Отсечная задвижка Российский патент 2018 года по МПК F16K3/02 F16K17/10 F16K31/40 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для аварийного отсечения трубопроводов при возникновении нештатных ситуаций.

Известна отсечная задвижка с управляемым поршневым приводом двухстороннего действия, система управления которым включает исполнительные устройства в виде электромагнитных клапанов, связанных по управляющему сигналу с датчиками давления (патент RU 82016, МПК F16K 3/12, приоритет 12.11.2008). Система управления регулирует подачу и сброс рабочей среды в рабочие полости привода для закрытия, открытия задвижки и удержания запорного элемента задвижки в одном из крайних положений «открыто» либо «закрыто».

Недостатком аналога является громоздкость системы управления, которая при современных требованиях к отсечным устройствам должна содержать не менее двенадцати управляющих электромагнитных клапанов (по четыре управляющих клапана на каждый режим работы задвижки).

Большое количество исполнительных устройств и наличие внешних трубопроводов, связывающих исполнительные устройства с рабочими полостями привода и корпуса задвижки, существенно снижают надежность системы управления, требуют больших затрат на ремонт в процессе эксплуатации.

Прототипом заявляемого устройства является отсечная задвижка, защищенная патентом RU 83310, МПК F16K 3/12, приоритет 05.05.2008. Система управления поршневым приводом задвижки выполнена в виде блока управления в составе крышки корпуса задвижки. Исполнительные устройства системы управления выполнены в виде клапанов. Соединительные каналы между исполнительными устройствами выполнены в виде внутренних каналов в крышке корпуса задвижки.

Недостатки прототипа:

- большое количество исполнительных устройств в системе управления приводом, а именно четыре электромагнитных клапана и шесть сбросных клапанов при двух режимах управления (быстрое и медленное закрытие задвижки);

- сильный нагрев исполнительных устройств при эксплуатации задвижки на горячей рабочей среде, например на паре;

- отсутствие канала выравнивания давления в рабочих полостях привода при крайнем положении запорного элемента задвижки «открыто» либо «закрыто» и отсутствие фиксации запорного элемента в открытом положении может приводить в случае негерметичности канала сброса давления или под действием веса подвижных частей задвижки при снижении сил трения к несанкционированным закрытию либо открытию задвижки;

- большие габаритные размеры по ширине устройства.

Заявляемое изобретение позволяет решить техническую задачу повышения функциональной надежности отсечной задвижки.

Техническая задача решена в отсечной задвижке с управляемым поршневым приводом двухстороннего действия, система управления которым выполнена в виде блока с приводными исполнительными устройствами в виде клапанов и с соединительными каналами. Блок системы управления приводом установлен на верхнем фланце поршневого цилиндра привода. Соединительные каналы выполнены во фланцах и в боковых стенках поршневого цилиндра привода. Исполнительные устройства выполнены в виде четырехходовых плунжерных клапанов, в закрытом положении сообщающих по зазору в плунжерной паре рабочие полости поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса задвижки и между собой, а в открытом положении клапана сообщающих через соединительные каналы одну из рабочих полостей поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса задвижки, а другую - с дренажным трубопроводом. Четырехходовой плунжерный клапан включает корпус с четырьмя сквозными каналами, имеющими выход в соединительные каналы системы управления приводом, установленные в корпусе седло и направляющую плунжерную втулку с окнами, приводной запорный элемент, образующий с седлом затвор на входе в дренажный трубопровод, полый плунжер с окнами и торцевой заглушкой-толкателем, жестко соединенный с приводным запорным элементом, и второй плунжер, установленный в направляющей плунжерной втулке с кольцевым зазором и упруго поджатый к толкателю. На штоке поршневого привода установлена фиксирующая втулка. В теле крышки поршневого цилиндра привода установлена подпружиненная к фиксирующей втулке защелка. Шток поршневого привода относительно внешней среды закрыт крышкой-колпаком. В штоке выполнена расточка, в которой упруго, с возможностью свободного хода установлен промежуточный шток с постоянным магнитом. Снаружи на крышке-колпаке установлены герконовые элементы. Свободный ход промежуточного штока Н_с=Н_шт-Н_м, где Н_шт - ход штока привода; Н_м - ход магнита, необходимый для замыкания контактов герконовых элементов.

