Клапан предохранительный (варианты) Российский патент 2020 года по МПК F16K7/00 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к предохранительному клапану, применяемому для аварийного сброса давления на трубопроводах с агрессивными средами, а также в ёмкостях для хранения и транспортирования агрессивных сред в химической, нефтеперерабатывающей, энергетической и прочих отраслях промышленности, где транспортируют, хранят и утилизируют агрессивные среды.

Известен предохранительный клапан, выпускаемый компанией «Fort Vale», содержащий корпус, крышку, пружину и рабочий орган (http://www.fortvale.ru/cataloges/SuperMaxiReliefValve.pdf).

Корпус выполнен с прорезанными в нем выпускными отверстиями. Крышка выполнена с центрирующей канавкой, а рабочий орган – собственно клапан – в виде плунжера с мягким резинофторопластовым уплотнением.

Предохранительный клапан, выпускаемый фирмой «Fort Vale», предназначен для аварийного открывания при превышении давления газа или паров в емкостях хранения или транспортировки агрессивных жидкостей.

Подбором характеристик пружин достигается срабатывание клапана — плунжера при определенном давлении.

Для достижения коррозионной стойкости, все элементы клапана выполнены из нержавеющей стали, а пружины - из стали Хастелой.

Недостатком известного предохранительного клапана является недостаточная коррозионная стойкость в условиях воздействия сред с переменным рН и высокой агрессивности. Коррозионное воздействие приводит к изменению рабочих характеристик пружин или потере прочности корпуса и выходу клапана из строя.

Известен клапан, принятый в качестве прототипа, содержащий корпус, крышку и рабочий орган (см. описание к патенту DE 3546117 С1 «Двухслойная диафрагма для мембранного клапана», МПК F16K 7/12, 02.12.1987).

Корпус выполнен с фланцами и перемычкой в средней части полости корпуса. В качестве рабочего органа клапан снабжен двухслойной эластичной мембраной, состоящей из нижнего защитного слоя и верхнего слоя, соединенного с приводом мембраны. Крышка герметично прижимает мембрану к фланцу корпуса по периметру. Мембрана под действием привода прижимается к перемычке или приподнимается над ней, перекрывая или пропуская поток жидкости.

Недостатками конструкции являются большие габариты и вес, необходимость производить антикоррозионную защиту внутренней поверхности и принудительное открытие-закрытие, то есть невозможность автоматически реагировать на превышение рабочего давления.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является разработка конструкции предохранительного клапана, позволяющей увеличить коррозионную стойкость в условиях воздействия сред повышенной агрессивности при сохранении невысоких габаритов и веса, а также надежное автоматическое срабатывание при достижении давлением аварийного уровня.

Технический результат достигается тем, что предохранительный клапан (вариант 1) состоит из корпуса, крышки и рабочего органа, при этом рабочий орган выполнен в виде мембраны из полимерного композиционного материала, имеющей форму шарового сегмента с усиленной центральной частью и установленной периметром между фланцами корпуса и крышки над входным каналом, выполненным в средней части полости корпуса соосно выступу, расположенному на внутренней поверхности крышки и центрирующему регулирующую возвратную пружину, установленную между мембраной и крышкой, при этом корпус и крышка выполнены из коррозионностойких полимерных композиционных материалов и соединены резьбовым соединением. Мембрана может быть выполнена из армированного тканью или волокном фторопласта.

Технический результат достигается тем, что предохранительный клапан (вариант 2) состоит из корпуса, крышки и рабочего органа, при этом рабочий орган выполнен в виде мембраны из полимерного композиционного материала, имеющей форму шарового сегмента с усиленной центральной частью и установленной периметром между фланцами корпуса и крышки над входным каналом, выполненным в средней части полости корпуса, соосно выступу, расположенному на внутренней поверхности крышки и центрирующему регулирующую возвратную пружину, установленную между мембраной и крышкой, при этом корпус и крышка выполнены из коррозионностойких полимерных композиционных материалов и соединены болтовым соединением по фланцам, выполненным по наружной поверхности крышки и корпуса. Мембрана может быть выполнена из армированного тканью или волокном фторопласта.

Предлагаемые варианты технического решения позволяют:

- увеличить надежность при автоматическом срабатывании клапана;

- увеличить ресурс эксплуатации, так как исключено воздействие агрессивной среды на основной регулирующий орган — пружину, и все элементы выполнены из коррозионностойких материалов;

- снизить существенно вес и стоимость клапана за счет применения полимерных композиционных материалов.

Клапан предохранительный иллюстрирован чертежами, где: на фиг. 1 изображен клапан в сборе (вариант 1); на фиг. 2 – то же, клапан открыт; на фиг. 3 - клапан в сборе (вариант 2); на фиг. 4– то же, клапан открыт.

Клапан предохранительный состоит из корпуса 1, крышки 2, возвратной пружины 3 и рабочего органа - мембраны 4.

Мембрана 4 выполнена в виде шарового (сферического) сегмента с усиленной (утолщенной) центральной частью из полимерного композиционного материала, например армированного композитного фторопласта. Регулировка величины давления открытия клапана осуществляется за счет подбора жесткости мембраны 4 и возвратной пружины 3. Жесткость мембраны 4 подбирается за счет выбора ее геометрии, толщины и состава. Характеристика возвратной пружины 3 рассчитывается по известной методике.

