СИСТЕМА КЛАПАНОВ С ИЗОЛИРУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2020 года по МПК F16K35/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к сфере технологий клапанов, а именно - к системе клапанов с изолирующим устройством.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В целях обеспечения защиты напорного трубопровода, сосуда под давлением, восходящих и нисходящих устройств, а также оборудования, часто необходимо установить клапан, который может автоматически открываться или закрываться в условиях избыточного давления. В сложившейся практике преобразователь давления обычно используется для определения давления в напорном трубопроводе или сосуде под давлением, преобразователь давления выводит сигнал в систему управления, а когда давление превышает установленное значение, система управления может автоматически отправить команду для открытия или закрытия клапана.

Основной потенциальный риск при использовании преобразователя давления и системы управления для обеспечения автоматического открытия или закрытия клапана в условиях избыточного давления заключается в том, что, если преобразователь давления выходит из строя или возникает проблема при передаче сигналов между преобразователем давления и системой управления или при передаче сигналов между системой управления и клапаном, может возникнуть ситуация, при которой давление превысит установленное значение, но клапан не будет работать, как запланировано, создавая при этом угрозу для напорного трубопровода, сосуда под давлением, восходящих и нисходящих устройств, а также оборудования.

При низком давлении, когда требуется более высокая точность управления давлением, в частности, необходимо повысить чувствительность и надежность при срабатывании. На практике может использоваться мембранный управляющий автоматический клапан исходя из деформации сжатого стержня. В этом автоматическом клапане обычно используется соединение вспомогательного механизма срабатывания с восходящим трубопроводом клапана включения/выключения. Тем не менее, когда технологическая жидкость в восходящем трубопроводе является относительно вязкой или легко поддается кристаллизации и затвердевает, соединительная труба может часто засоряться, что оказывает воздействие на чувствительность вспомогательного механизма срабатывания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеуказанных технических задач настоящее изобретение предназначено для обеспечения системы клапанов с изолирующим устройством, в частности, принимаются следующие технические решения.

Система клапанов с изолирующим устройством включает клапан включения/выключения, смонтированный на трубопроводе, отличающаяся тем, что он управляет циркуляцией сред в своих восходящем и нисходящем трубопроводах; шток клапана включения/выключения соединен с приводным механизмом включения/выключения; восходящий трубопровод клапана включения/выключения соединен со вспомогательным механизмом срабатывания посредством соединительной трубы, и этот механизм соединен с приводным механизмом включения/выключения, причем вспомогательный механизм срабатывания предназначен для обеспечения срабатывания приводного механизма включения/выключения; отличающаяся тем, что на соединительной трубе расположено изолирующее устройство, которое изолирует эту трубу в восходящей и нисходящей частях за счет датчика давления, и этот датчик данного устройства может считывать давление среды в восходящем трубопроводе и передавать данные о давлении на вспомогательный механизм срабатывания, тем самым провоцируя действие вспомогательного механизма срабатывания; и при этом между нисходящей частью соединительной трубы и вспомогательным механизмом срабатывания залита невязкая и несжимаемая технологическая жидкость.

Изолирующее устройство включает в себя корпус и гофрированную трубу, которая является датчиком давления, одна сторона которого контактирует со средой восходящего трубопровода, а другая - с технологической жидкостью, залитой между соединительной трубой и вспомогательным механизмом срабатывания.

Изолирующее устройство представляет собой устройство с мембранной конструкцией, а его корпус состоит из корпуса А и корпуса В; датчик давления представляет собой мембрану В, закрепленную между корпусом А и корпусом В, и одна сторона мембраны В, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы, соединена с опорной пластиной мембраны, а другая сторона опорной пластины мембраны соединена со штоком поршня.

Изолирующее устройство представляет собой устройство с поршневой конструкцией и включает в себя корпус, а датчик давления представлен поршнем, расположенным в этом корпусе, и одна сторона поршня, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы, оснащена штоком поршня, а этот шток оснащен направляющей втулкой для соответствия ей.

