Осевой клапан для текучей среды
В данном документе описаны осевые клапаны для текучей среды, имеющие криволинейные или угловые корпуса клапанов. Клапан, раскрытый в данном документе, содержит корпус клапана (102, 104), определяющий перепускной канал (110) между входным (112) отверстием и выходным (114) отверстием, причем входное отверстие выровнено вдоль первой (164) оси и выходное отверстие выровнено вдоль второй (166) оси. Клапан содержит элемент управления потоком (106), расположенный между входным отверстием и выходным отверстием. Клапан также содержит исполнительный привод (108), имеющий шток (128), присоединенный к элементу управления потоком для перемещения элемента управления потоком вдоль третьей оси в перепускном канале. В примере клапана третья ось (168) является по существу параллельной к и смещенной от по меньшей мере первой оси или второй оси. Кроме того, клапан содержит клетку (126), расположенную внутри указанной полости, образованной в первой части корпуса клапана, причем эта клетка выполнена с возможностью размещения внутри себя указанного плунжера (106). 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее описание изобретения в целом относится к осевым клапанам для текучих сред и, более конкретно, к осевым клапанам для текучих сред, обладающим криволинейными или угловыми корпусами клапанов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Клапаны управления потоком текучей среды (например, клапаны с поступательным движением штока, сферические поплавковые клапаны, поворотные клапаны, дисковые поворотные клапаны, шаровые клапаны и т.п.) используются в процессах управляющих систем для управления потоком технологических текучих сред и, как правило, содержат исполнительный привод (например, вращательный привод, линейный привод и т.п.) для автоматизации работы клапана. Несмотря на эффективность во многих применениях, некоторые из этих управляющих клапанов для текучей среды предполагают компромиссы. Например, дисковые поворотные клапаны могут использоваться эффективным образом для управления большими объемами потока, но способны только на недостаточно высокую точность, и уплотнения в них часто ограничены сроком службы и температурным интервалом. Сферические поплавковые клапаны, с другой стороны, обычно, обеспечивают жесткие регулировки и точность управления, но часто обеспечивают меньшую пропускную способность при заданных размерах линии.
[0003] Проходные или осевые клапаны управления текучей средой являются альтернативой вышеуказанным клапанам управления текучей средой. Одно из преимуществ осевых клапанов заключается в том, что в них воплощен стиль регулировки сферического поплавкового клапана и, таким образом, благодаря этому его преимущества. Кроме того, в осевых клапанах эта регулировка может быть настроена применительно к пути движения текучей среды для повышения эффективности и снижения потерь энергии вследствие шума и турбуленции. Некоторые известные осевые клапаны содержат исполнительный привод, прикрепленный к наружной поверхности корпуса клапана, и размещенный таким образом, что выходной вал (например, стержень, шпиндель и т.п.) исполнительного привода или его часть сориентирован по существу перпендикулярно направлению потока текучей среды в клапане. Выходной вал исполнительного привода обычно связан с элементом управления потоком (например, плунжером) внутри корпуса клапана с помощью трансмиссии или других исполнительных компонентов преобразования, таких, как, например, блок реечной передачи, блок зубчато-реечной передачи или им подобный блок передачи. Исполнительный привод перемещает элемент управления потоком внутри корпуса клапана относительно кольца седла (например, седла клапана) между открытым положением и закрытым положением, чтобы позволить или предотвратить поток текучей среды через клапан. Поэтому, многие известные клапаны для текучей среды демонстрируют проблемы с приведением в действие и уплотнением (например, сальники, набивка, уплотнительные кольца), потому что эти известные клапаны для текучей среды часто используют исполнительные приводы и трансмиссии внутри пути потока текучей среды и, как следствие, требуют большего количества уплотнений и сальников для предохранения блоков передач и других компонентов срабатывания от технологической текучей среды под давлением.
[0004] Кроме того, в этих известных осевых клапанах для текучей среды ствол или канал часто формируются в корпусе клапана для обеспечения исполнительным компонентам возможности подключаться к элементу управления потоком внутри пути потока текучей среды. Таким образом, путь потока текучей среды направляется вокруг ствола или канала, который содержит указанные исполнительные компоненты преобразования. Эти отклонения и препятствия на пути потока текучей среды создают турбуленцию и, как результат, снижают эффективность потока в клапане. Дополнительно, эксплуатация осевых жидкостных клапанов с таким большим количеством подвижных деталей, требующих множества уплотнений, значительно увеличивает вероятность утечки текучей среды за пределы корпуса клапана и увеличивает стоимость производства и обслуживания.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Пример устройства, раскрытого в данном документе, содержит корпус клапана, определяющий перепускной канал между входным отверстием и выходным отверстием, причем входное отверстие выровнено вдоль первой оси и выходное отверстие выровнено вдоль второй оси. Пример устройства содержит элемент управления потоком, расположенный между входным отверстием и выходным отверстием. Пример устройства также содержит исполнительный привод, имеющий шток, присоединенный к элементу управления потоком, для перемещения элемента управления потоком вдоль третьей оси в перепускном канале. В примере устройства, третья ось практически параллельна к и по меньшей мере смещена от одной из осей: первой оси или второй оси.
[0006] Другой пример устройства, раскрытого в данном документе, содержит корпус клапана, определяющего перепускной канал между входным отверстием и выходным отверстием. В данном примере входное отверстие примыкает к первой части перепускного канала с первым путем потока текучей среды в первом направлении, а выходное отверстие примыкает ко второй части перепускного канала со вторым путем потока текучей среды во втором направлении, практически том же, что и первое направление. Указанный пример устройства содержит плунжер, перемещаемый внутри третьей части перепускного канала с третьим путем потока текучей среды в третьем направлении, практически том же, что и первое направление и второе направление. В указанном примере устройства, корпус клапана имеет первую криволинейную или угловую часть между первой частью перепускного канала и второй частью перепускного канала.
