ШАРОВОЙ КРАН С КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 2025 года по МПК F16K17/38 F16K27/06 F16K5/06 

Область техники

Изобретение относится к области машиностроения, а именно - к узлам и деталям средств предотвращения случайного или самопроизвольного действия, преимущественно - к предохранительным клапанам. Устройство может быть использовано в сетях газораспределения и газоснабжения, а также в технологических линиях с жидкими и газообразными взрывоопасными средами в качестве многофункционального запорного устройства, обеспечивающего перекрытие трубопровода при ручном управлении оператором и перекрытие трубопровода в автоматическом режиме без участия людей в случае возникновения аварийных ситуаций, связанных с разрывом трубопровода и возникновением пожара, а также исключением перетекания электрического тока между участками трубопровода смонтированными до и после шарового крана.

Уровень техники

Известен шаровой кран с тройной системой безопасности для взрывоопасной среды, содержащий корпус, внутри которого в уплотнениях установлена шаровая пробка с проходным отверстием, управляемая шпинделем с рукояткой оснащенной блокировкой, выполненной с возможностью предотвращения случайного открытия крана - первый элемент тройной системы безопасности, включающей в себя второй элемент - отсечной клапан с подпружиненным затвором, выполненный с возможностью предотвращения утечки взрывоопасной среды при разрыве трубопровода и третий элемент - термозапорный клапан с подпружиненным толкателем и плавкой вставкой, выполненной с возможностью его фиксации и предотвращения выброса взрывоопасной среды в зону пожара (Инструкция по эксплуатации «Газовый кран VAIT foglio omb 88888226.fh11», 2010 г. URL: https://omb-saleri.it/wp-content/uploads/2019/07/888882262.pdf).

К недостаткам газового крана VAIT следует отнести то, что он перекрывает подачу газа, если скорость его потока более 1300 литр / в час (1,3 м³ газа в час), а также потери давления на выходе крана.

Наиболее близким к предлагаемому решению является шаровой кран с тройной системой безопасности для взрывоопасной среды (см. патент RU 2726972, МПК F16K 17/38, опубл. 17.07.2020). Устройство содержит корпус с шаровой пробкой с проходным отверстием, управляемой шпинделем с рукояткой, оснащенной блокировкой, выполненной с возможностью предотвращения случайного открытия крана - первый элемент системы безопасности. Второй элемент - отсечной клапан с подпружиненным затвором, выполненный с возможностью предотвращения утечки взрывоопасной среды при разрыве трубопровода. Третий элемент - термозапорный клапан с подпружиненным толкателем и плавкой вставкой, выполненной с возможностью его фиксации и предотвращения выброса взрывоопасной среды. Рукоятка Г-образной формы оснащена блокировкой и насажена на шпиндель. К короткой полке рукоятки шарнирно прикреплена S-образная скоба, закрепленная на шпинделе между верхней и нижней гайками. Между верхней гайкой и длинной полкой Г-образной рукоятки установлена пружина. В закрытом положении крана короткая полка рукоятки вставлена в глухой паз, выполненный на цилиндрическом выступе корпуса. Свободный конец S-образной скобы введен в кольцевой паз, выполненный на цилиндрическом выступе корпуса с возможностью поворота скобы в пределах угла 90°. Второй элемент системы безопасности - отсечной клапан и третий элемент - термозапорный клапан функционально объединены, посредством подвижной установки затвора в отверстии входного колена Г-образного проходного отверстия в шаровой пробке, при этом затвор отсечного клапана поджат своей пружиной к толкателю термозапорного клапана, навинченному на один конец выполненной в виде шпильки плавкой вставки, другой конец которой ввинчен в заглушку в корпусе, при этом между заглушкой и толкателем в его исходном положении при открытом затворе размещена в сжатом виде пружина, а оси элементов отсечного и термозапорного клапанов совмещены с продольной осью шпинделя. Изобретение направлено на уменьшение интервала времени до срабатывания системы безопасности при пожаре или разрыве трубопровода.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность, связанная с возможностью разгерметизации шарового крана в условиях пожара при повышенной температуре. При этом кран перекрывает подачу газа, если скорость его потока более 1300 литр / в час (1,3 м³ газа в час).

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема заключается в разработке шарового крана с комбинированной системой безопасности, лишенного недостатков прототипа.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности при увеличении потока газа более 2300 литр/ в час (2,3 м³ газа в час) и уменьшении потери давления на выходе крана, исключении влияния не высокотемпературных материалов на работу термозапорного клапана (КТЗ) в составе шарового крана.