Приводной механизм включения/выключения включает в себя цилиндр, в котором с возможностью скольжения установлен толкатель, а приводной поршень соединен с верхним концом толкателя; между приводным поршнем и цилиндром расположена пружина сжатия, а вилка переключения, соединенная со штоком клапана, подвешена в средней части толкателя; при этом нижний конец толкателя выходит из цилиндра и при линейном движении приводит в действие вилку переключения для последующего изменения состояния клапана включения/выключения; также нижний конец цилиндра подвешен с двумя противолежащими замыкающими рокерами; когда клапан включения/выключения в нормальном положении, эти два рокера находятся в закрытом состоянии, а нижний конец толкателя соприкасается с ними, причем свободные концы двух замыкающих рокеров ограничиваются замыкающей горловиной.

Вспомогательный механизм срабатывания включает в себя корпус управляющего клапана, и этот корпус разделяется на первую и вторую камеры мембраной А, и первая камера сообщается с нисходящей соединительной трубой, причем в корпусе управляющего клапана с возможностью скольжения установлен стержень толкателя, соединенный с мембраной, и верхний конец этого стержня выходит из корпуса управляющего клапана и соединяется с приводным механизмом включения/выключения, а нижний конец выходит из корпуса управляющего клапана и соединяется со спусковым стержнем.

Снаружи от спускового стержня расположено защитное покрытие, и этот стержень разъемно соединен с этим покрытием посредством гайки.

Верхний конец стержня толкателя выступает из корпуса управляющего клапана и соединяется с замыкающей горловиной, предназначенной для ограничения хода приводного механизма включения/выключения.

Между стержнем толкателя и мембраной А расположена опорная пластина.

При использовании вышеуказанного технического решения, настоящее изобретение, по меньшей мере, имеет следующие положительные эффекты.

Настоящее изобретение может применяться в случае если среда в трубопроводе представляет собой легко кристаллизующуюся и конденсирующуюся технологическую жидкость посредством установки изолирующей конструкции, а также для повышения точности и чувствительности отклика клапана. В то же время, конструкция мембранного управляющего клапана используется в настоящем изобретении, когда давление превышает установленное значение, ответное реагирование на действие является быстрым, а отклик - чувствительным, что, в частности, подходит для низкого давления с требованием к высокой точности управления давлением и надлежащей чувствительностью и надежностью при срабатывании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 представлена структурная схема настоящего изобретения.

На фиг. 2 представлена схема изолирующего устройства с мембранной конструкцией.

На фиг. 3 представлена схема изолирующего устройства с поршневой конструкцией.

На фиг. 4 представлена схема обратного изолирующего устройства.

Позиционные обозначения являются следующими:

10 - клапан включения/выключения,

11 - шток клапана,

20 - приводной механизм включения/выключения;

21 - относится к цилиндру, 22 относится к толкателю, а 23 относится к приводному поршню;

24 - пружина сжатия,

25 - вилка переключения,

26 - замыкающий рокер;

27 - подшипник,

30 - вспомогательный механизм срабатывания,

31 - корпус управляющего клапана;

32 - мембрана А,

33 первая камера,

34 - вторая камера,

35 стержень толкателя,

36 - замыкающая горловина,

37 - спусковой стержень,

38 - защитное покрытие,

39 - опорная пластина,

41 - восходящий трубопровод,

42 нисходящий трубопровод,

50 - соединительная труба,

60 - изолирующее устройство,

601 - корпус,

602 - гофрированная труба,

61 - изолирующее устройство с мембранной конструкцией,

611 - мембрана В,

612 - корпус А изолирующего устройства,

613 - корпус В изолирующего устройства;

614 - направляющая втулка,

615 - шток поршня,

616 - опорная пластина мембраны;

62 - изолирующее устройство с поршневой конструкцией,

621 - корпус изолирующего устройства,

622 - поршень;

623 - направляющая втулка,

624 - шток поршня,

63 - обратное изолирующее устройство и

631 - корпус обратного изолирующего устройства,

632 - гофрированная труба.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение описано далее со ссылкой на чертежи и варианты осуществления. В следующем подробном описании некоторые примеры осуществления настоящего изобретения представлены только для наглядности. Безусловно, специалисты в данной области техники могут признать, что описанные варианты осуществления могут быть изменены различными способами без отступления от существа и объема настоящего изобретения. Таким образом, чертежи и описание носят иллюстративный характер и не предназначены для ограничения объема правовой охраны формулы изобретения.

