МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2003 года по МПК F16K17/36 F16K17/38 

Изобретение относится к запорно-предохранительной арматуре и найдет применение в химической и нефтяной промышленности, например в сосудах, работающих под давлением опасных продуктов.

Известны многофункциональные клапаны, включающие в себя скоростной клапан, устанавливаемый внутри сосудов, работающих под давлением опасных продуктов, и запорный клапан, устанавливаемый снаружи сосудов, причем открытие (взведение) скоростного клапана в них приводится штоком запорного клапана, см., например, устройства фирмы Fort Vale (Великобритания), каталог Fort Vale Engineering Ltd 189 стр. 19. Указанные клапаны перекрывают поток заправляемого продукта автоматически при обрыве подводящего шланга, но не перекрывают его автоматически в случае возникновении пожара. Для закрытия запорного клапана нужно ручное вмешательство, что является большим недостатком.

Наиболее близким техническим решением, избранным в качестве прототипа, является многофункциональный клапан, включающий в себя запорный клапан, устанавливаемый внутри сосуда, и запорно-предохранительное устройство, устанавливаемое снаружи сосуда. Открытие запорного клапана в нем приводится штоком запорно-предохранительного устройства, последний в свою очередь, приводится в движение сторонним источником питания (газом на мембрану), см., например, устройство фирмы Gestra (Германия) каталог Loading and Unloading Systems for Tank Cars and Tank Containers, Group А₃, стр. 36, клапан PV 65.

Недостатком указанных клапанов является то, что они требуют для их работы наличия стороннего источника питания (газа на мембрану), к тому же они не надежны из-за наличия дополнительного оборудования к нему.

Задачей настоящего изобретения является создание многофункционального клапана как единого узла, который бы без вмешательства человека и подвода сторонних источников питания на управление автоматически обеспечивал перекрытие потока через него в случае возникновения несанкционированных операций, возникающих при заправке сосудов, работающих под давлением опасных продуктов, а именно во время пожара, при обрыве заправочного шланга, при сдвиге сосуда (удар в железнодорожную платформу).

Задача достигается тем, что в многофункциональном клапане, содержащем запорно-предохранительное устройство, устанавливаемое вне сосуда, запорный клапан, устанавливаемый внутри сосуда, запорный клапан в нем снабжен скоростным клапаном, а шток запорно-предохранительного устройства снабжен плавкой вставкой и подвижным роликом, обеспечивающими закрытие клапана при пожаре, и сдвигаемым шариком, обеспечивающим закрытие клапана при сдвиге сосуда. Для лучшего освобождения шарика он сам, соприкасающиеся с ним ролик и толкатель штока закалены до твердости не ниже HRc45, а для исключения перегрева клапана при пожаре в качестве расплавляемого материала в плавкой вставке применен сплав Вуда.

На чертеже представлен в разрезе общий вид многофункционального клапана.

Многофункциональный клапан состоит из запорно-предохранительного устройства (далее ЗПУ), устанавливаемого снаружи сосуда, и запорно-скоростного устройства (далее ЗСУ), состоящего из запорного клапана в блоке со скоростным клапаном, устанавливаемого внутри сосуда.

ЗПУ состоит из корпуса 1, запорного клапана 2, штока 3, пружины 4, обоймы 5, втулки 6, толкателя 7, пружины 8, шарика 9, плавкой вставки 10, ролика 11, маховика 12, пробки 13.

В канавки штока помещены уплотнители 14, а в клапане 2 завулканизирован уплотнитель 15. Выходной патрубок корпуса 1 глушится заглушкой 16 на прокладке 17.

Детали 1-10 помещены в кожух 18. В кожухе 18 предусмотрено отверстие для выхода шарика 9.

ЗСУ состоит из запорного клапана 20, пружины 21, поджимной втулки 22, помещенных в корпус 23, скоростного клапана 24, пружины 25, поджимной втулки 26, помещенных в корпус 28.

В запорный клапан 20 ввулканизировано уплотнение 29.

В скоростном клапане 24 имеется отверстие (дюза) диаметром 1 мм для сообщения надклапанной и подклапанной полостей.

ЗПУ устанавливается на ЗСУ, а последний - на трубопровод слива-налива или газосброса сосуда, работающего под давлением через прокладки 30, с помощью шпилек 31 и болтов 32.

Конструкцией предусмотрено так, что после установки их между запорными клапанами 2 и 20 образуется зазор "А".

Магистрали слива-налива или газосброса присоединяются к корпусу 2 при снятой заглушке 16 и прокладке 17. Шарик 9 соединяется через трос 33 с неподвижной закладной в заправочной станции.

Рассмотрим работу многофункционального клапана, установленного на сосуде железнодорожной платформы.

При наполнении сосуда жидкий продукт (например, пропан) по шлангу подается в корпус 1 на клапан 2. Клапан 2 вращением маховика 12 через плавкую вставку 10, ролик 11, шарик 9, толкатель 7, шток 3 опускается вниз до соприкосновения со штоком клапана 20 ЗСУ. Оба клапана открываются. Сжиженный пропан через два запорных клапана (2 и 20) и скоростной клапан 24 поступает в сосуд.