Существо заявляемой задвижки поясняется чертежом, на фигуре 1 которого изображена отсечная задвижка с управляемым поршневым приводом в разрезе; на фиг. 2 - управляемый поршневой привод отсечной задвижки в разрезе; на фиг. 3 - четырехходовой плунжерный клапан в разрезе; на фиг. 4 - механизм фиксации открытого положения задвижки в разрезе; на фиг. 5 - вид А фиг. 1 (узел сигнализации крайних положений запорного элемента задвижки); на фиг. 6 - внешний вид блока системы управления поршневым приводом.

Заявляемая отсечная задвижка включает корпус 1 задвижки с патрубками 2 и 3, седлами 4 и 5, крышку корпуса 6, запорный элемент 7 и шток 8. Шток 8 соединен с поршнем 9 управляемого привода двухстороннего действия, включающего фланцевый корпус 10 с крышкой 11, образующими рабочий цилиндр, разделенный поршнем 9 на рабочие полости 44 и 45. Блок системы управления поршневым приводом включает, по меньшей мере, два установленных на верхнем фланце корпуса 10 привода исполнительных устройства 12 в виде четырехходовых плунжерных клапанов и системы соединительных каналов 13, выполненных во фланцах и в боковых стенках корпуса 10. Один из четырехходовых плунжерных клапанов 12 предназначен для обеспечения закрытия отсечной задвижки, а другой - для обеспечения ее открытия.

Корпус четырехходового плунжерного клапана включает корпусную деталь 14 с тремя сквозными каналами 15, 16, 17, имеющими выход в соединительные каналы 13 системы управления приводом, и плунжерной втулкой 18 с окнами 19, корпусную деталь 20 с седлом 21, цилиндрической направляющей поверхностью 22 и сквозным каналом 23, имеющим выход в дренажный трубопровод 24, крышки 25 и 26. Подвижная группа четырехходового плунжерного клапана включает запорный элемент 27, жестко соединенный штоком 28 с автономным, например электрическим, приводом 29 и образующий с седлом 21 затвор на входе в дренажный трубопровод 24. Запорный элемент 27 включает полую плунжерную часть с окнами 30 и торцевой заглушкой-толкателем 31. Плунжерная часть запорного элемента 27 установлена в цилиндрической направляющей поверхности 22 и взаимодействует заглушкой-толкателем 31 со вторым плунжером 32, установленным в плунжерной втулке 18 с кольцевым зазором и поджатым к толкателю 31 пружиной 33.

Для фиксации открытого положения задвижки на штоке 8 установлена фиксирующая втулка 34, а в теле крышки 11 корпуса 10 привода установлена защелка 35, упруго поджимаемая ко втулке 34 пружиной 36.

Для сигнализации крайних положений запорного элемента 7 в штоке 8 выполнена центральная расточка, в которой упруго, с помощью пружин 37 и 38, и с возможностью свободного хода Н_с установлен промежуточный шток 39 с постоянным магнитом 40. Шток 8 относительно внешней среды закрыт крышкой-колпаком 41. Снаружи на крышке-колпаке 41 установлены герконовые элементы 42 и 43.

Заявляемая отсечная задвижка работает следующим образом.

Отсечная задвижка в рабочем положении, как правило, открыта. Запорный элемент 7, штоки 8 и 39 с постоянным магнитом 40, поршень 9 привода находятся в своем верхнем положении, зафиксированном защелкой 35, упруго поджатой ко втулке 34 пружиной 36. Контакт герконового элемента 43 замкнут, указывая на крайнее верхнее положение запорного элемента 7 задвижки.

Четырехходовые клапаны находятся в закрытом положении, при котором рабочие полости 44 и 45 поршневого цилиндра привода отсечены от внутренней полости корпуса 1 задвижки и от дренажного трубопровода 24, а через кольцевые зазоры в парах «плунжер 32 - плунжерная втулка 18» соединены с внутренней полостью корпуса 1 задвижки и между собой. Давление в рабочих полостях Б и В равное.

Для закрытия задвижки на привод 29 запорного элемента 27 одного из четырехходовых клапанов 12 подают сигнал, например электрический, на открытие затвора дренажного трубопровода 24 в седле 21. Запорный элемент 27 поднимается над седлом 21, открывая проход через окна 30 из подпоршневой полости Б в дренажный трубопровод 24. За счет усилия пружины 33 плунжер 32 смещается по направлению к запорному элементу 27 и открывает через окна 19 в направляющей плунжерной втулке 18 проход для подачи рабочей среды из внутренней полости корпуса 1 задвижки по соединительным каналам 13 в надпоршневую полость В поршневого цилиндра привода. Под воздействием перепада давления на поршне 9 поршневой привод закрывает задвижку, преодолевая ограниченное усилие подпружиненной защелки 35. Шток 8 перемещается вместе с поршнем 9 привода на закрытие задвижки в пределах свободного хода Н_с=Н_шт-Н_м. Вслед за этим промежуточный шток 39 с постоянным магнитом 40 перемещается вместе со штоком 8 и в крайнем нижнем положение замыкает контакт герконового элемента 42. Управляющий сигнал с привода 29 четырехходового клапана 12 снимается, клапан закрывается.

