BELLOWS SAFETY VALVE
КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ СИЛЬФОННЫЙ

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики, предназначенным для сброса избыточного давления газа из пневмосистем, и может быть использовано в космической технике, а также различных областях промышленности для работы со сжатыми газами, в том числе с гелием высокого давления.
Известен непропорциональный предохранительный клапан обратного действия типа «А» («Силовые пневмогидравлические системы» под редакцией чл.-корр. АН СССР В.П. Бармина, М.: Москва, 1965, с. 65, рис. 38), включающий в себя нагрузочную пружину, регулировочный винт, клапан, пружину клапана, седло, корпус.
Недостатками непропорционального предохранительного клапана являются:
- низкая точность срабатывания из-за неконтролируемого зазора между торцем регулировочного винта и направляющей клапана, что приводит к увеличению разности давления герметизации клапана при прижатии уплотнителя клапана к седлу и давления начала открытия;
- невозможна длительная работа с гелием ввиду герметизации клапана относительно внешней среды посредством уплотнительных колец, которые не обеспечивают герметичность по гелию.
Наиболее близким по своим конструктивным особенностям к заявленному клапану является предохранительный клапан (AC SU №1765586 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным каналами, подпружиненный к седлу корпуса клапан, герметично установленный сильфон, верхний фланец которого нагружен настроечной пружиной, причем внутренняя полость сильфона сообщена с входным каналом, ограничитель перемещения верхнего фланца сильфона, регулирующий элемент.
Недостатками известного предохранительного клапана являются:
- низкая точность срабатывания из-за неконтролируемого зазора между кромкой отверстия и уплотнителем во вспомогательном клапане, что приводит к увеличению разности давления герметизации основного клапана при прижатии уплотнителя клапана к седлу и давления начала открытия, а также из-за того, что сильфон приварен к клапану и направляющая пара выполнена «металл по металлу», что приводит к появлению больших сил трения и, как следствие, к увеличению погрешности поддержания давления настройки;
- невозможна длительная работа с гелием ввиду герметизации клапана относительно внешней среды посредством уплотнительных колец, которые не обеспечивают герметичность по гелию.
- невозможна работа под воздействием ионизирующего излучения космического пространства из-за размещения неметаллического уплотнителя клапана в незащищенном месте.
Задачей технического решения является устранение имеющихся недостатков, а именно: повышение эффективности работы клапана предохранительного сильфонного в части уменьшения разности между давлением начала открытия и давлением герметизации, обеспечения герметичности относительно внешней среды при работе с гелием длительное время, а также обеспечения возможности работы под воздействием ионизирующего излучения космического пространства.
Поставленная задача решается тем, что в клапане предохранительном сильфонном, содержащем корпус с входным и выходным каналами и седлом, клапан с уплотнителем, пружину, поджимающую клапан к седлу, сильфонный узел с герметично установленным сильфоном, верхний фланец которого нагружен настроечной пружиной, а внутренняя полость сильфона сообщена с входным каналом, ограничитель перемещения верхнего фланца сильфонного узла, регулирующий элемент, согласно изобретению винт, закрепленный в клапане посредством резьбы, взаимодействует с упором, вкрученным в верхний фланец сильфонного узла, и пружиной, поджимающей клапан к седлу, при этом в боковой стенке клапана выполнено отверстие под запрессованный в цилиндрическую часть винта фиксирующий элемент, свободный конец которого взаимодействует с продольной прорезью, выполненной в корпусе, а на верхнем фланце сильфонного узла неподвижно закреплена направляющая, которая, с одной стороны, посредством фторопластовой втулки, установленной в кольцевой проточке, взаимодействует с внутренней поверхностью проставки, неподвижно установленной в стакане, посредством резьбового соединения закрепленном на корпусе, к которому с помощью цилиндрических поясков приварен нижний фланец сильфонного узла, с другой стороны - с настроечной пружиной, размещенной в стакане.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где изображен общий вид клапана предохранительного сильфонного в разрезе.
