СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗА В БАЛЛОН Российский патент 2001 года по МПК F17C5/00 F17C6/00 

Изобретение относится к области техники низких, высоких и сверхвысоких давлений и может быть использовано при разработке, изготовлении, испытаниях и эксплуатации компрессоров, трубопроводов, баллонов и прочих емкостей и сосудов, работающих под давлением.

Известен способ подачи газа в баллон через обратный клапан золотника по ГОСТ 8107-75 (или ТУ37.001.828-78). Такие золотники устанавливают в вентилях колес для заполнения шин воздухом, при этом внешнюю газовую систему (насос) соединяют шлангом с вентилем. Путем повышения давления в насосе воздушную газовую среду по шлангу, соединенному с вентилем, от насоса через обратный клапан золотника подают во внутреннюю полость шины. Величину давления воздуха в шине измеряют манометрами. Автомобильный манометр (наиболее распространенного типа) вручную, без свинчивания прижимают к вентилю, при этом синхронно чувствительный элемент манометра изолируется от внешней среды, за счет механического воздействия на выступающий из золотника толкатель, отжимается от седла затвор обратного клапана, внутренняя полость шины пневматически соединяется с измерительной полостью манометра и давление воздуха, имеющегося в шине, воздействует на чувствительный элемент, который указывает его фактическую величину. Если полученное давление превышает требуемое, то прибегают к операции стравливания избыточного давления. Для этого специальным выступом на манометре или колпачком вентиля на короткий промежуток времени утапливают толкатель, при этом отжимается от седла затвор обратного клапана, вследствие чего часть воздуха автоматически стравливается из шины в атмосферу. После последующего измерения давления снова повторяют операцию стравливания. И так действуют до тех пор, пока не будет достигнута требуемая величина давления.

Изложенный выше способ подачи газа в баллон классифицируется как способ с использованием ручного управления положением затвора обратного клапана.

Этот способ применяется при работе только с низкими давлениями, так как при высоких и сверхвысоких давлениях он не обеспечивает требований техники безопасности.

Известны способы подачи газа в баллон через обратные клапаны, дистанционно управляемые средствами автоматики. Например, способы с использованием управляемых обратных клапанов А.С. SU N 379801, МКИ F 16 K 15/00, Бюл. N 20, 20.04.73 или А.С. SU N 427201, МКИ F 16 K 15/00, Бюл. N 20 05.0574. Эти способы могут применяться при работах как с низкими, так и высокими и сверхвысокими давлениями.

Однако оба перечисленных выше способа характеризуются высокой сложностью и громоздкостью технического исполнения, из-за чего эти способы не могут быть использованы в конструкциях малогабаритных баллонов.

Известен способ подачи в емкости различных, преимущественно агрессивных, сред с использованием простого и малогабаритного клапана А.С. SU N 567883, МКИ F 16 K 15/00, Бюл. N 29, 05.08.77. Этот способ может быть использован для подачи газов в баллоны, в том числе и в малогабаритные.

Однако названный выше способ не обеспечивает возможности стравливания из баллона избыточного давления, например, в случае ошибочного заполнения его внутренней полости давлением выше требуемого. По этой причине названный способ не может быть применен при опрессовке баллона повышенным давлением, так как запорный орган (затвор) используемого здесь обратного клапана выполнен свободно плавающим по дну стаканообразного корпуса и по форме в виде диска, максимальный угол отклонения которого от седла ограничен центральным упором, расположенным за седлом по направлению хода рабочей среды в процессе заполнения. Поэтому при попытке стравливания давления затвор обратным потоком среды обязательно поджимается к седлу и герметизирует внутреннюю полость баллона, исключая тем самым возможность вытекания из него рабочей среды.

Названный способ подачи газа в баллон через обратный клапан с седлом и подвижным затвором от внешней газовой системы выбран за прототип.

Решаемая техническая задача заключается в разработке способа подачи газа в баллон через обратный клапан с обеспечением возможности первоначальной опрессовки внутренней полости баллона контрольным газом под повышенным давлением по отношению к рабочему и последующее заполнение газом под рабочим давлением, при этом разрабатываемый способ не должен характеризоваться высокой сложностью или громоздкостью технического исполнения.

