ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2004 года по МПК F16K17/02 F16K31/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к арматуростроению, и может использоваться в любой отрасли промышленности, где требуется экстренное перекрытие потока жидкости в трубопроводах.

Из описания к патенту Российской Федерации № 2092738, МПК6 F 16 K 31/08, опубл. 1997 г. известен аварийный электромагнитный клапан, содержащий корпус, в котором расположены запорный орган тарельчатого типа и возвратная пружина, обмотку электромагнита, размещенную на корпусе, неподвижный полюс и якорь, соединенный с запорным органом, постоянный магнит, соединенный с аксиально перемещаемым устройством управления, размещенный в контакте с концом корпуса электромагнита, расположенным у торца якоря, и имеющий одинаковую полярность с магнитным потоком, создаваемым при включении электромагнита. При подаче напряжения на катушку электромагнита под действием магнитного потока на якоре создается тяговое усилие, которое, преодолевая усилие возвратной пружины, поджимает запорный орган к седлу корпуса, перекрывая проход рабочего тела. Возврат запорного органа в исходное состояние происходит под действием возвратной пружины. Недостаток такого клапана - низкая технологичность из-за отсутствия унификации комплектующих изделий.

Из описания к патенту Российской Федерации № 2062933, МПК6 F 16 K 17/02, F 15 K 13/00, опубл. 1996 г. известен отсечной клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, седло, нормально открытый клапан, привод перемещения клапана, имеющий поршень с двусторонним штоком, установленный в расточке корпуса за седлом с образованием полости между седлом и поршнем и полости управления между поршнем и перегородкой, отделяющей полость управления от выходной полости, причем один конец штока пропущен через перегородку в выходную полость, и в штоке выполнены осевой и радиальный каналы, через которые полость между седлом и поршнем сообщена с выходной полостью, полость управления каналами управления сообщена с системой управления, подключенной к источнику питания, а перегородка, отделяющая полость управления от выходной полости, выполнена в виде плавающего кольцеобразного поршня, внешний диаметр которого больше диаметра поршня привода клапана, снабженного со стороны полости управления упором. Недостаток этого клапана - ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкое быстродействие.

Патентом Российской Федерации № 2151338, МПК7 F 16 K 31/42, опубл. 2000 г. защищена система защиты теплоэнергетического оборудования, предназначенная для защиты от аварий, связанных с повышением давления энергоносителя. Система защиты содержит кинематически связанное с исполнительным механизмом запорно-регулирующего устройство, состоящее из корпуса, разделенного подвижным элементом на две полости, одна из которых соединена с входом или выходом исполнительного механизма, а в другой полости размещена среда, находящаяся под стабильным давлением, нагнетательное устройство с приводом и стравливающее устройство, связанное с полостью стабильного давления, причем привод нагнетательного устройства связан через преобразователь с датчиком давления в полости стабильного давления. Недостаток такой системы защиты - сравнительно низкое быстродействие, обусловленное тем, что скорость движения запорного диска зависит от скорости изменения давления энергоносителя и реакции исполнительного механизма на это изменение.

Наиболее близким по количеству совпадающих существенных признаков с заявляемым предохранительно-запорным клапаном является регулирующий клапан, известный из описания к авторскому свидетельству СССР № 1813958, МПК5 F 16 K 31/126, опубл. 1993 г. Этот клапан содержит корпус с входным и выходным каналами, разделенными седлом, размещенный в корпусе запорный орган, взаимодействующий с седлом и связанный штоком с исполнительным механизмом в виде мембранного привода, рабочая полость которого закрыта крышкой и который снабжен позиционером с рычагом. Второй конец штока проходит в стойку-стакан позиционера и снабжен зубчатой рейкой, входящей в зацепление с зубчатым колесом, регулирующим усилие пружины позиционера и соответственно параметры срабатывания клапана. Недостаток прототипа - сравнительно низкое быстродействие, так как скорость срабатывания клапана определяется разностью усилий, создаваемых давлением в рабочей камере мембранного привода и поджимающей пружины, а также инерционностью мембранного привода, кроме того, описанная конструкция не технологична из-за низкой унификации комплектующих изделий.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение быстродействия предохранительно-запорного клапана при закрытии и повышение его технологичности.