Результат достигается тем, что шаровой кран с комбинированной системой безопасности для взрывоопасной среды, содержащий входной и выходной патрубки для подключения между участками трубопровода, подпружиненный термозапорный клапан с плавкой вставкой, шаровой затвор с ручным приводом и механической защитой от случайного открытия крана, отсечной клапан для предотвращения утечки взрывоопасной среды, расположенный в проходном отверстии шарового затвора, согласно изобретению, дополнительно содержит изолирующую вставку между корпусом шарового затвора и выходным патрубком для защиты от перетекания электрического тока между участками трубопровода, причем термозапорный клапан размещен в отдельном корпусе и расположен между шаровым затвором и входным патрубком. Отсечной клапан расположен на основании в проходном отверстии шарового затвора соосно оси трубопровода и подпружинен. Проходное отверстие в шаровом затворе имеет расточку в месте установки отсечного клапана. Ручной привод включает ручку П-образной формы, которая жестко соединена с пластиной, под которой расположен шток, при этом пластина имеет подвижность вдоль оси, перпендикулярной продольной оси крана, и выполнена с возможностью зацепления со штоком при нажатии.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-4 составных частей шарового крана при разных состояниях степеней защиты, где на фиг. 1 показано продольное сечение шарового крана в положении «открыто»; фиг. 2 показано продольное сечение шарового крана при перекрытом КТЗ, на фиг. 3 - продольное сечение шарового крана с поперечным сечением шарового затвора в положении «закрыто»; на фиг. 4 - продольное сечение шарового крана при перекрытом отсечном клапане.

Позициями на чертежах обозначены:

1. Корпус термозапорного клапана;

2. Корпус шарового затвора;

3. Выходной патрубок;

4. Клапан КТЗ;

5. Центрирующая вставка КТЗ

6. Плавкий элемент КТЗ;

7. Пружина КТЗ;

8. Шаровой затвор;

9. Ручка;

10. Шток;

11. Пластина;

12. Пружина механической защиты;

13. Отсечной клапан;

14. Основание отсечного клапана;

15. Пружина отсечного клапана;

16. Изолирующая вставка.

Стрелками на чертежах условно показано движение газообразной среды.

Осуществление изобретения

Устройство представляет собой шаровой кран, смонтированный на участке трубопровода, например, в сетях бытового газоснабжения. Шаровой кран выполнен с ручным приводом шарового затвора с защитой от случайного открытия, с защитой от прорыва участка трубопровода после шарового крана, с возможностью автоматического перекрытия трубопровода на входе в шаровой кран при значительном повышении температуры в месте установки шарового крана и с защитой от перетекания электрического тока между участками трубопровода соответственно до и после шарового крана.

Шаровой кран содержит (фиг. 1) два жестко соединенных цилиндрических корпуса 1 и 2, один из которых 1 сам образует входной патрубок, а другой 2 - соединен с выходным патрубком 3 для подключения между участками трубопровода.

В корпусе 1 вдоль продольной оси расположен термозапорный клапан, который представляет собой Т-образный клапан 4, установленный в центрирующей вставке 5, снабженный плавким элементом 6 и пружиной 7(1 степень защиты).

В корпусе 2 расположен шаровой затвор 8, который соединен с ручкой 9 посредством штока 10, перпендикулярного продольной оси крана, и пластины 11. Ручка 9 жестко соединена с пластиной 11, имеющей подвижность вдоль оси штока 10, выполненного с возможностью зацепления со штоком при нажатии. Ручка 9, пластина 11 и пружина 14 на штоке 10 в совокупности образуют нажимной механизм, который обеспечивает механическую защиту от случайного открытия крана (2 степень защиты).

В проходном отверстии шарового затвора 8 соосно продольной оси крана установлен отсечной клапан 13, расположенный на основании 14, снабженный пружиной 15. (3 степень защиты).

Корпус шарового затвора 8 через изолирующую вставку 16 из диэлектрического материала соединен с выходным патрубком 3 (4 степень защиты).

Устройство работает следующим образом

Для открытия шарового затвора 8 необходимо нажать на ручку 9 до упора и повернуть ее по часовой стрелке на 90°, в результате чего шаровой затвор 8 будет повернут проходным отверстием с установленным в нем соосно оси трубопровода отсечным клапаном 13.

Описание работы 1 степени защиты.

В случае повышения температуры непосредственно в зоне установки шарового крана происходит перетекание тепла от корпуса КТЗ 1 через вставку 5 на плавкий элемент 6. Плавкий элемент 6 при нагреве теряет прочность и высвобождает клапан 4, который под воздействием пружины 7 перемещается по продольной оси корпуса КТЗ 1 до упора в его стенку, тем самым перекрывая подачу газообразной среды далее на шаровой затвор 8 (фиг. 2).

