КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК F16K17/04 F16K15/03 

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано также в области нефтяной, газовой промышленности, других областях, где необходимо автоматическое аварийное перекрытие подачи по трубопроводам опасных веществ (газа, жидкости, смеси), связанное с изменением давления, загазованностью, пожаром и другими аварийными ситуациями.

Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с рабочей полостью, заслонку, стыкуемую при помощи шарнирного соединения, с поворотным механизмом, пружину, находящуюся в полости регулировочного корпуса, и шток, выполненный дифференциальным. Регулировочный корпус снабжен пневмоканалом с возможностью обеспечения последним равного давления на торцы дифференциального штока, при этом площадь дифференциального штока в полости регулировочного корпуса меньше, чем площадь дифференциального штока в рабочей полости. Дифференциальный шток связан с заслонкой посредством рычагов, расположенных в рабочей полости. (Патент на изобретение РФ №2176046, МПК F 16 K 17/04, F 16 K 15/03).

Однако данное устройство не обладает достаточной надежностью вследствие наличия механического зацепления и отсутствия аварийного режима срабатывания клапана.

Известна система защиты скважины и магистральных трубопроводов, включающая клапан-отсекатель, содержащий основной клапан и клапан обратного потока. Клапан-отсекатель снабжен следящей системой и приводом основного клапана, при этом привод имеет шток, поршень, поршень демпфера, а следящая система - пружину регулирования. Клапан обратного потока выполнен в виде корпуса, седла и клапана с крылом, взаимодействующего с седлом корпуса при прекращении движения потока рабочего тела за счет собственного веса или обратного потока и собственного веса, а перекрытие потока рабочего тела основным клапаном клапана-отсекателя осуществляется следящей системой и поршнем привода (Патент на изобретение №2135745, МПК Е 21 В 43/00, Е 21 В 43/12, Е 21 В 34/06).

Данное изобретение обеспечивает повышение надежности всей системы за счет возможности перекрытия доступа жидкости (рабочего тела) к месту аварии клапаном-отсекателем. Однако данная конструкция является сложной, кроме того, в ней отсутствует визуальный контроль перекрывающего клапана и сохраняется возможность прорыва уплотнения поршня.

Известен клапан-отсекатель, содержащий шток и задвижку с ручным механизмом, а также пневмолинию сброса давления и аварийного режима работы с вентилями и расширительным бачком. На заслонке установлена пневмоприсоска. Шток снабжен пневмоканалом, который соединяет полость пневмоприсоски с трубопроводом (Патент на изобретение РФ №2168094, МПК F 16 K 15/03, F 16 K 17/04).

Недостатком данного устройства является невысокая надежность работы при низких температурах, а также сложность подготовки пневмосистемы для работы, связанной с необходимостью распыления масла в сжатом воздухе. Кроме того, конструкция сложна и громоздка в исполнении.

Наиболее близким к заявляемому является клапан-отсекатель, содержащий два корпуса, выполненные с сообщающимися полостями, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом корпусе размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенной внутри нее осью с уступом, которая посредством пружины соединена со второй втулкой, соединенной с рычагом. Клапан-отсекатель содержит также фиксатор положения заслонки, выполненный в виде пневматического цилиндра, шток которого, перемещаясь перпендикулярно оси, фиксирует ее. Клапан оснащен системой сброса давления, фиксатор положения заслонки связан с трубопроводом подвода рабочего вещества к клапану-отсекателю (ТУ 3742-024-00158824-99).

Недостатком прототипа является сложность конструкции. Кроме того, выполнение фиксатора положения заслонки пневматическим обеспечивает его работу только от перепада давления, что не позволяет использовать датчики аварии. За счет наличия большого количества элементов конструкции и соответственно трения между ними не происходит мгновенного опускания заслонки в аварийном режиме.

Задачей предлагаемого решения является повышение надежности конструкции и возможности ее работы от аварийных датчиков различных типов.

Поставленная задача решается тем, что в клапане-отсекателе, содержащем два корпуса, выполненные с сообщающимися полостями, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом корпусе размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенной внутри нее осью, рычаг, одним концом связанный с заслонкой, фиксатор положения заслонки, согласно предлагаемому решению, фиксатор положения заслонки выполнен в виде электромагнита, сердечник которого расположен между рычагом и втулкой, при этом сердечник и втулка выполнены с возможностью их соединения в нижнем положении заслонки и разъединения в ее верхнем положении.

