ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ОДНОКРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2014 года по МПК F16K17/40 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в военной технике.

Предохранительный клапан однократного действия предназначен для автоматического выпуска газообразной или жидкой рабочей среды из системы высокого давления при чрезмерном повышении давления в ней в атмосферу и обеспечения безопасной эксплуатации установок и предотвращения аварий.

Известен предохранительный клапан однократного действия (патент RU 2105916 от 1998.02.27, МПК F16K 17/40), в котором проходное отверстие корпуса перекрыто поршнем. На поршне имеются опорные элементы, выполненные в виде стержней. Стержни расположены вдоль оси проходного отверстия корпуса и имеют на конце скошенный выступ, упирающийся в выступ корпуса. При достижении заданного избыточного давления опорные элементы теряют несущую способность, и поршень раскрывает проходное отверстие в корпусе. Недостатком указанного предохранительного клапана является недостаточная точность давления срабатывания из-за нестабильности модуля упругости E материала, наличия допусков на большое количество размеров стержней и нестабильности коэффициента трения стержней по корпусу.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату к предложенному предохранительному клапану однократного действия является предохранительный клапан, в котором проходное отверстие в корпусе перекрыто отрывным колпачком (Кондратьева Т.Ф. Предохранительные клапаны, Л.: Машиностроение, 1976, с.25, 170 - прототип).

Недостатком указанного предохранительного клапана является недостаточная точность давления срабатывания из-за нестабильности временного сопротивления σ_в материала колпачка.

Ориентировочно среднее отрывное (разрушающее) давление колпачка определяется по формуле

$$P=\left[{\left(\frac{d_{н}}{d}\right)}^2-1\right]\cdot {\sigma }_{в},(1)$$

где d_н, d - соответственно наружный и внутренний диаметр колпачка;

σ_в - временное сопротивление материала колпачка (см. там же, с.171).

Целью изобретения является создание предохранительного клапана однократного действия со стабильным давлением срабатывания.

Поставленная цель достигается тем, что в предохранительном клапане, содержащем корпус с установленным в нем отрывным элементом, согласно изобретению отрывной элемент выполнен в виде штока с шейкой в средней части на нем и риской - концентратором напряжения на шейке, диаметр которой рассчитан по фактическому временному сопротивлению материала штока, и с наружной резьбой на его концах, при этом одним резьбовым концом шток ввинчен в диск с расходными отверстиями, закрепленный в корпусе ввертным штуцером входа, другим резьбовым концом шток ввинчен в резьбовое отверстие уплотненного в корпусе поршня, а в стенке корпуса выполнены радиальные отверстия, герметично отделенные от ввертного штуцера входа уплотнением поршня. Поршень имеет цилиндрический хвостовик, расположенный на торце, противоположном торцу с резьбовым отверстием, при этом концевая часть хвостовика установлена в отверстие корпуса, а торец хвостовика утопает относительно торца корпуса на расстояние, меньшее, чем ход поршня при срабатывании клапана.

Конструкция предохранительного клапана однократного действия (далее по тексту - клапана) показана на фиг.1 и 2, где:

1 - корпус;

2 - диск;

3 - поршень;

4 - шток;

5 - расходное отверстие;

6 - ввертной штуцер входа;

7 - шейка;

8 - риска;

9 - резиновое кольцо;

10 - защитная фторопластовая шайба;

11 - радиальное отверстие;

12 - цилиндрический хвостовик;

13 - отверстие;

14 - торец цилиндрического хвостовика 12;

15 - торец поршня 3;

16 - торец корпуса 1.

На фиг.1 показан клапан в исходном положении, на фиг.2 - в положении после срабатывания.

Клапан содержит корпус 1, в котором установлены диск 2, поршень 3 и шток 4. Диск 2, имеющий расходные отверстия 5, закреплен в корпусе 1 ввертным штуцером входа 6.

