратор оканчивается неудачей, поскольку это привело бы к риску повреждения устройства для лишения подвижности.
Первый гладкий вкладыш 32, также известный как кольцо, включает в себя множество сквозных отверстий 35, каждое из которых центрировано на оси X30, параллельной оси X-X. Поэтому второй вкладыш 33, также известный как втулка, расположен между вкладышем 32 и отверстием A26.
Чтобы как можно точнее отцентрировать цапфу 20 относительно оси X-X, силы, посредством которых устройство 30 для лишения подвижности оказывает нажим на цапфу 20, равномерно распределены вокруг оси X-X посредством множества отверстий 35. В данном случае, чтобы сделать лишение подвижности равномерным, вокруг оси Х-Х во вкладыше 32 распределены шестнадцать отверстий 35.
Чтобы обеспечить полное понимание работы устройства 30 для лишения подвижности, это устройство представлено на фиг.4, 5 и 6 в трех разных конфигурациях.
На фиг.4 устройство 30 для лишения подвижности представлено в первой, так называемой незажимной конфигурации, в которой оно не оказывает никакой нажим на цапфу 20 или на отверстие в корпусе 26. Устройство 30 для лишения подвижности включает в себя исполнительное кольцо 304, расположенное радиально вокруг цапфы 20 и внутри отверстия A26, центрированное относительно оси X-X, которое включает в себя шестнадцать отверстий резьбы 305, аксиально выровненных с отверстиями 35 во вкладыше 32, т.е. каждое из них центрировано относительно оси X30.
Исполнительное кольцо 304 имеет внешнюю радиальную поверхность 316 и внутреннюю радиальную поверхность 312. Относительно оси X-X, внешняя поверхность 316 сходится вперед, а задняя поверхность 312 расходится вперед, что придает каждой из них форму усеченного конуса. Указанное исполнительное кольцо 304 радиально опирается на упруго деформируемые втулки 314 и 322. Каждая из упруго деформируемых втулок 314 и 322 имеет общую форму разрезного кольца, центрированного относительно оси X-X, и радиально расположена в отверстии A26, соответственно внутри и снаружи исполнительного кольца 304. Более того, факт использования разрезных втулок 314 и 322 позволяет сделать их более упругими. Эти втулки 314 и 322 являются частью устройства 30 и имеют соответственные внутренние радиальные поверхности 313 и 321, форма которых является дополняющей по отношению к поверхностям 312 и 316 исполнительного кольца 304.
Втулка 314 дополнительно включает в себя делительный фланец 315, расположенный снаружи и спереди, т.е. на той же стороне, что и внутренний объем V24. Втулка 322 также включает в себя делительный фланец 323, расположенный снаружи и тоже спереди. Фланцы 315 и 323 могут быть сплошными или прерывистыми по окружности втулок 314 и 322.
Эти делительные фланцы введены в радиальное зацепление в канавках соответствующей формы, предусмотренных в кольце 318, которое тоже является частью устройства 30 и расположено спереди относительно исполнительного кольца 304, а также имеет в целом кольцевую форму и центрировано относительно оси X-X. Из этого следует, что делительные фланцы обеспечивают осевое скрепление друг с другом кольца 318 и втулок 314 и 322.
Поэтому втулки 314 и 322 лишены также аксиальной подвижности благодаря фланцам 315 и 323. Кольцо 318 лишено аксиальной подвижности в отверстии A26 в одном направлении, опираясь на фланец 323, и в другом направлении, опираясь на втулку 33 подшипника.
При движении исполнительного кольца 304 влево на фиг.4-6, поверхности 312 и 316 скользят по поверхностям 313 и 321, соответственно, а втулки 314 и 322 аксиально стопорятся фланцами 315 и 323 в кольцах 318. Соответственно, поступательное движение кольца 304 влево на фиг.4-6, т.е. к объему V24, преобразуется в радиальное движение торцов втулок 314 и 322, обращенных к фланцам 315 и 323. Поэтому поверхности 312, 313, 316 и 321 являются кулачковыми и скользящими поверхностями применительно к устройству 30 для лишения подвижности.
