БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, СПОСОБ СБОРКИ ЭТОГО УСТРОЙСТВА И КЛАПАН Российский патент 2013 года по МПК F16K17/04 F16K17/164 

Приоритет данной заявки определяется по датам подачи предварительной патентной заявки США №60/925599 от 20.04.2007 и патентной заявки Франции №0754624 от 20.04.2007, содержание которых полностью включено в данное описание посредством ссылки на них.

Область техники

Изобретение относится к предохранительным устройствам для газораспределительных систем и, более конкретно, к быстродействующим предохранительным клапанам.

Уровень техники

Газораспределительные системы и, в частности, системы, распределяющие природный газ, обычно транспортируют газ от производителя к потребителю по последовательности труб и через набор клапанов. Каждая такая система может содержать один или более клапанов, регулирующих давление газа внутри распределительной системы. Как правило, газ передается через систему под большим давлением. Однако перед конечным распределением по потребителям давление газа необходимо понизить. Указанное понижение в типичном случае осуществляют на станциях понижения давления, находящихся внутри местных сетей.

Обычно такие станции содержат один или более клапанов, регулирующих давление, и предохранительное устройство какого-то типа, предназначенное для перекрывания потока газа в случае неисправности указанного клапана. Наиболее часто для этой цели используют быстродействующие клапаны. Например, в патенте США №4134421, содержание которого включено в данное описание посредством ссылки, представлен быстродействующий предохранительный клапан, который обеспечивает защиту от избыточного давления в трубопроводе. Относительно клапана, регулирующего давление, указанный клапан помещают, как правило, выше по течению потока, чтобы в случае повреждения регулирующего клапана подвод газа к нему можно было перекрыть с помощью быстродействующего клапана. Этот клапан отслеживает давление ниже по течению относительно клапана, регулирующего давление, в отношении максимального и минимального допустимых отклонений. Если давление ниже по течению выходит за пределы заданного максимального или минимального отклонения, быстродействующий предохранительный клапан запирается. Тем самым отсекается поток газа, направляемый к клапану, регулирующему давление, и предотвращается неконтролируемая утечка газа, вызванная неисправностью указанного клапана.

Раскрытие изобретения

Быстродействующее предохранительное устройство, предназначенное для газораспределительной системы, содержит корпус клапана и верхний кожух, прикрепленный к корпусу клапана и заключающий в себе две пружины. Пружины расположены соосно, разделены литой трубкой и прикреплены к диафрагме, установленной с возможностью смещения и воспринимающей одной своей стороной давление в системе газоснабжения. На корпусе клапана установлен фланец в виде защелкивающегося кольца, обеспечивающий возможность прикрепления предохранительного устройства к основному регулятору газораспределительной системы. Во внутренний объем корпуса клапана помещен кулачок. Непосредственно к кулачку подсоединен ограничитель хода, причем таким образом, чтобы указанный ограничитель перемещался в виде непосредственной реакции на смещение диафрагмы. От корпуса клапана отходит узел переустановки, взаимодействующий с кулачком так, чтобы при перемещении данного узла кулачок получал возможность вернуться из положения запирания в положение открывания.

Краткое описание чертежей

Задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из последующего описания, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами, где:

фиг.1 в разрезе представляет быстродействующее предохранительное устройство согласно изобретению,

фиг.2 представляет верхний кожух устройства, показанного на фиг.1, в перспективном изображении, в разрезе,

фиг.3А в разрезе представляет диафрагму, расположенную между верхним кожухом и корпусом клапана, входящими в состав устройства по фиг.1,

фиг.3В в разрезе представляет диафрагму, показанную на фиг.3А, в конфигурации, отвечающей низкому давлению,

фиг.3С в разрезе представляет диафрагму, показанную на фиг.3А, в конфигурации, отвечающей высокому давлению,

фиг.4 в перспективном изображении представляет фланец в виде защелкивающегося кольца, используемый для прикрепления устройства по фиг.1 к клапану основного регулятора,