Описание работы 2 степени защиты.

В целях защиты от случайного открытия шарового затвора 8 (например, детьми) реализован механизм зацепления ручки 9 со штоком 10 через пластину 11. В свободном состоянии ручка 9 вместе с пластиной 11 отжаты пружиной 12 от штока 10, таким образом, что вращение ручки 9 не приводит в движение шток 10 и соответственно шаровой затвор 8. Но при нажатии на ручку, как показано стрелкой на фиг. 2, ручка 9 через пластину 11 попадает в зацепление со штоком 10, что позволяет вращением ручки 9 вращать и шаровой затвор 8 (фиг. 3).

Описание работы 3 степени защиты:

В случае повышения расхода более 2300 литров/час (увеличения скорости потока) газообразной среды через открытый шаровой затвор 8 на поверхности отсечного клапана 13, возникает подъемная сила, превышающая силу упругости пружины 15, в результате чего клапан 13 перемещается по оси отверстия шарового затвора 8 до упора в его стенку, тем самым перекрывая подачу газообразной среды далее на изолирующую вставку 16 и выходной патрубок 3. (Фиг. 4).

Описание работы 4 степени защиты:

В целях защиты от перетекания электрического тока между участками трубопровода соответственно до и после шарового крана между корпусом шарового затвора 2 и выходным патрубком 3, выполненным из электропроводящего материала, установлена изолирующая вставка 16 из диэлектрического материала, что исключает перетекание электрического тока через шаровой кран.

Размещение термозапорного клапана в отдельном корпусе перед шаровым краном обеспечивает достижение результата по исключению влияния не высокотемпературных материалов (уплотнителей шарового затвора) на работу клапана КТЗ.

Шаровой затвор 8 имеет прямое отверстие, а не Г образное, как в прототипе, что обеспечивает достижение результата по снижению падения давления газообразной среды.

Отверстие в шаровом затворе 8 не гладкое, а имеет расточку в месте установки отсечного клапана 13 в целях увеличения проходного сечения для увеличения пропускной способности.

Изолирующая вставка 16 дополнительно защищает от перетекания через шаровой кран электрического тока.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в технологических линиях с жидкими и газообразными взрывоопасными средами в качестве многофункционального запорного устройства, обеспечивающего перекрытие трубопровода при ручном управлении оператором и перекрытие трубопровода в автоматическом режиме без участия людей в случае возникновения аварийных ситуаций, связанных с разрывом трубопровода и возникновением пожара, а также исключением перетекания электрического тока между участками трубопровода, смонтированными до и после шарового крана. Шаровой кран с комбинированной системой безопасности для взрывоопасной среды содержит входной и выходной патрубки для подключения между участками трубопровода, подпружиненный термозапорный клапан с плавкой вставкой, шаровой затвор с ручным приводом и механической защитой от случайного открытия крана, отсечной клапан для предотвращения утечки взрывоопасной среды, расположенный в проходном отверстии шарового затвора, изолирующую вставку между корпусом шарового затвора и выходным патрубком для защиты от перетекания электрического тока между участками трубопровода, причем термозапорный клапан размещен в отдельном корпусе и расположен между шаровым затвором и входным патрубком. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шаровой кран с комбинированной системой безопасности для взрывоопасной среды, содержащий входной и выходной патрубки для подключения между участками трубопровода, подпружиненный термозапорный клапан с плавкой вставкой, шаровой затвор с ручным приводом и механической защитой от случайного открытия крана, отсечной клапан для предотвращения утечки взрывоопасной среды, расположенный в проходном отверстии шарового затвора, отличающийся тем, что дополнительно содержит изолирующую вставку между корпусом шарового затвора и выходным патрубком для защиты от перетекания электрического тока между участками трубопровода, причем термозапорный клапан размещен в отдельном корпусе и расположен между шаровым затвором и входным патрубком.

2. Шаровой кран по п. 1, отличающийся тем, что отсечной клапан расположен на основании в проходном отверстии шарового затвора соосно оси трубопровода и подпружинен.

3. Шаровой кран по п. 1, отличающийся тем, что проходное отверстие в шаровом затворе имеет расточку в месте установки отсечного клапана.

4. Шаровой кран по п. 1, отличающийся тем, что ручной привод включает ручку П-образной формы, которая жестко соединена с пластиной, под которой расположен шток, при этом пластина имеет подвижность вдоль оси, перпендикулярной продольной оси крана, и выполнена с возможностью зацепления со штоком при нажатии.