При этом сердечник и втулка имеют электромагнитное соединение в нижнем положении заслонки.

Для соединения втулки и сердечника втулка снабжена наконечником с разрезным пружинным кольцом, расположенным в выполненном в наконечнике кольцевом пазу прямоугольного профиля, а сердечник имеет полость для размещения в ней наконечника и канавку с угловым профилем для размещения пружинного кольца наконечника.

Клапан-отсекатель дополнительно содержит блок управления и контроля положения заслонки.

Блок управления и контроля положения заслонки включает светодиоды, герконы и реле, при этом герконы установлены с возможностью управления им электромагнитным полем катушки.

Блок управления и контроля положения заслонки включает дополнительную ось, расположенную параллельно оси подъемно-поворотного механизма и связанную с ней посредством зубчатой передачи, гайку с постоянным магнитом, выполненную с возможностью перемещения относительно дополнительной оси, герконы, светодиоды, блок управления через реле связан с блоком питания и выходами для подключения к датчикам.

Корпус поворотно-подъемного механизма со стороны выхода снабжен крышкой, имеющий выступающую внешнюю часть, а ось блока управления и контроля положения заслонки проходит через выступающую часть крышки.

Клапан-отсекатель дополнительно содержит кожух для размещения в нем блока управления, при этом герконы размещены с внутренней стороны кожуха напротив гайки с магнитом при нижнем и верхнем положениях заслонки.

Для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен резьбой, а ось - штифтом, установленным в выполненных под него во втулке продольных пазах.

Для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен продольными пазами, при этом втулка снабжена выступами для соединения с пазами и внутренней резьбой, а ось соответственно имеет наружную резьбу.

Для выравнивания давления каналы выполнены в теле сердечника и наконечнике.

Надежность клапана-отсекателя повышается за счет упрощения конструкции путем использования в качестве фиксатора положения заслонки - электромагнита и блока управления и контроля положения заслонки, связанного с аварийными датчиками.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, показан общий вид устройства в поперечном разрезе - вариант механической фиксации подъемно-поворотного механизма в закрытом и открытом положениях заслонки соответственно, на фиг.3 - общий вид устройства в поперечном разрезе в открытом положении заслонки для варианта электромагнитной фиксации подъемно-поворотного механизма, фиг.4, 5 - узел механической и электромагонитной фиксации подъемно-поворотного механизма соответственно, фиг.6, 7 - функциональная схема работы блока управления и контроля положения заслонки для вариантов механической и электромагнитной фиксации соответственно.