фиг.5А в сечении представляет фрагмент корпуса клапана устройства по фиг.1 для пояснения конструкции узла переустановки, находящегося в положении, готовом к переустановке,

фиг.5В в сечении представляет фрагмент корпуса клапана устройства по фиг.1 для пояснения конструкции узла переустановки, находящегося в зафиксированном положении.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлено быстродействующее предохранительное устройство 10, сконструированное согласно изобретению. В реальной ситуации указанное устройство 10 прикреплено к основному регулятору (не показан) газораспределительной системы. Устройство 10 содержит корпус 12 клапана с прикрепленным к нему верхним кожухом 14, фланец 16 в виде защелкивающегося кольца, зафиксированный на одной из сторон корпуса 12, ограничитель 18 хода и рукоятку 20 переустановки, выступающую из корпуса клапана. К основному регулятору (не показан) устройство 10 прикреплено крепежными элементами 22. Аналогично верхний кожух 14 прикреплен к корпусу 12 клапана крепежными элементами 26. В качестве крепежных элементов 22, 26 можно использовать болты, заклепки, винты или крепежные элементы фактически любого другого типа, пригодные для прикрепления одного компонента к другому.

Верхний кожух 14 (см. фиг.2) заключает в себе пружину 30 превышенного давления и пружину 32 заниженного давления. Данная пружина 32 задает нижнее (минимальное) приемлемое давление газа в газораспределительной системе. Аналогичным образом пружина 30 превышенного давления задает верхнее (максимальное) приемлемое давление газа в газораспределительной системе. Обе указанные пружины 30, 32 установлены внутри верхнего кожуха 14 соосно (т.е. их продольные оси совмещены одна с другой). Однако такое совмещение не носит обязательного характера, и данные пружины можно пространственно разнести в осевом направлении. От пружины 32 заниженного давления пружина 30 превышенного давления отделена внутренней литой трубкой 34, а снаружи ее окружает литая трубка 36, защищающая обе названные пружины 30, 32 от воздействий окружающей среды. Пружина 32 заниженного давления контактирует одним своим концом с накладкой 37 диафрагмы, а пружина 30 превышенного давления контактирует одним своим концом с кольцом 41 превышенного давления, причем предусмотрена возможность прикрепить указанное кольцо 41 к накладке 37. Как накладку 37, так и кольцо 41 можно соединить с диафрагмой 42, которая более подробно будет рассмотрена далее. Данная диафрагма 42 одной своей стороной воспринимает давление в системе, а другой - усилия, прикладываемые указанными пружинами 30 и 32. На одном своем участке диафрагма 42 выполнена с возможностью перемещения и смещения внутрь корпуса 12 клапана или верхнего кожуха 14 в зависимости от давления в системе, ориентированного вдоль оси А, которая, по существу, параллельна или соосна продольным осям пружин 30, 32 превышенного давления и заниженного давления.