[0007] Еще один пример устройства, раскрытого в данном документе содержит корпус клапана с проточной частью, в том числе входное отверстие, выходное отверстие и просвет управления потоком. В указанном примере устройства, текучая среда протекает через входное отверстие, выходное отверстие и просвет практически в том же направлении. В указанном примере устройства по меньшей мере часть центральной оси проточной части нелинейна. Указанный пример устройства также содержит элемент управления потоком для перемещения вдоль направления потока текучей среды через просвет, чтобы управлять потоком текучей среды через корпус клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0008] Фиг. 1А иллюстрирует вид поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды в первом (открытом) положении в соответствии с идеей этого раскрытия.
[0009] Фиг. 1В иллюстрирует вид поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды на Фиг. 1А во втором (закрытом) положении.
[0010] Фиг. 1С иллюстрирует вид частичного поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды на Фиг. 1А и 1В.
[0011] Фиг. 1D иллюстрирует вид частичного поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды на Фиг. 1А-1С, имеющего смещенные входное и выходное отверстия.
[0012] Фиг. 2 иллюстрирует вид частичного поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды на Фиг. 1А-С с датчиком положения.
[0013] Фиг. 3 иллюстрирует вид частичного поперечного сечения примера осевого управляющего клапана для текучей среды на Фиг. 1А-С, имеющего исполнительный привод, управляемый ручным маховиком.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Некоторые примеры иллюстрируются в приведенных выше фигурах и подробно описываются ниже. В описании этих примеров, подобные или идентичные номера ссылок используются для идентификации тех же или подобных элементов. Данные фигуры не обязательно выполнены в масштабе, и некоторые особенности и определенные виды на фигурах могут быть показаны в увеличенном масштабе или схематически для ясности и/или выразительности. Кроме того, некоторые примеры были описаны на всем протяжении этого патентного описания. Любые особенности из любого примера могут быть включены в, как замена для, или иным образом объединены с другими особенностями из других примеров.
[0015] Указанный пример осевых клапанов для текучей среды, описанных в данном документе, снижает шум клапана и кавитацию, обеспечивает относительно беспрепятственный перепускной канал для снижения турбулентности потока текучей среды и повышает производительность, в значительной степени устраняет исполнительные компоненты, размещаемые в потоке, для которые требуются многочисленные уплотнения и сальники, в значительной степени устраняет указанные конструктивные элементы (например, каналы, стволы), в которых размещаются такие компоненты, и увеличивает общую эффективность потока. В целом, указанный пример осевых клапанов для текучей среды содержит криволинейный или угловой корпус клапана, который отводит поток текучей среды между входным и выходным отверстиями к участку корпуса клапана, содержащему элемент управления потоком, который перемещается в направлении, фактически совпадающем с потоком текучей среды. Более конкретно, клапаны для текучей среды, изложенные в данном документе, позволяют использовать стиль регулировки (например, плунжер и кольцо седла) сферических поплавковых клапанов, по существу ориентированы соосно с частью проходного канала и, таким образом, с путем потока текучей среды. Корпуса клапанов из примеров осевых клапанов для текучей среды определяют перепускной канал с меньшей кривизной и/или острыми углами, чем у традиционного сферического поплавкового клапана или клапана с поступательным движением штока, сохраняя при этом линейный исполнительный привод по пути потока текучей среды, что снижает турбулентность в клапане. Осевые клапаны из примеров обеспечивают более упорядоченный поток.
[0016] В некоторых примерах, элемент управления потоком (например, плунжер, плунжер клапана) функционально подключается к исполнительному приводу (например, пневматическому исполнительному приводу, гидравлическому исполнительному приводу, электрическому исполнительному приводу) с помощью штока клапана. Криволинейный или угловой корпус клапана выполнен таким образом, что позволяет исполнительному приводу линейно перемещать плунжер внутри части перепускного канала без использования дополнительного привода или компонентов преобразования. Таким образом, форма корпуса клапана сокращает количество исполнительных компонентов снаружи и внутри клапана, при сохранении пути потока текучей среды относительно линейным и плавным.
[0017] Более конкретно, один пример осевого клапана для текучей среды, описанного в данном документе, содержит первую часть корпуса клапана, содержащую входное и выходное отверстия, и вторую часть корпуса клапана, содержащую входное и выходное отверстия. Указанное выходное отверстие первой части корпуса клапана соединяется с входным отверстием второй части корпуса клапана. Будучи соединенными, первая и вторая части корпуса клапана определяют перепускной канал между входным отверстием первой части корпуса клапана и выходным отверстием второй части корпуса клапана. Скользящий элемент управления потоком размещается внутри первой части корпуса клапана вблизи выходного отверстия первой части корпуса клапана и используется для взаимодействия с седлом клапана (например, кольцом седла), чтобы предотвратить или допустить поток текучей среды через клапан.
