Устройство для стравливания газа из емкости высокого давления Российский патент 2025 года по МПК F16K1/30 F16K47/16 F17C13/04 

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для использования в системах управления технологическими процессами для обеспечения газообмена герметизированных объемов с внешней средой, в частности относится к средствам стравливания газа из камеры специального назначения (КСН), содержащей высокотоксичные экологически опасные продукты.

Известен запорный клапан [патент РФ №2179679, МПК F16K 17/00, опуб. 20.02.2002 г.], содержащий корпус с проточной частью, имеющий входной и выходной каналы, седло в форме усеченного конуса, к поверхности которого подведен выходной канал, который перекрывается запорным органом, по форме соответствующим форме седла. В устройство введен дополнительный выходной канал, сообщенный с входом, в котором установлена мембрана. Запорный орган выполнен с элементом, задействуемым давлением, превышающим импульс давления срабатывания клапана, и установлен непосредственно над входом и совмещен с поршнем, поджатым оттарированной пружиной. Данное устройство позволяет перекрыть основной выходной канал только от определенного импульсного источника газа и подать в рабочую систему строго заданное (расчетное) количество газа.

Недостатком известного устройства является инерционность системы, нестабильность характеристик, невысокая надежность.

Известно регулировочное устройство для газообмена герметизированных объемов с внешней средой [патент РФ №2495315, МПК F16K 17/00, опуб., 10.10.2013 г.], принятое за прототип, содержащее герметично присоединенный к емкости металлический полый корпус с сообщающимися входным и выходным каналами, металлический запорный орган (дроссельный элемент) с металлическим резьбовым приводным элементом (регулировочный орган), при этом запорный орган установлен в полости корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и выполнен в виде штока, имеющего обращенную к входному каналу торцевую коническую часть, наружная поверхность которой является ответной поверхностью конического седла корпуса, и цилиндрическую часть с наружной резьбой, на которую навернут резьбовой приводной элемент.

В прототипе поверхности конической части штока и ответной части конической части корпуса притерты. Резьбовой приводной элемент выполнен в виде последовательно навернутых на резьбу штока направляющей гайки, которая навернута также на микрометрическую резьбу торцевой части корпуса, а также контрящей гайки для фиксации дроссельного элемента в рабочем положении, и выполненной за одно целое с ним цилиндрической головки, которая вместе с контрящей гайкой выполняет функцию регулировочного органа дроссельного элемента. Данное устройство обеспечивает регулирование газообмена путем поддержания контролируемой и регулируемой заданной степени разгерметизации герметизированного объема.

Недостатком прототипа является относительно низкая надежность работы устройства из-за низкого уровня экологической безопасности персонала при обслуживании устройства при стравливании газа из герметизированного объема, содержащего вредные вещества, такие как химические, биологические, и ограниченная в связи с этим область применения. В закрытом положении устройства герметизация (перекрытие) входного канала осуществляется штоком, который находится под воздействием избыточного давления, при ударном или повышенном давлении. В данных условиях может произойти ослабление примыкания конусной части штока к седлу корпуса устройства за счет смятия резьбовой части штока, следовательно возможна утечка газов, содержащих например опасные вещества, такие как химические, биологические. Отсутствие уплотнения на цилиндрической части штока в открытом положении устройства может привести к неконтролируемой утечке газов через резьбовую поверхность штока. Кроме того в прототипе полное перекрытие газового канала достигается уплотнением трущихся поверхностей, а осевое перемещение штока происходит с его одновременным вращением в резьбовой поверхности. При этом контрящая гайка способна привести к образованию повышенных зазоров в резьбовых соединениях и снижению плотности примыкания герметизирующих поверхностей. Многократное открытие-закрытие устройства может привести к износу трущихся поверхностей и, следовательно, к снижению надежности герметизации выходного канала.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышение надежности работы устройства с обеспечением экологической безопасности при стравливании газа, содержащего вредные вещества, такие как химические, биологические.

