КЛАПАН

Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована в энергетической, химической и других отраслях промышленности для защиты систем от разрежения (превышения ) в них давления сверх допустимого, в частности во впускных (предохранительных) клапанах, предназначенных для установки на железнодорожных вагон-цистернах, на контейнер-цистернах, цистернах-хранилищах, транспортирующих (хранящих) нефть, нефтепродукты, спирт и т.п., с целью защиты цистерн от недопустимого давления и автоматического впуска наружной среды (выпуска рабочей среды) при понижении (повышении) давления относительно установленного.
В настоящее время нефтебензиновые цистерны России, стран СНГ и бывших стран СЭВ снабжены предохранительно-впускными клапанами конструкции одного типа. К корпусу клапана с ножевым седлом сверху пружиной поджимается тарелка предохранительного клапана с наклеенной резиновой плоской прокладкой. К тарелке предохранительного клапана с центральным проходным отверстием и резиновой плоской прокладкой поджимается тарелка впускного клапана с ножевым буртом с помощью пружины, установленной сверху. Данная конструкция обладает малой надежностью. Подвижные части, находящиеся снаружи цистерны и закрытые воздухопроницаемым кожухом, подвергаются обмерзанию и заклиниванию в холодное время года. Впускной клапан данного предохранительного клапана имеет проход меньше 50 мм и является малоподъемным. Коэффициент подъемной силы при плоской тарелке впускного клапана не более 1,4.
Имеется более современная конструкция французской фирмы «Perolo» «CUPEPVENTIX 2 ½». Конструкция принципиально схожа с предыдущей, но имеет меньше подвижных частей, подверженных обмерзанию. Впускной клапан также является малоподъемным и имеет проход 32 мм.
Из анализа аварийных ситуаций на железной дороге, выполненного Московским государственным университетом путей сообщения (МИИТ), имеются неоднократные случаи деформирования цистерн и даже сплющивания их в «гармошку», особенно после промывки-пропарки цистерн паром (100-
3
2
3
120)°С, в холодное время года или в дождливую погоду из-за недостаточной пропускной способности клапана впускного. По расчетам МИИТ пропускная способность впускного клапана должна быть не менее 2000 м/час по воздуху при перепаде давления 0,2 кгс/см. Вышеупомянутые конструкции имеют по расчетам пропускную способность не более 300 м /час.
Ближайшим аналогом является клапан по описанию полезной модели RU 22520 F 16 K 17/10. Данный клапан состоит из корпуса и ввертной крышки, являющейся седлом, между которыми установлено уплотнительное кольцо. Обрезиненная тарелка со штоком поджимается к кольцевому бурту седла с помощью пружины, а шток находится в направляющем отверстии, выполненном в корпусе. Данный клапан не подвержен обмерзанию, т.к. подвижные элементы расположены внутри, но обладает малой точностью из-за возможных перекосов тарелки под действием пружины и трения штока в направляющем отверстии. Клапан также, как и предыдущие клапаны, является малоподъемным.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является достижение заданной пропускной способности при минимальных габаритах и весе клапана за счет «полноподъемности», а также увеличение надежности работы клапана.
Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в клапане, содержащем корпус и ввертное седло, между которыми установлено уплотнительное кольцо, тарелку со штоком, находящимся в направляющем отверстии корпуса, пружину, поджимающую тарелку снизу к ввертному седлу, ножевой бурт, упирающийся в уплотняющий затвор резиновый кольцевой элемент, тарелка содержит дополнительный отражающий кольцевой уступ, а ответная поверхность в корпусе напротив этого уступа выполнена так, что между боковой поверхностью тарелки и ответной поверхностью корпуса образуются два кольцевых сужения (минимальных зазора), которые увеличиваются при движении тарелки, причем площадь сечения нижнего зазора в 2-1,05 раза больше площади сечения верхнего.
В частном случае уплотняющий затвор резиновый кольцевой элемент выполнен в виде уплотняющего резинового кольца, расположенного в пазу между ввертным седлом и корпусом так, что тарелка упирается в это седло, ограничивая врезание ножевого бурта тарелки в уплотняющее затвор
резиновое кольцо, кроме того клапан содержит стакан, внутренняя поверхность которого перемещается по ответной направляющей цилиндрической поверхности в корпусе, и толкатель, поджимаемый пружиной через стакан к центру тарелки в плоскости или выше плоскости уплотнения «ножевой бурт - уплотняющее резиновое кольцо».
На фиг.1 изображен общий вид клапана в закрытом положении, на фиг.2 и 3, выноска А - положение элементов клапана в процессе открытия.
