ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН Российский патент 1999 года по МПК F16K17/06 

Изобретение относится к клапану, а точнее к перепускному клапану.

Напорные линии обычно снабжены либо разрывными предохранительными дисками, либо перепускными клапанами, предназначенными для предотвращения повышения давления жидкости внутри линий сверх установленного предела, свыше которого линия или подключенные к ней устройства могут разрушаться или повреждаться. Разрывные предохранительные диски относительно просты и включают в себя собственно диск, который контактирует с жидкостью на линии. Диск представляет собой оболочку, толщина которой такова, что при давлении жидкости на линии выше установленного предела диск разрушается, и таким образом давление снижается.

Недостатком такого разрываемого предохранительного диска состоит в том, что после сброса давления участок разрушения остается открытым, и нормальное давление жидкости не восстанавливается. Следовательно, вся линия, а иногда и вся система должна быть выведена из работы для замены разрушенного диска.

Чтобы избежать недостатков, связанных с использованием разрывных предохранительных дисков, особенно в тех случаях, когда можно ожидать частного превышения давления по сравнению с установленной величиной, или когда нежелательно выводить из работы всю систему, чтобы заменить такой диск, были разработаны перепускные клапаны. Вместо диска, который разрушается, когда давление превышает установленную величину, в перепускном клапане используется клапанный механизм, который удерживается в закрытом положении с помощью сжатой пружины. Перепускной клапан включает в себя впуск и выпуск для поступления и удаления жидкости. Впуск соединен с тройником на линии, а выпуск соединен с выходной линией или с линией слива. Сжатие пружины регулируется, чтобы удержать клапан в закрытом положении, пока на него оказывается давление, превышающее установленное. Как только жидкость со стороны впуска получает давление выше установленного, механизм клапана перемещается в открытое положение, жидкость проходит через впускной клапан и выходит наружу через его выпуск, таким образом, снижая давление. Как только давление уменьшается ниже установленной величины, пружина возвращает механизм клапана обратно в закрытую позицию, и нормальное движение жидкости в линии восстанавливается.

Наиболее близким к устройству по настоящему изобретению является перепускной клапан для подключения в линию, предназначенный для сброса части протекающей по линии жидкости при превышении давлением жидкости давления настройки, содержащий корпус с двумя отверстиями для подключения в линию, проходным каналом между ними и камерой с впускным отверстием, сообщающим камеру с проходным каналом, и выпускным отверстием, при этом клапан снабжен направляющим элементом, через отверстие которого пропущен шпиндель с запорным элементом на одном конце, установленный с возможностью скольжения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры с обеспечением сообщения камеры с проходным каналом, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом с обеспечением разобщения камеры и проходного канала, причем шпиндель подпружинен для обеспечения его давления настройки (DE, 3801444 A1, кл. F 16 K 17/06, 1989).

Однако имеется ряд недостатков, связанных с такими известными перепускными клапанами. Например, из-за наличия только одного впуска, жидкость не проходит через впуск, если давление не сброшено с помощью перепускного клапана. Следовательно, на впуске может накапливаться осадок продукта, и, как следствие, может закупоривать перепускной клапан, требуя, таким образом, периодического обслуживания перепускного клапана и потенциального вывода из работы связанных с ним систем. Этот недостаток особенно явно проявляется на линиях, по которым движутся вязкие жидкости, затвердевающие при низких температурах, хотя серьезность этого недостатка может быть несколько уменьшена путем нагревания, например, пропускания пара через впуск, чтобы предотвратить слишком сильное падение температуры жидкости. В некоторых отраслях промышленности, например в фармакологической, пищевой промышленности, при производстве напитков перепускной клапан необходимо ежедневно или даже более часто обслуживать в зависимости от смены продукта на линии. Такое обслуживание обычно требует, чтобы перепускной клапан снимался с линии, а после повторной сборки перепускного клапана необходима повторная регулировка сжатия пружины перепускного клапана, чтобы отвечать жестким допускам и соответствующей сертификации.

