ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ МЕМБРАННЫЙ КЛАПАН С ПРЕПЯТСТВУЮЩИМ ПОВОРОТУ КОЛПАЧКОМ
SAFETY DIAPHRAGM VALVE WITH COUNTERTURN CAP

Изобретение относится к предохранительному клапану, предназначенному для предотвращения избыточных давлений в трубах для подачи текучей среды под давлением.
В данной области техники известные предохранительные клапаны, предназначенные для предотвращения избыточных давлений в трубах для подачи текучих сред, содержат мембранный клапанный элемент, который упруго поджат к седлу, расположенному между отверстием, предназначенным для соединения с трубой, подлежащей защите, и выпускным отверстием.
Предохранительный клапан данного типа по существу образован посредством корпуса, имеющего входной соединительный элемент, предназначенный для соединения с трубой, подлежащей защите от избыточных давлений, и выходной или выпускной соединительный элемент, при этом данные два соединительных элемента сообщаются друг с другом; седла клапанного элемента, расположенного между указанными соединительными элементами, и мембранного клапанного элемента, который взаимодействует с указанным седлом; опорной и направляющей втулки для указанного мембранного клапанного элемента; колпачка, смонтированного на указанном корпусе, и нажимной пружины, действующей между указанным колпачком и указанной втулкой.
Пружина обеспечивает удерживание мембранного клапанного элемента поджатым к соответствующему седлу, и давление внутри трубы, подлежащей защите от избыточных давлений, воздействует на мембранный клапанный элемент, подвергаемый воздействию противодействующей силы со стороны пружины до тех пор, пока - как только заранее заданная величина (калибровочное давление) будет превышена - давление текучей среды, содержащейся внутри входного соединительного элемента клапана, не превысит противодействующую силу, действующую со стороны пружины, что приводит к подъему клапанного элемента от седла клапана, который при открытии его обеспечивает установление сообщения между входным соединительным элементом и выходным соединительным элементом, что создает возможность сброса избыточного давления.
Калибровочное давление клапана определяется размерами компонентов и собственными характеристиками пружины.
Существующие регламенты и требования к техническому обслуживанию клапана таковы, что требуется оснастить клапан устройством для ручного управления клапанным элементом с тем, чтобы обеспечить ручной сброс избыточного давления для проверки того, что клапан работает надлежащим образом, и поддержания уплотнительного седла свободным от каких-либо отложений.
Данное устройство для ручного управления, как правило, состоит из ряда кулачков, которые расположены на соответствующей ручке управления, которая может быть приведена в действие с обеспечением ее поворота пользователем, и могут быть введены в контакт с соответствующими ребрами, образованными на колпачке.
Когда ручку поворачивают в направлении против часовой стрелки, ребра, образованные на колпачке, передают осевую составляющую силы на кулачки, образованные на ручке, что вызывает подъем ручки и, следовательно, смещение втулки и последующее отделение клапанного элемента.
Тем не менее, поворот ручки также приводит к созданию тангенциальной составляющей силы, которая передается в результате эффекта действия/противодействия на колпачок. Данной тангенциальной составляющей противодействует сила трения, создаваемая за счет сжатия мембраны между колпачком и корпусом после операций сборки и действующая между колпачком, мембранным клапанным элементом и корпусом.
Чем больше противодействующая сила, действующая со стороны пружины, тем больше осевая составляющая, действующая со стороны кулачка для обеспечения возможности выполнения ручного открытия клапанного элемента, и, следовательно, бóльшая калибровочная уставка клапана приводит к созданию большей тангенциальной составляющей, которой должно противодействовать трение, в результате чего ручное приведение в действие ручки и, следовательно, клапана по существу затрудняется.
Кроме этого, также известно, что колпачок может быть присоединен к корпусу при сборке или посредством свинчивания, или сцепления в аксиальном направлении при вставке специальных язычков, образованных на колпачке, в радиальном направлении в канавку, имеющуюся в корпусе клапана.