Устройство содержит два корпуса 1 и 5, один из которых - корпус 1 имеет вход 2 и выход 3 и отверстие 4 для соединения с корпусом 5 (См. Фиг.1-3). Со стороны входа 2 и выхода 3 корпус 1 имеет резьбу для установки элементов соединения с трубопроводом, например фланцев 6. Внутри корпуса 1 расположены седло 7 и заслонка 8, подвижно соединенная с седлом 7 с помощью оси 9. В корпусе 5 расположен подъемно-поворотный механизм заслонки 8. Устройство снабжено системой сброса давления, которая состоит из клапана 10, труб 11, 12, соединяющих полости корпуса 1 до и после заслонки 8 через отверстия 13, выполненные в корпусе 1 и фланце 6 со стороны выхода 3. Устройство содержит фиксатор положения заслонки 8, выполненный в виде электромагнита, состоящего из катушки 14, закрепленной с внешней стороны корпуса 5 и сердечника 15, расположенного внутри корпуса 5 с возможностью перемещения и являющегося также элементом подъемно-поворотного механизма. Подъемно-поворотный механизм заслонки 8 включает также рычаг 16, соединенный с заслонкой 8 осью 17, а с сердечником - осью 18, втулку 19 с размещенной внутри нее осью 20. Сердечник 15 и втулка 19 выполнены с возможностью их соединения в нижнем положении заслонки 8 и разъединения - в ее верхнем положении. Соединение втулки 19 с сердечником 15 может быть выполнено механическим (см. фиг.4) или электромагнитным (см. фиг.5). При механическом соединении сердечник 15 имеет сквозные каналы 21 и отверстие 22 с канавкой 23 с угловым профилем, а втулка 19 на торце снабжена наконечником в виде цилиндрического выступа, снабженного пружинным кольцом 24, размещенным в канавке 25 с прямоугольным профилем, обеспечивая фиксацию данных элементов в нижнем положении заслонки 8. Цилиндрический выступ имеет каналы 26, которые так же, как и каналы 21 в сердечнике 15, служат для выравнивания давления в корпусах 1 и 5. Для электромагнитного соединения втулки 19 с сердечником 15 последние выполняют с плоскими торцевыми контактирующими поверхностями (фиг.5). При механическом соединении перемещение втулки 19 по резьбе корпуса 5 обеспечивается посредством штифта 27, установленного на оси 20 и расположенного в пазах, выполненных во втулке 19. Корпус 5 закрыт резьбовой крышкой 28 с отверстием для выхода оси 20. Втулка 19 с внешней резьбой и корпус 5 с внутренней резьбой образуют винтовой механизм. Герметичность крышки 28, корпуса 5, седла 7, заслонки 8, оси 20 обеспечивается уплотнительными кольцами 29. Ось 20 снабжена упорным выступом, ограничивающим ей выход из крышки 28. Верхний конец оси 20 через штифт 30 соединен с блоком управления и контроля положения заслонки 8. Блок управления и контроля состоит из оси 31, проходящей через крышку 28 с внешней стороны от корпуса 5, зубчатой передачи, состоящей из пары зубчатых колес 32, 33. Зубчатое колесо 33 имеет элемент 34, с помощью которого осуществляется вращение. Зубчатое колесо 32 штифтом 35 соединено с осью 31. Ось 31 имеет резьбовую часть, на которой установлена гайка 36 с закрепленным на ней постоянным магнитом 37. Гайка 36 выполнена с возможностью перемещения в направляющей 38, прикрепленной к крышке 28. Блок управления снабжен кожухом 39, с внутренней стороны которого размещены герконы 40, 41, реле 42, а с внешней - светодиоды 43, 44. Блок управления через реле 42 подключен к источнику питания. Выходы реле 42 выполнены с возможностью подключения к аварийным датчикам 45-48. Функциональная схема работы данного блока управления и контроля представлена на фиг.6.

При электромагнитном соединении втулки 19 и сердечника 15 перемещение втулки 19 обеспечивается за счет наличия на ней выступа и внутренней резьбы, а также пазов в корпусе 5, выполненных для соединения с выступами втулки. В блоке управления и контроля герконы 40 и 41 устанавливаются с возможностью управления ими электромагнитным полем катушки 14. Функциональная схема работы данного блока управления и контроля представлена на фиг.7. Вращение оси 20 может обеспечиваться как вручную с помощью элемента 34, так и с помощью электрического реверсивного привода по команде от датчиков. При этом клапан 10 системы сброса давления имеет электропривод, а элемент 34 может быть выполнен в виде зубчатого колеса, связанного с электроприводом. В этом случае обеспечивается автоматическое управление устройством.

Устройство в варианте исполнения механической фиксации подъемно-поворотного механизма работает следующим образом.

Клапан-отсекатель встраивается в трубопровод для транспортировки опасных веществ. Заслонка 8 находится в поднятом положении и удерживается электромагнитом. При возникновении аварии (пожара, взрыва, избыточного давления, утечки газа и т.д.) от датчиков 45, 46, 47, 48 (Фиг.6 и 7) на реле 42 поступает управляющий импульс. Реле 42 размыкает цепь питания катушки 14. Светодиоды 43 и 44 обесточены. Фиксация сердечника 15 магнитным полем катушки 14 прекращается, вследствие чего поворотный механизм, состоящий из сердечника 15, рычага 16 и осей 17, 18, падает под собственным весом и весом заслонки 8. При этом сердечник 15 не выходит из корпуса 5. Попадая в поток движущего вещества, заслонка 8 мгновенно перекрывает отверстие в седле 7 (Фиг.1). Поток вещества через клапан-отсекатель прекращается. После ликвидации аварии датчики 45, 46, 47, 48 устанавливаются в исходное положение. Реле 42 замыкает цепь питания блока управления. Катушка 14 получает питание. Светодиод 43 загорается, так как геркон 41 замыкается магнитом 37, показывая, что механизм подъема заслонки 8 находится в верхнем положении. С помощью системы сброса давления, открыв клапан 10, выравнивают давление перед заслонкой и за ней. Вращением колеса 33 за элемент 34 подъемный механизм заслонки 8 перемещают вниз.

