ОТСЕЧНОЙ КЛАПАН Российский патент 1997 года по МПК F16K17/36 

Изобретение относится к предохранительным клапанам, приводимым в действие в результате посторонних воздействий, например, при разгерметизации трубопровода.

Известен предохранительный запорный клапан, который срабатывает под действием изменения скорости потока или при повышении заданной величины расхода и содержит корпус с впускным и выпускными отверстиями, соединенными цилиндрическим каналом, по которому поступает поток. В цилиндрическом канале вдоль оси свободно перемещается клапан и предусмотрены впускные и выпускные отверстия, выполненные со смещением. Клапан в положении "закрыто" прижимается к кольцевому седлу. При повышении заданной величины расхода клапан перекрывает поток [1]
Такой клапан сложен в конструктивном исполнении и обладает большим аэродинамическим сопротивлением в исходном положении.

Наиболее близким из известных по достигаемому результату и технической сущности является отсечной клапан, срабатывающий при изменении скорости или расхода рабочего газа и содержащий корпус с седлами, входным и выходным отверстиями, системой перепускных каналов и установленный в нем с возможностью перемещения запорный элемент, выполненный с перегородкой в середине в виде осесимметричного тела, симметрично расположенного относительно плоскости, перпендикулярной магистральному трубопроводу, проходящей через середину корпуса и нагруженного с обеих торцов пружинами относительно стоек, установленных на входе и выходе корпуса [2]
Такой клапан обладает рядом недостатков. Он создает заметное аэродинамическое сопротивление потоку и сложен в конструктивном исполнении. Подвижный элемент не обеспечивается потоком, а лишь перекрывает отверстия свободных каналов, наличие которых создает дополнительное сопротивление потоку газа при исходном положении. Разбиение свободного канала на несколько каналов со смещенными по оси входами и выходами создает дискретное по давлению срабатывание, что не всегда удовлетворяет потребностям практики. Разбиение свободного канала на несколько каналов заметно усложняет конструкцию.

Задачей изобретения является повышение надежности в обеспечении перекрытия проходного канала трубопровода при его разгерметизации, обеспечении незначительного сопротивления в исходном положении и упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что в отсеченном клапане, содержащем корпус с седлами, входным и выходным отверстиями и установленный в нем с возможностью перемещения запорный элемент, выполненный с перегородкой в середине в виде осесимметричного тела, симметрично расположенного относительно плоскости, перпендикулярной магистральному трубопроводу, проходящей через середину корпуса, и нагруженного с обоих торцов пружинами относительно стоек, установленных на входе и выходе корпуса, тело запорного элемента выполнено обтекаемой формы и полым с отверстиями до продольной оси для приема окружающего давления и размещения пружин, закрепленных на перегородке и стойках, при этом проходное сечение между корпусом и запорным элементом в исходном положении выполнено постоянным и равным проходному сечению магистрального трубопровода.

На фиг. 1 приведена схема отсечного клапана; на фиг. 2 размещение отсечных клапанов на газовой магистрали между емкостью источника газа и емкостью потребителя газа, случай разрыва газопровода и срабатывающие при этом клапаны К₁ и К₂.

Отсечной клапан содержит корпус 1, входной канал 2 и выходной канал 3. Входной и выходной каналы выполнены соосными. Подвижный запорный элемент 4 выполнен в виде обтекаемого полного тела, симметрично расположенного относительно плоскости, проходящей через середину корпуса перпендикулярно оси канала. В теле установлена герметичная перегородка 5.

Подвижный запорный элемент подпружинен с двух сторон, причем пружины 6 закреплены на перегородке 5, а другие концы обеих пружин закреплены на обтекаемых стойках 7 и 8, установленных на входе 2 и выходе 3 корпуса 1.

Для выравнивания давления до и после клапана до рабочих значений после устранения разрыва трубопровода предусмотрена трасса с каналом 9 малого проходного сечения, в рабочем состоянии кран всегда закрыт. При срабатывании клапана подвижный элемент упирается в седла (10 или 11).