[0018] В одном примере клапана, описанном в данном документе, входное отверстие первой части корпуса клапана выровнено вдоль первой оси и выходное отверстие второй части корпуса клапана выровнено вдоль второй оси, которая в некоторых примерах по существу совпадает с первой осью, так что входное отверстие и выходное отверстие коаксиальны. Указанная первая часть корпуса клапана содержит первую криволинейную или угловую часть, которая направляет поток текучей среды от первой оси входного отверстия к третьей оси выходного отверстия первой части корпуса клапана вблизи седла клапана. В некоторых примерах третья ось параллельна к и смещена от первой и/или второй оси. Благодаря имеющейся в наличии первой криволинейной части, корпус клапана из указанного примера позволяет исполнительному приводу обладать достаточным пространством и местоположением, чтобы перемещать элемент управления потоком линейно в перепускном канале с меньшим количеством исполнительных/преобразовательных компонентов, чем традиционные линейные клапаны для текучей среды.
[0019] Другими словами, указанный перепускной канал из примера клапана направляет поток текучей среды через входное отверстие первой части корпуса клапана в первом направлении вдоль первой оси через первую криволинейную часть, и затем перенаправляет поток текучей среды через элемент управления потоком в третьем направлении вдоль третьей оси. Таким образом, криволинейная часть первой части корпуса клапана направляет поток текучей среды в сторону от первой оси, и затем перенаправляет поток текучей среды вдоль направления, практически такого же, как первое направление, вдоль третьей оси. В некоторых примерах, вторая часть корпуса клапана принимает поток технологической текучей среды от выходного отверстия первой части корпуса вдоль третьей оси, направляя технологическую текучую среду через вторую криволинейную или угловую часть, отступая от третьей оси, и затем перенаправляет текучую среду во втором направлении вдоль второй оси выходного отверстия. В некоторых примерах первое, второе и третье направления практически совпадают. В других примерах выходное отверстие второй части корпуса клапана может быть расположено вдоль других осей.
[0020] В некоторых примерах осевой клапан для текучей среды содержит датчик определения местонахождения штока клапана относительно корпуса клапана. Указанный датчик передает сигнал обратной связи исполнительному приводу (и, таким образом, элементу управления потоком) для передачи местоположения штока клапана с большей точностью. В некоторых примерах ручной маховик используется для ручного управления клапаном.
[0021] Указанные примеры, представленные в данном документе, обеспечивают спокойное и линейное состояние перепускного канала пути потока текучей среды, в то же время значительно снижая или ликвидируя исполнительные компоненты вне и внутри пути потока текучей среды, тем самым повышая эффективность потока текучей среды. С меньшим количеством исполнительных компонентов, указанные в примерах осевых клапанов для текучей среды упрощают производство и требования к обработке и, таким образом, сокращают стоимость производства осевого клапана для текучей среды. Дополнительно, пример осевого клапана для текучей среды, изложенный в данном документе, снижает утечку в результате нарушения уплотнения, поскольку исполнительный привод(ы) может располагаться вне потока текучей среды. Кроме того, использующие меньшее число движущихся частей примеры осевых клапанов для текучей среды, изложенные в данном документе, существенно снижают вероятность механических неисправностей и утечки во время работы.
[0022] Возвращаясь к фигурам, Фиг. 1А и 1В иллюстрируют вид поперечного сечения примера осевого клапана для текучей среды 100, описанного в данном документе. Клапан 100 содержит первую часть корпуса клапана 102, вторую часть корпуса клапана 104, элемент управления потоком 106 (например, плунжер) и исполнительный привод 108. Части корпуса клапана 102 и 104 соединяются, определяя перепускной канал 110, который образует путь потока текучей среды (например, криволинейный путь потока, U-образный путь потока, угловой путь потока и т.п.) между входным отверстием 112 и выходным отверстием 114, после того, как указанный осевой жидкостный управляющий клапан 100 устанавливается в системе технологической текучей среды (например, распределенной системе трубопровода). В некоторых примерах, указанная первая часть корпуса клапана 102 и вторая часть корпуса клапана 104 могут представлять собой единое целое для того, чтобы определить указанный осевой управляющий клапан для текучей среды 100 как, по существу, единую деталь или конструкцию.
[0023] В примере проиллюстрировано, что первая часть корпуса клапана 102 содержит первый фланец 116 на входном отверстии 112 и второй фланец 118, съемно присоединенный к третьему фланцу 120 второй части корпуса клапана 104. В некоторых примерах часть первого корпуса клапана 102, смежная со вторым фланцем 118, рассматривается как выходное отверстие для первой части корпуса клапана 102, и часть второй части корпуса клапана 104, смежная с третьим фланцем 120, рассматривается как входное отверстие для второй части корпуса клапана 104. Вторая часть корпуса клапана 104 также содержит четвертый фланец 122 на выходном отверстии 114. Второй фланец 118 первой части корпуса клапана 102 и третий фланец 120 второй части корпуса клапана 104 соединяются посредством фланцевого крепежа 124 (например, болтов). В других примерах, второй фланец 118 и третий фланец 120 могут разъемно соединяться с помощью любого другого подходящего крепежного приспособления(й). При эксплуатации, указанный первый фланец 116 первой части корпуса клапана 102 может быть присоединен к напорной трубе (например, к источнику подачи выше по течению), и четвертый фланец 122 второй части корпуса клапана 104 может быть присоединен к трубе по потоку (например, к источнику подачи ниже по течению). Несмотря на то, что входное отверстие 112 и выходное отверстие 114 упоминаются, соответственно, как входное отверстие и выходное отверстие клапана 100, в других примерах входное отверстие и выходное отверстие могут быть перевернуты, так что выходное отверстие 114 становится входным отверстием клапана 100 и входное отверстие 112 становится выходным отверстием клапана 100.