Как показано на фиг. 1, система клапанов с изолирующим устройством включает клапан включения/выключения 10, смонтированный на трубопроводе, отличающаяся тем, что клапан включения/выключения 10 управляет циркуляцией сред в своих восходящем 41 и нисходящем 42 трубопроводах; шток 11 клапана включения/выключения 10 соединен с приводным механизмом включения/выключения 20; восходящий трубопровод 41 клапана включения/выключения соединен со вспомогательным механизмом срабатывания 30 посредством соединительной трубы 50, и этот механизм 30 соединен с приводным механизмом включения/выключения 20 и предназначен для обеспечения срабатывания приводного механизма включения/выключения.

На соединительной трубе 50 расположено изолирующее устройство, которое изолирует эту трубу 50 в восходящей и нисходящей частях за счет датчика давления, и этот датчик данного устройства может считывать давление среды в восходящем трубопроводе 41 и передавать данные о давлении на вспомогательный механизм срабатывания 30, тем самым приводя в действие вспомогательный механизм срабатывания; и при этом между нисходящей частью соединительной трубы 50 и вспомогательным механизмом срабатывания 30 залита невязкая и несжимаемая технологическая жидкость, например, гидравлическое масло с низкой вязкостью и т.д. Изолирующее устройство может быть изготовлено из металла.

Как показано на фиг. 1, изолирующее устройство 60 по настоящему изобретению включает корпус 601 и гофрированную трубу 602, эта труба 602 является датчиком давления, гофрированная труба 602 является гибкой, одна сторона гофрированной трубы контактирует со средой восходящего трубопровода 41, а другая - с технологической жидкостью, залитой между соединительной трубой 50 и вспомогательным механизмом срабатывания 30, в случае если давление среды восходящего трубопровода 41 слишком высокое, гофрированная труба сжимается, при этом происходит прессование технологической жидкости между соединительной трубой 50 и вспомогательным механизмом срабатывания, а повышение давления технологической жидкости может привести в действие вспомогательный механизм срабатывания 30, тем самым приводя в действие приводной механизм включения/выключения 20 для управления открытием или закрытием клапана включения/выключения 10.

Вышеуказанная гофрированная труба может быть размещена в направлении, при котором изолирующее устройство находится вблизи нисходящей части соединительной трубы или в направлении, при котором изолирующее устройство находится вблизи восходящей части соединительной трубы, как показано на фиг. 4, и в этот момент изолирующее устройство может рассматриваться как обратное изолирующее устройство 63, которое также включает корпус 631 обратного изолирующего устройства и гофрированную трубу 632.

Изолирующее устройство 61 с мембранной конструкцией, приведенное на фиг. 2, может дополнительно быть использовано в качестве изолирующего устройства по настоящему изобретению, корпус которого включает в себя корпуса А612 и В613, причем между корпусом А и корпусом В закреплена мембрана В 611, а датчик давления представляет собой мембрану В 611, и одна сторона мембраны В, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы 50, соединена с опорной пластиной 616 мембраны, а другая сторона опорной пластины 616 мембраны соединена со штоком поршня 615; при этом мембрана В 611 под давлением движется в нисходящем направлении соединительной трубы 50, тем самым приводя в действие опорную пластину 616 и шток поршня 615, для подачи давления на вспомогательный механизм срабатывания 30.