Концами, противоположными диафрагме 42, пружины 30, 32 превышенного давления и заниженного давления контактируют соответственно с регулировочной головкой 44, задающей превышенное давление, и с регулировочной головкой 46, задающей заниженное давление, или упираются в указанные головки. Регулировочные головки 44 и 46 выполнены с возможностью смещения вдоль оси А в сторону диафрагмы 42 и в обратном направлении. В одном из вариантов осуществления изобретения предусмотрена возможность связать головки 44 и 46 посредством резьбы соответственно с наружной и внутренней литыми трубками 36 и 34. Точнее, головку 44, задающую превышенное давление, можно посредством резьбы связать или с внутренней поверхностью наружной трубки 36, или с внешней поверхностью внутренней трубки 34, а головку 46, задающую заниженное давление, можно посредством резьбы связать с внутренней поверхностью внутренней трубки 34. Обе регулировочные головки установлены с возможностью перемещения вдоль оси А, чтобы регулировать усилия пружин 30, 32 превышенного давления и заниженного давления, действующих на накладку 37 диафрагмы. Расстояние между регулировочными головками 44, 46 и накладкой 37 определяет заданные уровни превышенного и заниженного давления для быстродействующего предохранительного устройства 10. В отличие от известных клапанов такого типа продольные оси пружин 30 и 32 превышенного давления и заниженного давления соответственно расположены по одну сторону относительно диафрагмы 42. При таком расположении пружин их легче регулировать, воздействуя на клапан извне. Более того, предусмотрена возможность регулировки указанных пружин 30, 32 независимо одну от другой. Другими словами, пользователь может регулировать только пружину 30 превышенного давления, не затрагивая пружину 32 заниженного давления, или наоборот. Для обычных быстродействующих клапанов, в которых пружины превышенного и заниженного давления расположены на противоположных сторонах диафрагмы, регулировка одной пружины влияет на натяжение другой, т.е. ни одну пружину невозможно отрегулировать независимо от другой пружины. Далее, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения соосное расположение пружин 30, 32, задающих соответственно уровни превышенного и заниженного давления, придает компактность верхнему кожуху 14, а это является преимуществом при установке устройства в тесных и ограниченных пространственных зонах.

Диафрагма 42 (см. фиг.3А, 3В и 3С) содержит наружное уплотнительное кольцо 50, предназначенное для герметизации контакта верхнего кожуха 14 с корпусом 12 клапана. Кроме того, указанная диафрагма 42 имеет первый и второй концентричные скругленные выступы 52а и 52b. Между кольцом 50 и первым скругленным выступом 52а расположен наружный плоский участок 51. Между первым скругленным выступом 52а и вторым скругленным выступом 52b расположен средний плоский участок 53, а между вторым скругленным выступом 52b и центральным отверстием 54 - внутренний плоский участок 55. Наличие скругленных выступов 52а и 52b позволяет использовать одну и ту же диафрагму 42 как в конфигурации, рассчитанной на низкое давление, так и в конфигурации, рассчитанной на высокое давление. Первый из указанных вариантов представлен на фиг.3В, а второй - на фиг.3С. Для прикрепления диафрагмы 42 к накладке 37 диафрагмы можно ввести в центральное отверстие 54 крепежный элемент (например, болт). Таким образом, поскольку диафрагма 42 выполнена с возможностью использования в конфигурациях, отвечающих как низкому, так и высокому давлению, ее применение снижает затраты на изготовление. В добавление к сказанному улучшается управление материально-техническим снабжением производства, т.к. на складе достаточно хранить диафрагмы только одного типа, а уменьшение количества хранящихся деталей позволяет обрабатывать более крупные заказы.

Конфигурация, рассчитанная на низкое давление, содержит накладку 38 диафрагмы, рассчитанную на низкое давление и представляющую собой жесткую пластину, которая покрывает второй (внутренний) скругленный выступ 52b, внутренний плоский участок 55 и средний плоский участок 53 диафрагмы (см. фиг.3В), в то же время позволяя первому (наружному) скругленному выступу 52а и наружному плоскому участку 51 сохранять способность перемещаться. Аналогичным образом конфигурация, рассчитанная на высокое давление, содержит накладку 40 диафрагмы, рассчитанную на высокое давление и представляющую собой жесткую пластину, которая покрывает первый скругленный выступ 52а и средний плоский участок 53 (см. фиг.3С), в то же время позволяя второму скругленному выступу 52b, внутреннему плоскому участку 55 и наружному плоскому участку 51 сохранять способность перемещаться. Таким образом, накладки 38 и 40 диафрагмы, рассчитанные соответственно на низкое и высокое давления, определяют, какая часть диафрагмы 42 сохраняет способность перемещаться, а какая часть зафиксирована.