В первом случае больший крутящий момент при свинчивании, приложенный к колпачку во время сборки, приводит к большему сжатию мембраны с последующим увеличением силы трения, противодействующей тангенциальной составляющей, действующей на колпачок в результате ручного управления клапаном; это приводит к большему сопротивлению колпачка повороту при приложении к колпачку крутящего момента для отвинчивания.
Во втором случае вставка колпачка осуществляется посредством вдавливания колпачка в корпус (операция, которая выполняется быстрее, чем свинчивание, и, следовательно, более экономична), и сжатие мембраны между корпусом и колпачком определяется геометрическими характеристиками трех компонентов (корпуса, колпачка и мембранного клапанного элемента) и свойствами используемых материалов; равновесие между силами при люфте приводит к такой предельной величине калибровочного клапана, что при ее превышении тангенциальная составляющая (возникающая в результате приведения клапана в действие вручную), приложенная к колпачку, будет больше, чем противодействующая сила трения, результатом чего будет последующий поворот колпачка вместе с ручкой и неуспешное ручное управление клапаном; таким образом, крутящий момент, приложенный к ручке, преобразуется в поворот последней вместо открытия клапана, в результате чего не обеспечивается удовлетворение основного требования к функционированию клапана.
Из патентов ЕР 0679822 и US 5294093 известны примеры предохранительного мембранного клапана, содержащего корпус с первым соединительным элементом, предназначенным для соединения с трубой, подлежащей защите от избыточных давлений, и вторым выпускным соединительным элементом, при этом указанные соединительные элементы сообщаются друг с другом посредством седла клапана, коаксиального с указанным первым соединительным элементом, и отверстия, коаксиального со вторым соединительным элементом; мембранный клапанный элемент, размещенный внутри соответствующего седла корпуса и выполненный с возможностью перемещения коаксиально относительно первого соединительного элемента из закрытого положения, при котором он находится в контакте с указанным седлом, в открытое положение, при котором он поднят из указанного седла для его открытия; продольную направляющую втулку для указанного клапанного элемента; прижимной колпачок, воздействующий на указанный клапанный элемент; пружину, действующую между указанной втулкой и указанным колпачком так, чтобы поджимать клапанный элемент к седлу; указанный колпачок имеет направленные наружу язычки, проходящие в окружном направлении с отсутствием непрерывности и упруго деформируемые в радиальном направлении, при этом указанные язычки выполнены с возможностью введения внутрь соответствующих кольцевых гнезд корпуса клапана для фиксации колпачка в аксиальном направлении. Причем известные примеры предохранительного мембранного клапана наследовали все упомянутые недостатки таких клапанов.
Следовательно, технической задачей настоящего изобретения стало преодоление недостатков известного уровня техники посредством создания клапана, который способен обеспечить надлежащее функционирование устройства для ручного управления даже в случае высоких калибровочных давлений таким способом, который является надежным, реализуемым с высокой повторяемостью и не требует приложения чрезмерного усилия со стороны пользователя, и при этом указанный клапан может быть получен посредством низкозатратных сборочных операций.
Такая задача была решена за счет создания предохранительного мембранного клапана согласно пунктам прилагаемой формулы изобретения.
Дополнительные подробности станут понятны из нижеприведенного описания неограничивающего примера варианта осуществления изобретения, представленного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - выполненный с пространственным разделением элементов вид клапана в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.2 - выполненный с пространственным разделением элементов и в сечении вид различных компонентов, образующих клапан;
фиг.3 - аксиальное сечение клапана в соответствии с настоящим изобретением в собранном состоянии;
фиг.4 - выполненный с пространственным разделением элементов вид второго варианта осуществления клапана в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 - вид клапана в соответствии с фиг.4, в собранном состоянии;
фиг.6 - аксиальное сечение вдоль плоскости, обозначенной линией VI-VI на фиг.5;
фиг.7 - поперечное сечение вдоль плоскости, обозначенной линией VII-VII на фиг.5.