Отсечные клапаны устанавливаются на магистральных газопроводах (или гидропроводах) (фиг. 2) для предотвращения утечки газа (или жидкости) в случае разрушения трубопровода. Из газовой сети газ поступает в отсечной клапан через вход 2, омывает стойку 7, подвижный запорный элемент 4 и корпус 1, и уходит через выход 3, омывая стойку 8 (кран 9 закрыт). Проходные сечения на входе, выходе и между подвижным элементом и корпусом примерно равны проходному сечению магистрального трубопровода. При нормальной работе скорости потока в трассе невелики, давление Р₁ в сечении между подвижным элементом и седлом 10 и давление P₂ в сечении между подвижным элементом и седлом 11 отличаются незначительно, поэтому подвижный элемент 4 будет смещен вправо на малую величину. Сила, действующая на подвижный элемент, обусловленная разностью давлений P₁ P₂, будет уравновешиваться натяжением пружины 6. Малое смещение подвижного элемента не будет создавать заметного сопротивления потоку.

При разгерметизации трубопровода справа от клапана начнет падать давление P₂, что приведет к смещению подвижного элемента 4 вправо, при этом сечение между седлом 11 и подвижным элементом 4 уменьшается, а сечение между седлом 10 и подвижным элементом 4 увеличивается, что приведет к изменению скоростей и росту перепада давлений P₁ P₂, действующего на подвижный элемент. Увеличится натяжение пружины 6, размещенной между стойками 7, 8 и перегородкой 5. Подбором жесткости пружины всегда можно определить давление P₂, при котором канал будет полностью перекрываться. При перекрытии канала клапаном произойдет отсечка трубопровода, из которого поступает газ. Дальнейшее падение давления P₂ будет приводить только к более плотному прилеганию подвижного элемента к седлу 11.

После устранения разрыва трубопровода, при повышении давления P₂ путем открытия крана 9 подвижный элемент под действием пружины 6 откроет канал до начального положения.

При разгерметизации трубопровода слева от клапана начнет падать давление P₁, что приведет к изменению направления скорости течения газа в клапане, и при достижении определенного перепада давления P₂ - P₁ подвижный элемент 4 переместится влево и перекроет проходной канал слева, произойдет отсечка трубопровода, по которому наполняли объем потребителя газа.

Отсечной клапан выполнен симметричным относительно плоскости, перпендикулярной оси трубопровода и проходящей через его середину, что обеспечивает его срабатывание при разгерметизации трубопровода слева или справа от расположения клапана. При разгерметизации справа клапан перекроет трассу, подающую газ, а при разгерметизации слева клапан перекроет трассу, принимающую газ. Для защиты газопровода от утечек газа при авариях (разрыве труб) необходимо вдоль трассы, особенно в неблагополучных местах, располагать отсечные клапаны через определенные расстояния.

Использование: на газо- и гидротрассах, приводимых в действие в результате посторонних воздействий, например, при разгерметизации трубопровода. Сущность изобретения: тело запорного элемента выполнено обтекаемой формы и полым с отверстиями по продольной оси для приема окружающего давления и размещения пружин. Пружины закреплены на перегородке в стойках. Проходное сечение между корпусом и запорным элементом в исходном положении выполнено постоянным и равным проходному сечению магистрального трубопровода. 2 ил.

Отсечной клапан, содержащий корпус с седлами, входным и выходным отверстиями и установленный в нем с возможностью перемещения запорный элемент, выполненный с перегородкой в середине в виде осесимметричного тела, симметрично расположенного относительно плоскости, перпендикулярной магистральному трубопроводу, проходящей через середину корпуса, и нагруженного с обоих торцов пружинами относительно стоек, установленных на входе и выходе корпуса, отличающийся тем, что тело запорного элемента выполнено обтекаемой формы и полым с отверстиями по продольной оси для приема окружающего давления и размещения пружин, закрепленных на перегородке и стойках, при этом проходное сечение между корпусом и запорным элементом в исходном положении выполнено постоянным и равным проходному сечению магистрального трубопровода.