Задача разработки такого способа подачи газа в баллон до настоящего времени остается актуальной.

Технический результат, полученный при реализации полученного способа, - это возможность разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации конструктивно простых и малогабаритных баллонов для хранения газов под низким, высоким и сверхвысоким давлениями.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе подачи газа в баллон через обратный клапан с седлом и подвижным затвором сначала затвор клапана устанавливают с возможностью продольного перемещения под действием массовых сил, а затем его располагают ниже или выше седла в зависимости соответственно от наличия или отсутствия необходимости последующего стравливания газа из баллона.

Наличие отличительных от прототипа признаков говорит о соответствии критерию "новизна", при этом благодаря установке затвора клапана с возможностью продольного перемещения под действием массовых сил конструктивно простой и миниатюрный обратный клапан становится управляемым: если после полдачи в баллон требуется частичное или полное стравливание газа в атмосферу (или во внешнюю газовую систему), то затвор клапана располагают ниже седла, а если стравливание газа не требуется, то - выше седла.

Таким образом, перечисленные отличительные особенности предложенного способа подачи газа в баллон совместно с признаками ограничительной части обеспечивают возможность решения технический задачи, которая изложена выше.

Способ поясняется конструкциями, выполненными на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображена часть баллона с обратным клапаном, поясняющая последовательность подачи газа предложенным способом с целью опрессовки баллона повышенным давлением и последующего стравливания газа из баллона; на фиг. 2 - та же часть, поясняющая последовательность подачи газа предложенным способом с целью заполнения рабочим давлением без последующего стравливания.

В качестве примера, подтверждающего промышленную применимость предложенного способа, сначала рассмотрим часть баллона в положении, представленном на фиг. 1.

С внутренней стороны корпуса 1 баллона формируют гнездо А под обратный клапан с седлом Б и подвижным затвором 2, у которого выполняют пазы. В гнезде А выполняют отверстия Г и размещают упор 3. Затвор 2 устанавливают с возможностью свободного продольного перемещения в гнезде А на величину хода L под действием массовых сил (направление действия массовых сил указано стрелкой Д).

С наружной стороны корпуса 1 баллона выполняют подстыковочный штуцер Е.

На период времени подачи повышенного давления, например, с целью опрессовки внутренней полости баллона контрольным газом затвор 2 располагают ниже седла Б, при этом под действием массовых сил затвор 2 автоматически опускается вниз до контакта с упором 3.

Внешнюю газовую систему подстыковывают к штуцеру Е (на фиг. 1 не показано).

Через штуцер Е газ подают в гнездо А, из которого через пазы В и отверстия Г он перетекает во внутреннюю полость баллона.

После выдержки под давлением, превышающим рабочее, например, в 1,5 раза, контрольный газ полностью стравливают из внутренней полости баллона через пазы В, отверстия Г и штуцер Е в атмосферу или обратно во внешнюю газовую систему.

В качестве второго примера далее рассмотрим ту же часть баллона в положении, представленном на фиг. 2.

Как изложено выше, с внутренней стороны корпуса 1 баллона формируют гнездо А под обратный клапан с седлом Б и подвижным затвором 2, у которого выполняют отверстия Г и размещают упор 3.

Следует отметить, что в данном используемом варианте обратного клапана у седла Б выполняют конструктивные элементы под два герметизирующих контура: под первый контур - канавку с прокладкой 4 и под второй - кольцевой выступ Ж. Соответственно, у затвора 2 выполняют: под первый контур - кольцевой выступ К и под второй - торец Л, который обрабатывают с шероховатостью не хуже Rz 1.25.

Затвор 2 устанавливают с возможностью перемещения в гнезде А также на величину хода L под действием массовых сил (направление действия массовых сил указано стрелкой М).

С наружной стороны корпуса 1 баллона выполняют подстыковочный штуцер Е.

На период времени подачи во внутреннюю полость баллона рабочего давления затвор 2 располагают выше седла Б, при этом под действием массовых сил он автоматически опускается вниз до контакта элементов первого герметизирующего контура, т.е. выступа К с прокладкой 4.