Указанная задача решается тем, что в предохранительно-запорном клапане, содержащем корпус с входным и выходным каналами с входной и выходной полостями, разделенными седлом, размещенный во входной полости корпуса запорный орган, взаимодействующий с седлом и связанный со штоком, второй конец которого проходит в стойку-стакан и снабжен зубчатой рейкой, входящей в зацепление с зубчатым колесом, и исполнительный механизм, приводящий в движение запорный орган, исполнительный механизм содержит электропривод, нагруженный на силовой редуктор, силовую цилиндрическую пружину, один конец которой неподвижно закреплен в корпусе исполнительного механизма приводного вала, а другой скреплен с выходным органом силового редуктора, и автомат экстренного закрытия клапана, обеспечивающий расстопорение выходного органа силового редуктора, а зубчатое колесо, входящее в зацепление с зубчатой рейкой, является элементом выходного органа исполнительного механизма. Электропривод исполнительного механизма поворотного вала содержит электродвигатель, редуктор с предохранительной муфтой и храповик с защелкой блокировки редуктора, силовой редуктор состоит из трех планетарных ступеней, в котором корончатое колесо первой планетарной ступени удерживается от проворота автоматом экстренного закрытия клапана, корончатое колесо второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе, а выходным органом силового редуктора является вал, выполненный заодно с водилом третьей планетарной ступени, корончатое колесо которой удерживается от проворота необратимой муфтой ручного привода. Запорный орган конусного типа скреплен со штоком вращательно-осевым соединением. Во входной полости за входным каналом на упоре в корпусе установлено разгрузочное кольцо-диафрагма.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена конструкция предохранительно-запорного клапана; на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного механизма.

Предохранительно-запорный клапан (фиг.1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами с входной 4 и выходной 5 полостями, разделенными седлом 6. Во входной полости 4 размещен запорный орган 7 конического типа, закрепленный на штоке 8 вращательно-осевым соединением. Шток 8 через крышку 9 корпуса 1 проходит в стойку-стакан 10, закрепленную на корпусе, например, фланцевым соединением 11. Герметизация крышки 9 достигается сальниковым уплотнением 12 в расточке 13 между крышкой 9 и дном 14 стойки-стакана 10. Центровка штока 8 обеспечивается соосностью отверстий в крышке 9 и крышке 15 стойки-стакана 10, в полости которого шток 8 снабжен зубчатой рейкой 16. Исполнительный механизм 17 смонтирован на стойке-стакане 10, а поворотный вал 18, закрепленный в подшипнике скольжения в стенке стойки-стакана 10 перпендикулярно штоку 8 и соединенный с выходным органом исполнительного механизма 17, снабжен зубчатым колесом 19, входящим в зацепление с зубчатой рейкой 16. Исполнительный механизм 17 (фиг.2) содержит электропривод 20, силовой редуктор 21, силовую пружину 22, автомат 23 экстренного закрытия клапана, ручной дублер 24 экстренного закрытия клапана и механизм ручного привода 25.

Электропривод 20 содержит электродвигатель 26, редуктор 27 с предохранительной муфтой и храповик 28 с защелкой блокировки редуктора 27. Силовой редуктор 21 состоит из трех планетарных ступеней. Корончатое колесо 29 первой планетарной ступени удерживается от проворота автоматом 23, выполненным в виде электромагнитной муфты-защелки 30 с якорем 31. Корончатое колесо 32 второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе. Корончатое колесо 33 третьей планетарной ступени соединено с шестерней 34 механизма ручного привода 25 и удерживается от проворота необратимой муфтой 35. Выходным органом силового редуктора 21 является вал 36, выполненный заодно с водилом 37 третьей планетарной ступени. Силовая пружина 22 одним концом закреплена неподвижно в корпусе, другим соединена с водилом 37. Между второй и третьей планетарными ступенями установлена зубчатая односторонняя муфта 38. Ручной дублер 24 содержит шток 39 с пружиной возврата 40, ручку 41 и кулачок 42. Для снижения разрушающих воздействий входного потока при открытии или закрытии запорным органом 7 отверстия в седле 6 во входной полости между крышкой 9 и входным каналом 2 на упоре 43 корпуса 1 установлено разгрузочное кольцо-диафрагма 44 (фиг.1).

Предохранительно-запорный клапан (фиг.1) работает следующим образом. В исходном состоянии запорный орган 7 закрывает отверстие седла 6. После подачи питания на электродвигатель 26 вращение от его вала через редуктор 27 и силовой редуктор 21 передается на выходной вал 37, соединенный с поворотным валом 18. Одновременно взводится силовая пружина 22, конец которой связан с водилом 37. Зубчатое колесо 19, закрепленное на поворотном валу 18 и входящее в зацепление с зубчатой рейкой 16, при провороте перемещает шток 8, в результате запорный орган 7 выводится из отверстия седла 6, и клапан открывается. После отключения электродвигателя 26 якорем 31 электромагнитной муфты 30 осуществляется стопорение (торможение) силового редуктора 21 и силовой пружины 22.

