КЛАПАН ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2001 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 A1 F 16 K 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, в поджатом состоянии они 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 и проходным каналом, в котором установлен с возможностью продольного перемещения упруго нагруженный в сторону патрубков запорный орган, при этом, согласно изобретению, запорный орган состоит из соосного с корпусом пустотелого цилиндра с внутренней перегородкой и глухими торцами, выполненными диаметром, большим диаметра проходного канала, и упруго поджатого к перегородке регулирующего элемента, подвижно закрепленного внутри цилиндра на опорном направляющем элементе, закрепленном к торцам цилиндра, вблизи торцев на боковой поверхности цилиндра выполнены сквозные пазы.

Отличительными от прототипа признаками являются:
- выполнение запорного органа из пустотелого цилиндра с поперечной перегородкой и регулирующего элемента, упруго поджатого к перегородке,
- расположение пружин в зазоре между боковыми поверхностями цилиндра и проходного канала.

Применение разделенного на две части запорного органа позволяет увеличить чувствительность клапана за счет снижения массы регулирующего элемента, в то же время обеспечивает работоспособность устройства при воздействии ударных волн большей интенсивности за счет усиления корпуса.

Вывод пружин из зоны воздушного потока уменьшает пневмосопротивление клапана потоку воздуха.

На чертеже изображено в разрезе заявляемое устройство, предназначенное для аварийного перекрытия газопровода. Стрелкой указано направление потока газа. Заявляемое устройство содержит корпус 1 с проходным каналом, внутри него расположен запорный орган 2, который имеет возможность перемещаться вдоль корпуса 1, между корпусом и запорным органом расположены пружины 3. Запорный орган 2 представляет собой пустотелый цилиндр с боковыми пазами "А", выполненными вблизи торцев запорного органа на его цилиндрической поверхности, имеющий внутри перегородку 4 и амортизирующие элементы 5 на внутренних боковых поверхностях, внутри цилиндра расположен регулирующий элемент 6, который имеет возможность перемещаться на опорном направляющем элементе 7, который жестко закреплен к торцам цилиндра, и прижат к амортизирующему элементу 8, расположенному на перегородке 4 запорного органа 2, пружиной 9. При этом диаметр торцев цилиндра больше диаметра проходного канала.

Устройство работает следующим образом:
Если в помещении избыточное давление меньше некоторой заданной величины P, регулирующий элемент 6 перекрывает сечение газопровода за счет прижатия к перегородке 4 запорного органа 2 усилием пружины 9.

При превышении избыточного давления величины P регулирующий элемент 6 отходит от перегородки 4 и в возникшую щель устройства через пазы "А" перетекает воздух.

В случае, когда в помещении с избыточным давлением происходит авария, сопровождаемая ударной волной или резким повышением давления больше некоторого порогового значения, от их воздействия на торец запорного органа 2, запорный орган, воздействуя на пружину 3, начинает ее сжимать, перемещаясь по направлению потока воздуха и перекрывает газопровод. 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 органа 2 устройство может быть установлено в зоне контакта запорного органа 2 и корпуса 1 между пружинами 3. Введение такого предложенного элемента 2 поможет решить поставленную задачу.

При стационарном течении газа сила, обусловленная скоростным напором газового потока при обтекании регулирующего элемента 6, компенсируется подпружинивающей силой пружины 9 на регулирующий элемент 6, при этом регулирующий элемент удерживается в определенном положении относительно перегородки 4, а запорный орган - относительно корпуса.

При резком увеличении давления в газовом потоке, вызванным воздушной ударной волной или волной сжатия, запорный орган 2 начинает двигаться вдоль корпуса 1. При этом проходное сечение между запорным органом 2 и корпусом 1 уменьшается до полного перекрытия канала газопровода. Смягчению удара запорного органа 2 о корпус 1 способствуют амортизирующие элементы 5, закрепленные на поверхности запорного органа 2. После сжатия амортизирующего элемента 5 положение запорного органа 2 может фиксироваться любым известным элементом. При отсутствии фиксирующего элемента, после уменьшения давления в газовом потоке ниже критического значения, под воздействием пружины 3 запорный орган 2 возвращается в исходное положение. В случае прихода воздушной ударной волны с противоположной стороны (за счет внешнего взрыва), запорный орган движется и перекрывает канал газопровода аналогичным образом, препятствуя прохождению воздушной ударной волны в рабочее помещение.

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. Клапан избыточного давления содержит корпус с соосными рабочими патрубками и проходным каналом, в котором установлен с возможностью продольного перемещения упруго нагруженный в сторону патрубков запорный орган. Запорный орган состоит из соосного с корпусом пустотелого цилиндра с внутренней перегородкой и глухими торцами, которые выполнены с диаметром, большим диаметра проходного канала. К перегородке упруго поджат регулирующий элемент, подвижно закрепленный внутри цилиндра на опорном направляющем элементе, закрепленном к торцам цилиндра. Вблизи торцов на боковой поверхности цилиндра выполнены сквозные пазы. Изобретение позволяет 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. 1 ил.

1. Клапан избыточного давления, содержащий корпус с соосными рабочими патрубками и проходным каналом, в котором установлен с возможностью продольного перемещения упруго нагруженный в сторону патрубков запорный орган, отличающийся тем, что запорный орган состоит из соосного с корпусом пустотелого цилиндра с внутренней перегородкой и глухими торцами, выполненными диаметром, большим диаметра проходного канала, и упруго поджатого к перегородке регулирующего элемента, подвижно закрепленного внутри цилиндра на опорном направляющем элементе, закрепленном к торцам цилиндра, вблизи торцов на боковой поверхности цилиндра выполнены сквозные пазы. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что упругое нагружение цилиндра запорного органа осуществлено пружинами, расположенными в зазоре между боковыми поверхностями цилиндра и проходного канала.