КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована в энергетической, химической и других отраслях промышленности для защиты систем от повышения в них давления сверх допустимого, в частности в предохранительных клапанах, предназначенных для установки их на железнодорожных вагон-цистернах, на контейнер-цистернах, цистернах-хранилищах, транспортирующих или хранящих сжиженные углеводородные газы или аммиак (железнодорожный, автомобильный, водный транспорт), с целью защиты цистерн от недопустимого давления и автоматического выпуска рабочей среды при повышении давления относительно установленного.
Одним из аналогов является клапан предохранительный (свидетельство на полезную модель №23942, опубликовано 20.07.2002 г.), содержащий фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемым к седлу пружиной, закрепленную на штоке отражающую втулку, во внутренней проточке которой расположено упругое кольцо, поджатое к втулке верхней уплотнительной поверхностью золотника, наружный диаметр седла Dн выбран из условия Dср≥Dн≥Dср - 0,3dк, где Dср - средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником; dк - диаметр сечения кольца, при этом верхняя коническая поверхность золотника выполнена под углом от 20 до 10°.
Данный клапан имеет большую точность срабатывания, определяемую точностью изготовления наружного диаметра седла Он, обеспечивает герметичное «беспузырьковое» уплотнение при 100% установленного давления, определяемое самоуплотнением данной конструкции, давление закрытия - не менее 0,95 установленного, давление полного открытия - не более 1,15 установленного.
Однако, для контейнер-цистерн по международным нормам требуются клапаны с давлением полного открытия - не более 1,1 установленного, что не обеспечивается с достаточной надежностью.
Ближайшим аналогом является клапан предохранительный (свидетельство на полезную модель №34682, опубликовано 10.12.2003 г.), содержащий фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемым к седлу пружинами, закрепленную на штоке отражающую втулку, во внутренней проточке которой расположено упругое кольцо, поджатое к втулке верхней уплотнительной поверхностью золотника, выполненной под углом от 20 до 10° к вертикальной оси клапана, наружный диаметр седла Он выбран из условия Dср≥Dн≥Dср - 0,3dк, где Dср - средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником; dк - диаметр сечения кольца, отражающая втулка имеет увеличенную по высоте цилиндрическую поверхность, параллельную наружной цилиндрической поверхности седла диаметром Он, отражающая поверхность втулки максимально приближена к отражающей поверхности седла с возможностью демпфирования движения запорного органа при закрытии клапана, при этом в клапане конические уплотняющие поверхности седла и золотника уменьшены на величину от 25 до 30% и, соответственно уменьшен наружный диаметр седла Dн. К фланцу может быть прикреплена со стороны подачи среды цилиндрическая труба с закрепленным на ее конце между двумя фланцами мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны и двух прокладок из более мягкого материала.
Данный клапан при номинальном диаметре DN65 имеет расход достаточный для существующих вагон-цистерн и контейнер-цистерн. Клапан имеет давление закрытия Pз=(0,97-1,02)Pн (давления настройки клапана), клапан должен быть герметичен при Pн, имеет давление полного открытия Pпо≤1,1Pн. Давление начала открытия клапана, когда начинаются протечки, обычно настраивается Pно=(1,3±0,3)Pн.
Однако при Pз>Pн клапан может продолжать незначительно пропускать среду до снижения давления в цистерне до Pно, что недопустимо при поставке цистерн с газом за границу.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение величины верхнего предела давления закрытия Pз до величины меньшей или равной величине давления начала открытия клапана Pно, Pз≤Pно, при сохранении расходных характеристик клапана.
Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в клапане предохранительном, содержащем фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемый к седлу пружинами, закрепленную на штоке отражающую тарелку, во внутренней проточке которой расположено упругое кольцо, поджатое к тарелке верхней конической поверхностью золотника, выполненной под углом от 20 до 10° к вертикальной оси клапана, при этом наружный диаметр седла Дн выбран из условия Дср≥Дн≥Дср-0,3dк, где Дср - средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником, dк - диаметр сечения упругого кольца, во фланце установлена центральная направляющая втулка, через которую проходит шток, вокруг которого выполнено несколько проходных отверстий, переходящих в одно проходное, причем цилиндрическая поверхность отражающей тарелки, параллельная наружной поверхности седла диаметром Дн, максимально приближена к этой поверхности и ее высота имеет минимально возможное значение, необходимое для безаварийной работы клапана при давлении эксплуатации, а отражающая коническая поверхность отражающей тарелки расположена под углом от 15 до 25° к отражающей конической поверхности седла и в нижней части тарелки выполнен вертикальный отражающий участок.