В качестве альтернативного варианта изолирующее устройство 62 с поршневой конструкцией, приведенной на фиг. 3, может быть дополнительно использовано в качестве изолирующего устройства, включающего корпус 621, поршень 622, расположенный в этом корпусе, и датчик давления, представляющий собой поршень 622, причем одна сторона поршня, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы 50, оснащена штоком поршня 624, а этот шток оснащен направляющей втулкой 623 для соответствия ей; при этом поршень 622 под давлением движется в нисходящем направлении соединительной трубы 50, тем самым приводя в действие шток поршня 624, для подачи давления на вспомогательный механизм срабатывания 30.

Вспомогательный механизм срабатывания 30 включает в себя корпус управляющего клапана 31, и этот корпус разделяется на первую 33 и вторую 34 камеры мембраной А 32, и первая камера 33 сообщается с нисходящей соединительной трубой 50, причем в корпусе управляющего клапана 31 с возможностью скольжения установлен стержень толкателя 35, соединенный с мембраной А 32, а между стержнем толкателя 35 и мембраной А 32 расположена опорная пластина 39, и верхний конец стержня толкателя 35 выступает из корпуса управляющего клапана 31 и соединяется с замыкающей горловиной 36, предназначенной для ограничения хода приводного механизма включения/выключения 20, а нижний конец выступает из корпуса управляющего клапана 31 и соединяется со спусковым стержнем 37.

Вспомогательный механизм срабатывания 30 спроектирован по принципу устойчивости и неустойчивости сжатого стержня и имеет два рабочих положения. Именно спусковой стержень 37 определяет рабочее положение механизма для определения работы всего автоматического клапана, и снаружи от спускового стержня 37 расположено защитное покрытие 38, и этот стержень разъемно соединен с защитным покрытием 38 посредством гайки. Когда давление в первой камере 33 превышает заданное значение, давление среды быстро передается на мембрану 32, тем самым вызывая неустойчивую деформацию спускового стержня 37, и в этот момент замыкающая горловина 36 размыкает приводной механизм включения/выключения 20, после чего последний приводит в действие клапан включения/выключения 10 для перевода клапана из рабочего положения в нерабочее.

В этом варианте осуществления приводной механизм включения/выключения 20 включает в себя цилиндр 21, в котором с возможностью скольжения установлен толкатель 22, а приводной поршень 23 соединен с верхним концом толкателя 22; между приводным поршнем 23 и цилиндром 21 расположена пружина сжатия 24, а вилка переключения 25, соединенная со штоком клапана 11, подвешена в средней части толкателя 22; при этом нижний конец толкателя 22 выходит из цилиндра 21 и при линейном движении приводит в действие вилку переключения 25 для последующего изменения состояния клапана включения/выключения 10; также нижний конец цилиндра 21 подвешен с двумя противолежащими замыкающими рокерами 26; согласно фиг. 1, когда клапан включения/выключения 10 в нормальном положении, эти два рокера 26 находятся в закрытом состоянии, а нижний конец толкателя 22 соприкасается с ними, причем свободные концы двух замыкающих рокеров 26 ограничиваются замыкающей горловиной 36 так, что движение толкателя 22 ограничивается замыкающими рокерами 26. Оба свободных конца двух замыкающих рокеров 26 оснащены подшипниками 27, проходящими за счет роликов по замыкающей горловине 36, для снижения трения.

Согласно фиг. 1, когда давление среды в восходящем трубопроводе 41 клапана включения/выключения ниже установленного, то есть, давление в первой камере 33 корпуса управляющего клапана 31 ниже установленного, нагрузка, воздействующая на спусковой стержень 37, в этот момент ниже его критической нагрузки, что обеспечивает устойчивость сжатого стержня; когда спусковой стержень 37 находится в состоянии устойчивости сжатого стержня, осевое толкающее усилие спускового стержня 37 может привести в действие стержень толкателя 35, а мембрана 32 и замыкающая горловина 36 будут в первом рабочем положении, причем первая в то же время соприкасается с подшипником 27, а два замыкающих рокера 26 зажаты для предотвращения возникновения их вращательного движения; при этом два замыкающих рокера 26 находятся в закрытом состоянии относительно подшипника напротив толкателя 22, и этот толкатель не может линейно двигаться по оси, энергия упругого потенциала пружины сжатия 24 не может быть высвобождена, и клапан включения/выключения 10 находится в нормальном положении.