В средней части штока 4 выполнена шейка 7 с нанесенной на ней риской 8, являющейся концентратором напряжения. На концах штока 4 выполнена наружная резьба. Одним резьбовым концом шток 4 ввернут в диск 2, другим - в поршень 3, уплотненный в корпусе 1, например, резиновым кольцом 9 с защитной фторопластовой шайбой 10. В стенке корпуса 1 имеются радиальные отверстия 11, которые могут располагаться в несколько рядов. Суммарная площадь радиальных отверстий должна быть не менее номинального диаметра отверстия в ввертном штуцере входа 6. Поршень 3 имеет цилиндрический хвостовик 12, установленный в отверстие 13 корпуса 1. В исходном положении торец 14 цилиндрического хвостовика 12 утопает в отверстии 13 корпуса 1.

Предлагаемый клапан функционирует следующим образом.

При давлении рабочей среды ниже давления срабатывания клапан закрыт. Поршень 3 и шток 4 находятся в положении, показанном на фиг.1. В этом положении на поршень 3 действует усилие

F_п=(S_п-S_ш.шт)·P, (2)

где F_п - усилие, действующее на поршень,

S_п - площадь поперечного сечения поршня 3;

S_ш.шт - площадь поперечного сечения по шейке 7 штока 4;

P - давление рабочей среды.

Поршень 3 удерживается от перемещения штоком 4. При повышении давления рабочей среды до давления срабатывания на поршень 3 действует усилие, превышающее прочность штока 4 по его шейке 7, и шток 4 разрывается по шейке 7. Не удерживаемый штоком 4 поршень 3 с частью разорванного штока 4 перемещается до посадки своим торцом 15 на торец 16 корпуса 1. Положение деталей клапана после его срабатывания показано на фиг.2. В этом положении входная полость ввертного штуцера входа 6 сообщается с окружающей средой через расходные отверстия 5 диска 2 и радиальные отверстия 11 корпуса 1, и рабочая среда выпускается в окружающую среду. При этом торец 14 цилиндрического хвостовика 12 выдвигается из корпуса 1, сигнализируя этим о срабатывании клапана.

Стабильность давления срабатывания предложенного клапана обеспечивается стабильностью усилия на разрыв по шейке 7 штока 4, которое в свою очередь обеспечивается изготовлением штоков 4 с расчетным диаметром шейки 7 с учетом фактического временного сопротивления материала штока 4, определенного на образцах, в средней части которых выполнена, так же, как и на штоке 4, шейка 7 с риской 8 - концентратором напряжения.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в военной технике. Предохранительный клапан однократного действия содержит корпус с установленным в нем отрывным элементом. Отрывной элемент выполнен в виде штока с шейкой в средней части на нем и риской. Риска является концентратором напряжения на шейке. Диаметр указанной шейки рассчитан по фактическому временному сопротивлению материала штока. Шток содержит на своих концах наружную резьбу. Одним резьбовым концом шток ввинчен в диск с расходными отверстиями, закрепленный в корпусе ввертным штуцером входа. Другим резьбовым концом шток ввинчен в резьбовое отверстие уплотненного в корпусе поршня. В стенке корпуса выполнены радиальные отверстия, герметично отделенные от ввертного штуцера входа уплотнением поршня. Изобретение направлено на создание предохранительного клапана однократного действия со стабильным давлением срабатывания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Предохранительный клапан однократного действия, содержащий корпус с установленным в нем отрывным элементом, отличающийся тем, что отрывной элемент выполнен в виде штока с шейкой в средней части на нем и риской - концентратором напряжения на шейке, диаметр которой рассчитан по фактическому временному сопротивлению материала штока, и с наружной резьбой на его концах, при этом одним резьбовым концом шток ввинчен в диск с расходными отверстиями, закрепленный в корпусе ввертным штуцером входа, другим резьбовым концом шток ввинчен в резьбовое отверстие уплотненного в корпусе поршня, а в стенке корпуса выполнены радиальные отверстия, герметично отделенные от ввертного штуцера входа уплотнением поршня.

2. Предохранительный клапан однократного действия по п.1, отличающийся тем, что поршень имеет цилиндрический хвостовик, расположенный на торце, противоположном торцу с резьбовым отверстием, при этом концевая часть хвостовика установлена в отверстие корпуса, а торец хвостовика утопает относительно торца корпуса на расстояние, меньшее, чем ход поршня при срабатывании клапана.