КЛАПАН СБРОСА ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВОЧНЫХ ЦИСТЕРН Российский патент 2003 года по МПК F16K17/04 F16K15/06 

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к клапанам сброса давления, более конкретно к клапану сброса давления, предназначенному для выпуска расширяющихся жидкостей, которые содержатся в железнодорожных цистернах, автомобильных цистернах и аналогичных контейнерах.

Предпосылки создания изобретения
Некоторые жидкости и газы, транспортируемые в железнодорожных или автомобильных цистернах, являются особенно опасными и при повышенных температурах могут расширяться в цистерне, увеличивая внутреннее давление до опасного уровня. Поэтому органы правительственного контроля требуют, чтобы владельцы устанавливали на этих транспортных средствах предохранительные клапаны сброса давления, которые настроены таким образом, чтобы автоматически открываться, если давление превышает заданный уровень, и обеспечивать сброс с заданной скоростью.

Применяемые в настоящее время клапаны сброса давления обычно имеют смещение к закрытому положению, которое обеспечивает, в частности, витая пружина или пружина постоянной жесткости. Например, в патенте США 5564467, выданном 15 октября 1996 на имя Рэнда Х. Аккройда (Rand H. Ackroyd), описан тарельчатый обратный клапан со смещающим усилием, приложенным пружиной кручения для того, чтобы вызвать закрывающее усилие, действующее на седло клапана. При давлениях, превышающих заданное значение, клапан открывается и остается открытым при меньших значениях. Клапаны с витой пружиной обычно требуют, чтобы давление в цистерне для обеспечения максимальной пропускной способности сброса продолжало увеличиваться сверх начального давления открывания. С другой стороны, клапаны с пружиной постоянной жесткости обладают тем достоинством, что при первоначальном давлении открывания мгновенно обеспечивают максимальную пропускную способность сброса без дальнейшего увеличения давления. Несмотря на это достоинство, размеры, сложность и стоимость клапанов с пружиной постоянной жесткости ограничивают их широкое применение в промышленности. Кроме того, пространственные и конструктивные ограничения ограничивают количество пружин несколькими единицами, что делает клапан более сложным для "настройки" на точное начальное давление открывания или для точного совмещения клапанного элемента с седлом клапана для обеспечения плотного закрывания.

Сущность изобретения
Таким образом, целью данного изобретения является высокоэффективный клапан сброса давления с пружиной постоянной жесткости, пригодный для применения в железнодорожных цистернах, автомобильных цистернах и аналогичных контейнерах и обеспечивающий выпуск жидкости с высокой скоростью в случае превышения точно заданного давления.

Еще одной целью изобретения является клапан сброса давления с пружиной постоянной жесткости, который отличается надежностью, компактностью и относительной простотой конструкции и эксплуатации.

Еще одной целью изобретения является клапан сброса давления с пружиной постоянной жесткости, в котором клапанный элемент постоянно совмещен с седлом клапана для обеспечения надежной отсечки, если давление меньше предварительно заданного уровня.

И наконец еще одной целью изобретения является клапан сброса давления, который можно точно настроить на снижение давления в контейнере, если оно превышает предварительно заданный начальный уровень.

Эти и другие цели и достоинства изобретения реализуются с помощью клапана сброса давления, содержащего корпус клапана с седлом клапана вокруг отверстия, которое можно совместить с дренажным отверстием цистерны для хранения жидкости. Тарелка клапана обычно смещена в закрытое положение на седле клапана под действием пружин постоянной жесткости из нескольких слоев стальных лент, намотанных на катушки, которые установлены с возможностью вращения между вертикальными угловыми кронштейнами, расположенными вокруг седла клапана. Тарелка клапана перемещается, преодолевая усилие пружин, до положения полного открывания, если давление жидкости в резервуаре превышает предварительно заданную величину. Для поддержания осевого совмещения тарелки клапана с седлом клапана кронштейны прикреплены к корпусу клапана в непосредственной близости от тарелки клапана. Количество пружин и слоев ленты на одну пружину, а также возвращающую силу для каждой ленты выбирают в соответствии с требуемым давлением открывания клапана. Отражатели, прикрепленные к корпусу клапана между кронштейнами под пружинами, защищают клапан от воздействия выпускаемых жидкостей.

Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие цели, новые признаки и достоинства изобретения станут более очевидными из следующего описания со ссылками на фиг. 1-4, на которых:
фиг. 1 - вид сверху клапана сброса давления согласно данному изобретению с частично удаленным защитным колпаком;
фиг. 2 - поперечный разрез клапана сброса давления в вертикальной плоскости по линии 2-2 на фиг.1 с увеличенным видом сбоку пружины постоянной жесткости, применяемой в клапане;
фиг. 3 - поперечный разрез клапана сброса давления в вертикальной плоскости по линии 3-3 на фиг.1;
фиг.4 - поперечный разрез клапана сброса давления в горизонтальной плоскости по линии 4-4 на фиг.2.

Описание предпочтительного варианта
Обратимся к чертежам, на которых показан клапан 10 в нормально закрытом положении, пригодный для монтажа на цистерну Т для хранения жидкости (показана условным контуром на фиг.2), при этом одинаковыми номерами и символами на нескольких видах обозначены одинаковые или соответствующие детали.

Клапан 10 включает корпус 12 клапана с седлом 14 клапана вокруг кругового отверстия 12а, которое через дренажное отверстие V (фиг.2) сообщается с внутренней частью цистерны, и круглую тарелку 16, установленную соосно с отверстием 12а и имеющую возможность перемещения относительно этого отверстия. Седло 14 клапана образует кольцевой выступ вокруг верхней кромки отверстия 12а, который герметично закрывается эластичной прокладкой 18 из резины или аналогичного материала, приклеенной к плоской поверхности тарелки 16. Шток 20 клапана проходит вверх от тарелки 16 соосно с ней, соединяясь резьбовым соединением с гайкой 22, закрепленной в центре квадратной пластины 24, и усиливающим элементом 26, примыкающим к ней. Пластина 24 расположена в плоскости, перпендикулярной длине штока 20, и содержит фланец 24а, который обычно проходит вверх от ее четырех кромок.

Каждый фланец 24а соединен крепежными элементами 28 с периферийными концами пары пружин 30 постоянной жесткости, изготовленных из слоев стальных лент 30а (см. увеличенный вид на фиг.2). Ленты намотаны на барабаны 32, которые могут независимо вращаться на общем шпинделе 34, обеспечивая постоянную возвращающую силу независимо от смещения пластины 24 относительно шпинделя 34.

Вертикальные прямоугольные кронштейны 36, прикрепленные соответственно к корпусу 12 клапана между соседними парами пружин 30, имеют обращенные друг к другу стороны, которые поддерживают концы шпинделя 34. Как лучше всего видно на фиг. 4, для поддержания соосности тарелки 16 клапана с седлом 14 клапана каждый кронштейн 36 образует внутренний угол 36а в непосредственной близости от контура 16а тарелки 16 клапана.

Под каждой парой пружин 30 расположен отражательный щиток 38, параллельные стороны 38а которого примыкают к соответствующим обращенным друг к другу сторонам кронштейнов 36 и прикреплены к элементу 12 седла клапана. Верхний элемент 38b перекрывает верхние части боковых элементов 38а щитка 38 и проходит внутрь для полного отклонения наружу жидкостей, выпускаемых из клапана 10.

Защитный колпак 40 полностью закрывает пружинные механизмы клапана 10. Затяжные винты 42 проходят своей резьбовой частью внутрь по окружности колпака 40 и радиально прижимают цилиндрические фитинги 44 к лицевым прямоугольным сторонам угловых кронштейнов 36.

Давление, при котором открывается клапан 10, определяется сочетанием возвращающих сил четырех пружин 30, что в свою очередь определяет суммарное количество лент и их соответствующие возвращающие силы. В качестве примера, не ограничивающего описанный выше вариант реализации, примем следующее:
требуемое давление открывания Р равно 75 фунтов/дюйм² (51,7х10⁴ Па);
диаметр отверстия клапана d равен 3 7/8 (3,875) дюйма (98,42 мм) (площадь = 11,80 дюйма² ~ 7613,36 мм²);
общая сила открывания F = 884 фунта (3929,6 Н);
постоянная сила f возврата на одну ленту равна 28,5 фунтов (126,77 Н).

Необходимое количество N лент составляет:
F/f = 884/28,5 = 3929,6/126,77 = 31 лента.

31 ленту можно практически равномерно распределить между восемью пружинами 30 - по четыре слоя ленты в каждой из семи пружин и три слоя ленты - в последней пружине 30.