В устройстве 30 для лишения подвижности используются две упруго деформируемые втулки 314 и 322. В варианте, который не показан, устройство 30 для лишения подвижности может также работать лишь с одной втулкой 314 или 322, причем эта втулка опирается снаружи на отверстие A26 или на цапфу 20.
Внутри каждого резьбового отверстия 305 исполнительного кольца 304 расположены гайка 302, зажимной винт 310 и болт 330, причем все они центрированы относительно оси X30 и образуют часть устройства 30. Винт 310 заключен в болте 330, который сам заключен в центральном резьбовом отверстии гайки 302. Гайка 302 включает в себя передний участок, наружная резьба которого имеет шаг резьбы, ответный резьбе 305 исполнительного кольца 304, и задний участок с многоугольной наружной поверхностью 334, функционирующей подобно рабочим поверхностям гайки. Гайка 302 расположена внутри устройства 30 для лишения подвижности и в задней его части, оказываясь аксиально обращенной к каждой зажимной шпонке 34. Внутри этой гайки 302 и болта 330 расположен винт 310, который продольно простирается вдоль оси X30 и включает в себя наружную резьбу, резьбовой конец 311, расположенный в задней части винта 310, т.е. аксиально ориентированный так, что обращен к каждому стержню 36, и головку 309, расположенную в передней части винта 310. На своем переднем конце, зажимной винт 310 упирается вдоль оси X30 в опору 324 уплотнения, которая центрирована относительно оси X-X, расположена в кольцевом кожухе 319 кольца 318 и поддерживает уплотнение 326. Эта опора 324 уплотнения дополнительно ограничивает объем V324 для заключения в нем переднего конца или головки 309 винта 310. Болт 330 расположен аксиально между винтом 310 и гайкой 302 и включает в себя внутреннюю резьбу, ответную для резьбы винта 310. Кроме того, между кольцом 318 и отверстием A26 радиально расположено уплотнение 328.
В этой конфигурации радиальный зазор J между упругой втулкой 314 и цапфой 20 меньше 1 мм для цапфы 20 диаметром D20, равным 1000 мм. Аналогично, радиальный зазор J' между втулкой 322 и отверстием A26 меньше 1 мм для того же значения диаметра. Зазоры J и J' больше, чем радиальный зазор подшипника 31, т.е. существующий зазор составляет между 0,2 и 1 мм. Зазоры J и J' должны быть идентичными, чтобы гарантировать равномерное движение кольца 304 вперед. На практике, радиальные зазоры J и J' зависят от размеров клапана. Они ограничены так, что втулки 314 и 322 не мешают вращению цапфы, когда устройство 30 для лишения подвижности расположено в освобожденном состоянии.
Все вышеописанные компоненты, за исключением уплотнений, изготовлены из нержавеющей стали, чтобы предотвратить коррозию. Используемые уплотнения представляют собой уплотнительные кольца круглого поперечного сечения или манжетные уплотнения и изготовлены из эластомерного материала типа нитрила или полиуретана. Кроме того, хотя в этом варианте осуществления используются шестнадцать зажимных винтов 310, шестнадцать болтов 330 и шестнадцать гаек 302, количество винтов, болтов и гаек, используемых для лишения подвижности, адаптируют в зависимости от диаметра труб и давления текучей среды внутри них. Аналогично, количество отверстий 35 и отверстий резьбы 305 также является адаптируемым и может отличаться от 16.
Перемещение зажимного стержня 34 позволяет переводить устройство для лишения подвижности во вторую конфигурацию, представленную на фиг.5.
Цапфа 20 лишена подвижности относительно отверстия A26 посредством зажимного стержня 34, который размещен около рабочих поверхностей 334 гайки 302 благодаря затягиванию трех гаек 40 и поворачивается вокруг оси X30, вследствие чего приводит гайку 302 во вращение вокруг оси X30. Наружная резьба гайки 302 взаимодействует с отверстием резьбы 305 исполнительного кольца 304, приводя исполнительное кольцо 304 в поступательное движение в направлении F1, параллельном оси X30. Кулачковые поверхности 312 и 316 исполнительного кольца 304, которые уже находятся в контакте с поверхностями 313 и 321 втулок 314 и 322, толкают эти втулки радиально в двух радиальных направлениях F2 и F3 относительно оси X30, соответственно к элементу 26 и к цапфе 20. В этой конфигурации, радиальные зазоры J и J' между втулками 314 и 322, а также цапфой 20 и элементом 26, соответственно, равны нулю. Между втулкой 314 и цапфой 20 и между втулкой 322 и элементом 26 существует адгезия, которая скрепляет воедино устройство 30 для лишения подвижности, элемент 26 и цапфу 20.