[0024] В примере, проиллюстрированном на Фиг. 1А, клапан 100 находится в первой (например, открытой) позиции, и в примере, показанном на Фиг. 1В, клапан 100 находится во второй (например, закрытой) позиции. Клапан 100 должен быть расположен в потоке текучей среды по пути между источником подачи выше по течению и источником подачи ниже по течению для управления потоком технологической текучей среды, который может содержать любую промышленную текучую среду для родственных прикладных технологий, таких, как, например, производство органического топлива, рафинирование и транспортировка газа. При эксплуатации, плунжер 106 действует между первой позицией, чтобы позволить протекание текучей среды между входным отверстием 112 и выходным отверстием 114 (Фиг. 1А), и второй позицией, чтобы предотвратить протекание текучей среды между входным отверстием 112 и выходным отверстием 114 (Фиг. 1В).
[0025] Фиг. 1С иллюстрирует вид частичного поперечного сечения указанного примера клапана 100. Как проиллюстрировано на Фиг. 1А, 1В и 1С, скользящий плунжер 106 размещается внутри клетки 126 и перемещается между открытой позицией (Фиг. 1А и 1С) и закрытой позицией (Фиг. 1В) для управления потоком текучей среды через клапан 100. Шток 128 (например, шток клапана, шток плунжера) присоединяет плунжер 106 к исполнительному приводу 108, который выполняет действия по перемещению плунжера 106 по направлению к и удаляясь от седла клапана 130 (например, седло клапана, просвет управления потоком). Клетка 126 присоединяется к внутренней поверхности первой части корпуса клапана 102 и может быть прикреплена, используя любое подходящее крепежное приспособление(я). В некоторых примерах, указанная клетка 126 может быть зажата или сжата между секцией первой части корпуса клапана 102 и другим компонентом указанного клапана 100.
[0026] Как это более четко изображено на Фиг. 1С, указанное седло клапана 130 содержит часть фланца 132 и часть седла 134. В приведенном примере, указанная часть фланца 132 седла клапана 130 закреплена (например, зажата, сжата) между первой и второй частями корпуса клапана 102, 104 и, более конкретно, между вторым фланцем 118 и третьим фланцем 120. В других примерах, указанное седло клапана 130 может быть прикреплено к клапану 100, используя любые подходящие крепежные приспособления (например, винтовые резьбы, болты и т.п.). В приведенном примере, указанная часть седла 134 продвигается внутрь указанного перепускного канала 110 так, что плунжер 106 может соприкасаться с частью седла 134 для предотвращения потока текучей среды через клапан 100, как более подробно описано ниже.
[0027] В приведенном примере, указанная клетка 126 содержит по меньшей мере одно отверстие 136, через которое текучая среда может протекать, когда клапан для текучей среды 100 находится в открытой позиции (т.е., когда плунжер 106 отдален от седла клапана 130). Клетка 126 может быть сконфигурирована различными способами (например, отверстия 136, имеющие различные формы, размеры или интервалы), чтобы обеспечить, в частности, желательные характеристики потока текучей среды, такие, как, например, управляемость потока, снижение шума и/или кавитации, обеспечение дальнейшего снижения давления технологической текучей среды и т.п.
[0028] В приведенном примере, клетка 126 располагается внутри полости 138, сформированной в первой части корпуса клапана 102. Часть указанной полости 138 ограничивается участком стенки 140 первой части корпуса клапана 102. В приведенном примере, шток 128 продвигается через просвет 142 в участке стенки 140 первой части корпуса клапана 102. Просвет 142 содержит набивку 144 для поддержания уплотнения между перепускным каналом 110 и наружной стороной клапана 100, а также обеспечивает плавное, линейное перемещение штока плунжера 128. Набивка 144 закрепляется сальниковыми гайками или держателями 146, 148, которые могут сжимать набивку 144 для образования непроницаемого для текучей среды уплотнения и предотвращения утечки технологической текучей среды из перепускного канала 110 из клапана 100 наружу.
[0029] В приведенном примере исполнительный привод 108 содержит ведущий механизм 150 и опору для установки/юстировки 152. Указанная опора 152 может быть прикреплена к участку стенки 140 первой части корпуса клапана, используя любые подходящие механические крепежные детали, клеи и т.п. В приведенном примере исполнительным приводом 108 является линейный исполнительный привод. Однако, в других примерах, указанный экземпляр клапана 100 может допускать различные типы исполнительных приводов, таких, как, например, роторные исполнительные приводы. Указанный исполнительный привод 108 может быть исполнительным приводом любого типа, таким, как, например, гидравлический исполнительный привод, электрический исполнительный привод, механический исполнительный привод, электромеханический исполнительный привод, пьезоэлектрический исполнительный привод или любой другой подходящий исполнительный привод.
[0030] Как более четко проиллюстрировано на Фиг. 1С, плунжер 106 содержит каналы или туннели 154 для равновесия или уравнивания сил, приложенных по всему плунжеру 106 силами давления технологической текучей среды, действующими на плунжер 106. В результате может быть предусмотрена меньшая сила приведения в движение (например, с помощью исполнительного привода 108) для перемещения плунжера 106 между открытой и закрытой позициями. В других примерах, указанный плунжер 130 может содержать больше или меньше каналов для уравновешивания давления за плунжером 106 в клетке 126. В еще других примерах, плунжер 106 может быть любым другим элементом управления потоком, таким, как неуравновешенный плунжер (например, плунжер, не имеющий каналов или туннелей).