Процесс перемещения подъемно-поворотного механизма происходит следующим образом: ось 20 через штифт 27 вращает втулку 19, перемещая ее вниз по резьбе корпуса 5. Цилиндрический выступ втулки 19, снабженной пружинным кольцом 24, заходит в отверстие 22 сердечника 15. Пружинное кольцо 24 сжимается. При дальнейшем движении пружинное кольцо 24 разжимается и заходит в канавку 25 сердечника 15. В это время за счет зубчатой передачи колес 32 и 33 гайка 36 с магнитом 37 перемещается в направляющей 38 до геркона 40, замыкая его контакты магнитом 37. Светодиод 44 загорается, показывая, что подъемный механизм захватил поворотный механизм. Вращая зубчатое колесо 33 в обратном направлении с помощью подъемно-поворотного механизма, заслонка 8 поворачивается на оси 9, занимая верхнее исходное положение. При этом сердечник 15 заходит в зону воздействия катушки 14 и фиксируется ее электромагнитным полем. В это время за счет зубчатой передачи колес 32 и 33 гайка 36 перемещается по оси 31 направляющей 38 и магнитом 37 замыкает геркон 41. Светодиод 43 загорается, показывая, что подъемный механизм разъединился от поворотного механизма, т.е. пружинное кольцо 24 вышло из отверстия 22 сердечника 15 (Фиг.2).

Предлагаемая конструкция клапана-отсекателя обеспечивает работу в условиях высоких давлений рабочей среды и характеризуется высоким быстродействием и надежностью, а также обеспечивает возможность управления и контроля работы устройства. Блок управления распознает команды на закрытие заслонки как с пульта управления, так и от любых датчиков - давления, аварии, загазованности или пожарной опасности.

В отличие от описанного выше варианта при электромагнитной фиксации подъемно-поворотного механизма (фиг.3) герконы 40, 41 расположены с возможностью управления ими электромагнитным полем катушки 14, например, на катушке 14. При обесточке фиксация сердечника 15 с втулкой 19 электромагнитным полем катушки 14 прекращается, вследствие чего поворотный механизм падает под собственным весом и весом заслонки 8. При этом сердечник 15 не выходит из корпуса 5. Попадая в поток движущего вещества, заслонка 8 мгновенно перекрывает отверстие в седле 7 (Фиг.1). После ликвидации аварии датчики 45, 46, 47, 48 устанавливаются в исходное положение. Реле 42 замыкает цепь питания блока управления. Катушка 14 получает питание и магнитное поле катушки замыкает геркон 41, светодиод 44 загорается, показывая, что механизм подъема заслонки 8 находится в верхнем положении. С помощью системы сброса давления, открыв клапан 10, выравнивают давление перед заслонкой 8 и за ней. При вращении элемента 34 через штифт 30 вращается ось 20. Втулка 19 по резьбе оси 20 и пазам в корпусе 5 перемещается вниз до упора в торец сердечника 15 (фиг.5). Втулка 19 и сердечник 15 фиксируются между собой электромагнитным полем катушки 14. При этом магнитное поле катушки 14 замыкает геркон 40, светодиод 43 загорается, показывая момент фиксации поворотно-подъемного механизма. Вращением элемента 34 в обратном направлении втулка 19 и сердечник 15 поднимаются до упора втулки 19 в выступ оси 20. При этом заслонка 8 зайнимает рабочее положение. Светодиоды 43, 44 загораются, герконы 40, 41 замыкаются магнитным полем катушки, показывая, что сердечник 15 и втулка 19 находятся в рабочем положении. Рабочее положение сердечника и втулки обеспечивается электромагнитным полем катушки 14.