Резюмируя, следует отметить, что устройство 30 для лишения подвижности можно перемещать, переводя его из незажимной первой конфигурации, в которой оно не противодействует вращению цапфы 20 в отверстии A26, в зажимную вторую конфигурацию, в которой оно лишает цапфу 20 подвижности в отверстии A26, и осуществляя обратный перевод - из второй конфигурация в первую. Поскольку втулки 322 и 314 скреплены воедино делительными фланцами 315 и 323 кольца 318, осевое движение втулок 314 и 322 блокируется. Соответственно, осевая сила, прикладываемая исполнительным кольцом 304, полностью преобразуется в радиальную силу, прикладываемую к втулкам 314 и 322. Таким образом, когда все гайки 302, распределенные вокруг оси X-X, затянуты, цапфа 20 поддерживается лишенной подвижности и отцентрированной относительно оси X-X.
Если операция осуществляется на клапане, а текучая среда по-прежнему присутствует внутри клапана 2, то необходимо уплотнить подшипник 31, чтобы удалить его с целью замены. Поэтому устройство 30 для лишения подвижности дополнительно включает в себя уплотнительный механизм, который, когда он задействован, переводит устройство 30 для лишения подвижности в конфигурацию, представленную на фиг.6.
Чтобы перейти от конфигурации, представленной на фиг.5, к конфигурации по фиг.6, необходимо просто вращать второй стержень 36 вокруг оси Х30. Фактически, первый стержень 34 продвинут вперед заранее, второй стержень 36 переместился аксиально с первым стержнем 34. Поэтому последний расположен около рабочих поверхностей резьбового конца 311 винта 310. Это вращение приводит к поступательному движению винта 310 в направлении F4, параллельном оси X30 ввиду того, что наружная резьба винта 310 и внутренняя резьба болта 330 являются дополняющими друг друга. Совершая осевое поступательное движение, зажимной винт 310 движет опору 324 к заплечику 202 цапфы 20. Поэтому уплотнение 326, поддерживаемое перед опорой 324 уплотнения, прижимается к заплечику 202 цапфы 20, тем самым уплотняя исполнительное устройство 30.
И наоборот, чтобы высвободить систему, т.е. перейти от конфигурации согласно фиг.6 к конфигурации согласно фиг.4, необходимо повернуть стержень 36 в направлении, противоположном вышеописанному, чтобы зажимной винт 310 совершил осевое поступательное движение назад. На практике это движение сопровождается приложением давления воды к передней части, которое имеет тенденцию к втягиванию стержня 36. Совершая поступательное движение, зажимной винт 310 осуществляет привод осевого движения назад опоры 324 уплотнения посредством контакта между принимающим объемом V324 в опоре 324 уплотнения и головкой 309 винта 310. Поэтому уплотнение 326 больше не находится в контакте с заплечиком 202 цапфы 20. Затем нужно повернуть зажимной стержень 34 в противоположном направлении, чтобы исполнительное кольцо 304 совершило осевое поступательное движение назад. Это позволяет снять прижим, прикладываемый радиально исполнительным кольцом 304 втулок 314 и 322. За счет своей упругости разрезные втулки 314 и 322 восстанавливают исходные радиальные зазоры J и J'.