Как показано и принято для удобства описания, имеющий продольную базовую ось Х-Х клапан в соответствии с изобретением содержит корпус 10 клапана, который имеет входной соединительный элемент или отверстие 11, предназначенный(-ое) для соединения с трубой (непоказанной), подлежащей защите от избыточных давлений, выходной выпускной соединительный элемент или отверстие 12 и гнездо 13 для клапанного элемента 20.
В корпусе 10 также образовано седло 14 клапана, по существу состоящее из кольцевого буртика, расположенного между входным соединительным элементом 11 и выходным соединительным элементом 12.
Указанное седло предназначено для входа в контакт с мембранным клапанным элементом 20, который имеет чашеобразную форму и предусмотрен с центральной закрывающей частью 20а, имеющей бóльшую толщину, и с более тонкой боковой стенкой 20b, имеющей периферийную кромку 21, направленную наружу и выполненную с возможностью введения в соответствующую канавку 15 корпуса клапана.
Наружная кромка 21 клапанного элемента фиксируется в заданном положении в аксиальном направлении посредством чашеобразного колпачка 50, который имеет внутреннюю и коаксиальную цилиндрическую направляющую стенку 51 с таким диаметром, чтобы вместе с боковой поверхностью 52 колпачка образовать гнездо 53, расположенное с обеспечением его сообщения с пространством в верхней части колпачка посредством одного или нескольких отверстий 54 и способное обеспечить возможность введения пружины 40 и части втулки 30 для создания опоры для клапанного элемента, при этом данные элементы описаны ниже.
На наружной поверхности колпачка 50 имеются язычки 56, проходящие в окружном направлении с отсутствием непрерывности и направленные наружу с тем, чтобы обеспечить возможность их введения - посредством упругого деформирования во время сборки в аксиальном направлении клапана - внутрь соответствующего гнезда 16, образованного в виде поднутрения в корпусе 10 клапана, и с тем, чтобы зафиксировать в заданном положении в аксиальном направлении весь узел, описанный выше.
В зонах отсутствия непрерывности язычков 56 колпачок 50 имеет проходящие в аксиальном направлении ребра 58, от которых один или несколько радиальных рельефных элементов 59 проходят в радиальном направлении, при этом указанные рельефные элементы во время сборки могут быть введены в соответствующие гнезда 19, образованные в верхней части корпуса 10.
Число данных гнезд 19 может быть равным числу указанных рельефных элементов 59 или превышать число указанных рельефных элементов 59 в зависимости от технологии, используемой для их образования.
Указанная втулка 30 имеет гнездообразную форму, имеющую наружную направляющую поверхность 31, которая является по существу цилиндрической, с нижней стенкой 32, предназначенной для «наложения» на концевую часть 20а клапанного элемента 20, и с проходящим в аксиальном направлении направляющим стержнем 33.
Последний предпочтительно является полым и имеет наружную направляющую поверхность 33а и один конец в виде упругой вилки 34 с фиксирующими зубцами 34а.
Указанная пружина 40 представляет собой нажимную пружину (пружину сжатия), которая установлена коаксиально между колпачком 50 и втулкой 30 так, что она поджимается к втулке с тем, чтобы обеспечить удерживание мембранного клапанного элемента 20 поджатым к седлу 14 клапана.
Ручка 60 предусмотрена над колпачком 50, при этом она коаксиально насажена на колпачок 50 и имеет поперечную стенку 61 с углублением, с которой вилка 34 стержня 33 входит в контакт с защелкиванием.
Ручка 60 также имеет в ее нижней части, в местах, показанных на фигурах, кулачок 65, который воздействует на указанные ребра 58, имеющиеся на наружной боковой поверхности колпачка 50, с тем, чтобы обеспечить возможность ручного управления, как будет более понятно из дальнейшего описания.
Пластина 62, предназначенная для закрытия ручки в верхней части, предпочтительно представляет информацию о размерах, калибровке и разрешенном типе клапана.