Внешнюю газовую систему подстыковывают к штуцеру Е (на фиг. 2 не показано).

Через штуцер Е газ подают до затвора 2. Под действием избыточного давления газа со стороны торца Л затвор 2 автоматически приподнимается вверх и газ под рабочим давлением подают в гнездо А, из которого через пазы В и отверстия Г он перетекает во внутреннюю полость баллона.

После окончания заполнения баллона снижают давление во внешней газовой системе, при этом газ, оставшийся под рабочим давлением во внутренней полости баллона, будет стремиться перетечь в сторону штуцера Е, но этот путь для газа будет автоматически перекрыт первым герметизирующим контуром, так как затвор 2 своей массой через кольцевой выступ К давит на прокладку 4.

При дальнейшем снижении давления во внешней газовой системе перепад давлений над затвором 2 и под ним будет автоматически расти, следовательно, будет расти усилие, с которым выступ К затвора 2 давит на прокладку 4, так как к величине усилия, создаваемого массой затвора 2, будет добавляться усилие, обусловленное воздействием на затвор 2 растущего перепада давлений. По мере роста суммарного усилия выступ К затвора 2 будет автоматически продавливать прокладку 4 до тех пор, пока выступ Ж седла Б не упрется в торец Л. Начиная с этого момента, в работу включается второй герметизирующий контур, который обеспечивает герметичность при высоких и сверхвысоких давлениях, что обеспечивает сохранность рабочего давления в баллоне.

Для выпуска газа из внутренней полости баллона затвор 2 обратного клапана располагают ниже седла, т.е. как изображено на фиг. 1. После этого к штуцеру Е подстыковывают внешнюю газовую систему и подают давление, равное фактическому давлению газа в баллоне или превышающее его. Под действием массовых сил затвор 2 автоматически отходит от седла Б до контакта с упором 3. При последующем понижении давления во внешней газовой системе одновременно будет снижаться давление газа во внутренней полости баллона, так как затвор 2 не поджат к седлу Б, что обеспечивает, как было показано при описании фиг. 1, возможность полного стравливания газа из баллона.

Корпус 1 баллона, изображенного на фиг. 1 и 2, может быть изготовлен из металлических сплавов, механические характеристики которых выбираются в зависимости от требуемого рабочего давления. Упор 3 может быть изготовлен из тех же металлических сплавов, из которых изготавливается корпус 1. Затвор 2 должен изготавливаться из металлических сплавов с меньшей твердостью, что обеспечивает лучшую работоспособность выступа Ж седла Б за счет деформации затвора 2 в области торца Л. Прокладка 4 может быть изготовлена как из резины, так и из пластмасс типа полиуретана, полиэтилена, фторопласта или др.

Предложенный способ подачи газов практически может быть использован в баллонах различных конструкций и в сочетании с другими конструкциями обратных клапанов.

Благодаря использованию предложенного способа обеспечивается возможность разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации конструктивно простых и малогабаритных баллонов с низкими, высокими и сверхвысокими рабочими давлениями, так как для управления положением затвора в обратном клапане, используемом по данному способу, каких-либо дополнительных сложных или громоздких технических средств не требуется.

Изобретение может быть использовано при разработке, изготовлении, испытаниях и эксплуатации компрессоров, трубопроводов, баллонов и прочих емкостей и сосудов, работающих под давлением. Газ подают в баллон через обратный клапан с седлом и подвижным затвором. При этом затвор клапана устанавливают с возможностью продольного перемещения под действием массовых сил. Затем затвор клапана располагают ниже или выше седла в зависимости от наличия или отсутствия необходимости последующего стравливания газа из баллона. Обеспечивается возможность разработки, изготовления, испытаний и эксплуатации конструктивно простых и малогабаритных баллонов с низкими, высокими и сверхвысокими рабочими давлениями. 2 ил.

Способ подачи газа в баллон через обратный клапан с седлом и подвижным затвором, отличающийся тем, что сначала затвор клапана устанавливают с возможностью продольного перемещения под действием массовых сил, а затем его располагают ниже или выше седла в зависимости соответственно от наличия или отсутствия необходимости последующего стравливания газа из баллона.