Далее поясняется способ удаления подшипника 31 из клапана 2. Во-первых, перед любой другой операцией важно открепить расположенную ниже по потоку трубу от клапана 2 и установить крышку или - в этой конкретной ситуации - выпуклый колпак на расположенной ниже по потоку стороне клапана 2, а потом выравнять давление выше по потоку и давление ниже по потоку путем нагнетания текучей среды в пространство между блокирующим элементом и крышкой. Эта операция не показана на чертежах ввиду того, что она сама по себе известна. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что блокирующий элемент 22, а значит и - тем более - цапфу 20, не следует подвергать воздействию силы прижима текучей среды. Поэтому подшипник 31 служит опорой только массе блокирующего элемента 22. Если текучая среда, проходящая через клапан 2, загрязнена, т.е. содержит грязь или песок, то выгодно иметь возможность продувки загрязняющих веществ внутри устройства 30 для лишения подвижности. Это предотвращает долговременное причинение повреждения устройству 30 для лишения подвижности. Точнее, текучая среда течет из внутреннего объема V24 клапана 2 по первому каналу 264, а потом по второму каналу 266 внутри устройства 30 для лишения подвижности. Каналы 264 и 266 выполнены в элементе 26. Используют первый игольчатый клапан 262, который гарантирует открытие или закрытие сообщения между каналами 264 и 266, т.е. избирательное открытие сообщения между внутренним объемом V24 и устройством 30. Вода, нагнетаемая в устройство 30 для лишения подвижности, когда игольчатый клапан 262 открыт, затем сливается посредством сливного канала 268, также находящегося в теле элемента 26. Слив осуществляется за счет открывания второго игольчатого клапана или малого клапана 270 с ручным управлением. На практике, время очистки для слива остатков, которые сохранились внутри устройства 30 для лишения подвижности, оценивают при операции технического обслуживания. В заключение, клапан 270 должен быть закрыт.
Когда эта операция проведена, за ней следует активация устройства 30 для лишения подвижности. Как описано выше, перемещение зажимного стержня 34 позволяет системе 302/304 «винт - гайка» прижать две деформируемые втулки 314 и 322 к цапфе 20 и элементу 26, соответственно. Это достигается посредством упругой деформации втулок 314 и 322. Если необходимо задействовать уплотнительный механизм, например - в случае дискового поворотного клапана, в котором текучая среда находилась бы в контакте с гладким подшипником 31, необходимо перемещать стержень 36 так, чтобы система 310/330 «винт - гайка» прижимала уплотнение 326 к буртику цапфы 202 и тем самым уплотняла подшипник 31. Когда это сделано, нагнетание текучей среды вовнутрь устройства 30 для лишения подвижности через игольчатый клапан 262 можно прекратить, а остающуюся текучую среду можно продуть через сливной канал 268. В случае клапана сферического типа, нет необходимости активировать уплотнительный механизм по той причине, что текучая среда, которая осталась внутри блокирующего элемента 22, сливается из него. После того, как цапфу 20 лишают подвижности, чтобы получить доступ к подшипнику 31, необходимо удалить стержни 34 и 36, после удаления сначала гаек 40 и блокирующего индикатора 38, а затем демонтировать рычаг 23 путем отвинчивания винтов 21. В заключение, если не видно утечки, подшипник 31 можно без затруднений удалить из клапана 2. Необходимо отметить, что ни один из этапов, приводящих к удалению подшипника 31, не нуждается в подводе внешней энергии, например, посредством сжатого воздуха или посредством гидравлической системы и может быть осуществлен посредством простых инструментов, таких как трубный динамометрический ключ.
И наоборот, когда сажают новый подшипник 31 внутрь клапана 2, сначала надо расположить этот подшипник 31 внутри отверстия A26, затем повторно установить рычаг 23 путем затяжки винтов 21 и, наконец, снова вставить стержни 34 и 36 в отверстие 35. За этим следует фиксация стержней 34 и 36 посредством гаек 40 и замена индикатора 38 блокировки. Деактивировать устройство 30 для лишения подвижности можно только на второй стадии, чтобы предотвратить нарушение центрирования цапфы 20 относительно оси X-X.
На фиг.7 представлен еще один вариант осуществления клапана, в котором гладкий подшипник 31' включает в себя первый вкладыш 33', расположенный радиально снаружи цапфы 20, и второй вкладыш 32', который расположен радиально снаружи первого гладкого вкладыша 33. Точнее, первый вкладыш 33' представляет собой тонкое самосмазывающееся кольцо, а второй вкладыш 32' представляет собой толстую втулку. Конкретным признаком этой конфигурации является то, что зажимные шпонки 34 и 36 больше не установлены постоянно на клапане 2, а функционально сажаются при необходимости. При условии, что эта особенность конструкции не влияет на функционирование устройства 30 для лишения подвижности, характерное для изобретения, получаем, что вышеизложенное описание охватывает любой из этих двух вариантов осуществления.