Технический результат достигается тем, что устройство для стравливания газа из емкости высокого давления, содержащее герметично присоединенный к емкости металлический полый корпус с входным и выходным каналами, установленные во внутренней полости корпуса соосно седло и металлический запорный орган с резьбовым приводным элементом, при этом запорный орган установлен в полости корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и выполнен в виде штока, имеющего обращенную к входному каналу торцевую коническую часть, наружная поверхность которой является ответной поверхностью конического седла корпуса, и цилиндрическую часть с наружной резьбой, на которую навернут резьбовой приводной элемент, согласно изобретению, коническая часть штока имеет форму усеченного конуса, расширяющегося к входному каналу, а цилиндрическая часть штока оснащена двумя группами уплотнительных колец, размещенных на расстоянии друг от друга, при этом одна группа колец установлена в непосредственной близости к конической части штока, а вторая группа колец расположена за выходным каналом корпуса при любом положении штока, причем входной канал имеет продольные проточки, а шток снабжен упором, при этом корпус выполнен составным из основной части и герметично прикрепленной к ней съемной части, в полость которой помещен приводной элемент.

Выполнение конической части штока в форме усеченного конуса, расширяющегося к входному каналу, размещенного в полости входного канала и контактирующего с коническим седлом корпуса обеспечивает надежность перекрытия входного канала (выполняет роль «пробки-заглушки») путем надежного примыкания конусной части штока к седлу корпуса устройства и, следовательно, отсутствие утечки газов, содержащих опасные вещества, путем поджима к конусному седлу при воздействии избыточного давления, при ударном или повышенном давлении в герметизированной емкости. В отличие от прототипа, где при таких же условиях конусная часть штока будет «выталкиваться» из седла корпуса при стравливании газов, снижая таким образом экологическую безопасность, что существенно при использовании устройства в камере специального назначения (КСН), содержащей высокотоксичные экологически опасные продукты. При этом в закрытом положении устройства за счет упора конической части штока в конусную часть седла корпуса исключается осевое перемещение штока, исключая воздействие штока на приводной элемент, приводящее к возможному срезу резьбы.

Оснащение цилиндрической части штока двумя группами уплотнительных колец, размещенных на расстоянии друг от друга, при этом одна группа колец установлена в непосредственной близости к конической части штока, а вторая группа колец расположена за выходным каналом корпуса при любом положении штока, при этом входной канал имеет продольные проточки, позволяет газам при открытом положении штока в обход первой группы уплотнительных колец поступать в полость корпуса по продольным проточкам входного канала и свободно проходить в выходной канал, исключая попадание газов в съемную часть корпуса за счет наличия второй группы уплотнительных колец, обеспечивая тем самым повышение уровня экологической безопасности персонала при обслуживании устройства при стравливании газов из герметизированной емкости, содержащей вредные вещества. Одновременно с этим повышается надежность запирания стравливаемых газов и при закрытом положении штока.

Наличие упора у штока ограничивает его поворот вокруг своей оси по ходу его возвратно-поступательного перемещения, тем самым достигается поступательное движение штока при работе резьбового приводного элемента, обеспечивая стабильную работу уплотнительных элементов.

Выполнение корпуса составным из основной части и герметично прикрепленной к ней съемной части, в полость которой помещен приводной элемент, обеспечивает повышение уровня безопасности персонала при обслуживании устройства стравливания, т.к. частичная разборка устройства при необходимости позволяет, не подвергая обслуживающий персонал вредному влиянию стравливаемых газов, провести стравливание в ручном режиме. Также в случае заклинивания штока в резьбовой части имеется возможность частичной разборки устройства, не нарушая работу обеих групп уплотнений, т.е. разборка без потери герметичного перекрытия канала стравливания. Кроме того демонтаж съемной части корпуса и вывинчивания резьбового приводного элемента позволяет в случае заклинивания штока освободить его для возможности осевого перемещения в ручном режиме.

Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия повышение надежности работы устройства с обеспечением экологической безопасности при стравливании газа, содержащего вредные вещества, такие как химические, биологические, и расширении области применения.