Быстродействующее предохранительное устройство 10 прикреплено к основному регулятору (не показан) через фланец 16, имеющий вид защелкивающегося кольца (см. фиг.4). В указанном фланце 16 выполнено несколько отверстий 56 для введения в них крепежных элементов 22. Кроме того, фланец 16 на одном из своих краев имеет прорезь 58, позволяющую произвести быструю установку устройства, поскольку эту прорезь, чтобы облегчить установку, можно деформировать и растягивать. Симметричная конфигурация фланца 16 позволяет прикрепить устройство 10 к основному регулятору (не показан) фактически в любой ориентации без согласования с условиями вентиляции и слива воды.

Как показано на фиг.1, корпус 12 клапана содержит ограничитель 18 хода, прикрепленный к поворотному кулачку 62. Поворотный кулачок 62 снабжен тремя рычагами 63а, 63b, 63с и связан с диафрагмой 42 через плунжер 64, расположенный у его первого рычага 63а. У плунжера 64 имеется стержень 65, проходящий вниз и контактирующий с кулачком 62 у точки 67 контакта, лежащей на первом рычаге 63а кулачка и смещенной от его оси поворота. При перемещении плунжера 64 вверх в ответ на возникновение превышения давления, достаточно большого для преодоления усилия, приложенного соответствующей пружиной 30 превышенного давления, кулачок 62 в данном варианте осуществления поворачивается против часовой стрелки. В результате указанного поворота освобождается фиксатор, взаимодействующий с первым рычагом 63а кулачка, так что быстродействующий затвор (не показан) перемещается в положение запирания, перекрывая подачу газа на основной регулятор.

В ответ на такое понижение давления, при котором давление газа в системе преодолевается усилием, приложенным соответствующей пружиной 32, плунжер 64 перемещается вниз, вызывая поворот кулачка 62 по часовой стрелке. После поворота на предварительно заданный угол освобождается фиксатор, взаимодействующий с первым рычагом 63а кулачка, и быстродействующий затвор перемещается в положение запирания, перекрывая подачу газа на основной регулятор. Перемещение диафрагмы 42 детектируется ограничителем 18 хода по повороту кулачка 62, поскольку указанный ограничитель 18 непосредственно связан с кулачком 62 посредством второго рычага 63b кулачка, а данный рычаг связан с диафрагмой 42 через кулачок 62 и плунжер 64. Таким же образом ограничитель 18 хода перемещается в продольном направлении в ответ на небольшие изменения давления, детектируя тем самым смещение диафрагмы 42, причем даже в том случае, когда узел 66 переустановки поврежден.

Корпус 12 клапана содержит также узел 66 переустановки, предназначенный для повторного фиксирования кулачка 62. Данный узел 66 содержит установочный стержень 68, толкатель 70, индикатор 72 перемещения (см. фиг.5А, 5В) и установочную втулку 74. Установочный стержень 68 установлен в данной втулке 74 с возможностью скольжения в ней в ответ на взаимодействие между толкателем 70 и кулачком 62 у третьего рычага 63 с кулачка. При повороте кулачка 62, вызванном смещением диафрагмы 42, третий рычаг 63 с кулачка приходит в контакт с первым заплечиком 71а толкателя 70 и сдвигает указанный толкатель 70 наружу (на фиг.1, 5А и 5В налево). Это, в свою очередь, вызывает перемещение установочного стержня 68 наружу с приведением его в контакт с индикатором 72 (см. фиг.5А и 5В). Индикатор 72 можно изготовить из упругого материала, способного деформироваться. При установлении указанного контакта центральный участок индикатора 72 перемещения выдавливается наружу (как это показано на фиг.5А), тем самым позволяя определить визуально или тактильным образом, что кулачок 62 повернулся в ответ на ситуацию, соответствующую превышенному или заниженному давлению. Индикатор 72 обеспечивает защиту от воды или других воздействий окружающей среды, формируя уплотнение внутренней поверхности установочной втулки 74, и, тем самым, защищает установочный стержень 68.