Изобретение относится к области нефтяной, газовой промышленности, противопожарной технике и может быть использовано также в других областях, где необходимо автоматическое аварийное перекрытие подачи по трубопроводам опасных веществ (газа, жидкости, смеси), связанное с изменением давления, загазованностью, пожаром и другими аварийными ситуациями. Клапан-отсекатель содержит два корпуса с сообщающимися полостями. В одном из них установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенной внутри нее осью. Рычаг одним концом связан с заслонкой. Имеется фиксатор положения заслонки. Фиксатор положения заслонки выполнен в виде электромагнита, сердечник которого расположен между рычагом и втулкой. Сердечник и втулка выполнены с возможностью их соединения в нижнем положении заслонки и разъединения - в ее верхнем положении. Сердечник и втулка имеют электромагнитное соединение в нижнем положении заслонки. Для соединения втулки и сердечника втулка снабжена наконечником с разрезным пружинным кольцом, расположенным в выполненном в наконечнике кольцевом пазу прямоугольного профиля, а сердечник имеет полость для размещения в ней наконечника и канавку с угловым профилем для размещения пружинного кольца наконечника. Клапан-отсекатель дополнительно содержит блок управления и контроля положения заслонки. Блок управления и контроля положения заслонки включает светодиоды, герконы и реле. Герконы установлены с возможностью управления тли электромагнитным полем катушки. Блок управления и контроля положения заслонки включает дополнительную ось, расположенную параллельно оси подъемно-поворотного механизма и связанную с ней посредством зубчатой передачи, гайку с постоянным магнитом, выполненную с возможностью перемещения относительно дополнительной оси. Герконы, светодиоды, блок управления через реле связан с блоком питания и выходами для подключения к датчикам. Корпус поворотно-подъемного механизма со стороны выхода снабжен крышкой, имеющий выступающую внешнюю часть, а ось блока управления и контроля положения заслонки проходит через выступающую часть крышки. Клапан-отсекатель дополнительно содержит кожух для размещения в нем блока управления, при этом герконы размещены с внутренней стороны кожуха напротив гайки с магнитом при нижнем и верхнем положениях заслонки. Для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен резьбой, а ось - штифтом, установленным в выполненных под него во втулке продольных пазах. Для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен продольными пазами, при этом втулка снабжена выступами для соединения с пазами и внутренней резьбой, а ось - соответственно имеет наружную резьбу. Для выравнивания давления каналы выполнены в теле сердечника и наконечнике. Повышается надежность конструкции и возможность ее работы от аварийных датчиков различных типов. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Клапан-отсекатель, содержащий два корпуса, выполненных с сообщающимися полостями, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом корпусе размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенной внутри нее осью, рычаг, одним концом связанный с заслонкой, фиксатор положения заслонки, отличающийся тем, что фиксатор положения заслонки выполнен в виде электромагнита, сердечник которого расположен между рычагом и втулкой, при этом сердечник и втулка выполнены с возможностью их соединения в нижнем положении заслонки и разъединения - в ее верхнем положении.2. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что сердечник и втулка имеют электромагнитное соединение в нижнем положении заслонки.3. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что для соединения втулки и сердечника втулка снабжена наконечником с разрезным пружинным кольцом, расположенным в выполненном в наконечнике кольцевом пазу прямоугольного профиля, а сердечник имеет полость для размещения в ней наконечника и канавку с угловым профилем для размещения пружинного кольца наконечника.4. Клапан-отсекатель по п.3, отличающийся тем, что для выравнивания давления каналы выполнены в теле сердечника и наконечнике.5. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок управления и контроля положения заслонки.6. Клапан-отсекатель по п.4, отличающийся тем, что блок управления и контроля положения заслонки включает светодиоды, герконы и реле, при этом герконы установлены с возможностью управления ими электромагнитным полем катушки.7. Клапан-отсекатель по п.4, отличающийся тем, что блок управления и контроля положения заслонки включает дополнительную ось, расположенную параллельно оси подъемно-поворотного механизма и связанную с ней посредством зубчатой передачи, гайку с постоянным магнитом, выполненную с возможностью перемещения относительно дополнительной оси, герконы, светодиоды, блок управления через реле связан с блоком питания и выходами для подключения к датчикам.8. Клапан-отсекатель по п.6, отличающийся тем, что корпус поворотно-подъемного механизма со стороны выхода снабжен крышкой, имеющий выступающую внешнюю часть, а ось блока управления и контроля положения заслонки проходит через выступающую часть крышки.9. Клапан-отсекатель по п.5, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кожух для размещения в нем блока управления, при этом герконы размещены с внутренней стороны кожуха напротив гайки с магнитом при нижнем и верхнем положениях заслонки.10. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен резьбой, а ось - штифтом, установленным в выполненных под него во втулке продольных пазах.11. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что для перемещения втулки корпус подъемно-поворотного механизма снабжен продольными пазами, при этом втулка снабжена выступами для соединения с пазами и внутренней резьбой, а ось, соответственно, имеет наружную резьбу.