[0031] В приведенном примере, плунжер 106 также содержит выполненную заподлицо часть 156 для размещения блока уплотнения плунжера 158 (например, уплотнения, уплотнительного и противовыдавливающего кольца и т.п.). Блок уплотнения плунжера 158 соприкасается с внутренней поверхностью 160 клетки 126, чтобы предотвратить утечку текучей среды между клеткой 126 и наружной поверхностью 162 плунжера 106. В некоторых примерах, блок уплотнения плунжера 158 также обеспечивает относительно плавное и линейное перемещение плунжера 106 внутри клетки 126.
[0032] В примере, проиллюстрированном на Фиг. 1А-1С, перепускной канал 110 у входного отверстия 112 клапана 100 вблизи первого фланца 116 выровнен (например, по оси) вдоль первой оси 164, и перепускной канал ПО у выходного отверстия 114 клапана 100 вблизи четвертого фланца 122 выровнен вдоль второй оси 166. В приведенном примере, первая ось 164 и вторая ось 166 практически совпадают (т.е. входное отверстие 112 и выходное отверстие 114 коаксиальны). В других примерах, первая и вторая оси 164, 166 могут быть параллельными, но смещенными (например, удаленными или расположенными с интервалом друг от друга, не коаксиальными), что может зависеть от ориентации и местоположения напорной трубы источника подачи выше по течению и трубы по потоку источника подачи ниже по течению. В некоторых примерах, первая и вторая оси 164, 166 практически горизонтальны, как, например, когда напорная труба источника подачи выше по течению и труба по потоку источника подачи ниже по течению выровнены горизонтально относительно земли.
[0033] В приведенном примере, часть перепускного канала 110 вблизи седла клапана 130 практически выровнена вдоль третьей оси 168. Указанная третья ось 168 практически параллельна к и смещена от первой и второй осей 164, 166. В приведенном примере продольная ось штока 128 также выровнена вдоль третьей оси 168. В некоторых примерах, просвет 142 и/или продольная ось клетки 126 также практически выровнены вдоль третьей оси 168. При эксплуатации, исполнительный привод 108 перемещает плунжер 106 с помощью штока 128 вдоль третьей оси 168 внутри перепускного канала 110 клапана 100. Более конкретно, указанный плунжер 106 перемещается в сторону от седла клапана 130 (Фиг. 1А) чтобы позволить или увеличить поток текучей среды через клапан 100, и в направлении к седлу клапана 130 (Фиг. 1В), чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через клапан 100. Часть перепускного канала 106 вблизи седла клапана практически выровнена вдоль третьей оси 168 и, таким образом, направление потока текучей среды через эту часть также выровнено вдоль третьей оси 168.
[0034] В приведенном примере текучая среда, поступая во входное отверстие 112, протекает в первом направлении, будучи практически выровнена вдоль первой оси 164, и текучая среда, покидая клапан 100 через выходное отверстие 114, протекает во втором направлении, будучи практически выровнена вдоль второй оси 166. В некоторых примерах, первое направление и второе направление практически одинаковы (например, направо, на восток и т.п.). В некоторых подобных примерах, первая и вторая оси 164, 166 могут быть практически одинаковыми (например, коаксиальными) или параллельными к, но смещенными относительно друг друга. В некоторых примерах, клапан 100 размещается между напорной трубой источника подачи выше по течению и трубой по потоку источника подачи ниже по течению, имея те же оси и, таким образом, первая и вторая оси 164, 166 практически одинаковы.
[0035] В приведенном примере текучая среда, двигающаяся через седло клапана 130 между первой и второй частями корпуса 102, 104, протекает в третьем направлении, практически выровненная вдоль третьей оси 168. В некоторых примерах, указанное третье направление практически такое же, как первое и/или второе направление (например, вправо, на восток и т.п.). Другими словами в некоторых примерах путь потока текучей среды через входное отверстие 112 пролегает в первом направлении, а путь потока текучей среды через выходное отверстие 114 пролегает во втором направлении, практически таком же, как первое направление, и путь потока текучей среды через седло клапана 130 (например, когда плунжер 106 позволяет или предотвращает поток текучей среды) пролегает в третьем направлении практически таком же, как первое и второе направление. Пример клапана 100 отводит поток текучей среды от первого направления через входное отверстие 112 вдоль первой оси 164 к третьему направлению через седло клапана 130 вдоль третьей оси 168 и затем ко второму направлению через выходное отверстие 114 вдоль второй оси 166. Таким образом, в некоторых примерах центральная ось (например, от входного отверстия 112 к выходному отверстию 114) внутреннего канала потока нелинейна.
[0036] В приведенном примере, участок стенки 140, к которому прикреплен исполнительный привод 108, практически перпендикулярен третьей оси 168. Однако, в других примерах, наружная поверхность первой части корпуса клапана 102 может не содержать перпендикулярный участок стенки для монтажа исполнительного привода 108. В таких примерах, исполнительный привод 108 может быть присоединен к угловому или криволинейному участку первой части корпуса клапана 102.
[0037] В приведенном примере первая криволинейная или угловая часть (например, деталь, участок, сегмент и т.п.) первой части корпуса клапана 102 является криволинейной или угловой для адресации пути потока текучей среды вдоль четвертой оси 170 между первой осью 164 входного отверстия 112 и третьей осью 168 седла клапана 130 (т.е. выходного отверстия первой части корпуса клапана 102). В приведенном примере первая криволинейная или угловая часть первой части корпуса клапана 102, выровненная вдоль четвертой оси 170, практически линейна. Однако, в других примерах, первая часть корпуса клапана 102 может не содержать линейный участок, а может быть непрерывной кривой (например, гладкой кривой, S-образной кривой, кривой арочной формы). Как проиллюстрировано, первый угол θ1 образуется между первой осью 164 и четвертой осью 170. В некоторых примерах, первый угол θ1 быть любым углом между 0° и 90°.