Клапан предохранительный сильфонный состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и седлом 4, сильфонного узла 5 с сильфоном 6, внутренняя полость 7 которого сообщена с входным каналом 2, верхним фланцем 8, нагруженным настроечной пружиной 9, и нижним фланцем 10, клапана 11 с уплотнителем 12, например, из фторопласта, винта 13, закрепленного в клапане 11 посредством резьбы и взаимодействующего с упором 14, вкрученным в верхний фланец 8 и пружиной 15, поджимающей клапан 11 к седлу 4. В боковой стенке клапана 11 выполнено отверстие 16, в котором установлен запрессованный в цилиндрическую часть винта 13 фиксирующий элемент 17, например, штифт, свободный конец которого взаимодействует с продольной прорезью 18, выполненной в корпусе 1. На верхнем фланце 8 неподвижно закреплена направляющая 19, на боковой поверхности которой выполнена кольцевая проточка 20 с установленной в ней фторопластовой втулкой 21, взаимодействующей с одной стороны с внутренней поверхностью проставки 22, неподвижно установленной в стакане 23, посредством резьбового соединения закрепленном на корпусе 1, к которому с помощью цилиндрических поясков 24 приварен нижний фланец 10, обжимающий прокладку 25, с другой - с настроечной пружиной 9, вместе с регулировочным элементом 26, размещенной в стакане 23. При этом внутренняя поверхность проставки 22 является ограничителем перемещения 27 верхнего фланца 8 сильфонного узла 5. Регулируемый зазор между основанием винта 13 и поверхностью упора 14-5.
Описание работы.
Настройку клапана предохранительного на заданное давление производят вращением регулировочного элемента 26 при подаче на вход рабочей среды давлением, равным давлению настройки. При ввертывании регулировочного элемента 26 настроечная пружина 9 сжимается, усилие от нее через направляющую 19, верхний фланец 8 передается на сильфон 6, где происходит сравнение усилия от настроечной пружины 9 и силы от входного давления, действующего на сильфон 6. Вращение регулировочного элемента 26 производят до тех пор, пока подпружиненный клапан 11 не оторвется от седла 4 корпуса 1.
Поддержание давления на заданном уровне происходит следующим образом.
При подаче во входной канал 2 рабочая среда попадает во внутреннюю полость сильфона 6. При увеличении давления на входе выше настроечного сильфон 6 растягивается, преодолевая сопротивление настроечной пружины 9, верхний фланец 8 перемещается и тянет за собой привернутый к нему упор 14, который выбирает зазор 8 и через винт 13 поднимает клапан 11, отрывая его от седла 4 корпуса 1.
В образовавшуюся дросселирующую щель происходит сброс рабочей среды через выходной канал 3. Давление рабочей среды на входе в клапан предохранительный уменьшается. При снижении давления до заданного настройкой предела, клапан 11 под действием настроечной пружины 9 опускается на седло 4 корпуса 1, дросселирующая щель перекрывается, сброс рабочей среды прекращается.
Повышение точности срабатывания клапана
предохранительного сильфонного достигается возможностью обеспечения зазора 8 между основанием винта 13 и поверхностью упора 14, что позволяет уменьшить разность между давлением герметизации затвора при прижатии уплотнителя 12 клапана 11 к седлу 4 и давлением начала открытия, фиксация винта 13 относительно поверхности упора 14 обеспечивается посредством фиксирующего элемента 17, который также, взаимодействуя с продольной прорезью 18, выполненной в корпусе 1, предотвращает проворот клапана 11 относительно седла 4. К тому же, фторопластовая втулка 21, взаимодействующая с внутренней поверхностью проставки 22, с одной стороны предотвращает возникновение колебательных движений пружины 9 и клапана 11 относительно седла 4, а также исключает перекос верхней (подвижной) части сильфона 6, предотвращая увеличение его жесткости, с другой стороны - минимизирует силы трения в трущейся паре: направляющая 19 - проставка 22, что снижает величину ошибки поддержания давления настройки при изменении расхода рабочей среды через клапан предохранительный.
Обеспечение герметичности клапана предохранительного сильфонного относительно внешней среды при работе с гелием длительное время производится путем выполнения нижнего фланца 10 с возможностью обжатия прокладки 25 и неподвижной фиксации его в корпусе 1 с помощью стакана 23 посредством резьбы - на время испытаний, и последующей сварки цилиндрических поясков 24 на корпусе 1 и нижнем фланце 10 - на время штатной работы.
Обеспечение работы при воздействии ионизирующего излучения космического пространства производится за счет защиты фторопластового уплотнителя 12 клапана 11 и фторопластовой втулки 21 путем использования массивного корпуса 1 и проставки 22, выполненной из материала в несколько раз более устойчивого к радиации, чем материал стакана 23.
Таким образом, предполагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы клапана предохранительного сильфонного.