Задачей настоящего изобретения, следовательно, является создание перепускного клапана, в котором осадок продукта, имеющийся внутри впуска этого перепускного клапана, был бы минимальным.

Другой задачей настоящего изобретения является создание перепускного клапана вышеуказанного типа, в котором сжатие пружины не требует регулировки каждый раз при обслуживании перепускного клапана.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание перепускного клапана вышеуказанного типа, который может промываться и очищаться непосредственно установленным на линии.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что перепускной клапан для подключения в линию, предназначенный для сброса части протекающей по линии жидкости при превышении давлением жидкости давления настройки, содержит корпус с двумя отверстиями для подключения в линию, проходным каналом между ними и камерой с впускным отверстием, сообщающим камеру с проходным каналом, и выпускным отверстием. При этом клапан снабжен направляющим элементом, через отверстие которого пропущен шпиндель с запорным элементом на одном конце, установленный с возможностью скольжения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры с обеспечением сообщения камеры с проходным каналом, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом с обеспечением разобщения камеры и проходного канала.

Причем шпиндель подпружинен для обеспечения его перемещения в закрытое положение при давлении жидкости, меньшем давления настройки. В закрытом положении поверхность запорного элемента, воспринимающая воздействие жидкости в проходном канале, расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала, не превышающем половину диаметра проходного канала. При этом направляющий элемент прикреплен к корпусу с возможностью демонтажа и выполнен с хвостовиком в виде втулки с открытым торцем, через который пропущен шпиндель, выходящий из камеры, при этом на участок шпинделя в месте его прохода из отверстия направляющего элемента в хвостовик навинчена стопорная гайка, а в торец хвостовика ввинчен регулировочный винт, служащий опорой для пружин и для регулировки давления настройки. В регулировочном винте выполнено отверстие, через которое пропущен с возможностью скольжения шпиндель. При этом шпиндель выполнен с буртиком, служащим опорой для пружины.

Вышеуказанные задачи и краткое изложение сущности изобретения, а также другие задачи, особенности и преимущества настоящего изобретения будут более полно описаны в следующем подробном описании в предпочтительных, но, тем не менее, иллюстративных примерах осуществления настоящего изобретения, рассмотренных в связи с прилагаемыми чертежами, в которых на фиг. 1 изображено поперечное сечение перепускного клапана, представленного в настоящем изобретении; на фиг. 2 - поперечное сечение по линии 2-2 фиг. 1.

На фиг. 1 изображен перепускной клапан 10 в предпочтительном варианте осуществления изобретения. Перепускной клапан 10 включает в себя корпус 12, имеющий первое отверстие 12a и второе отверстие 12b для подключения к секции линии (не показана), в которой течет жидкость под давлением. Сквозной проходной канал 12c соединяет отверстия 12a и 12b. Как представлено на фиг. 1, корпус 12 далее включает в себя цилиндрический участок 12d, который выступает вверх и образует камеру 12e. На нижнем краю камеры 12e выполнено сферическое седло клапана 12f, имеющее конфигурацию, соответствующую конфигурации запорного элемента, и впускное отверстие 12g клапана для обеспечения прохода жидкости из проходного канала 12c в камеру 12e. Верхний край камеры 12e составляет третье отверстие 12h, имеющее вверху кольцеобразную проточку 12i и радиально выступающий фланец 12j. Как представлено на фиг. 2, выпускное отверстие 12k соединено с камерой 12e и выполнено в виде отвода.

На фиг. 1 направляющий элемент 14 выполнен с фланцем 14a, радиально выступающим наружу, который плотно входит в проточку 12i третьего отверстия 12h. Канавки 14b и 14c, охватывающие фланец 14a, выполнены в направляющем элементе 14, а два O-образных кольцевых уплотнения 20 и 22 расположены в канавках 14b и 14c для обеспечения уплотнения между фланцем 14a и третьим отверстием 12h, не давая, таким образом, жидкости, вытекающей через перепускной клапан 10, проходить через отверстие 12h. Направляющий элемент 14 выполнен с хвостовиком в виде втулки 14d с отверстием 14e, и с верхней цилиндрической частью стенки 14f с открытым торцем, имеющую два вертикальных паза (не показаны) по причинам, которые нуждаются в объяснении.