Сразу же после исправления ситуации, связанной с превышенным/заниженным давлением, узел 66 переустановки можно использовать для повторного фиксирования кулачка 62. Пользователь может сместить один конец установочного стержня 68 (расположенный в индикаторе перемещения) в сторону внутреннего объема корпуса 12 клапана. В результате толкатель 70 узла переустановки также получает возможность сместиться, и второй заплечик 71b толкателя 70 может войти в контакт с третьим рычагом 63 с кулачка, тем самым вынуждая кулачок 62 повернуться с возвратом в зафиксированное положение.

Хотя настоящее изобретение было описано на примерах конкретных характерных вариантов осуществления, для специалистов в данной области будет понятно, что в представленные способы и устройства могут быть внесены различные изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для использования в качестве предохранительного устройства в газораспределительных системах. Быстродействующий предохранительный клапан содержит корпус клапана, верхний кожух, установленный на корпусе клапана, диафрагму, помещенную между корпусом клапана и верхним кожухом и имеющую первую сторону, воспринимающую давление системы газоснабжения. По меньшей мере, часть диафрагмы выполнена с возможностью смещения внутрь корпуса клапана и внутрь верхнего кожуха и содержит наружное уплотнительное кольцо, наружный плоский участок, первый скругленный выступ, средний плоский участок, второй скругленный выступ и внутренний плоский участок. Первый и второй скругленные выступы выполнены концентричными. Первая и вторая пружины помещены во внутренний объем верхнего кожуха. Первая и вторая пружины прикладывают усилия, действующие на вторую сторону диафрагмы, противоположную стороне, воспринимающей давление системы газоснабжения. Плунжер соединен с первой стороной диафрагмы. Кулачок установлен с возможностью поворота во внутреннем объеме корпуса клапана. Кулачок имеет первый рычаг, контактирующий с плунжером. Фиксатор связан с первым рычагом. Фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с затвором быстродействующего клапана. Перемещение плунжера в сторону кулачка или от кулачка обеспечивает поворот кулачка и освобождение фиксатора. Имеются способ сборки этого клапана и быстродействующее предохранительное устройство. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы предохранительных устройств. 3 з. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Быстродействующий предохранительный клапан для газораспределительной системы, содержащий:
корпус клапана,
верхний кожух, установленный на корпусе клапана,
диафрагму, помещенную между корпусом клапана и верхним кожухом и имеющую первую сторону, воспринимающую давление системы газоснабжения, при этом, по меньшей мере, часть диафрагмы выполнена с возможностью смещения внутрь корпуса клапана и внутрь верхнего кожуха и содержит наружное уплотнительное кольцо, наружный плоский участок, первый скругленный выступ, средний плоский участок, второй скругленный выступ и внутренний плоский участок, причем первый и второй скругленные выступы выполнены концентричными,
первую и вторую пружины, помещенные во внутренний объем верхнего кожуха, при этом первая и вторая пружины прикладывают усилия, действующие на вторую сторону диафрагмы, противоположную стороне, воспринимающей давление системы газоснабжения,
плунжер, соединенный с первой стороной диафрагмы,
кулачок, с возможностью поворота установленный во внутреннем объеме корпуса клапана, при этом кулачок имеет первый рычаг, контактирующий с плунжером,
фиксатор, связанный с первым рычагом, причем фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с затвором быстродействующего клапана,
при этом перемещение плунжера в сторону кулачка или от кулачка обеспечивает поворот кулачка и освобождение фиксатора.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что продольные оси первой и второй пружин совмещены.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что кулачок содержит второй и третий рычаги, при этом третий рычаг кулачка выполнен с возможностью контакта с узлом переустановки, а узел переустановки имеет возможность перемещаться в корпус клапана и из корпуса клапана.

4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что узел переустановки содержит толкатель у одного своего конца, при этом толкатель имеет первый заплечик, который выполнен с возможностью контакта с третьим рычагом кулачка.