Кроме того, для возможности визуального или дистанционного контроля положения штока во время процесса стравливания на штоке за второй группой уплотнительных колец имеется штифт, а на корпусе за выходным каналом размещен блок электропривода с контактной группой, концы контактов которой входят в выполненный в корпусе продольный паз с возможностью взаимодействия концов контактов с указанным штифтом при перемещении штока, при этом шток снабжен индикатором положения, который размещен в непосредственной близости с указанным штифтом и виден в выполненном в корпусе окне.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

- на фиг. 1 представлено устройство в закрытом положении штока;

- на фиг. 2 представлено устройство в открытом положении штока.

На фиг. 1-2 приняты следующие обозначения:

1 - основная часть корпуса;

2 - съемная часть корпуса;

3 - крепеж (болт);

4 - прокладка;

5 - входной канал

6 - выходной канал;

7 - фланец переходника КСН;

8 - уплотнение;

9 - крепежный элемент;

10 - основная цилиндрическая часть штока;

11 - первая группа уплотнительных колец;

12 - вторая группа уплотнительных колец;

13 - упор, ограничивающий поворот штока вокруг своей оси;

14 - коническая часть штока;

15 - гайка;

16 - резьбовая часть штока;

17 - вилка;

18 - скрепляющие элементы;

19 - стопорное кольцо;

20 - квадратное отверстие под ключ;

21 - индикатор положения штока;

22 - блок электропривода с контактной системой;

23 - контакты контактной системы;

24 - штифт, замыкающий контакты;

25 - продольные проточки во входном канале;

26 - коническое седло корпуса;

27 - паз в корпусе под упор;

28 - продольный паз в корпусе под контакты контактной системы;

29 - окно;

30 - жгут управления группы контактов.

Устройство для стравливания газа из емкости высокого давления выполнено следующим образом.

Устройство (фиг. 1-2) содержит металлический полый корпус с установленными в его полости соосно седло и металлический запорный орган с металлическим резьбовым приводным элементом. Корпус посредством фланцевого соединения и крепежа 9 с уплотнением 8 герметично присоединен к переходнику емкости - камеры специального назначения (КСН) 7. Корпус выполнен составным из основной 1 и съемной 2 частей с сообщающимися с внутренней полостью корпуса входным 5 и выходным 6 каналами. Съемная часть 2 корпуса разъемно герметично присоединена к основной части 1 корпуса посредством фланцевого соединения через прокладки 4 и крепежные элементы 3. Запорный орган установлен в полости корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении (между его двумя положениями «Открыто» - «Закрыто») и выполнен в виде штока. Шток имеет обращенную к входному каналу 5 торцевую коническую часть 14 и основную цилиндрическую 10 часть, на которую навернут резьбовой приводной элемент. Наружная поверхность конической части 14 штока является ответной поверхностью конического седла 26 корпуса. Коническая часть 14 штока имеет форму усеченного конуса, расширяющегося к входному каналу, имеющему продольные проточки 25. Цилиндрическая часть 10 штока оснащена двумя группами уплотнительных колец 11 и 12, размещенных на расстоянии друг от друга. Группа колец 11 установлена в непосредственной близости к конической части 14 штока и обеспечивает герметичное запирание газов в положении штока «Закрыто». А группа колец 12 расположена за выходным каналом 6 корпуса при любом положении штока, обеспечивая надежность герметизации как в закрытом положении штока, так и в открытом положении, исключая неконтролируемый прорыв газов из основной части 1 корпуса вдоль штока в съемную часть 2. Цилиндрическая часть 10 штока имеет наружную резьбу 16, на которую навернут резьбовой приводной элемент. Приводной элемент размещен в полости съемной части 2 корпуса и выполнен в виде гайки 15, жестко скрепленной с вилкой 17 штифтовыми элементами 18. Вилка 17 ограничена от выпадения стопорным кольцом 19. Для передачи крутящего момента от ключа (не показан) при ручном управлении или вала электропривода (не показан) при дистанционном управлении, в вилке 17 имеется квадратное отверстие 20 для подсоединения элемента управления.

При работе резьбового приводного элемента для ограничения проворота штока вокруг своей оси по ходу его возвратно-поступательного перемещения, шток снабжен упором 13, который расположен в выполненный под него паз 27.

