ОТСЕЧНОЙ ДРЕНАЖНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1997 года по МПК F16K31/22 F16K33/00 

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано на дренажных емкостях и трубопроводах, работающих преимущественно на жидкостях с низкой (малой) плотностью, например сжиженной широкой фракции легких углеводородов (ШФЛУ) ТУ 38.101524-83.

Известен отсечной дренажный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором размещен поплавок (см. а. с. СССР N 416510, кл. F 16 K 33/00, 1972).

Известный клапан недостаточно надежно работает на жидкостях с низкой плотностью из-за небольшого усилия прижатия поплавка к седлу, обусловленного только Архимедовой силой. Это приводит к выбросу жидкости в атмосферу. Кроме потерь жидкости, возникают проблемы с нейтрализацией и улавливанием пожароопасных, токсичных и агрессивных жидкостей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является отсечной дренажный клапан, содержащий корпус с выходным и входным патрубками и размещенный в корпусе поплавок с отверстиями и пластиной из пористого материала, проницаемого для пара и газа, при этом поплавок установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и снабжен уплотнительным элементом, расположенным с возможностью взаимодействия с седлом (см.а.с. СССР N 976197, кл. F 16 K 31/22, F 16 K 33/00, 1982).

Известный отсчетной дренажный клапан обеспечивает надежную работу на жидкостях с высокой плотностью (больше 1 г/см³), т.е. тогда, когда Архимедовой силы всплывающего поплавка достаточно для создания запорным органом усилия на седле, необходимого для его надежного перекрытия.

Однако при использовании известного клапана на емкостях и трубопроводах, работающих на жидкостях с малой плотностью, таких как ШФЛУ, у которых ρ= 0,5...0,6 г/см³, надежность его работы падает, т.е. падает надежность перекрытия поплавком выходного патрубка. Это связано с тем, что перекрытие осуществляется только усилием, развиваемым поплавком при всплытии от действия Архимедовой силы. При малой плотности жидкости этой силы уже недостаточно для подъема поплавка и создания им усилия для надежного перекрытия, а также для преодоления усилия пружинного элемента. Это приводит к проливам рабочей жидкости и, как следствие, к ее потерям. В случае использования токсичных, агрессивных и взрывоопасных жидкостей возникает проблема улавливания и нейтрализации проливов, т.е. возникает необходимость дополнительных материальных затрат.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности работы клапана, преимущественно на жидкостях с малой плотностью, путем создания перепада давления рабочей среды на поплавке.

Это достигается тем, что в известном отсчетном дренажном клапане, содержащем корпус с выходным и входным патрубками и размещенный в корпусе поплавок с отверстиями и пластиной из пористого материала, проницаемого для пара и газа, при этом поплавок установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и снабжен уплотнительным элементом, расположенным с возможностью взаимодействия с седлом, согласно изобретению он снабжен запорным органом, на котором размещен уплотнительный элемент, а поплавок с отверстиями в днище выполнен в виде стакана, установленного с возможностью взаимодействия его боковой поверхностью с корпусом, причем запорный орган расположен со стороны днища поплавка.

Кроме того, на днище поплавка установлен шток и на нем закреплен запорный орган. Причем пластина из пористого материала закреплена на днище поплавка со стороны входного патрубка и может быть выполнена из материала, несмачиваемого жидкостью.

На чертеже изображен продольный разрез отсечного дренажного клапана.

Клапан установлен на емкости (на чертеже условно не показана), предназначенной для заправки и слива жидкости с малой плотностью, например ШФЛУ ρ= 0,5...0,6 г/см³..
Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 размещен поплавок 4, выполняемый в виде стакана с днищем 5, в котором выполнены отверстия 6. Поплавок 4 установлен с возможностью взаимодействия его боковой поверхности с корпусом 1 и осевого перемещения относительно последнего. На днище 5 поплавка 4 со стороны входного патрубка 2 закреплена пластина 7 из пористого материала, проницаемого для пара и газа. Осесимметрично на днище 5 поплавка 4 установлен шток 8, на котором закреплен запорный орган 9, на котором размещен уплотнительный элемент 10 с возможностью взаимодействия с седлом 11.

Седло 11 установлено на выходном патрубке 3. Пластина 7 может быть выполнена из материала, несмачиваемого жидкостью, что повысит чувствительность клапана за счет снижения располагаемого перепада давления среды, необходимого для надежного срабатывания клапана. Кроме того, размеры пор пластины 7 и площадь днища 5 поплавка 4 выбраны из условия достаточности перепада давления жидкости на днище 5 для подъема поплавка 4 и надежности перекрытия запорными органом 9 седла 11 на выходном патрубке 3.