Калибровку клапана выполняют во время сборки, и она зависит исключительно от размеров седла 14, мембраны 20, втулки 30, колпачка 50 и характеристик пружины 40.
При конструкции, описанной выше, клапан работает таким образом (см. фиг.3):
- когда соединительный элемент 11 подвергается воздействию давления, обозначенного Р, которое меньше калибровочного давления, пружина 40 поджимает втулку 30 и, следовательно, клапанный элемент 20 к седлу 14, и при этом усилие, действующее со стороны пружины 40, превышает осевую нагрузку, возникающую в результате давления текучей среды, что обеспечивает предотвращение сообщения между соединительным элементом 11 трубы и выпускным соединительным элементом 12;
- когда внутри трубы, присоединенной к соединительному элементу 11, давление Р превысит калибровочное давление, давление вызовет подъем клапанного элемента 30 вдоль продольной оси X-X в направлении против направления действия силы, действующей со стороны пружины 40, и открытие канала по направлению к выпускному соединительному элементу 12. Направление перемещения клапанного элемента 30 между закрытым положением и открытым положением и наоборот обеспечивается посредством взаимного контакта внутренней поверхности 51а направляющей 51 и наружной поверхности 33а стержня 33;
- когда требуется выполнить сброс давления вручную, ручку 60 приводят в действие, заставляя ее поворачиваться в направлении против часовой стрелки, при этом поворот в другом направлении предотвращается посредством взаимодействия аксиальных поверхностей, расположенных на конце кулачков 65, с ребрами 58;
- кулачок 65, который поджат к ребрам 58, имеющимся на наружной боковой поверхности колпачка 50, вызывает во время поворота подъем в аксиальном направлении ручки, которая обеспечивает перемещение вместе с ней - во время ее перемещения вверх - втулки 30 и клапанного элемента 20, в результате чего создается возможность открытия отверстия 14 и последующего сброса избыточного давления из трубы 11;
- когда поворот будет завершен, конструкция кулачка ручки 60 и сила реакции пружины 40 обеспечивают возможность автоматического повторного закрытия клапана, когда ручка будет отпущена пользователем.
Как показано на фиг.4-7, в дополнительном варианте осуществления клапана в соответствии с настоящим изобретением предусмотрено то, что колпачок 150 имеет дискретные язычки 156 вдоль окружной периферии, которые при вводе колпачка в аксиальном направлении внутрь корпуса клапана могут входить в соответствующие гнезда, образованные в указанном корпусе клапана.
Пример варианта осуществления указанных гнезд представлен небольшими отверстиями 119, которые открыты на боковой поверхности указанного корпуса клапана.
При использовании данного варианта осуществления существует возможность достижения дополнительных преимуществ, которые могут быть резюмированы следующим образом:
- возможность простого изготовления корпуса клапана посредством более экономичного процесса формования, в котором используются формы без отвинчивания и без поднутрений, так что они, в свою очередь, являются более экономичными и функционируют при более коротких длительностях цикла (что эквивалентно уменьшенным издержкам производства);
- возможность одновременного обеспечения сжатия пружины и предотвращения поворота колпачка посредством вставки упругих язычков 156 колпачка в небольшие отверстия 119.
Кроме того, предусмотрено, что упругие язычки могут быть выполнены с вертикальными блокирующими элементами, которые предотвращают возможность перемещения указанных язычков слишком далеко наружу для предотвращения чрезмерного выхода язычка наружу, что привело бы к не соответствующему техническим требованиям взаимодействию между корпусом и колпачком с последующим уменьшением калибровочной характеристики пружины, обусловленным ее увеличенной длиной.
Следовательно, ясно, каким образом с помощью клапана в соответствии с настоящим изобретением можно получить стравливающий клапан для избыточных давлений в трубе для текучей среды под давлением простым, низкозатратным и надежным образом, при этом указанный клапан также оснащен средством для обеспечения надежного и осуществляемого с высокой повторяемостью ручного управления.