Шпиндель 24 расположен в камере 12e с возможностью скольжения в вертикальном направлении внутри отверстия 14e между закрытым положением клапана (показано на фиг. 1) и открытом положением клапана (не показано). Шпиндель 24 включает в себя нижней конец 24a, имеющий форму усеченного конуса, сходящегося по направлению к плоской поверхности запорного элемента 24b, которая в закрытом положении, представленном на фиг. 1, плотно прилегает к седлу 12f, уплотняя отверстие 12g и отделяя тем самым камеру 12e от проходного канала 12c. В открытом положении (не показано) нижний край шпинделя 24a не касается седла 12f, позволяя, таким образом, жидкости проходить в камеру 12e из проходного канала 12c. Стопорная гайка нагрузочной пружины 26 навинчена на шпиндель 24 непосредственно над местом, где шпиндель 24 повышается над направляющим элементом 14 (в закрытом положении). Установочный винт (не показан) предназначен для закрепления стопорной гайки 26 на участке шпинделя 24, доступ к ней имеется через вертикальные пазы. Прямо над стопорной гайкой 26 диаметр шпинделя 24 уменьшается, образуя сферический буртик 24c, а верхний участок шпинделя 24d с уменьшенным диаметром выступает вверх от буртика 24c в пределах верхней цилиндрической стенки 14f.

Как представлено в закрытом положении на фиг. 1, поверхность запорного элемента 24b, обращенная к проходному каналу 12c, расположена в камере 12e на расстоянии от внутренней стенки проходного канала 12c, не превышающем половину диаметра проходного канала 12c, таким образом сводя к минимуму потенциальную возможность удерживания продукта внутри клапана и закупорку перепускного клапана 10 и, более того, облегчая промывку перепускного клапана 10 при смене продукта.

На шпинделе 24 выполнена внутренняя камера 24e, которая обеспечивает место для того, чтобы жидкость, поступающая через впускное отверстие 12g, могла расширяться и создавать усилие, приподнимающее шпиндель 24 и далее открывающее отверстие 12g. Сильфон 28 прикреплен своим нижним краем к шпинделю 24 и своим верхним краем к направляющему элементу 14, обеспечивая уплотнение между направляющим элементом 14 и шпинделем 24, не давая, таким образом, жидкости, сливающейся через перепускной клапан 10, проходить вверх между шпинделем 24 и направляющим элементом 14 через третье отверстие 12h. Сильфон 28 также обеспечивает компенсацию противодавления на выходе, так что давление, приложенное к выпускному отверстию 12k (фиг. 2) перепускного клапана 10, не увеличивает давление настройки перепускного клапана 10. Так как внутренняя камера 24e и сильфон 28 хорошо известны специалистам, они не будут описываться более подробно.

Нижняя шайба 30 пружины, винтовая спиральная пружина 32 и верхняя шайба 34 пружины расположены на верхнем участке шпинделя 24f, как представлено на фиг. 1. Шайбы 30 и 34 включают в себя участки втулки такого размера, который позволяет им скользить по верхнему участку 24d шпинделя, и участки фланца, которые выступают от соответствующего края каждого из участков гильзы, чтобы зафиксировать пружину 32 между ними на верхнем участке 24d шпинделя. Шайбы 30 и 34 далее включают в себя конусообразные участки поверхности, которые контактируют с соответствующими сферическими поверхностями буртика 24c и регулировочного винта 38, представленных ниже.

Регулировочный винт 38 ввинчен в верхней торец направляющего элемента 14 и выполнен с отверстием 38a, в котором расположен верхний участок 24d шпинделя. Винт 38 далее включает в себя сферический буртик 38b, одинаковый с буртиком 24c, который служит опорой конической поверхности шайбы 34 при сжатии пружины 32. Для обеспечения постоянства давления настройки перепускного клапана применяются хорошо известные специалистам средства стопорения винта 38 (не показаны).