В исходном состоянии поплавок 4 под силой собственного веса находится в нижнем положении и опирается на днище корпуса 1, при этом выходной патрубок 3 открыт для дренажа газа из емкости. При заполнения емкости жидкостью она вытесняет из нее парогазовую среду, которая поступает во входной патрубок 2 дренажного клапана и через открытые поры пластины 7 и отверстия 6 в днище 5 поплавка 4 в выходной патрубок 3 и в атмосферу (или систему нейтрализации). Поскольку пластина 7 проницаема для пара и газа, то ее гидравлическое сопротивление для них мало и образовавшегося на ней перепада давления не достаточно для подъема поплавка 4. На пористую пластину 7 при заправке емкости жидкостью вместе с парогазовой смесью попадают и капли жидкости, на которые при их нахождении на пористой пластине 7 начинает действовать капиллярное давление, которое для цилиндрического круглого капилляра выражается формулой
,
где σ коэффициент поверхностного натяжения;
n угол смачивания;
R радиус круглого цилиндрического капилляра.

Если материал пластины 7 смачиваемый, капиллярное давление втягивает жидкость в поры, а если несмачиваемый выталкивает ее.

Таким образом, при заправке парогазовая среда будет проходить через пластину 7, а жидкость задерживается ею до тех пор, пока перепад давлений между зеркалом жидкости и жидкостью не превысит DP_к. Такое условие может быть реализовано только тогда, когда вся парогазовая смесь перед пористой пластиной 7 (со стороны внутренних полостей заправляемой системы) будет вытеснена за пластину 7 в дренажную полость.

Таким образом, установка несмачиваемой жидкостью пластины 7 обеспечивает дренаж всей парогазовой смеси из заправляемой системы. После того как последняя порция парогазовой среды вытеснена жидкостью, она заполняет поры пластины 7. При этом на пластине 7 резко возрастает гидравлическое сопротивление и образуется перепад давления независимо от плотности жидкости, достаточной для подъема поплавка 4, установленного по свободной посадке в корпусе 1. Поплавок 4 поднимается вместе с запорным органом 9 до тех пор, пока уплотнительный элемент 10 не войдет в контакт с седлом 11. При дальнейшем увеличении давления заправки жидкости увеличивается и плотность прилегания элемента 10 к седлу 11. Клапан надежно закрыт, предотвращая пролив жидкости. Крепление пластины 7 снизу днища 5 позволяет обеспечить повышенную надежность конструкции.

Поскольку в процессе заправки часть жидкости может выдавливаться через пористую пластину 7 (в полость дренажа), что возможность при повышении давления заправки до величины больше ΔP_к, то она растекается по ее поверхности. При сбросе давления из емкости при сливе жидкость будет из дренажной полости клапана под действием сил тяжести свободно сливаться в рабочий объем емкости до тех пор, пока отсутствует разрыв сплошности жидкости хотя бы в одном из капилляров. Последнее реализуется всегда.

Поплавок 4 под силой собственного веса и за счет свободной посадки в корпусе 1 опускается вниз, открывая выходной патрубок 3, сообщая его с полостью емкости.

Таким образом, выполнение поплавка 4 в виде стакана и размещение пористой пластины 7 на перфорированном его днище 5 позволяет создавать усилие для перемещения поплавка и надежного перекрытия выходного патрубка 3 за счет создания подъемной силы вследствие образования перепада давления от изменения гидравлического сопротивления на пластине 7 при замене среды газа на жидкость. Это позволяет расширить диапазон использования клапана при сохранении высокой надежности работы и на жидкостях с малой плотностью.

Использование: в арматуростроении, в частности на дренажных емкостях и трубопроводах, работающих преимущественно на жидкостях с низкой плотностью. Сущность изобретения: в корпусе клапана размещен поплавок, выполненный в виде стакана с перфорированным днищем. На днище размещена пластина из пористого материала, несмачиваемого жидкостью, и установлен запорный орган. На выходном патрубке установлено седло. При заполнении емкости жидкостью она вытесняет из клапана парогазовую среду, которая свободно проходит через поры пластины в атмосферу. Когда уровень жидкости достигает пластины, она заполняет ее поры, на ней резко возрастает гидравлическое сопротивление и образуется перепад давления независимо от плоскости жидкости. Вследствие образовавшегося перепада давления на днище поплавок поднимается до тех пор, пока запорный орган не сядет на седло и не перекроет выходной патрубок. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Отсечной дренажный клапан, преимущественно для гидравлических систем, работающих на жидкостях с низкой плотностью, содержащий корпус с выходным и входным патрубками и размещенный в корпусе поплавок с отверстиями и пластиной из пористого материала, проницаемого для пара и газа, при этом поплавок установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и снабжен уплотнительным элементом, расположенным с возможностью взаимодействия с седлом, отличающийся тем, что он снабжен запорным органом, на котором размещен уплотнительный элемент, а поплавок выполнен в виде стакана, установленного с возможностью взаимодействия его боковой поверхности с корпусом, а отверстия поплавка выполнены в его днище, причем запорный орган расположен со стороны днища поплавка. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что на днище поплавка установлен шток и на нем закреплен запорный орган. 3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что пластина из пористого материала закреплена на днище поплавка со стороны входного патрубка. 4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что упомянутая пластина выполнена из материала, не смачиваемого жидкостью.