Посредством варианта, который не представлен, можно вставлять шпонку в разрезные втулки 314 и 322 для предотвращения вращения вокруг оси X-X. Аналогично, посредством единственной втулки 314 или 322 можно предусмотреть ситуацию, в которой втулка отталкивается назад, когда исполнительное кольцо 304 продвигается вперед. Однако это решение менее эффективно, чем использование двух втулок.
1. Клапан (2, 4), встроенный в сеть (C, C1, C2) распределения текучей среды и обеспечивающий избирательное прерывание или разрешение циркуляции текучей среды в питающей трубе, содержащий:
блокирующий текучую среду элемент (22), поочередно приводимый во вращение исполнительным устройством клапана для блокировки или для разрешения прохождения текучей среды, содержащий по меньшей мере одну цапфу (20),
полый корпус (24), внутри которого может перемещаться блокирующий элемент (22) и который ограничивает по меньшей мере одно отверстие (A26) для приема цапфы (20),
подшипник (31, 31′), распложенный вокруг цапфы (20) и внутри отверстия (A26) корпуса (24) для поддержания цапфы (20) и направления ее вращения относительно отверстия (A26), тем самым центрируя цапфу (20),
отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство (30) для лишения цапфы (20) подвижности относительно корпуса (24) клапана (2), причем указанное устройство (30) для лишения подвижности расположено на той же стороне подшипника (31, 31′), что и внутренний объем (V24) полого корпуса (24), и выполнено с возможностью перемещения посредством вкладыша (32, 32′), который является частью подшипника (31), для перехода от незажимной первой конфигурации, в которой оно не препятствует вращению цапфы (20) в отверстии (A26), к зажимной второй конфигурации, в которой оно лишает цапфу (20) подвижности в отверстии (A26), и для перехода от второй конфигурации к первой конфигурации.
2. Клапан (2, 4) по п.1, отличающийся тем, что устройство (30) для лишения подвижности включает в себя по меньшей мере одну упруго деформируемую втулку (314, 322) и кольцо (304), управляющее упругой деформацией втулки, причем втулка и кольцо расположены вокруг цапфы (20) и внутри отверстия (A26), а кольцо (304) включает в себя кулачковую поверхность (312), выполненную с возможностью приложения к втулке (314 или 322) деформирующего усилия (F2), которое блокирует втулку (314, 322) у элемента (26), ограничивающего отверстие (A26), или у цапфы (20) во второй конфигурации устройства (30) для лишения подвижности.
3. Клапан (2, 4) по п.2, отличающийся тем, что кулачковая поверхность (312, 316) кольца (304) является поверхностью усеченного конуса и поверхность (308, 313) втулки (314, 322), радиально обращенная к кольцу, является поверхностью усеченного конуса и наклонена ответным образом к поверхности усеченного конуса кольца.
4. Клапан (2, 4) по п.3, отличающийся тем, что устройство для лишения подвижности включает в себя две упруго деформируемые втулки (314, 322), соответственно расположенные радиально внутри и снаружи исполнительного кольца (304).
5. Клапан (2, 4) по п.4, отличающийся тем, что исполнительное кольцо (304) выполнено с возможностью аксиального перемещения (F1) вдоль оси (X30), параллельной оси (X-X) вращения цапфы (20), и толкает каждую втулку (314, 322) радиально к элементу (26), ограничивающему отверстие (A26), и к цапфе (20), соответственно, когда устройство (30) для лишения подвижности переходит от его первой конфигурации к его второй конфигурации.
6. Клапан (2, 4) по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что исполнительное кольцо (304) перемещается посредством системы (302, 304) «винт-гайка», причем кольцо (304) включает в себя резьбу (305) для приема резьбовых элементов (302), вращением которых управляет вкладыш (32, 32′), при этом резьба (305) и резьбовые элементы (302) распределены вокруг оси (X-X) вращения цапфы (20).
