КЛАПАН ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F16K17/24 

Клапан избыточного давления предназначен для автоматического поддержания постоянного заданного избыточного давления (подпора) в помещении или сооружении для обеспечения перетекания воздуха из одного помещения в другое только в одном направлении и для аварийного перекрытия канала газопровода при резком повышении давления больше некоторого порогового значения в рабочем помещении или снаружи его.

Известно отключающее устройство реверсивного действия. Однако из-за того, что центрирование запорного органа, который выполнен в виде стакана, происходит по наружной поверхности запорного органа, соприкасающейся с внутренней поверхностью корпуса, это приводит к уменьшению живого сечения; повышенный износ рабочих поверхностей требует изготовления запорного органа из износостойких материалов; при резких перепадах значительных по величине давлений происходит сильный удар запорного органа о седло, что может привести к деформации рабочих элементов; отсутствие герметизирующих элементов не позволяет обеспечить полную герметичность закрытого клапана /Авторское свидетельство СССР SU 1272048 Al F 16 К 17/02, 1985, БИ N 43, 23.11.86./.

Известен предохранительный клапан для регулирования избыточного потока, состоящий из корпуса с входным и выходным отверстиями, камеры с клапаном и седлами клапана, которые расположены на одной продольной оси. Дископодобный клапан с двумя меньшими по диаметру направляющими цилиндрическими поверхностями поддерживается в камере двумя спиральными пружинами, наружные концы которых упираются в кольцевые уступы, расположенные на внутренней поверхности корпуса. Пружины управляют передвижением клапана, которые в поджатом состоянии сопротивляются движению клапана под действием силы нормального потока, воздействующего на поверхность клапана. В случае избыточного потока клапан закрывает входное отверстие.

Это известное устройство - предохранительный клапан обладает рядом недостатков: пружины находятся в потоке рабочей среды, это приводит к увеличению гидросопротивления; при резких перепадах значительных по величине давлений происходит сильный удар запорного органа о седло, что может привести к деформации рабочих элементов, система подвески оси запорного органа не позволяет точно центрировать запорный орган относительно внутренней поверхности корпуса /Патент США N 3561471 F 16 K 17/24, 1971./. Это устройство принято за прототип.

Решаемой технической задачей является разработка клапана, позволяющего перекрыть газопровод и прекратить течение газа за некоторое минимально допустимое время при воздействии на газ, протекающий по газопроводу, ударной волны, волны сжатия с избыточным давлением и длительностью больше некоторого порогового значения. Разрабатываемое устройство должно обладать требуемым быстродействием, прочностью, возможностью возвращаться в исходное положение, а для опасных производств, хранилищ, АЭС, в которых в результате аварии может появиться выброс радиоактивных или токсичных веществ, возможностью удержания запорного элемента длительное время в закрытом состоянии.

Указанная техническая задача решается клапаном избыточного давления, содержащим корпус с соосными рабочими патрубками с внутренней полостью, в которой размещен подпружиненный запорный орган, установленный на направляющем опорном элементе с возможностью перемещения против усилия пружины и имеющий упорную поверхность для пружины, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса разделена поперечной перегородкой со сквозным осевым отверстием, направляющий опорный элемент жестко закреплен в корпусе, запорный орган имеет Н-образную форму с глухим центральным отверстием для размещения в нем направляющего опорного элемента с образованием демпфирующей камеры между ним и дном отверстия, рабочие поверхности запорного органа размещены по разные стороны перегородки с возможностью перекрытия ее осевого отверстия.

Отличительными от прототипа признаками является:
- разделение внутренней полости корпуса поперечной перегородкой со сквозным осевым отверстием;
- жесткое закрепление направляющего опорного элемента в корпусе;
- выполнение запорного элемента Н-образным с глухим центральным отверстием;
- размещение в глухом центральном отверстии направляющего опорного элемента с образованием демпфирующей камеры между указанными элементом и дном отверстия;
- выполнение запорного элемента таким образом, что его рабочие поверхности размещены по разные стороны перегородки с возможным перекрытием ее осевого отверстия;
- установка воздушного фильтра со стороны прямого воздушного патрубка.

Применение перегородки корпуса, жесткое закрепление опорного элемента, применение полости между направляющим опорным элементом и запорным элементом, которая обеспечивает демпфирование удара запорного элемента по поперечной перегородке корпуса, позволяет снизить массу запорного элемента, что приводит к большей чувствительности клапана к изменениям избыточного давления на его поверхностях.

Применение запорного элемента Н-образной формы с перекрытием рабочей поверхности по разные стороны перегородки, жесткое закрепление направляющего элемента позволяет вывести пружину из потока воздуха и перекрывать канал газопровода при воздействии на запорный элемент ударной волны как одного, так и другого направления с избыточным давлением и длительностью больше некоторого порогового значения.

Применение воздушного фильтра позволяет защитить запорный элемент от крупных инородных элементов.

На чертеже изображено заявляемое устройство для аварийного перекрытия газопровода в разрезе. Стрелками указано направление потока газа. Заявляемое устройство содержит корпус 1, разделенный внутри перегородкой 2 с осевым отверстием, запорный элемент 3, который имеет возможность перемещаться вдоль направляющего опорного элемента, жестко закрепленного в корпусе 1(например, вдоль оси 4, которая жестко закреплена в корпусе 1 гайкой 5), и прижат к амортизирующему элементу 6, расположенному на перегородке 2 корпуса 1, пружиной 7. Второй амортизирующий элемент 8 расположен с противоположной стороны перегородки 2 корпуса 1. Запорный элемент 3 имеет Н-образную форму с глухим центральным отверстием для размещения в нем оси 4. Между осью 4 и запорным элементом 3 расположена демпфирующая камера А. Со стороны приемного патрубка установлен воздушный фильтр 9.

