ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к отключающим устройствам с запорным элементом, движущимся перпендикулярно седловой поверхности, и может быть использована на действующих и новых трубопроводах, работающих под давлением и транспортирующих любые продукты.
При порыве трубопровода и до момента его устранения происходит значительный выброс продукта, транспортируемого по трубопроводу, что приводит к экономическому ущербу и загрязнению окружающей среды.
Известен запорный клапан, содержащий корпус, соосно расположенные седло, запорный орган со штоком и пневмопривод, шток которого соединен со штоком запорного органа посредством переходной муфты, и ручной дублер, установленный соосно на пневмоприводе (п.на полезную модель №40666, МПК F 16 K 1/00, оп. 20.09.2004 г.).
Известный запорный клапан не устраняет возможности гидравлического удара при порыве трубопровода.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является запорный клапан, содержащий соединенный с трубопроводом корпус, внутри которого соосно расположены исполнительный механизм, седло и затвор, соединенный посредством плунжера с электрическим исполнительным механизмом (клапан PN 16 DN 50 Старооскольского арматурного завода «Авангард»).
Известный клапан срабатывает при наличии электрической энергии и не устраняет возможности гидравлического удара при его закрытии.
Заявляемое техническое решение обеспечивает работу запорного клапана при отсутствии электрической энергии и исключение возможного гидравлического удара следующим образом.
Запорный клапан, содержащий соединенный с трубопроводом корпус, внутри которого соосно расположены исполнительный механизм, седло и затвор, соединенный посредством плунжера с исполнительным механизмом, согласно заявляемому техническому решению, запорный клапан снабжен обводным каналом, а исполнительный механизм выполнен в виде сильфона, заключенного в герметичную камеру, полость которого соединена с трубопроводом на входе запорного клапана, а герметичная камера соединена с трубопроводом на выходе запорного клапана.
При этом, в обводном канале установлена шайба, площадь проходного сечения которой составляет 0,03-0,09 площади проходного сечения трубопровода.
Выполнение исполнительного механизма в виде сильфона, соединенного с трубопроводом на входе в запорный клапан и установленного в герметичной камере, соединенной с трубопроводом на выходе запорного клапана, а также оснащение запорного клапана обводным каналом позволяет обеспечить срабатывание запорного клапана при отсутствии электрической энергии.
Кроме того, установка шайбы в обводном канале, у которой площадь проходного сечения составляет 0,03-0,09 площади проходного сечения трубопровода, позволяет исключить гидроудар при закрытии клапана, при этом значительно сокращается выброс транспортируемого продукта в окружающую среду.
Соотношение проходных сечений трубопровода и шайбы в обводном канале установлено экспериментально. Выполнение площади проходного сечения шайбы менее 0,03 диаметра проходного сечения трубопровода не устраняет возникновение в трубопроводе гидроудара, а более 0,09 - не целесообразно даже для тяжелых продуктов, таких как рудная пульпа.
Наличие отличительных от прототипа существенных признаков позволяет признать заявляемое устройство новым.
На фиг.1 схематично изображен запорный клапан в разрезе; на фиг.2 - узел I фиг.1.
Запорный клапан, установленный в трубопроводе 1, содержит корпус 2, седло 3, герметичную камеру 4, внутри которой установлен исполнительный механизм, выполненный в виде сильфона 5, соединенный плунжером 6 с затвором 7. Герметичная камера 4 соединена трубопроводом 8 с трубопроводом 1 за выходом запорного клапана, а полость сильфона 5 соединена трубопроводом 9 с трубопроводом 1 перед входом запорного клапана, что обеспечивает срабатывание клапана при увеличении перепада давления. Внутри обводного канала 10 установлена шайба 11, у которой площадь проходного сечения составляет 0,03-0,09 площади проходного сечения трубопровода 1. Диаметр сильфона 5 превышает диаметр затвора 7, что обеспечивает необходимую силу для преодоления инерции затвора 7 и сопротивления стенок сильфона 5 и начало закрытия затвора 7. Герметичная камера 4 снабжена вентилем 12 для выпуска из нее воздуха, а сильфон 5 - вентилем 13 для выпуска воздуха из его полости.
2
2
2
Пример расчета диаметра сильфона. При диаметре проходного сечения трубопровода 1, равном 50 мм., необходимая сила для срабатывания клапана равна 3,2 кг. (сила, при которой данный сильфон 5 увеличивает свою длину на 0,06 своего хода). При пороге срабатывания перепада давления, равном 0,45 атм., находим необходимый диаметр сильфона 5. Дополнительная площадь торца сильфона 5 равна 7,1 см. Площадь затвора 7 с учетом бортиков равна 24,6 см. Вся площадь торца сильфона 5 равна: 24,6+7,1=31,7 см. Диаметр сильфона 5 равен 63,5 мм., превышение диаметра сильфона 5 над диаметром затвора 7 составляет: 63,5-56,0=7,5 мм.
Запорный клапан работает следующим образом.
При порыве трубопровода 1 происходит увеличение падения давления на клапане в результате увеличения скорости потока транспортируемого продукта, перепад давления в клапане в первый момент возрастает незначительно, особенно если порыв произошел на значительном расстоянии от клапана. Затем при начале срабатывания устройства перепад давления резко возрастает за счет приближения затвора 7 к седлу 3, что приводит к быстрому закрыванию клапана несмотря на увеличивающееся сопротивление сильфона 5. Так как при этом поток продукта не прерывается, проходя по обводному каналу 10, гидравлический удар не происходит. На обводном канале 10 может быть установлен вентиль для ручного перекрытия его проходного сечения и прекращения выброса продукта из трубопровода 1 в месте его порыва. После отключения трубопровода 1 от насоса (не показан) затвор 7 клапана самостоятельно возвращается в исходное положение.