Когда давление среды в восходящем трубопроводе 41 клапана включения/выключения выше установленного, то есть, давление в первой камере 33 корпуса управляющего клапана 31 выше установленного, нагрузка, воздействующая на спусковой стержень 37 в этот момент, будет выше его критической нагрузки, тем самым провоцируя деформацию сжатого стержня и потерю несущей способности; после утраты спусковым стержнем 37 несущей способности вследствие неустойчивой деформации толкающее усилие, воздействующее на стержень толкателя 35, может внезапно уменьшиться, давление среды может перевести мембрану 32 во второе рабочее положение, и во время этого процесса замыкающая горловина 36, внутренне соединенная со стержнем толкателя 35, будет смещаться до тех пор, пока не снизится ее ограничивающее воздействие на замыкающие рокеры 26; при этом толкатель 22 будет выталкивать замыкающие рокеры 26 так, чтобы они вращались под действием пружины сжатия 24 и более не прижимались к толкателю 22; толкатель 22 смещается под действием толкающего усилия пружины сжатия 24, и клапан включения/выключения 10 переводится из нормального положения в ненормальное за счет переключающей вилки 25 (если клапан включения/выключения находится в полностью открытом положении при нормальных условиях работы, он должен автоматически закрываться в условиях избыточного рабочего давления, а его положение - переводиться в полностью закрытое; если клапан включения/выключения находится в полностью закрытом положении при нормальных условиях работы, он должен автоматически открываться в условиях избыточного рабочего давления, а его положение - переводиться в полностью открытое), вследствие чего реализуется автоматическое открытие или закрытие клапана при избыточном давлении.

В дополнение к этому, согласно закону Эйлера относительно деформации сжатого стержня критическую нагрузку на спусковой стержень 37 (продолговатый стержень) можно изменять за счет регулировки модуля упругости и коэффициента продолговатости спускового стержня 37, тем самым изменяя установленное давление при работе клапана включения/выключения 10.

В настоящем изобретении гофрированная труба, мембрана и поршень могут заменять друг друга с тем же техническим эффектом, а базовый принцип заключается в том, что и гофрированная труба, и мембрана, и поршень могут образовывать две камеры посредством изоляции, а также считывать давление и смещаться до определенной степени, представляя собой альтернативные варианты устройств считывания давления.

Вышеприведенное описание представляет собой исключительно иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения, но они не предназначены для ограничения объема последнего. Любые эквивалентные изменения и модификации, вносимые специалистами в данной области техники без отступления от существа и принципа работы настоящего изобретения, входят в объем правовой охраны этого изобретения.

Настоящее изобретение относится к сфере технологий автоматического контроля, а конкретно - к системе клапанов с изолирующим устройством, и включает в себя клапан включения/выключения, смонтированный на трубопроводе. Клапан включения/выключения управляет циркуляцией сред в своих восходящем и нисходящем трубопроводах; шток клапана включения/выключения соединен с приводным механизмом включения/выключения; восходящий трубопровод клапана включения/выключения соединен со вспомогательным механизмом срабатывания посредством соединительной трубы, и этот механизм соединен с приводным механизмом включения/выключения, причем вспомогательный механизм срабатывания предназначен для обеспечения срабатывания приводного механизма включения/выключения; при этом на соединительной трубе расположено изолирующее устройство, которое изолирует эту трубу в восходящей и нисходящей частях за счет датчика давления, и этот датчик данного устройства может считывать давление среды в восходящем трубопроводе и передавать данные о давлении на вспомогательный механизм срабатывания, тем самым приводя в действие вспомогательный механизм срабатывания; и при этом между нисходящей частью соединительной трубы и вспомогательным механизмом срабатывания залита невязкая и несжимаемая технологическая жидкость. Настоящее изобретение может применяться в случае, если среда в трубопроводе представляет собой легко кристаллизующуюся и конденсирующуюся технологическую жидкость, а также для повышения точности и чувствительности отклика клапана. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система клапанов с изолирующим устройством, включающая клапан включения/выключения, смонтированный на трубопроводе, управляющий циркуляцией сред в своих восходящем и нисходящем трубопроводах; шток клапана включения/выключения соединен с приводным механизмом включения/выключения; восходящий трубопровод клапана включения/выключения соединен со вспомогательным механизмом срабатывания посредством соединительной трубы, и этот механизм соединен с приводным механизмом включения/выключения, причем вспомогательный механизм срабатывания предназначен для обеспечения срабатывания приводного механизма включения/выключения;