[0038] В приведенном примере, второй криволинейный или угловой участок второй части корпуса клапана 104 является криволинейным или угловым для адресации пути потока вдоль пятой оси 172 между третьей осью 168 через седло клапана 130 (т.е. входное отверстие второй части корпуса клапана 104) и шестой осью 166 через выходное отверстие 114. В приведенном примере вторая криволинейная или угловая часть второй части корпуса клапана 106, выровненная вдоль пятой оси 172, практически линейна. В других примерах вторая часть корпуса клапана 106 может не содержать линейный участок, а может быть непрерывной кривой (например, гладкой кривой, S-образной кривой и т.п.). Второй угол θ2 образуется между пятой осью 172 и шестой осью 166. В некоторых примерах, второй угол θ2 может быть любым углом между 0° и 90°. Первый и второй углы θ1 и θ2 могут быть практически одинаковыми или различными в зависимости от параметров конструкции или спецификаций системы обработки текучей среды. В приведенном примере диаметр перепускного канала 110 во второй части корпуса клапана 106 практически постоянен. Однако, в других примерах, диаметр перепускного канала 110 во второй части корпуса клапана 104 варьируются.
[0039] При эксплуатации, технологическая текучая среда, поставляемая напорной трубой источника подачи выше по течению, поступает в клапан 100 через входное отверстие 112. Текучая среда, поступая в первую часть корпуса клапана 102 через входное отверстие 112 (например, через первую часть перепускного канала 110), протекает в первом направлении и практически выровнена вдоль первой оси 164. Поток текучей среды изменяет направление (например, сформированное первым углом θ1) и протекает вдоль четвертой оси 170 в первой части корпуса клапана 102. Когда текучая среда достигает клетки 126, плунжера 106 и седла клапана 130 (например, в третьей части перепускного канала 110), первая часть корпуса клапана 102 искривляется для изменения потока текучей среды в третьем направлении вдоль третьей оси 168. Когда клапан 100 находится в первой (открытой) позиции, текучая среда протекает через отверстия 136 в клетке и через седло клапана 130 между первой и второй частями корпуса клапана 102, 104. В некоторых примерах, седло клапана 130 лежит в плоскости, которая ориентирована практически перпендикулярно первой, второй и/или третьей осям 164, 166, 168.
[0040] После протекания потока текучей среды через седло клапана 130, текучая среда меняет направление (например, на сформированное вторым углом θ2), и протекает вдоль пятой оси 172 во второй части корпуса клапана 104. Когда текучая среда достигает выходного отверстия 114 (например, через вторую часть перепускного канала 110), путь потока текучей среды изгибается, чтобы изменить поток текучей среды на второе направление, которое практически выровнено вдоль второй оси 166. В некоторых примерах, третья ось 168 параллельна к и смещена от первой и/или второй осей 164, 166. В некоторых примерах, первое, второе и/или третье направления являются практически тем же самым.
[0041] В приведенном примере, линейный исполнительный привод 108 сориентирован вдоль третьей оси 168, которая практически параллельна к, но смещена (т.е. не коаксиальна) относительно первой и второй осей 164, 166. Шток 128 перемещает плунжер 106 линейно вдоль третьей оси 168 (например, а третьем направлении). Таким образом, узел регулировки (например, плунжер 106 и седло клапана 130) сориентирован и перемещается практически линейно относительно части перепускного канала 110 вдоль третьей оси 168. Эта линейная ориентация и перемещение улучшают эффективность потока и снижают шум клапана и турбуленцию. В приведенном примере форма и кривизна первой части корпуса клапана 102 дают возможность исполнительному приводу 108 перемещать шток 128 и плунжер 106 линейно вдоль третьей оси 168 с несколькими, если таковые имеются, исполнительными компонентами преобразования (например, трансмиссия, передаточный механизм и т.п.). Шток 128 может быть непосредственно присоединен к ведущему устройству 150 исполнительного привода 108. Таким образом, в некоторых примерах необходимым является только достаточное пространство для штока 128, чтобы приводить в действие плунжер 106 в перепускном канале 110. Таким образом, в некоторых примерах, третья ось 168 лишь смещена от первой и/или второй осей 164, 166 на расстояние около половины диаметра перепускного канала 110 седла клапана 130.
[0042] В приведенном примере, первая часть корпуса клапана 102, вторая часть корпуса клапана 104 и/или элемент управления потоком 106 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, такого, как, например, чугун, углеродистая сталь, коррозионно-стойкие материалы, такие, как, например, нержавеющая сталь, высоконикелиевая сталь и т.д., и/или любой другой подходящий материал(ы) или их комбинация. В некоторых примерах, клапан 100 может не содержать вторую часть корпуса клапана 104 - в случаях, как, например, когда напорная труба источника подачи выше по течению и труба по потоку источника подачи ниже по течению смещены одна относительно другой. В таких примерах, входное отверстие 112 присоединяется к напорной трубе источника подачи выше по течению, и выходное отверстие первой части корпуса клапана (например, вблизи второго фланца 118) присоединяется непосредственно к трубе по потоку источника подачи ниже по течению. Седло клапана 130 может быть присоединено между вторым фланцем 118 и фланцем трубы по потоку источника подачи ниже по течению (или напорной трубе источника подачи выше по течению в случае поворота вспять). Также, в некоторых примерах, первая, вторая и/или третья оси 164, 166, 168 могут быть смещены (т.е. ни параллельны, ни пересекающиеся) одна с другой.