Крышка 40 имеет фланец 40a, который воспринимает действие сжатой пружины 32 и удерживает фланец 14a в проточке 12i. Фланец 40a прикреплен к фланцу 12j обычным способом, а именно с помощью зажима или болтов и гаек (не показано). В верхней части крышки 40 имеется резьбовое отверстие 40b, в котором установлена с возможностью снятия заглушка 42 для уплотнения отверстия 40b. Крышка 40 с заглушкой 42 охватывают верхней направляющей частью стенки 14f, пружину 32, шайбы 30 и 34, и регулировочный винт 38, находящийся в зоне верхнего участка 24d шпинделя, а также предотвращает попадание инородного материала во внутреннюю полость крышки 40. Помимо этого отверстие 40b в крышке обеспечивает легкий доступ к регулировочному винту 38.

Во время сборки перепускного клапана 10 зажим крышки (не показан) используется для фиксации пружины 32 в сжатом состоянии. Стопорная гайка 26 нагрузки пружины затем регулируется таким образом, чтобы при снятии зажима крышки сила воздействия пружины 32 на регулировочный винт 38 и стопорную гайку 26 нагрузки пружины сохранялась. Наличие стопорной гайки 26 обеспечивает безопасный демонтаж перепускного клапана, а также позволяет разбирать перепускной клапан 10 для очистки, не касаясь регулировочного винта 38 и не меняя давления настройки. Направляющий элемент 14 будет тогда установлен в проточке 12i и притянут к ней через фланец 40a крышки, который прикреплен к фланцу 12j. При необходимости регулировочный винт 38 регулируется для сжатия пружины 32 и для приложения заранее определенной направленной вниз силы F1 к шпинделю 24, чтобы посадить нижний конец 24a шпинделя на седло 12f, уплотняя, таким образом, отверстие 12g. Отверстия 12a и 12b соединены с помощью обычных приспособлений (не показаны) с секцией линии пропускания потока жидкости (не показана), а выпускное отверстие 12k (фиг. 2) соединено с линией слива (не показана).

При работе линия пропускания потока и проходной канал 12c находятся под давлением жидкости. В этом случае давление жидкости оказывает воздействие на поверхность запорного элемента 24b в виде вертикально направленной силы F2, равной произведению величины давления на площадь поверхности запорного элемента 24b, которая подвергается давлению жидкости. Сила F2 таким образом прямо пропорциональна давлению жидкости. Если сила F2 превосходит силу F1, то поверхность запорного элемента 24b, а также весь шпиндель 24 движутся вверх, позволяя жидкости проходить через отверстие 12g, камеру 12e и наружу через выпускное отверстие 12k (фиг. 2) в сливную линию, сбрасывая, таким образом, давление жидкости и уменьшая воздействие силы F2 на поверхность запорного элемента 24b. Когда сила F2 падает ниже F1, пружина 32 заставляет нижний конец 24a шпинделя двигаться в направлении седла 12f так, что поверхность запорного элемента 24b перекрывает отверстие 12g, и жидкость прекращает двигаться от проходного канала 12c через отверстие 12g и выпускное отверстие 12k. Таким образом, когда давление в проходном канале 12c превышает заранее определенное "установленное" давление, жидкость проходит через клапан, и давление сбрасывается, в результате чего давление на линии не превышает установленное давление плюс допустимое избыточное давление. Так как установленное давление пропорционально силе F1 пружины, установленное давление может регулироваться путем затягивания или ослабления регулировочного винта 38, таким образом увеличивая или уменьшая, соответственно, силу сжатия пружины 32, действующую на шпиндель 24.

Замечено, что, как обсуждалось выше, поверхность запорного элемента 24b, подвергающаяся воздействию жидкости в проходном канале 12c, расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала 12c, не превышающем одной четвертой диаметра проходного канала 12c. Понятно, что эта пропорция может составлять не только одну четвертую, но также, например, единицу, одну вторую, одну десятую или даже ноль (если передняя поверхность запорного элемента 24b расположена заподлицо с внутренней стенкой прохода 12c). Далее становится ясно, тем не менее, что по мере увеличения указанного соотношения описанные выше преимущества, которые увеличиваются при небольшом соотношении, соответственно уменьшаются, причем эти преимущества включают уменьшение потенциала для удерживания продукта внутри и, как следствие этого, закупорки перепускного клапана 10, помогая также при промывке и очистке перепускного клапана 10 между заменами продукта.