Экстренное закрытие клапана может осуществляться по командному сигналу при срабатывании автомата 23 или вручную ручным дублером 24. При подаче электропитания на электромагнитную муфту 30 ее якорь 31 выходит из пазов корончатого колеса 29 силового редуктора 21 и растормаживает его. Силовая пружина 22 начинает вращать водило 37 третьей планетарной ступени и соответственно вторую и первую планетарные ступени. Вращение водила 37 через вал 36 передается поворотному валу 18 и через кинематическую пару зубчатое колесо 19 - зубчатая рейка 16 преобразуется в продольное передвижение штока 8. Запорный орган 7 вводится в отверстие седла 6 и закрывает его. Зубчатая односторонняя муфта 38 после закрытия клапана, когда прекращается вращение третьей планетарной ступени силового редуктора 21, обеспечивает гашение (рассеивание) кинематической энергии второй и первой планетарных ступеней. Закрытие клапана ручным дублером 24 осуществляется поворотом ручки 41 в направлении, при котором кулачок 42 освобождает пружину 40, в результате чего шток 39 вытягивает якорь 31 из пазов корончатого колеса 30, растормаживая силовой редуктор 21. Далее производится быстрое закрытие клапана, как и при срабатывании автомата 23. Медленное открытие и закрытие клапана может осуществляться ручным приводом 25. Вращение от маховика ручного привода 25 через необратимую муфту 35 и шестерню 34 передается на корончатое колесо 33 третьей планетарной ступени силового редуктора 21 и от него на поворотный вал 18. Динамические возмущения жидкости во входной полости 4 из-за резкого изменения давления при закрытии или открытии клапана компенсируются встречными потоками из части входной полости 4 между крышкой 9 корпуса 1 и разгрузочным кольцом-диафрагмой 44, площадь отверстий в котором в 2,0…2,5 раза больше площади отверстия входного канала 2.

В сравнении с описанными ранее заявленный предохранительно-запорный клапан имеет более высокое быстродействие при закрытии. Это обусловлено малой инерционностью как исполнительного механизма 17, так и выполнением кинематической связи поворотного вала 18 со штоком 8 в виде пары зубчатое колесо 19 - зубчатая рейка 16.

Кроме того, способность реечной передачи передавать значительные усилия при малых крутящих моментах на валу позволяет использовать один и тот же исполнительный механизм для различных типоразмеров и различного назначения трубопроводов. Заявленная конструкция технологична, так как в ней используются преимущественно нормализованные изделия и при изменении требований к клапану видоизменяется узкий ряд деталей - входной и выходной каналы, запорный орган и седло, корпус же, стойка-стакан, шток, поворотный вал и исполнительный механизм являются унифицированными. Выполнение запорного органа 7 конического типа и его крепление со штоком 8 вращательно-осевым соединением обеспечивает надежность запирания клапана, которая за счет заклепочного эффекта в работе только повышается.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к арматуростроению, и может использоваться в любой отрасли промышленности, где требуется экстренное перекрытие потока жидкости в трубопроводах. Предохранительно-запорный клапан содержит корпус с входным и выходным каналами с входной и выходной полостями, разделенными седлом, размещенный во входной полости корпуса запорный орган, взаимодействующий с седлом и связанный со штоком. Второй конец штока проходит в стойку-стакан и снабжен зубчатой рейкой, входящей в зацепление с зубчатым колесом, исполнительный механизм, приводящий в движение запорный орган, содержит электропривод, нагруженный на силовой редуктор, силовую цилиндрическую пружину. Один конец пружины неподвижно закреплен в корпусе исполнительного механизма приводного вала, а другой скреплен с выходным органом силового редуктора. Автомат экстренного закрытия клапана обеспечивает расстопорение выходного органа силового редуктора, а зубчатое колесо, входящее в зацепление с зубчатой рейкой, является элементом выходного органа исполнительного механизма. Изобретение повышает быстродействие предохранительно-запорного клапана при закрытии и повышает его технологичность. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Предохранительно-запорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами с входной и выходной полостями, разделенными седлом, размещенный во входной полости корпуса запорный орган, взаимодействующий с седлом и связанный со штоком, второй конец которого проходит в стойку-стакан и снабжен зубчатой рейкой, входящей в зацепление с зубчатым колесом, и исполнительный механизм, приводящий в движение запорный орган, отличающийся тем, что исполнительный механизм содержит электропривод, нагруженный на силовой редуктор, силовую цилиндрическую пружину, один конец которой неподвижно закреплен в корпусе исполнительного механизма приводного вала, а другой скреплен с выходным органом силового редуктора, и автомат экстренного закрытия клапана, обеспечивающий расстопорение выходного органа силового редуктора, а зубчатое колесо, входящее в зацепление с зубчатой рейкой, является элементом выходного органа исполнительного механизма.2. Предохранительно-запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что электропривод исполнительного механизма поворотного вала содержит электродвигатель, редуктор с предохранительной муфтой и храповик с защелкой блокировки редуктора, силовой редуктор состоит из трех планетарных ступеней, в котором корончатое колесо первой планетарной ступени удерживается от проворота автоматом экстренного закрытия клапана, корончатое колесо второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе, а выходным органом силового редуктора является вал, выполненный заодно с водилом третьей планетарной ступени, корончатое колесо которой удерживается от проворота необратимой муфтой ручного привода.3. Предохранительно-запорный клапан по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что запорный орган конусного типа скреплен со штоком вращательно-осевым соединением.4. Предохранительно-запорный клапан по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что во входной полости за входным каналом на упоре в корпусе установлено разгрузочное кольцо-диафрагма.5. Предохранительно-запорный клапан по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что дно стойки-стакана скреплено с корпусом фланцевым соединением с обеспечением уплотнения штока сальником, размещенным в расточке крышки корпуса между крышкой корпуса и дном стойки-стакана.