отличающаяся тем, что на соединительной трубе расположено изолирующее устройство, которое изолирует эту трубу в восходящей и нисходящей частях за счет датчика давления, и этот датчик данного устройства может считывать давление среды в восходящем трубопроводе и передавать данные о давлении на вспомогательный механизм срабатывания, тем самым приводя в действие вспомогательный механизм срабатывания; при этом между нисходящей частью соединительной трубы и вспомогательным механизмом срабатывания залита невязкая и несжимаемая технологическая жидкость.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изолирующее устройство включает в себя корпус и гофрированную трубу, которая является датчиком давления, одна сторона которого контактирует со средой восходящего трубопровода, а другая - с технологической жидкостью, залитой между соединительной трубой и вспомогательным механизмом срабатывания.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изолирующее устройство представляет собой устройство с мембранной конструкцией, а его корпус состоит из корпуса А и корпуса В; датчик давления представляет собой мембрану В, закрепленную между корпусом А и корпусом В, и одна сторона мембраны В, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы, соединена с опорной пластиной мембраны, а другая сторона опорной пластины мембраны соединена со штоком поршня.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что изолирующее устройство представляет собой устройство с поршневой конструкцией и включает в себя корпус, а датчик давления представлен поршнем, расположенным в указанном корпусе, и одна сторона поршня, повернутая в нисходящую сторону соединительной трубы, оснащена штоком поршня, а указанный шток оснащен направляющей втулкой для соответствия ей.

5. Система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что приводной механизм включения/выключения включает в себя цилиндр, в котором с возможностью скольжения установлен толкатель, приводной поршень соединен с верхним концом толкателя; между приводным поршнем и цилиндром расположена пружина сжатия, а вилка переключения, соединенная со штоком клапана, подвешена в средней части толкателя; при этом нижний конец толкателя выходит из цилиндра и при линейном движении приводит в действие вилку переключения для последующего изменения состояния клапана включения/выключения; также нижний конец цилиндра подвешен с двумя противолежащими замыкающими рокерами; когда клапан включения/выключения находится в нормальном положении, указанные рокеры находятся в закрытом состоянии, а нижний конец толкателя соприкасается с ними, причем свободные концы двух замыкающих рокеров ограничиваются замыкающей горловиной.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вспомогательный механизм срабатывания включает в себя корпус управляющего клапана, и этот корпус разделяется на первую и вторую камеры мембраной А, при этом первая камера сообщается с нисходящей соединительной трубой, причем в корпусе управляющего клапана с возможностью скольжения установлен стержень толкателя, соединенный с мембраной, и верхний конец этого стержня выступает из корпуса управляющего клапана и соединяется с приводным механизмом включения/выключения, а нижний конец выступает из корпуса управляющего клапана и соединяется со спусковым стержнем.

7. Система по п. 6, отличающаяся тем, что снаружи от спускового стержня расположено защитное покрытие, и этот стержень разъемно соединен с этим покрытием посредством гайки.

8. Система по п. 6, отличающаяся тем, что верхний конец стержня толкателя выступает из корпуса управляющего клапана и соединяется с замыкающей горловиной, предназначенной для ограничения хода приводного механизма включения/выключения.

9. Система по п. 6, отличающаяся тем, что между стержнем толкателя и мембраной А расположена опорная пластина.