Клапан состоит из корпуса 1 с установленными в нем ввертным седлом 2 и уплотнительным кольцом 3, тарелки 4 со штоком 5, находящемся в направляющем отверстии 6 корпуса 1. Пружина 7 через стакан 8, внутренняя поверхность 9 которого перемещается по ответной направляющей цилиндрической поверхности 10 в корпусе 1, и толкатель 11 передает усилие на тарелку 4. Тарелка 4 (см. фиг.2) выполнена с ножевым буртом 12, упирающимся в уплотняющее затвор (клапан) резиновое кольцо 13, расположенное между ввертным седлом 2 и корпусом 1. Тарелка 4 (см. фиг.1) при этом упирается в седло 2, ограничивая врезание бурта 12 в уплотняющее резиновое кольцо 13. Тарелка 4 выполнена с дополнительным отражающим кольцевым уступом 14, а ответная поверхность в корпусе 1 напротив уступа 14 выполнена так, что между боковой поверхностью тарелки и ответной поверхностью корпуса образуются два кольцевых сужения (минимальных зазора 15 и 16), которые увеличиваются при движении тарелки, причем площадь сечения нижнего зазора 15 в 2-1,05 раза больше площади сечения верхнего зазора 16.
2
2
c
c
Клапан работает следующим образом. При охлаждении цистерны давление находящихся в ней паров продукта в смеси с воздухом или паров воды понижается ниже атмосферного. Образуется перепад давления, создающий усилие, воздействующее на тарелку 4 сверху. При перепаде давления, равном давлению начала открытия Рно ( в конкретном случае (0,17±0,02)кгс/см ), происходит отжим поверхности ножевого бурта 12 тарелки 4 от уплотняющего резинового кольца 13, начинается пропуск среды (окружающего воздуха) внутрь цистерны. При перепаде давления, равном давлению полного открытия (в конкретном случае Рпо=(0,2±0,02)кгс/см), у полноподъемных клапанов тарелка 4 отжимается на величину хода Н>0,25d, где d-диаметр проточной части седла (см.фиг.3).
c
Из методической литературы для полноподъемных клапанов наружный диаметр тарелки должен быть dt>1,8dc. В нашем частном случае диаметр тарелки уменьшается до DT=1,32d. Увеличение подъемной силы достигается за счет отражения потока среды от корпуса при прохождении верхнего сужения 16 и вторичного воздействия на отражающий кольцевой уступ 14. Уменьшение отношения площади нижнего зазора 15 к верхнему 16 с 2 до 1,05 при увеличении хода Н приводит к более пологой характеристике зависимости подъемной силы от хода и к снижению необходимого максимального усилия пружины, а также уменьшению энергии удара при обратной посадке (закрытии) клапана.
Благодаря уменьшению диаметра тарелки dt пропорционально уменьшаются габаритные и присоединительные размеры фланца 17 корпуса 1, и масса клапана уменьшается пропорционально уменьшению диаметра dt в степени 2,2-2,5.
Снижение максимального усилия пружины позволило уменьшить диаметр проволоки для ее изготовления и в 2 раза снизить массу пружины.
Уменьшение энергии удара при обратной посадке позволяет увеличить долговечность клапана, ограничение врезания ножевого бурта 12 в уплотняющее резиновое кольцо 13, увеличивает наработку на отказ клапана, что повышает надежность клапана.
2
2
2
2
2
При непосредственной передаче усилия пружины на тарелку клапана в аналогах возникает, в зависимости от точности изготовления, несимметричное усилие в пределах 5%-15% от номинального усилия пружины, вызывающее неравномерное врезание бурта в уплотняющий резиновый элемент, что приводит к потере герметичности уплотнения при перепаде давления выше 0,1 кгс/см. Выполнение клапана со стаканом 8, внутренняя поверхность которого перемещается по ответной направляющей цилиндрической поверхности 10 в корпусе 1, и толкателем 11, поджимаемым пружиной 7 через стакан 8 и упирающимся в центр тарелки 4 в плоскости или выше плоскости уплотнения «ножевой бурт - уплотняющее резиновое кольцо» устраняет неравномерное врезание бурта 12 в уплотняющее резиновое кольцо 13. Герметичность уплотнения сохраняется до 0,13 кгс/см в процессе эксплуатации и до 0,15кгс/см при приемо-сдаточных испытаниях. При этом увеличивается точность настройки клапана (давления начала открытия) с Рно=(0,2±0,1)кгс/см до Рно=(0,17±0,02)кгс/см. Одновременно снижается число
2
срабатываний клапана при низких перепадах давления и повышается надежность полного срабатывания клапана при перепадах давления выше 0,2кгс/см (надежность защиты цистерны от деформации наружным давлением).