Для возможности визуального или дистанционного контроля положения штока во время процесса стравливания на штоке 10 за второй группой 12 уплотнений имеется штифт 24. На корпусе за выходным каналом 6 размещен блок электропривода 22 с контактной группой, концы контактов 23 которой входят в выполненный в корпусе продольный паз 28 с возможностью взаимодействия концов контактов 23 со штифтом 24 при перемещении штока. Также шток снабжен индикатором положения, который размещен в непосредственной близости со штифтом 24 и виден в выполненном в корпусе окне 29.

Технические решения, реализованные в заявляемом устройстве, наряду с обеспечением процесса открытия канала стравливания из КСН, исключают ударное воздействие штока на механизм его привода от пикового давления газов, за счет конструкции конусной части запирающего элемента штока, поджатого к ответной конусной поверхности корпуса (седло 26).

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении для безопасного стравливания газа из КСН шток находится в состоянии «ЗАКРЫТО» (фиг. 1), коническая часть 14 штока прижата к седлу 26 корпуса. При необходимости стравить избыточное давление из КСН поступательное перемещение штока из положения ЗАКРЫТО в положение ОТКРЫТО и обратно обеспечивается передачей крутящего момента от вилки 17 к гайке 15, навинченной на резьбовую часть 16 штока.

При ручном режиме управления: убрав стопорное кольцо 19 и введя ключ в отверстие 20 вилки 17, ее вращают против часовой стрелки. Крутящий момент через два штифта 18 передается на гайку 15. При вращении гайки 15 осуществляется поступательное перемещение штока в сторону входного канала без проворота до упора штифтом 13 в торец паза 27 - положение «ОТКРЫТО» (фиг. 2). При этом шток выдвигается до выхода группы колец 11 в полость входного канала 5. Через канал 5, имеющий проточки 25, газ из КСН поступает в полость корпуса 1 в обход уплотнений 11 и далее - в выходной канал 6. При этом группа уплотнений 12 препятствует проникновению газов в полость с блоком электропривода 22 и съемной части 2 корпуса.

При вращении вилки 17 по часовой стрелке шток смещается вправо до упора штифта 13 в торец паза 27 - положение «ЗАКРЫТО». Уплотнения 11 заходят внутрь корпуса 1, перекрывая прохождение газов из КСН.

Визуальный контроль за положением штока, а соответственно открытого или закрытого состояния устройства, обеспечивается индикатором 21: глухое неглубокое отверстие (засверловка, углубление), залитое краской контрастного цвета. По положению индикаторного отверстия 12, просматриваемого через окно 29, определяется истинное положение штока.

При дистанционном управлении: контроль за состоянием устройства выполняется блоком электропривода 22. В состав блока 22 входит колодка с вмонтированными двумя парами контактов 23, к которым подпаян жгут управления 30. Блок электропривода 22 установлен снаружи на боковой поверхности корпуса 1 таким образом, чтобы контакты 23 контактной группы входили в паз 28 с обеспечением взаимодействия с имеющимся на штоке штифтом 24. При достижении штоком 10 крайнего левого или правого положения штифт 24 замыкает контактные пары 23 колодки блока электропривода 22 и происходит передача электрического сигнала о достижении штоком крайнего левого или правого положения и соответственно открытого или закрытого состояния устройства. Размещение индикатора положения 21 в непосредственной близости со штифтом 24, который виден сквозь выполненное в корпусе продольное окно 29, обеспечивает визуальный контроль текущего положения штока. При этом поступательное перемещение штока обеспечивает надежную работу контактной группы и однозначную ориентацию индикатора 21 положения штока.