7. Клапан (2, 4) по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя уплотнительный механизм, включающий в себя опору (324) уплотнения, расположенную на той же стороне исполнительного кольца (304) и втулок (314, 322), что и внутренний объем (V24) полого корпуса (24), и которая поддерживает уплотнение (326), и тем, что опора (324) уплотнения выполнена с возможностью аксиального перемещения вдоль оси (X30), параллельной оси (X-X) вращения цапфы, из открытого первого положения, в котором текучая среда может течь внутри устройства (30) для лишения подвижности, в закрытое второе положение, в котором уплотнение (326) упирается в заплечик (202) цапфы (20), уплотняя устройство (30) для лишения подвижности, напротив, опора (324) уплотнения выполнена с возможностью перемещения из второго положения в первое.
8. Клапан (2, 4) по п.7, отличающийся тем, что опора (324) уплотнения перемещается посредством множества зажимных винтов (310), которые аксиально прикреплены к опоре (324) уплотнения.
9. Клапан (2, 4) по п.1, отличающийся тем, что включает в себя по меньшей мере один индикатор (38), расположенный снаружи клапана (2) и обеспечивающий указание, что устройство (30) для лишения подвижности расположено в его первой конфигурации.
10. Клапан (2, 4) по п.1, отличающийся тем, что корпус клапана (2, 4) выполнен с каналами (264, 266, 268) и по меньшей мере одним игольчатым клапаном (262, 270), обеспечивающим выравнивание давления текучей среды на любой из двух сторон устройства (30) для лишения подвижности.
11. Клапан (2, 4) по п.1, отличающийся тем, что в первой конфигурации устройства (30) для лишения подвижности радиальный зазор (J, J′) между единственной или каждой расширяющейся втулкой (314, 322) и цапфой (20) или элементом (26), ограничивающим отверстие (A26), соответственно, строго больше, чем радиальный зазор подшипника (31), и меньше, чем один миллиметр.
12. Клапан (2, 4) по п.1, отличающийся тем, что устройство (30) для лишения подвижности выполнено с возможностью перемещения для перехода от его первой конфигурации к его второй конфигурации, и наоборот, посредством по меньшей мере одного перемещающего элемента (34, 36), который проходит аксиально через вкладыш (32, 32′), являющийся частью подшипника (31, 31′).
13. Клапан (2, 4) по п.12, отличающийся тем, что перемещающий элемент (34, 36) постоянно установлен на клапане (2).
14. Клапан (2, 4) по п.12, отличающийся тем, что перемещающий элемент представляет собой стержень, который вставлен при необходимости в осевое отверстие вкладыша (32′) подшипника (31′), лишенного подвижности в отверстии (А26).
15. Сеть (C, C1, C2) распределения текучей среды, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один клапан (2, 4) по любому из предыдущих пунктов, установленный на трубе (C, C1, C2).
16. Установка для преобразования гидравлической энергии в электрическую или механическую энергию, или наоборот, отличающаяся тем, что она включает в себя сеть (C, C1, C2) распределения текучей среды по п.15, при этом труба (C1, C2) представляет собой питающую трубу гидравлической машины (M1, М2), которая является частью установки (1).
17. Способ частичного демонтажа клапана (2, 4) по любому из пп.1-15, включающий в себя этапы, на которых:
a) размещают блокирующий элемент на расположенной ниже по потоку части полого корпуса (24),
b) выравнивают давление воды на каждой стороне блокирующего элемента (22),
отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этапы, на которых:
c) перемещают устройство (30) для лишения подвижности для его перемещения из его первой конфигурации к его второй конфигурации,
d) удаляют подшипник (31, 31′).
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что клапан выполнен по п.7 или 8, и тем, что дополнительно включает в себя этап e) после этапа b) и перед этапом c), на котором продувают текучую среду внутри устройства (30) для лишения подвижности.
19. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что клапан выполнен по п.7 или 8, и тем, что дополнительно включает в себя этап f) после этапа c) и перед этапом d), на котором перемещают уплотнительный механизм так, что он переходит из его первого положения в его второе положение.
