ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2003 года по МПК F16K17/04 F16K1/36 

Изобретение относится к предохранительным устройствам, предназначенным для поддержания заданного давления, и может быть применено в сосудах, работающих под давлением с рабочей температурой ±50^oС.

Известны предохранительные клапаны, содержащие корпус с седлом и подпружиненный относительно него тарельчатый запорный орган, обеспечивающие повышенную герметичность за счет установки разрушающего диска перед клапаном, например предохранительный клапан фирмы Fort Vale (Англия) 04/22980 или предохранительный клапан с разрушающей мембраной, см. Т.Ф. Кондратьева "Предохранительные клапаны", Машиностроение. 1976 г. Стр.167.

Однако недостатком указанных конструкций является невозможность точной настройки клапана на открытие, т. к. разрушающий диск (мембрана) требует тщательного подбора его по толщине, плавке металла, к тому же при одноразовом использовании мембран, после их разрушения, клапан остается негерметичен.

Наиболее близким техническим решением, избранным в качестве прототипа, является предохранительный клапан, содержащий корпус с седлом и подпружиненный относительно его тарельчатый запорный орган, см. чертеж СП 0056.02.05.000 фирмы СП "Простор", устанавливаемый на железнодорожных пропан бутановых цистернах.

К недостаткам указанного решения относится то, что в нем трудно обеспечить повышенную герметичность после даже малой наработки на цикличность, т.к. резиновое уплотнение опирается на острую кромку седла, оно быстро снашивается и при резком сбросе газа разрушается. Такие клапаны устанавливать на сосуд с опасными грузами опасно.

Задачей настоящего изобретения является повышение герметичности клапана и уменьшение перепада давления между открытием и закрытием.

Указанная задача достигается тем, что в предохранительном клапане, содержащем корпус с седлом и подпружиненный относительно него тарельчатый запорный орган, последний выполнен с плоским уплотнением металл по металлу в сочетании с резиной по металлу, причем ширина резинового уплотнения относительно деформируемой высоты его находится в соотношении 3-12 к 1, а величина сжатия резинового уплотнения при настройке составляет 20-40% от его деформируемой высоты.

На фиг.1 представлен в разрезе общий вид предохранительного клапана, на фиг.2 дан фрагмент обоймы с клапаном и седлом в положении "разуплотнено", на фиг. 3 - то же, но в положении "уплотнено", фиг.4 поясняет механизм работы запорного органа (а - клапан уплотнен, б - начало подъема клапана, в - положение при сбросе газа).

Предохранительный клапан состоит из корпуса 1, клапана 2, обоймы 3, втулки 4, стержня 5, пружины 6, тарели 7, регулировочных колец 8, поджимных гаек 9 и 11. В обойму 3 ввулканизирован резиновый уплотнитель 10. Ширина s резинового уплотнителя 10 относительно деформируемой высоты его b находится в соотношении 10-12 к 1, в поджатом состоянии высота становится на 20-40% меньше первоначальной (cм.b₁ фиг.3).

Предохранительный клапан работает следующим образом. (Клапан 2 с обоймой 3 в комплекте по тексту заявки далее фигурируют как подпружиненный тарельчатый орган).

При сборке, до установки обоймы, клапан и седло в месте уплотнения притираются. Путем поджатия пружины 6 гайками 11 клапан настраивается на давление начала открытия и испытывается на герметичность без обоймы на давление несколько ниже максимально допустимого рабочего давления (МДРД). Устанавливается обойма 3 и за счет регулировочных колец 8 и гаек 9 обеспечивается поджатие резинового уплотнителя 10 до величины b1 (см. фиг.3). Величина b1 в сжатом состоянии меньше величины b (см. фиг.2) в свободном состоянии на 20-40%.

Механизм обеспечения герметичности и чувствительности к срабатыванию можно пронаблюдать на примере испытанного нами предохранительного клапана, предназначенного для установки на сосуд со сжиженным пропаном.

Максимально допустимое рабочее давление в сосуде 2,0 МПа, полное открытие клапана должно осуществляться при давлении не более чем на 10% от МДРД и полное закрытие при давлении не более чем на 10% менее МДРД. Начало открытия клапана 2,05 МПа. Клапан был изготовлен с обеспеченной герметичностью без обоймы 1,5 МПа.

В случае увеличения давления более 1,5 МПа газ просачивается через уплотнение "металл по металлу" и удерживается резиновым уплотнителем. Резиновый уплотнитель при отношении ширины s к высоте b, равном 10-12 к 1, удерживает газ с давлением 0,5 МПа. При давлениях между резиновым уплотнением и уплотнением "металл по металлу" менее 0,5 МПа создаются условия для полной герметизации уплотнения " металл по металлу" (положение а фиг. 4), при давлении более 0,5 МПа (давление под клапаном более 2,0 МПа) условие полной герметизации уплотнения "металл по металлу" исчезает (положение б фиг. 4). В этом случае газ начинает просачиваться через резиновое уплотнение наружу, и при давлении 2,04 МПа подпружиненный запорный орган резко с хлопком поднимается (положение в фиг.4).

Для обеспечения наибольшей пропускной способности на обойму наворачивается втулка 4. Выходя из-под уплотнений газ давит на втулку и поднимает подпружиненный запорный орган на большую, чем без втулки, высоту. Так для испытанного клапана диаметром Ду 32 мм пропускная способность составила 13000 нм/час.

Закрытие клапана происходит при снижении давления в подклапанной полости не более чем на 10% от МДРД. Механизм действия уплотнений осуществляется в обратном порядке. При давлении 1,8 МПа обеспечивается полная герметичность клапана.

Учитывая, что резиновый уплотнитель поджимается на 20-40% от деформируемой высоты его (ограничивает посадка клапана 2 на металл), оно не "устает" и работает при наработке на цикличность устойчиво.

Преимущество изобретения состоит в том, что с предлагаемым предохранительным клапаном можно обеспечить требования МК МПОК (международного кодекса международных перевозок опасных грузов) в части обеспечения настройки клапанов и обеспечения герметичности, при этом не создавая сложных и ненадежных клапанов.

Изобретение относится к предохранительным устройствам, предназначенным для поддержания заданного давления, и может быть применено в сосудах, работающих под давлением. Предохранительный клапан содержит корпус с седлом и подпружиненный относительно него тарельчатый запорный орган с уплотнением металл по металлу в сочетании с резиной по металлу. Ширина резинового уплотнения относительно деформируемой высоты его находится в соотношении 10-12 к 1. Величина сжатия резинового уплотнения при настройке составляет 20-40% от деформируемой высоты. Изобретение позволяет повысить герметичность клапана и уменьшить перепад давления между открытием и закрытием клапана. 4 ил.

Предохранительный клапан, содержащий корпус с седлом и подпружиненный относительно него тарельчатый запорный орган с уплотнением металл по металлу в сочетании с резиной по металлу, отличающийся тем, что ширина резинового уплотнения относительно деформируемой высоты его находится в соотношении 10-12 к 1, а величина сжатия резинового уплотнения при настройке составляет 20-40% от деформируемой высоты.