Для открытия задвижки на привод 29 запорного элемента 27 второго четырехходового клапана 12 подают сигнал на открытие. Второй четырехходовой клапан работает по вышеописанной схеме, обеспечивая открытие отсечной задвижки.

Отсечная задвижка относится к трубопроводной арматуре. Включает поршневой привод двухстороннего действия и систему управления приводом. Система управления установлена на верхнем фланце корпуса 10 привода, содержит приводные четырехходовые плунжерные клапаны и соединительные каналы 13, выполненные во фланцах и в боковых стенках поршневого цилиндра привода. Клапаны в закрытом положении сообщают по зазору в плунжерной паре рабочие полости поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса 1 задвижки и между собой, а в открытом положении клапаны сообщают через соединительные каналы 13 одну из рабочих полостей поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса 1 задвижки, а другую - с дренажным трубопроводом 24. В корпусе 14 клапана выполнены сквозные каналы с выходом в соединительные каналы 13 системы управления приводом, седло 21 и направляющая плунжерная втулка 18 с окнами 19. Приводной запорный элемент 27 образует с седлом 21 затвор на входе в дренажный трубопровод 24. Полый плунжер с окнами 30 и торцевой заглушкой-толкателем 31 жестко соединен с приводным запорным элементом 27. Второй плунжер 32 установлен в направляющей плунжерной втулке 18 с кольцевым зазором и упруго поджат к толкателю 31. На штоке 8 установлена фиксирующая втулка 34. В теле крышки 11 поршневого цилиндра привода установлена подпружиненная к фиксирующей втулке 34 защелка 35. Шток 8 относительно внешней среды закрыт крышкой-колпаком 41. В штоке 8 выполнена расточка, в которой упруго, с возможностью свободного хода Н_с установлен промежуточный шток 39 с постоянным магнитом 40. Снаружи на крышке-колпаке 41 установлены герконовые элементы 42 и 43. Н_с=Н_шт-Н_м, где Н_шт - ход штока привода; Н_м - ход магнита, необходимый для замыкания контактов герконовых элементов 42 и 43. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Отсечная задвижка с управляемым поршневым приводом двухстороннего действия, система управления которым выполнена в виде блока с приводными исполнительными устройствами в виде клапанов и с соединительными каналами, отличающаяся тем, что блок системы управления приводом установлен на верхнем фланце поршневого цилиндра привода, соединительные каналы выполнены во фланцах и в боковых стенках поршневого цилиндра привода, а исполнительные устройства выполнены в виде четырехходовых плунжерных клапанов, в закрытом положении сообщающих по зазору в плунжерной паре рабочие полости поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса задвижки и между собой, а в открытом положении клапана сообщающих через соединительные каналы одну из рабочих полостей поршневого цилиндра привода с внутренней полостью корпуса задвижки, а другую - с дренажным трубопроводом.

2. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что четырехходовой плунжерный клапан включает корпус с четырьмя сквозными каналами, имеющими выход в соединительные каналы системы управления приводом, установленные в корпусе седло и направляющую плунжерную втулку с окнами, приводной запорный элемент, образующий с седлом затвор на входе в дренажный трубопровод, полый плунжер с окнами и торцевой заглушкой-толкателем, жестко соединенный с приводным запорным элементом, и второй плунжер, установленный в направляющей плунжерной втулке с кольцевым зазором и упруго поджатый к толкателю.

3. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что на штоке поршневого привода установлена фиксирующая втулка, а в теле крышки поршневого цилиндра привода установлена подпружиненная к фиксирующей втулке защелка.

4. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что шток поршневого привода относительно внешней среды закрыт крышкой-колпаком, в штоке выполнена расточка, в которой упруго, с возможностью свободного хода установлен промежуточный шток с постоянным магнитом, а снаружи на крышке-колпаке установлены герконовые элементы, при этом свободный ход промежуточного штока Н_с=Н_шт-Н_м, где Н_шт - ход штока привода; Н_м - ход магнита, необходимый для замыкания контактов герконовых элементов.