На фиг. 1 изображен общий вид клапана предохранительного с направляющей втулкой, на фиг. 2 показан уплотнительный узел A в момент начала открытия клапана, на фиг. 3 показан уплотнительный узел A в момент полного открытия клапана, на фиг. 4 показан уплотнительный узел A в момент обратной посадки клапана, на фиг. 5 изображено исполнение клапана с мембраной.
Клапан предохранительный состоит из фланца 1 с пятью овальными проходными отверстиями 2, переходящими в одно проходное отверстие 3, седла 4, имеющего коническую 5 и тороидальную 6 уплотнительные поверхности (см. фиг. 2). В проходном отверстии 3 расположен шток 7 с коническим золотником 8, прижимаемым к седлу 4 пружинами 9 и 10 через втулку 11 регулировочной резьбовой втулкой 12 и контровочной гайкой 13. На штоке 7 закреплена отражающая тарелка 14 гайкой 15. Во внутренней проточке отражающей тарелки 14 расположено упругое кольцо 16, поджатое к ней верхней конической поверхностью 17 золотника 8. Шток 7 перемещается в направляющей втулке 18, закрепленной во фланце 1. Фланец 1 имеет шесть или восемь присоединительных отверстий 19 для соединения с ответным фланцем цистерны. Для предотвращения протечек среды над золотником 8 установлено уплотнительное кольцо 20. Фланец 1 имеет цилиндрический отражающий выступ 21. К тарелке 14 прикреплена болтами 22 с шайбами 23 крышка 24, защищающая клапан от атмосферных осадков. Позицией 25 (см. фиг. 2, 3, 4) обозначена наружная цилиндрическая поверхность седла 4, 26 - внутренняя цилиндрическая поверхность отражающей тарелки 14, 27 - отражающая коническая поверхность седла 4, 28 - отражающая коническая поверхность отражающей тарелки 14, 29 - вертикальная отражающая поверхность отражающей тарелки 14. Отражающая коническая поверхность тарелки расположена под углом от 15 до 25° к отражающей конической поверхности седла.
При исполнении клапана предохранительного с мембраной (см. фиг. 5) к фланцу 1 клапана прикреплена цилиндрическая труба 30 с закрепленным на конце между фланцами 31 и 32 мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны 33 и прокладки 34. Контроль герметичности мембранного узла осуществляется через отверстие 35, заглушенное заглушкой 36 и прокладкой 37.
Для контроля герметичности соединения клапана всех исполнений с ответным фланцем цистерны на уплотнительной поверхности выполнена центральная кольцевая проточка 38, в которую через отверстия 39 и 40 может подаваться испытательное давление. Отверстия заглушены заглушкой 41 и прокладкой 42.
Клапан предохранительный работает следующим образом. Газовая фаза продукта перевозимого в цистерне проходит через отверстия 2 и 3 и воздействует своим давлением на золотник 8. При давлении от 0,6 до 0,7 от давления настройки Pн (фиг. 2) среда начинает проникать через уплотнение металл по металлу, воздействуя на упругое кольцо 16. Кольцо 16 деформируется и вдавливается в зазор между наружной поверхностью 25 седла 4 и отражающей тарелкой 14, происходит самоуплотнение. При давлении близком к давлению настройки Pн начинается подъем золотника 8 с отражающей тарелкой 14 и кольцом 16, и при давлении начала открытия Pно=(1-1,05)Pн происходит отжим поверхности кольца 16 от наружной поверхности 25 седла 4, по диаметру Дн которой точно рассчитывается давление начала открытия Pно. При давлении настройки Pн за счет вдавливания кольца 16 в зазор обеспечивается герметичное «беспузырьковое» уплотнение.
Оптимизация выполнения уплотнительного узла, а именно, уменьшение зазора между параллельными цилиндрическими поверхностями седла и отражающей тарелки, уменьшение высоты этой цилиндрической поверхности отражающей тарелки, выполнение отражающей конической поверхности отражающей тарелки под углом от 15 до 25° к отражающей конической поверхности седла и выполнение в нижней части отражающей тарелки вертикального отражающего участка позволило уменьшить верхний предел давления закрытия до Pз≤Pно. Кроме того уменьшение зазора между параллельными цилиндрическими поверхностями седла и отражающей тарелки дополнительно повысило надежность уплотнения и исключило брак от выдавливания упругого кольца 16 в зазор. Расходные характеристики клапана при этом не ухудшились и даже увеличились на 5%.