При опорожнении сосуда продукт поступает через скоростной клапан на запорный клапан 20, затем на запорный клапан 2. Чтобы не закрывался скоростной клапан 24 в штатном режиме, вращением маховика 12 обеспечивается расчетная скорость, в случае же превышения скорости скоростной клапан закрывается; для его открытия закрывают клапан 2, продукт через отверстие (дюзу) в клапане 24 поступает в замкнутое пространство между запорным клапаном 20 и скоростным клапаном 24, выравнивается давление в сосуде и пространстве, скоростной клапан пружиной 25 открывается. Пружина 25 обеспечивает настройку скоростного клапана на расчетную скорость.

В случае возникновения нештатных ситуаций необходимо заправку сосуда или слив из него прекратить, клапан закрыть.

1. Нештатная ситуация: разрыв подводящего заправочного шланга.

В этом случае в месте разрыва давление резко падает и продукт при опорожнении сосуда за счет увеличения скорости закрывает скоростной клапан, а при наполнении сосуда за счет давления изнутри сосуда продукт начинает движение в обратном направлении, и скоростной клапан также закрывается.

2. Нештатная ситуация: пожар.

Плавкая вставка 10 за счет подвода тепла через пробку 13 нагревается. Пробка 13 выполнена из материала с высокой теплопроводностью - меди. Внутри вставки запрессован сплав Вуда. При температуре 78-90^oС он расплавляется и вытекает вниз. Пружина 4 через обойму 5 поднимает шток 3 с шариком 9 и роликом 11 вверх, ролик занимает место вытекшего сплава, запорные клапана 20 и 2 закрываются.

3. Нештатная ситуация: сдвиг сосуда (например, удар в автосцепку железнодорожной платформы, на которой он установлен). Заправочные шланги при этом не разрушаются.

В этом случае натягивается трос 33, шарик 9 давит на втулку 6, сжимая пружину 8, и когда плоскость верхнего торца втулки 6 поравняется с плоскостью верхнего торца обоймы 5, шарик выходит из зацепления и через пазы в кожухе 18 выскакивает наружу. Пружина 4 через обоймы 5 поднимает шток 3, запорные клапаны 2 и 20 закрываются.

4. Нештатная ситуация: поломка наружного клапана (ЗПУ) или его снос с сосуда, когда внутри сосуда находится продукт под давлением.

В этом случае продукт не выходит наружу, т.к. перекрыт изнутри запорным клапаном 20.

Зазор "А" между штоком клапана 20 и хвостовиком клапана 2 предусмотрен для обеспечения компенсации усадки резинового уплотнителя 31 при закрытом клапане 20.

Чтобы шарик 9 лучше вынимался, ролик 11 и толкатель 7 закалены до твердости, по крайней мере, не ниже HRc45, а чтобы обеспечить низкую температуру нагрева клапана при пожаре в качестве расплавляемого материала применен сплав Вуда, при этом корпус и резиновые уплотнители не успевают нагреться до 50^oС (при которой они работоспособны).

Преимущество изобретения состоит в том, с предлагаемым многофункциональным клапаном обеспечиваются требования МК МПОК (международного кодекса международных перевозок опасных грузов) в части обеспечения безопасности при работах на сосудах, работающих под давлением опасных продуктов.

Изобретение относится к запорно-предохранительной арматуре и предназначено для применения в химической и нефтяной промышленности, например в сосудах под давлением с опасными продуктами. Многофункциональный клапан, выполненный в виде блока, содержит запорно-предохранительное устройство, установленное вне сосуда, запорно-скоростное устройство, установленное внутри сосуда. В запорно-предохранительном устройстве между маховиком и штоком установлен шарик. Шарик опирается с одной стороны на закаленный толкатель, с другой - на закаленный ролик. Ролик оперт на плавкую вставку, соединенную с пробкой из высокотеплопроводного материала. Между запорными клапанами запорно-предохранительного устройства и запорно-скоростного устройства предусмотрен зазор для обеспечения возможности управления одним маховиком. Изобретение позволяет автоматически обеспечивать перекрытие потока среды в случае возникновения нештатных ситуаций, возникающих при заправке сосудов, работающих под давлением. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многофункциональный клапан, содержащий запорно-предохранительное устройство, установленное вне сосуда, запорно-скоростное устройство, установленное внутри сосуда, выполненный в виде блока, отличающийся тем, что в предохранительно-запорном устройстве между маховиком и штоком установлен шарик, опирающийся с одной стороны на закаленный толкатель, с другой - на закаленный ролик, который оперт на плавкую вставку, соединенную с пробкой из высокотеплопроводного материала, а между запорными клапанами запорно-предохранительного устройства и запорно-скоростного устройства предусмотрен зазор для обеспечения возможности управления одним маховиком. 2. Многофункциональный клапан по п.1, отличающийся тем, что шарик удерживается от выпадания подвижной подпружиненной втулкой.