Далее отмечается, что сделанные выше ссылки, касающиеся расположения одного элемента или узла настоящего изобретения по отношению к другому элементу или узлу, сделаны со ссылкой на их расположение в соответствии с настоящим изобретением, как представлено на фиг. 1. Очевидно, что настоящее изобретение может использоваться при различных вариантах расположения, при которых такие относительные расположения элементов или узлов будут соответственно меняться.

Далее становится понятным, что пружина 32 может быть дополнена или заменена другими эластичными элементами, такими как пневматически управляемая сжимаемая среда или электромеханический исполнительный механизм. Сжимаемая среда может, например, включать в себя воздух содержащийся внутри надувной оболочки, имеющей такую конфигурацию и расположение, чтобы обеспечить перемещение шпинделя 24 вниз внутри крышки 40.

Далее становится понятным также, что другие варианты осуществления настоящего изобретения рассматриваются в ряде частных случаев, в которых ряд отличительных признаков изобретения могут использоваться без соответствующего использования других отличительных признаков изобретения. Соответственно, уместно, чтобы прилагаемые пункты формулы изобретения истолковывались широко в соответствии с объемом настоящего изобретения.

Изобретение относится к перепускным клапанам для подключения в линию и предназначено для сброса части протекающей по линии жидкости, когда давление жидкости превышает давление настройки. Перепускной клапан содержит корпус с двумя отверстиями для подключения в линию, проходным каналом между ними и камерой с впускным отверстием и выпускным отверстием. Впускное отверстие сообщает камеру с проходным каналом. Через отверстие направляющего элемента пропущен шпиндель с запорным элементом на одном конце. Шпиндель установлен с возможностью скольжения между открытым и закрытым положениями. При открытом положении запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры и обеспечивается сообщение камеры с проходным каналом. При закрытом положении впускное отверстие перекрыто запорным элементом и обеспечивается разобщение камеры и проходного канала. Шпиндель подпружинен для обеспечения его перемещения в закрытое положение при давлении жидкости, меньшем давления настройки. В закрытом положении поверхность запорного элемента воспринимает воздействие жидкости в проходном канале. Она расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала, не превышающем половину диаметра проходного канала. Изобретение имеет варианты выполнения перепускного клапана. При том или ином варианте осадок продукта минимален и облегчается промывка клапана. 3 с. и 11 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Перепускной клапан для подключения в линию, предназначенный для сброса части протекающей по линии жидкости при превышении давлением жидкости давления настройки, содержащий корпус с двумя отверстиями для подключения в линию, проходным каналом между ними и камерой с впускным отверстием, сообщающим камеру с проходным каналом, и выпускным отверстием, при этом клапан снабжен направляющим элементом, через отверстие которого пропущен шпиндель с запорным элементом на одном конце, установленный с возможностью скольжения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры с обеспечением сообщения камеры с проходным каналом, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом с обеспечением разобщения камеры и проходного канала, причем шпиндель подпружинен для обеспечения его перемещения в закрытое положение при давлении жидкости, меньшем давления настройки, отличающийся тем, что в закрытом положении поверхность запорного элемента, воспринимающая воздействие жидкости в проходном канале, расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала, не превышающем половину диаметра проходного канала. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что направляющий элемент прикреплен к корпусу с возможностью демонтажа и выполнен с хвостовиком в виде втулки с открытым торцем, через который пропущен шпиндель, выходящий из камеры, при этом на участок шпинделя в месте его прохода из отверстия направляющего элемента в хвостовик навинчена стопорная гайка, а в торец хвостовика ввинчен регулировочный винт, служащий опорой для пружины и для регулировки давления настройки. 3. Клапан по п.2, отличающийся тем, что в регулировочном винте выполнено отверстие, через которое пропущен с возможностью скольжения шпиндель. 