Устройство работает следующим образом.

Если в помещении избыточное давление меньше некоторой заданной величины p, правая часть запорного элемента 3 перекрывает сечение газопровода за счет прилегания к перегородке 2 корпуса 1 усилием пружины 7.

При превышении избыточного давления величины p правая часть клапана отходит от перегородки 2 и в возникшую щель устройства перетекает воздух.

В случае, когда в помещении с избыточным давлением произойдет авария, сопровождаемая ударной волной или резким повышением давления больше некоторого порогового значения, от их воздействия на запорный элемент 3, его левая часть, двигаясь направо, перекрывает сечение газопровода 4. При этом срабатывает дополнительное защелкивающее устройство (не показано), и помещение с избыточным давлением будет герметично изолировано на длительное время.

Любое известное для фиксации положения запорного элемента 3 устройство может быть установлено в области соударения запорного элемента 3 и перегородки 2, либо на внутренней поверхности корпуса 1, либо на гайке 5, либо на центральной оси 4. Введение таких предложенных элементов помогает решить поставленную задачу.

При стационарном течении газа сила, обусловленная скоростным напором газового потока при обтекании запорного элемента 3, компенсируется подпружинивающей силой пружины 7 на запорный элемент 3, при этом запорный элемент 3 удерживается в определенном положении относительно перегородки 2. Если запорный элемент 3 занимает среднее положение относительно перегородки 2 за счет скоростного напора газового потока определенной величины, то попытка увеличить скорость потока приведет к увеличению сопротивления потоку за счет уменьшения проходного сечения.

При резком увеличении давления в газовом потоке, вызванным воздушной ударной волной или волной сжатия, запорный элемент 3 начинает двигаться вдоль центральной оси газопровода 4. При этом проходное (живое) сечение между запорным элементом 3 и перегородкой 2 уменьшается, до полного перекрытия канала газопровода. Смягчению удара запорного элемента 3 о перегородку 2 способствуют амортизирующие элементы 8, закрепленные на поверхности перегородки 2. и демпфирующая камера А. После сжатия амортизирующих элементов, положение запорного элемента 3 может фиксироваться любым известным элементом. В случае, когда не требуется возврат запорного элемента 3 в исходное положение, например, при одноразовом перекрытии газопровода, остановка и фиксирование запорного элемента 3 может быть осуществлено за счет его заклинивания в коническом отверстии гайки 5, за счет деформации запорного элемента 3, которое обеспечивается нужной формой запорного элемента 3. При отсутствии фиксирующего элемента, после уменьшения давления в газовом потоке ниже критического значения, под воздействием пружины 7 запорный элемент 3 возвращается в исходное положение. В случае прихода воздушной УВ с противоположной стороны (за счет внешнего взрыва), запорный элемент движется и перекрывает канал газопровода аналогичным образом, препятствуя прохождению воздушной УВ в рабочее помещение.

Устройство может быть реализовано в следующем исполнении: диаметр входного отверстия - 50 мм; запорный элемент выполнен из стали; масса запорного элемента - 50 г; полный ход запорного элемента - 8.8 мм; объемный расход воздуха - 12.5 дм³/с; при воздействии воздушной УВ с избыточным давлением 5 атм и 0.5 атм время перекрытия канала соответственно ≈300 мкс и 3 мс, при этом утечка воздуха ≈500 см³.

Таким образом, показана техническая осуществимость и эффективность предложенного устройства.

Клапан избыточного давления предназначен для автоматического поддержания постоянного заданного избыточного давления (подпора) и для аварийного перекрытия канала газопровода. Клапан избыточного давления содержит корпус с соосными рабочими патрубками с внутренней полостью. В последней размещен подпружиненный запорный орган. Подпружиненный запорный орган установлен на направляющем опорном элементе с возможностью перемещения против усилия пружины и имеет упорную поверхность для пружины. Внутренняя полость корпуса разделена поперечной перегородкой со сквозным осевым отверстием. Направляющий опорный элемент жестко закреплен в корпусе. Запорный орган имеет Н-образную форму с глухим центральным отверстием. В последнем размещен направляющий опорный элемент с образованием демпфирующей камеры между ним и дном отверстия. Рабочие поверхности запорного органа размещены по разные стороны перегородки с возможностью перекрытия ее осевого отверстия. Изобретение позволяет перекрыть газопровод и прекратить течение газа за некоторое минимально допустимое время. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Клапан избыточного давления, содержащий корпус с соосными рабочими патрубками с внутренней полостью, в которой размещен подпружиненный запорный орган, установленный на направляющем опорном элементе с возможностью перемещения против усилия пружины и имеющий упорную поверхность для пружины, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса разделена поперечной перегородкой со сквозным осевым отверстием, направляющий опорный элемент жестко закреплен в корпусе, запорный орган имеет Н-образную форму с глухим центральным отверстием для размещения в нем направляющего опорного элемента с образованием демпфирующей камеры между ним и дном отверстия, рабочие поверхности запорного органа размещены по разные стороны перегородки с возможностью перекрытия ее осевого отверстия. 2. Клапан избыточного давления по п.1, отличающийся тем, что он снабжен со стороны приемного патрубка воздушным фильтром.