КЛАПАН Российский патент 1998 года по МПК F16K31/122 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для перекрытия потока рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Известны клапаны, в которых управление рабочим органом осуществляется непосредственно связанным с ним приводом, при этом велико тяговое усилие, необходимое для преодоления гидродинамического сопротивления среды и приведения клапана в действие SU, авт.свид. N 445799, кл. F 16 К 31/02, 1974; SU, авт.свид. N 1366753, кл. F 16 К 1/12, 1988).

Известны клапаны с гидропневмоусилителями, например мембранными, преобразующими энергию рабочей среды в перестановочное усилие, действующее на запорный орган (SU, авт.свид. N 748074, кл. F 16 К 31/02, 1980; SU, авт.свид. N 181926, кл. F 16 К 31/02, 1968). Срок службы подобных устройств невелик, поскольку при длительной работе в условиях высоких давлений среды имеется вероятность нарушения герметичности мембран.

Известны клапаны, в которых открытие и удержание запорного органа в поднятом состоянии осуществляется силами, возникающими от перепада давлений на поверхность запорного органа вследствие прохождения рабочей среды через разгрузочные каналы (DE, N 2733854, кл. F 16 К 1/12, 1975; SU, авт.свид. N 1759237, кл. F 16 К 31/02, 1992).

Наиболее близким решением к предлагаемому является клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами и выполненным в нем седлом, основной затвор поршневого типа с пружиной и разгрузочные каналы, связанные между собой через управляющий клапан (RU, патент N 2022193, кл. F 16 К 31/02, 1994). Перемещение запорного органа в нем осуществляется подъемной силой, возникающей от статического перепада давлений над и под запорным органом и динамического воздействия потока рабочей среды на часть его поверхности. Однако поскольку разгрузочные каналы сообщают входной канал клапана с выходным, где давление постепенно нарастает, в момент выравнивания давлений может произойти срабатывание пружины и самопроизвольное закрытие клапана.

Задача изобретения - увеличение усилия, открывающего клапан, за счет создания большего перепада давлений, воздействующего на рабочий орган, и увеличение динамической составляющей этого усилия путем увеличения поверхности запорного органа, взаимодействующей с потоком рабочей среды. Следствием этого является повышение надежности срабатывания клапана.

Задача решается тем, что в клапане, содержащем корпус с входным и выходным каналами и выполненным в нем первым седлом, крышку, затвор поршневого типа с пружиной, разгрузочные каналы, связанные между собой через управляющий клапан, а также второе седло, один из разгрузочных каналов сообщен либо с атмосферой, либо с другим разгрузочным каналом, сообщенным, в свою очередь, с входным каналом корпуса, а затвор выполнен с перепускными окнами. Второе седло размещено в выходном канале корпуса, снабжено уплотнением и введено в контакт с нижней частью затвора. В этом случае клапан закрыт давлением пружины и рабочей среды. Гарантируется это тем, что геометрические размеры затвора находятся в следующей зависимости:

где D₁ - диаметр первого седла;
D₂ - диаметр второго седла;
D₃ - диаметр верхней части затвора;
Р_пр - усилие пружины;
Р_вх - давление среды на входе клапана.

Открытие клапана осуществляется статическим усилием, пропорциональным перепаду давления рабочей среды во входном канале и атмосферного. Динамическое воздействие потока осуществляется по всей внутренней поверхности затвора, поскольку рабочая среда поступает внутрь него через перепускные окна. При этом чтобы пропускная способность клапана не ограничивалась, перепускные окна выполнены таким образом, чтобы их суммарная площадь была не меньше площади сечения внутренней полости затвора.

В клапане по п.2 между первым и вторым седлами выполнены по меньшей мере три стойки, регулируемые по высоте, что позволяет выбрать допуски при изготовлении деталей и сборке клапана и обеспечить его герметичность. Седла при этом могут быть выполнены, например в виде втулок с отверстиями по числу стоек, а регулировка высоты стоек может производиться, например по резьбе.

В клапане по п.3, с целью повышения надежности срабатывания выполнено в его крышке приспособление для начальной регулировки степени сжатия пружины, например в виде гайки, опирающейся на ее торец и вращающейся по резьбе внутри крышки.

Надежность клапана может быть повышена также путем предохранения его стыкуемых с ним участков трубопровода от гидравлического удара, возникающего в момент закрытия клапана. Для этого клапан по п.4 дополнительно снабжен второй крышкой с размещенным в ней предохранительным клапаном, содержащим запорный орган с уплотнением, подпружиненным до контакта с третьим седлом, выполненным в корпусе клапана, а между второй крышкой и корпусом образована разгрузочная полость, сообщенная с выходным каналом клапана посредством отверстия в корпусе, а с входным каналом - через третье седло. При резком повышении давления в напорной части клапана при его закрытии открывается предохранительный клапан, и рабочая среда проходит через третье седло в разгрузочную полость, сообщенную с каналом низкого давления. При выравнивании давления в системе предохранительный клапан автоматически закрывается. Для регулирования уровня его срабатывания во второй крышке предусмотрено приспособление, регулирующее степень сжатия пружины например, в виде гайки (клапан по п.5).

На чертеже изображен разрез клапана в положении ЗАКРЫТ.

Клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и первое седло 4 в виде цилиндрической втулки. Корпус снабжен первой крышкой 5, в которой размещен затвор 6 поршневого типа в виде полого цилиндра, плавно переходящего в нижней части в конус. Форма затвора может отличаться от изображенной на чертеже, но обязательным является соблюдение следующего соотношения геометрических размеров затвора:

где D₁ - диаметр первого седла;
D₂ - диаметр второго седла;
D₃ - диаметр верхней части затвора;
Р_пр - усилие пружины;
Р_вх - давление среды на входе клапана.

В средней части затвора выполнены перепускные окна 7, а в цилиндрической расточке верхней части размещена пружина 8, поджатая в сторону седла гайкой 9. Первое седло 4 взаимодействует с уплотнением 10 в средней части затвора, а нижняя коническая часть затвора - с уплотнением 11 второго седла 12, выполненного в выходном канале корпуса 1. Между первым и вторым седлами расположены стойки 13, размещенные одним концом в глухих отверстиях нижней части втулки, представляющей собой первое седло, а другим концом взаимодействующие по резьбе с нижней частью корпуса, где размещено второе седло. Стойки законтрены, например, гайкой или герметиком. В крышке 5 выполнены два разгрузочных канала, из которых первый 14 сообщает управляющую полость 15 с рабочей камерой 16 управляющего клапана 17, закрепленного на крышке 5, а второй разгрузочный канал 18 соединяет с упомянутой камерой входной канал 2 корпуса 1. Рабочая камера 16 сообщена через седло управляющего клапана с атмосферой, а шток 19 связан с приводом, например, электромагнитным или любым другим, в том числе ручным. В нижней части корпуса 1 размещена вторая крышка 20, образующая с нижней частью корпуса разгрузочную полость 21, сообщенную с выходным каналом 3 через отверстие 22, а с внутренней полостью затвора 6 и входным каналом 2 - через выполненное в нижней части корпуса третье седло 23 предохранительного клапана 24, который содержит запорный орган 25, подпружиненный в сторону седла пружиной 26, в свою очередь поджатой накидной гайкой 27, а также уплотнение 28.

Клапан работает следующим образом.

В нормально закрытом состоянии клапана первый 14 и второй 18 разгрузочные каналы сообщены между собой, и рабочая среда из входного канала 2 поступает в управляющую полость 15, оказывая давление на затвор 6. Такое же давление оказывает на него и пружина 8. Под действием суммарного давления затвор 6 перекрывает поток рабочей среды в местах контакта с седлами 4 и 12. Под воздействием усилия привода на управляющий клапан 17 его затвор, перемещаясь, перекрывает путь рабочей среде из второго разгрузочного канала 18 в первый 14, сообщая одновременно первый с атмосферой через рабочую камеру 16. При этом давление в управляющей полости 15 становится равным атмосферному, и под действием давления рабочей среды затвор 6 перемещается вверх, открывая путь рабочей среде в выходной канал 3. Как только открываются проходные отверстия между седлами 4 и 12 и уплотнениями 10 и 11, к силе, возникающей от перепада давлений, добавляется сила динамического воздействия потока рабочей среды на затвор 6, поднимая его до крайнего верхнего положения. Закрытие клапана производится приведением затвора управляющего клапана в исходное положение. При этом затвор 6 возвращается в первоначальное положение под действием пружины 8 и давления рабочей среды на верхнюю и среднюю части затвора.

При возникновении в момент закрывания клапана гидравлического удара за счет резкого возрастания давления во входном канале 2 открывается предохранительный клапан 24, и часть рабочей среды через канал седла 23 стравливается в разгрузочную полость 21 и оттуда через отверстие 22 - в выходной канал 3 клапана, гася гидравлический удар непосредственно в клапане. При уменьшении давления на входе клапана до расчетной величины предохранительный клапан 20 закрывается под действием усилия пружины 26.

Предлагаемый клапан выпускается серийно и используется для перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу.

Клапан предназначен для перекрытия потоков рабочей среды, транспортируемой по трубопроводу. Клапан содержит корпус с входным и выходным каналами, выполненным в нем первым седлом, крышку, затвор поршневого типа с пружиной, разгрузочные каналы, связанные между собой через управляющий клапан. Один из разгрузочных каналов сообщен либо с атмосферой, либо с другим разгрузочным каналом. Последний связан с входным каналом корпуса. Затвор выполнен с перепускными окнами. Второе седло размещено в выходном канале корпуса, снабжено уплотнением и введено в контакт с нижней частью затвора. Изобретение обеспечивает повышение надежности срабатывания клапана. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами и выполненным в нем первым седлом, крышку, затвор поршневого типа с пружиной, разгрузочные каналы, связанные между собой через управляющий клапан, а также второе седло, отличающийся тем, что один из разгрузочных каналов сообщен либо с атмосферой, либо с другим разгрузочным каналом, связанным с входным каналом корпуса, затвор выполнен с перепускными окнами, а второе седло размещено в выходном канале корпуса, снабжено уплотнением и введено в контакт с нижней частью затвора. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что между первым и вторым седлами размещены стойки с возможностью регулировки их по высоте. 3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что в крышке размещено приспособление для регулировки степени сжатия пружины. 4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен второй крышкой с размещенным в ней предохранительным клапаном, содержащим запорный орган с уплотнением, подпружиненный до контакта с третьим седлом, выполненным в корпусе клапана, а между второй крышкой и корпусом образована разгрузочная полость, сообщенная с выходным каналом клапана посредством отверстия в корпусе, а с внутренней полость затвора через третье седло. 5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что во второй крышке размещено приспособление для регулировки степени сжатия пружины предохранительного клапана.