[0043] Как упоминалось выше, в некоторых примерах, входное отверстие и выходное отверстие клапана 100 могут быть параллельны, но смещены (например, отдалены или расположены с интервалом друг от друга, некоаксиальны), в зависимости от ориентации и местоположения напорной трубы источника подачи выше по течению и трубы по потоку источника подачи ниже по течению. В некоторых таких примерах, как проиллюстрировано на Фиг. 1D (в которой номера ссылок из Фиг. 1А-1С используются для указания элементов, которые подобны или идентичны таким же из Фиг. 1А-1С), вторая часть корпуса клапана 104 (Фиг. 1А-1С) может быть не использована вообще. Как проиллюстрировано на Фиг. 1D, выходное отверстие клапана 100 находится в выходном отверстии первой части корпуса клапана 102 и, таким образом, практически выровнено вдоль третьей оси 168. В этом примере, второй фланец 118 первой части корпуса клапана 102 может быть присоединен непосредственно к трубе по потоку источника подачи ниже по течению. В некоторых примерах, седло клапана 130 может быть присоединено между вторым фланцем 118 первой части корпуса клапана 102 и фланцем трубы по потоку источника подачи ниже по течению. Первая ось 164 и третья ось 168 (например, выходное отверстие клапана 100 в этом примере) могут быть смещены на любую величину для практического выравнивания клапана 100 с напорной трубой источника подачи выше по течению и трубой по потоку источника подачи ниже по течению.
[0044] В качестве примера эксплуатации, текучая среда поступает в первую часть корпуса клапана 102 во входное отверстие 112 через напорную трубу источника подачи выше по течению, и протекает в первом направлении, практически выровненном вдоль первой оси 164. Поток текучей среды изменяет направление (например, сформированное первым углом θ1) и протекает вдоль четвертой оси 170 в первой части корпуса клапана 102. Как только текучая среда достигает клетки 126, плунжера 106 и седла клапана 130, первая часть корпуса клапана 102 искривляется, чтобы изменить поток текучей среды на второе направление вдоль третьей оси 168. Когда клапан 100 находится в первой (открытой) позиции, текучая среда протекает через отверстия 136 в клетке, через седло клапана 130 и покидает клапан 100 в трубу по потоку источника подачи ниже по течению. В некоторых примерах, первое и второе направления могут быть практически одинаковыми. Пример клапана 100, проиллюстрированного на Фиг. 1D, имеет уменьшенную полную длину и уменьшенное количество деталей.
[0045] Фиг. 2 иллюстрирует вид частичного поперечного сечения клапана 100 с модулем датчика 200 для определения местоположения штока 128 и, таким образом, элемента управления потоком 106 внутри перепускного канала 110 клапана 100. После продолжительного и многократного использования, как это обычно видно у известных клапанов, общий износ может ослабить уплотнительный интерфейс между штоком 128 и набивкой 144 в просвете 140. Поэтому, в некоторых случаях шток 128 может слегка продвинуться внутрь просвета 142 в первой части корпуса клапана 102 и стать несовместимым с третьей осью 168. Кроме того, в некоторых примерах, интерфейс между опорой 152 исполнительного привода 108 и участком стенки 140 первой части корпуса клапана 102 может ослабить и дополнительно сдвинуть выравнивание штока 128 по отношению к первой части корпуса клапана 102. Эти сдвижки могут стать причиной того, что плунжер 106 станет несовместимым относительно седла клапана 130 и третьей оси 168 и, как следствие, отрицательно повлиять на эксплуатацию клапана 100.
[0046] В приведенном примере модуль датчика 200 присоединен к первой части корпуса клапана 102. Коннектор 202 обслуживает модуль датчика 200 в заранее определенном местоположении в связи с первой частью корпуса клапана 102. В этом примере модуль датчика 200 предназначен для измерения местоположения штока 128 и обеспечения сигнала обратной связи исполнительному приводу 108 для более точного управления местоположением элемента управления потоком 106 в клапане 100. Сигнал обратной связи мгновенно учитывает изменения (например, работа, возврат назад, перелив) в выравнивании штока 128 и, тем самым, плунжера 106. В некоторых примерах, модуль датчика 200 содержит дополнительные инструменты/устройства для коррекции позиции штока 128, чтобы учесть эти изменения в позиции штока 128. В других примерах, модуль датчика 200 может быть присоединен к штоку 128 и/или опоре 152 для измерения местоположения штока 128 относительно первой части корпуса клапана 102.
[0047] Фиг. 3 иллюстрирует вид частичного поперечного сечения клапана 100 с альтернативным механизмом привода 300, имеющего ручной маховик 302 и опору установки/юстировки 304. Исполнительный привод с ручным маховиком 302 позволяет оператору или технику вручную эксплуатировать (например, открывать и закрывать) клапан 100, вращая ручной маховик 302. В некоторых примерах, ведущее устройство 300 содержит комплект муфт и нарезных шпилек для перемещения штока 128 при вращении ручного маховика 302. Указанный ручной маховик исполнительного привода 302 действует для перемещения плунжера 106 вдоль третьей оси 168, чтобы открывать и закрывать клапан 100.