5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что у второго конца узла переустановки установлен индикатор перемещения, при этом индикатор перемещения выполнен с возможностью перемещаться вместе с узлом переустановки от выдвинутого положения, которое указывает, что фиксатор освобожден, к введенному положению, которое указывает, что фиксатор находится в рабочем положении.

6. Клапан по п.5, отличающийся тем, что индикатор перемещения выполнен из упругого материала.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что к диафрагме присоединена накладка.

8. Клапан по п.1, отличающийся тем, что накладка покрывает первый скругленный выступ и средний плоский участок, оставляя непокрытыми второй скругленный выступ, наружный плоский участок и внутренний плоский участок.

9. Клапан по п.7, отличающийся тем, что накладка покрывает внутренний плоский участок, второй скругленный выступ и средний плоский участок, оставляя непокрытыми первый скругленный выступ и наружный плоский участок.

10. Клапан по п.1, отличающийся тем, что кулачок содержит второй рычаг, выполненный с возможностью контакта с ограничителем хода, а ограничитель хода перемещается в продольном направлении в ответ на поворот кулачка.

11. Клапан по п.1, отличающийся тем, что содержит фланец в виде защелкивающегося кольца, установленный на наружной стороне корпуса клапана и выполненный с возможностью прикрепления указанного клапана к регулирующему клапану, причем указанный фланец имеет прорезь на одном своем краю.

12. Клапан по п.11, отличающийся тем, что прорезь обеспечивает указанному фланцу возможность деформироваться во время его установки.

13. Клапан по п.1, отличающийся тем, что содержит первую регулировочную головку, расположенную у конца первой пружины, удаленного от диафрагмы.

14. Клапан по п.13, отличающийся тем, что первая регулировочная головка посредством резьбы прикреплена к верхнему кожуху и установлена с возможностью смещения вдоль оси первой пружины, при этом смещение первой регулировочной головки изменяет величину генерируемого первой пружиной усилия, действующего на диафрагму.

15. Клапан по п.13, отличающийся тем, что содержит вторую регулировочную головку, расположенную у конца второй пружины, удаленного от диафрагмы.

16. Клапан по п.15, отличающийся тем, что вторая регулировочная головка посредством резьбы прикреплена к верхнему кожуху и установлена с возможностью смещения вдоль оси второй пружины, при этом смещение второй регулировочной головки изменяет величину генерируемого второй пружиной усилия, действующего на диафрагму.

17. Быстродействующее предохранительное устройство, содержащее:
корпус клапана,
верхний кожух, установленный на корпусе клапана,
диафрагму, помещенную между корпусом клапана и верхним кожухом, при этом диафрагма имеет наружный плоский участок, первый скругленный выступ, средний плоский участок, второй скругленный выступ и внутренний плоский участок,
первую и вторую пружины, установленные во внутреннем объеме верхнего кожуха, при этом первая и вторая пружины выполнены с возможностью контактирования с первой накладкой, которая покрывает первый скругленный выступ и средний плоский участок, или со второй накладкой, которая покрывает внутренний плоский участок, второй скругленный выступ и средний плоский участок, а первая и вторая накладки выполнены с возможностью прикрепления к диафрагме.

18. Способ сборки быстродействующего предохранительного устройства для газораспределительной системы, включающий:
обеспечение наличия корпуса клапана,
прикрепление верхнего кожуха к корпусу клапана,
закрепление диафрагмы между верхним кожухом и корпусом клапана, при этом диафрагма имеет наружный плоский участок, первый скругленный выступ, средний плоский участок, второй скругленный выступ и внутренний плоский участок,
введение первой и второй пружин во внутренний объем верхнего кожуха,
прикрепление первой пружины к первой накладке, которая покрывает первый скругленный выступ и средний плоский участок, или
прикрепление второй пружины ко второй накладке, которая покрывает внутренний плоский участок, второй скругленный выступ и средний плоский участок.