Некоторые из многочисленных достоинств и новых признаков изобретения теперь должны быть очевидными. Так, например, высокая пропускная способность клапана сброса давления с пружиной постоянной жесткости, предназначенного для применения в железнодорожных цистернах, автомобильных цистернах и аналогичных контейнерах, обеспечивает выпуск жидкостей с большой скоростью при точно заданном давлении. Клапан отличается относительной простотой конструкции и эксплуатации и занимает относительно мало места. Тарелка клапана, используемая в изобретении, находится в постоянном совмещении с седлом клапана, что обеспечивает надежную отсечку жидкости при давлении, меньшем заданного уровня.

В описанном выше варианте реализации используется симметричная конструкция из четырех пар пружин постоянной жесткости, при этом каждая пара работает параллельно с четырех сторон квадратной платы, которая приводит клапан в действие, однако, в пределах фундаментальной концепции изобретения предполагаются и другие конструктивные решения. Так, например, количество пружин и слоев, а также их симметрию относительно седла клапана можно изменять при условии, что их возвращающие силы равномерно распределяются по тарелке клапана. Клапан можно также использовать для многих типов резервуаров, в которых необходимо избегать избыточного давления жидкости.

Разумеется надо полагать, что специалистами могут быть сделаны другие различные изменения деталей, материалов, операций и расположения элементов, описанных и проиллюстрированных здесь для пояснения природы изобретения, в пределах принципа изобретения и объема притязаний согласно прилагаемой формуле.

Изобретение предназначено для сброса давления для выпуска жидкости через дренажное отверстие V в железнодорожных цистернах, автомобильный цистернах и аналогичных резервуарах. Тарелка клапана в исходном состоянии смещена в закрытое положение несколькими пружинами постоянной жесткости, состоящими из слоев стальных лент на барабанах, которые установлены на вертикальных угловых кронштейнах, симметрично расположенных вокруг седла клапана. Давление, при котором открывается клапан, задают путем предварительного выбора количества пружин, слоев лент на одну пружину и возвращающей силы каждой ленты. Изобретение позволяет повысить надежность клапана. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан для сброса давления через дренажное отверстие в цистерне, если давление превышает предварительно заданную величину, содержащий седло клапана, приспособленное для установки на цистерне для сообщения с дренажным отверстием, тарелку, которая является ответной частью по отношению к указанному седлу клапана и предназначена для открывания и закрывания дренажного отверстия, несколько угловых кронштейнов, закрепленных вертикально и симметрично вокруг указанного седла клапана в непосредственной близости от указанной тарелки, причем соседние из указанных кронштейнов имеют параллельные направленные друг к другу стороны, пластину, соединенную с указанной тарелкой и способную перемещаться с указанной тарелкой по длине указанных кронштейнов, и пружины, проксимальные концы которых закреплены между указанными направленными друг к другу сторонами с возможностью вращения вокруг осей, перпендикулярных им, а дистальные концы соединены с указанной пластиной для удержания указанной тарелки в закрытом положении. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что указанные пружины содержат слои пружинных металлических лент, намотанных на барабаны. 3. Клапан по п. 2, отличающийся тем, что указанные пружины содержат по меньшей мере два из указанных барабанов, которые могут независимо вращаться на общем шпинделе, установленном между указанными сторонами соседних угловых кронштейнов. 4. Клапан по п. 3, отличающийся тем, что указанные ленты имеют одинаковую возвращающую силу и распределены практически равномерно в соответствующих пружинах. 5. Клапан по п. 4, отличающийся тем, что количество пружин, количество лент, приходящихся на одну пружину, и возвращающая сила каждой ленты определяют давление, при котором указанная тарелка открывает дренажное отверстие. 6. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что указанная пластина имеет кромки, образующие симметричный многоугольник, а указанные дистальные концы указанных пружин соединены с соответствующими им кромками. 7. Клапан по п. 6, отличающийся тем, что указанный многоугольник является квадратом. 8. Клапан 10 для сброса давления через дренажное отверстие в цистерне, содержащий пластину, предназначенную для установки над указанным дренажным отверстием указанной цистерны, причем указанная пластина содержит седло клапана, которое окружает отверстие, сообщающееся с указанным дренажным отверстием, тарелку, имеющую поверхность, которая при закрытом положении клапана расположена на указанном седле для блокирования потока через указанное дренажное отверстие, раму, выступающую вверх на наружной части указанной пластины и обеспечивающую направленное линейное перемещение указанной тарелки к указанному седлу и от него, и ряд пружин постоянной жесткости, присоединенных между указанной рамой и указанной тарелкой для смещения указанной тарелки в нормально закрытое положение относительно указанного седла клапана, при этом клапан расположен на цистерне и поэтому до момента открывания тарелки защищен от контакта с содержимым цистерны.