В случае возникновения неисправности, связанной с возможным заклиниванием штока, и невозможности управлять устройством дистанционно (например, из-за механического закаливания штока, выхода из строя электропривода и т.д.), имеется возможность воздействия в осевом направлении на хвостовую 16 часть штока, перемещая его в открытое или закрытое положение. Для чего после демонтажа съемной части 2 корпуса и освобождения хвостовой части 16 штока от вилки 17 и гайки 15, не нарушая работу двух групп уплотнений 11 и 12, т.е. герметичности устройства, шток перемещают до упора влево для открытия или до упора вправо для закрытия. Текущее положение штока контролируют по индикатору 21 через смотровое окно 29.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность работы устройства с обеспечением уровня безопасности персонала при обслуживании устройства стравливания из емкости высокого давления газа, содержащего опасные вещества, такие как химические, биологические.

В настоящее время разработана конструкторская документация, изготавливаются опытные образцы заявляемого устройства, выполненные в соответствии с заявляемым изобретением. Работоспособность, эксплуатационная надежность подтверждена испытаниями.

Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- заявляемое устройство относится к машиностроению и предназначено для использования в системах управления технологическими процессами для обеспечения газообмена герметизированных объемов с внешней средой, в частности к средствам стравливания газа из канала высокого давления камеры специального назначения;

- заявляемое устройство при использовании способно повысить надежность работы устройства с обеспечением экологической безопасности при стравливании газа, содержащего вредные вещества, такие как химические, биологические, и расширении области применения;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное устройство соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к машиностроению, предназначено для использования в системах управления технологическими процессами для обеспечения газообмена герметизированных объемов с внешней средой. Устройство для стравливания газа из емкости высокого давления содержит герметично присоединенный к емкости металлический полый корпус с входным и выходным каналами, установленные во внутренней полости корпуса соосно седло и металлический запорный орган с резьбовым приводным элементом, при этом запорный орган установлен в полости корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и выполнен в виде штока, имеющего обращенную к входному каналу торцевую коническую часть, наружная поверхность которой является ответной поверхностью конического седла корпуса, и цилиндрическую часть с наружной резьбой, на которую навернут резьбовой приводной элемент. Коническая часть штока имеет форму усеченного конуса, расширяющегося к входному каналу. Цилиндрическая часть штока оснащена двумя группами уплотнительных колец, размещенных на расстоянии друг от друга. Одна группа колец установлена в непосредственной близости к конической части штока, а вторая группа колец расположена за выходным каналом корпуса при любом положении штока. Входной канал имеет продольные проточки, а шток снабжен упором. Корпус выполнен составным из основной части и герметично прикрепленной к ней съемной части, в полость которой помещен приводной элемент. Технический результат - повышение надежности работы устройства с обеспечением экологической безопасности при стравливании газа, содержащего вредные вещества, такие как химические, биологические. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для стравливания газа из емкости высокого давления, содержащее герметично присоединенный к емкости металлический полый корпус с входным и выходным каналами, установленные во внутренней полости корпуса соосно седло и металлический запорный орган с резьбовым приводным элементом, при этом запорный орган установлен в полости корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и выполнен в виде штока, имеющего обращенную к входному каналу торцевую коническую часть, наружная поверхность которой является ответной поверхностью конического седла корпуса, и цилиндрическую часть с наружной резьбой, на которую навернут резьбовой приводной элемент, отличающееся тем, что коническая часть штока имеет форму усеченного конуса, расширяющегося к входному каналу, а цилиндрическая часть штока оснащена двумя группами уплотнительных колец, размещенных на расстоянии друг от друга, при этом одна группа колец установлена в непосредственной близости к конической части штока, а вторая группа колец расположена за выходным каналом корпуса при любом положении штока, причем входной канал имеет продольные проточки, а шток снабжен упором, при этом корпус выполнен составным из основной части и герметично прикрепленной к ней съемной части, в полость которой помещен приводной элемент.

2. Устройство для стравливания газа из емкости высокого давления по п.1, отличающееся тем, что на штоке за второй группой уплотнительных колец имеется штифт, а на корпусе за выходным каналом размещен блок электропривода с контактной группой, концы контактов которой входят в выполненный в корпусе продольный паз с возможностью взаимодействия концов контактов с указанным штифтом при перемещении штока, при этом шток снабжен индикатором положения, который размещен в непосредственной близости с указанным штифтом и виден в выполненном в корпусе окне.