[0048] Указанный пример осевого управляющего клапана для текучей среды 100, описанный в данном документе, успешно снижает количество исполнительных компонентов, которые требуют широкого применения уплотнений и сальников, а также увеличивает эффективность потока. Пример осевого управляющего клапана для текучей среды 100 также снижает нежелательную утечку, потому что указанные исполнительные компоненты располагаются за пределами границы давления потока текучей среды. Кроме того, пример осевого управляющего клапана для текучей среды 100 содержит существенно меньше движущихся частей, что значительно снижает затраты на производство и обслуживание, в также снижает вес клапана. Пример клапана, изложенный в данном документе, также содержит перепускной канал, имеющий минимальное количество изгибов и поворотов, чтобы обеспечить менее ограничивающий путь потока через клапан.
[0049] Хотя некоторые примеры устройства были описаны в данном документе, сфера охвата этого патента не ограничивается этим. Напротив, этот патент покрывает все способы, устройства и промышленные изделия, вполне подпадающие под действие прилагаемых требований как буквально, так и согласно доктрине эквивалентов.
1. Клапан, содержащий:
корпус клапана, определяющий перепускной канал между входным отверстием и выходным отверстием, причем входное отверстие выровнено вдоль первой оси, а выходное отверстие выровнено вдоль второй оси, при этом корпус клапана включает в себя первую часть корпуса клапана, имеющую полость, которая образована участком стенки этой первой части корпуса клапана;
элемент управления потоком, расположенный между входным отверстием и выходным отверстием и содержащий плунжер;
исполнительный привод, имеющий шток, прикрепленный к элементу управления потоком для перемещения элемента управления потоком вдоль третьей оси в перепускном канале, причем третья ось является по существу параллельной к и смещенной от по меньшей мере первой оси или второй оси;
и клетку, расположенную внутри указанной полости, образованной в первой части корпуса клапана, причем эта клетка выполнена с возможностью размещения внутри себя указанного плунжера.
2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что первая ось и вторая ось по существу совпадают друг с другом.
3. Клапан по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий седло клапана, расположенное между входным отверстием и выходным отверстием, причем участок перепускного канала вблизи седла клапана выровнен по третьей оси.
4. Клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что плоскость, параллельно которой ориентировано седло клапана, практически перпендикулярна по меньшей мере одной из осей: первой оси или второй оси.
5. Клапан по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащий датчик, прикрепленный к корпусу клапана или штоку, для определения местоположения штока относительно корпуса клапана.
6. Клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный датчик предназначен для передачи информации о местоположении штока исполнительному приводу.
7. Клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный корпус клапана содержит просвет для размещения штока, который по существу выровнен вдоль третьей оси.
8. Клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный шток имеет продольную ось, ориентированную вдоль третьей оси.
9. Клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что указанная третья ось расположена с интервалом от первой оси на расстоянии, большем, чем приблизительно радиус перепускного канала.
10. Клапан, содержащий:
корпус клапана, определяющий перепускной канал между входным отверстием и выходным отверстием, причем корпус клапана включает в себя первую часть корпуса клапана, имеющую полость, которая образована участком стенки этой первой части корпуса клапана, при этом входное отверстие находится вблизи от первой части перепускного канала с первым путем потока текучей среды в первом направлении, а выходное отверстие находится вблизи от второй части перепускного канала, со вторым путем потока текучей среды во втором направлении, практически том же, что и первое направление;
плунжер, подвижный внутри третьей части перепускного канала с третьим путем потока текучей среды в третьем направлении, практически том же, что и первое направление и второе направление, при этом корпус клапана имеет первый криволинейный или угловой участок между первой частью перепускного канала и третьей частью перепускного канала;
и клетку, расположенную внутри указанной полости, образованной в первой части корпуса клапана, причем эта клетка выполнена с возможностью размещения внутри себя указанного плунжера.
11. Клапан по п. 10, дополнительно содержащий ручной маховик для перемещения плунжера вручную внутри третьей части перепускного канала.
12. Клапан по любому из пп. 10 или 11, дополнительно содержащий исполнительный привод, имеющий шток, присоединенный к плунжеру, для перемещения плунжера внутри третьей части перепускного канала.
13. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что исполнительный привод предназначен для перемещения штока в третьем направлении.
14. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что исполнительный привод присоединяется к наружной поверхности корпуса клапана.
15. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что исполнительным приводом является линейный исполнительный привод.
16. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что корпус клапана дополнительно содержит вторую криволинейную или угловую часть между третьей частью перепускного канала и второй частью перепускного канала.
17. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что вторая криволинейная или угловая часть перепускного канала имеет практически постоянный диаметр.
18. Клапан по любому из пп. 10 или 11, в котором клетка расположена внутри третьей части перепускного канала для размещения плунжера.
19. Клапан по любому из пп. 10 или 11, отличающийся тем, что клетка присоединяется к корпусу клапана и имеет продольную ось, практически выровненную по третьему направлению.
20. Клапан, содержащий:
корпус клапана, имеющий канал потока, в том числе входное отверстие, выходное отверстие и просвет управления потоком, причем корпус клапана включает в себя первую часть корпуса клапана, имеющую полость, которая образована участком стенки этой первой части корпуса клапана, при этом текучая среда протекает через входное отверстие, выходное отверстие и просвет в практически том же направлении, при этом по меньшей мере часть центральной оси канала потока нелинейна;
элемент управления потоком для перемещения вдоль направления потока текучей среды через просвет для управления потоком текучей среды через корпус клапана, причем этот элемент управления потоком содержит плунжер;
и клетку, расположенную внутри указанной полости, образованной в первой части корпуса клапана, причем эта клетка выполнена с возможностью размещения внутри себя указанного плунжера.