Поскольку регулирующая возвратная пружина 3 находится в изолированном от воздействия агрессивных сред объеме, отделена от проточной части мембраной 4, её изготавливают из углеродистой пружинной стали, что существенно снижает ее стоимость.

Для обеспечения коррозионной стойкости корпус 1 и крышку 2 изготавливают из полимерных композиционных материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью.

Корпус 1 и крышка 2 могут быть выполнены с одним фланцем 5 для фиксации мембраны 4 (вариант 1) или двумя фланцами, а именно фланцем 5 для фиксации мембраны 4 и фланцем 6 для соединения корпуса 1 с крышкой 2 (вариант 2).

При сборке клапана в первом случае (вариант 1) края мембраны 4 расположены между фланцами 5, при этом корпус 1 соединен с крышкой 2 посредством резьбового соединения 7, во втором случае (вариант 2) края мембраны 4 расположены между фланцами 5, при этом корпус 1 соединен с крышкой 2 посредством болтового соединения 8 по наружным фланцам 6.

Корпус 1 в средней части полости выполнен с входным каналом 9, перекрываемым мембраной 4, при этом мембрана 4 выполняет двоякую функцию: отделяет полость корпуса 1, в котором расположена возвратная пружина 3 от воздействия коррозионных сред, а также является запорным элементом клапана, открывающим или перекрывающим проточную часть клапана для сброса давления.

Для центрирования возвратной пружины 3 относительно входного канала 9 на внутренней поверхности крышки 2 соосно входному каналу 9 расположен цилиндрический выступ 10, наружный диаметр которого не более внутреннего диаметра пружины 3.

Клапан предохранительный работает следующим образом.

Мембрана 4 в качестве рабочего органа осуществляет герметичное перекрытие входного канала 9 корпуса 1 за счет свой жесткости и усилия возвратной пружины 3 и пропуск среды путем перестановки в положение открыто при превышении аварийного уровня давления. Мембрана 4, выгибаясь вверх, образует пространство для сброса избыточного давления между мембраной 4 и корпусом 1. После сброса избыточного давления пружина 3, воздействуя на мембрану 4, возвращает ее в исходное закрытое положение.

Поскольку пружина 3 находится в изолированном от воздействия агрессивных сред объеме, её изготавливают из углеродистой пружинной стали, что существенно увеличивает срок службы и снижает ее стоимость. Сочетание конструктивного исполнения с применением полимерных композиционных материалов взамен нержавеющей стали позволяет при обеспечении прочностных показателей существенно снизить вес и стоимость клапана.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к предохранительному клапану, применяемому для аварийного сброса давления на трубопроводах с агрессивными средами, а также в емкостях для хранения и транспортирования агрессивных сред в химической, нефтеперерабатывающей, энергетической и прочих отраслях промышленности, где транспортируют, хранят и утилизируют агрессивные среды. Изобретение позволяет увеличить коррозионную стойкость в условиях воздействия сред повышенной агрессивности при сохранении невысоких габаритов и веса, а также обеспечивает надежное автоматическое срабатывание при достижении давлением аварийного уровня. Предохранительный клапан состоит из корпуса, крышки и рабочего органа, при этом рабочий орган выполнен в виде мембраны из полимерного композиционного материала, имеющей форму шарового сегмента с усиленной центральной частью и установленной периметром между фланцами корпуса и крышки над входным каналом патрубка, выполненного в средней части полости корпуса соосно выступу, расположенному на внутренней поверхности крышки и центрирующему регулирующую возвратную пружину, установленную между мембраной и крышкой, при этом корпус и крышка выполнены из коррозионностойких полимерных композиционных материалов и соединены резьбовым соединением (вариант 1) или болтовым соединением по фланцам, выполненным по наружной поверхности (вариант 2). Мембрана выполнена из армированного тканью или волокном фторопласта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан предохранительный, состоящий из корпуса, крышки и рабочего органа, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде мембраны из полимерного композиционного материала, имеющей форму шарового сегмента с усиленной центральной частью и установленной периметром между фланцами корпуса и крышки над входным каналом, выполненным в средней части полости корпуса соосно выступу, расположенному на внутренней поверхности крышки и центрирующему регулирующую возвратную пружину, установленную между мембраной и крышкой, при этом корпус и крышка выполнены из коррозионностойких полимерных композиционных материалов и соединены резьбовым соединением.

2. Клапан предохранительный, по п. 1, отличающийся тем, что мембрана выполнена из армированного тканью или волокном фторопласта.

3. Клапан предохранительный, состоящий из корпуса, крышки и рабочего органа, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде мембраны из полимерного композиционного материала, имеющей форму шарового сегмента с усиленной центральной частью и установленной периметром между фланцами корпуса и крышки над входным каналом, выполненным в средней части полости корпуса соосно выступу, расположенному на внутренней поверхности крышки и центрирующему регулирующую возвратную пружину, установленную между мембраной и крышкой, при этом корпус и крышка, выполнены из коррозионностойких полимерных композиционных материалов и соединены болтовым соединением по фланцам, выполненным по наружной поверхности крышки и корпуса.

4. Клапан предохранительный, по п. 3, отличающийся тем, что мембрана выполнена из армированного тканью или волокном фторопласта.