4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что шпиндель выполнен с буртиком, служащим опорой для пружины. 5. Перепускной клапан, взаимодействующий с жидкостью под давлением для сброса ее части при превышении давлением жидкости давления настройки, содержащий корпус, образующий камеру с впускным отверстием, обеспечивающим возможность прохода жидкости в камеру, и выпускным отверстием, при этом в камере размещен шпиндель с запорным элементом на одном конце, пропущенный через отверстие в направляющем элементе и установленный с возможностью скольжения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры с обеспечением прохода жидкости в камеру, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом, причем шпиндель подпружинен для обеспечения его перемещения в закрытое положение при давлении жидкости, меньшем давления настройки, отличающийся тем, что направляющий элемент прикреплен к корпусу с возможностью демонтажа и выполнен с хвостовиком в виде втулки с открытым торцем, через который пропущен шпиндель, выходящий из камеры, при этом на участок шпинделя в месте его прохода из отверстия направляющего элемента в хвостовик навинчена стопорная гайка, пружина расположена в хвостовике направляющего элемента, а в торец хвостовика ввинчен регулировочный винт, служащий опорой для пружины, регулировки ее сжатия и для регулировки давления настройки. 6. Клапан по п.5, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подключения к линии с находящейся под давлением жидкостью, при этом в корпусе выполнены два отверстия для подключения к линии и проходной канал между ними, а в закрытом положении запорного элемента его поверхность, воспринимающая воздействие жидкости в проходном канале, расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала, не превышающем половину диаметра проходного канала. 7. Клапан по п.5, отличающийся тем, что в регулировочном винте выполнено отверстие, через которое пропущен с возможностью скольжения шпиндель. 8. Клапан по п.5, отличающийся тем, что шпиндель выполнен с буртиком, служащим опорой для пружины. 9. Перепускной клапан, взаимодействующий с жидкостью под давлением для сброса ее части при превышении давлением жидкости давления настройки, содержащий корпус, образующий камеру с впускным отверстием, обеспечивающим возможность прохода жидкости в камеру, и выпускным отверстием, при этом в камере размещен шпиндель с запорным элементом на одном конце, пропущенный через отверстие в направляющем элементе и установленный с возможностью скольжения между открытым положением, при котором запорный элемент поднят относительно впускного отверстия камеры с обеспечением прохода жидкости в камеру, и закрытым положением, при котором впускное отверстие перекрыто запорным элементом, причем шпиндель поджат упругими средствами для обеспечения его перемещения в закрытое положение при давлении жидкости, меньшем давления настройки, отличающийся тем, что направляющий элемент прикреплен к корпусу с возможностью демонтажа и выполнен с хвостовиком в виде втулки с открытым торцем, через который пропущен шпиндель, выходящий из камеры, при этом на участок шпинделя в месте его прохода из отверстия направляющего элемента в хвостовик навинчена стопорная гайка, упругие средства расположены в хвостовике направляющего элемента, а в торец хвостовика ввинчен регулировочный винт, служащий опорой для упругих средств, регулировки их сжатия и для регулировки давления. 10. Клапан по п.9, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью подключения к линии с находящейся под давлением жидкостью, при этом в корпусе выполнены два отверстия для подключения к линии и проходной канал между ними, а в закрытом положении запорного элемента его поверхность, воспринимающая воздействие жидкости в проходном канале, расположена в камере на расстоянии от внутренней стенки проходного канала, не превышающем половину диаметра проходного канала. 11. Клапан по п.9, отличающийся тем, что в регулировочном винте выполнено отверстие, через которое пропущен с возможностью скольжения шпиндель. 12. Клапан по п.9, отличающийся тем, что шпиндель выполнен с буртиком, служащим опорой для упругих средств. 13. Клапан по п.9, отличающийся тем, что упругие средства выполнены в виде пружины. 14. Клапан по п. 9, отличающийся тем, что упругие средства включают пневматически управляемую сжимаемую среду.