КЛАПАН ОТСЕЧНОЙ

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована в качестве защитных устройств объектов добычи, транспортировки и распределения нефти или газа при аварийном повышении или понижении давления в трубопроводе.
Известен ряд клапанов отсечных, например, устройство отсекающее (патент №2300688, МПК F16K 17/04 // F16K 15/03, опубл. 10.06.2007, бюл. №16), содержащее корпус, расположенный в нем поворотный запорный орган, выполненный в виде поворотной заслонки с уплотнительной поверхностью и отверстием, удерживающий запорный орган в открытом положении фиксатор и чувствительный элемент, выполненный в виде нагруженного пружинами штока, причем шток чувствительного элемента связан с фиксатором, отличающееся тем, что в отверстии поворотной заслонки расположен нагруженный тарельчатыми пружинами запорный клапан с уплотнительной поверхностью в открытом положении, а на поворотной заслонке со стороны, противоположной уплотнительной поверхности, выполнено седло с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью запорного клапана при его закрытии.
Известен клапан - отсекатель (патент №2447259, МПК Е21В 34/02, опубл. 10.04.2012, бюл. №10), содержащий корпус, входной и выходной штуцеры, механизм настройки, состоящий из подпружиненных горизонтального поршня и вертикального штока, взаимодействующих друг с другом плоскими продольными поверхностями, снабженными перпендикулярно расположенными единичными упорами, механизм взвода, состоящий из втулки-корпуса, наружной на резьбе и внутренней подвижной втулок, кроме того, в корпусе размещено седло и затвор, соединенный серьгой с вертикальным подпружиненным штоком, отличающийся тем, что сечение внутренней цилиндрической части корпуса выполнено со смещенным центром по вертикальной оси вниз, внутренняя подвижная втулка механизма взвода представлена двухступенчатой, причем верхняя часть ее, меньшего диаметра, снабжена уплотнением, а подпружиненный горизонтальный поршень механизма настройки выполнен с разными по диаметру концами, снабженными уплотнениями, причем неподпружиненный конец меньше по диаметру подпружиненного.
Недостатками данных конструкций является их сложность, невысокая надежность и точность работы.
Наиболее близким техническим решением является клапан - отсекатель (патент №2271438, МПК Е21В 34/02, опубл. 10.03.2006, бюл. №7), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, седло с затвором, пилотный механизм и устройства настройки и взвода, отличающийся тем, что пилотный механизм выполнен в виде вертикального подпружиненного штока и горизонтального поршня с уплотнением, причем нижний конец вертикального подпружиненного штока через серьгу соединен с затвором, а верхний конец связан с устройством взвода, кроме того, в средней части вертикального подпружиненного штока и горизонтального поршня выполнены плоские продольные поверхности с перпендикулярно расположенными единичными упорами на каждой, причем вертикальный подпружиненный шток и горизонтальный поршень выполнены с возможностью взаимодействия плоскими поверхностями так, что упор вертикального подпружиненного штока может находить на упор горизонтального поршня, а устройство настройки составлено из гайки настройки и пружины, взаимодействующей с горизонтальным поршнем, а устройство взвода представлено в виде наружной втулки взвода, находящейся в резьбовом соединении с корпусом и втулки взвода, с возможностью свободного перемещения ее по верхнему концу вертикального подпружиненного штока и связанной с наружной втулкой взвода.
Основными недостатками такого клапана являются:
- невозможность его взвода без сброса давления рабочей среды в атмосферу, а также ручное перемещение горизонтального поршня и ручная фиксация и расфиксация затвора в открытом положении до и после взвода, что существенно ухудшает условия эксплуатации клапана;
- невысокая точность и надежность работы клапана, в связи с тем, что обеспечивающий отсечку горизонтальный поршень, на который действует давление рабочей среды, расположен на значительном расстоянии от потока рабочей среды, и при низких температурах окружающей среды, а также большой вязкости и влажности рабочей среды, она может застывать или кристаллизоваться, затрудняя закрытие затвора. Кроме того, горизонтальный поршень взаимодействует с затвором через перемещающиеся вертикальный шток, имеющий сравнительно большую длину, и серьгу, в подвижных соединениях которых имеются зазоры, приводящие к снижению точности срабатывания клапана на отсечку.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и надежности работы клапана отсечного.
Указанная техническая задача решается в клапане отсечном, содержащем корпус с входным и выходным штуцерами, седло с затвором, устройство настройки и взвода и пилотный механизм.
Отличием от прототипа является то, что пилотный механизм выполнен в виде корпуса с подпружиненным плунжером, имеющим выступ с криволинейным профилем, и двуплечим рычагом, на одном плече которого имеется криволинейная лунка, контактирующая с криволинейным профилем выступа плунжера с помощью упругого элемента, а на другом плече, а также на затворе, выполнены зацепы с заходными поверхностями, взаимодействующие друг с другом.
Анализ отобранных в результате патентных, информационных и каталожных материалов по клапанам отсечным позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение не известно из уровня техники, то есть является новым. Кроме того, данное устройство не следует явным образом из уровня техники, то есть имеет изобретательский уровень.
В предлагаемой конструкции благодаря тому, что пилотный механизм выполнен в виде корпуса с подпружиненным плунжером, имеющим выступ с криволинейным профилем, и двуплечим рычагом, на одном плече которого имеется криволинейная лунка, контактирующая с криволинейным профилем выступа плунжера с помощью упругого элемента, а на другом плече, а также на затворе, выполнены зацепы с заходными поверхностями, взаимодействующие друг с другом, отсутствует необходимость сбрасывания давления рабочей среды в атмосферу при взводе клапана, и его взвод может выполняться при рабочем давлении. При этом после взвода клапана фиксация затвора в открытом положении обеспечивается автоматически. Кроме того, за счет расположения плунжера с выступом, имеющим криволинейный профиль, и двуплечего рычага с криволинейной лункой и зацепом с заходной поверхностью, в непосредственной близости к потоку рабочей среды, которая всегда имеет положительную температуру, застывания или кристаллизации рабочей среды в этой зоне происходить не будет. При этом плунжер с криволинейным выступом взаимодействует с затвором только через двуплечий рычаг небольшой длины, в соединении которых за счет упругого элемента отсутствуют зазоры. Закрытие затвора происходит при его свободном повороте под действием собственного веса, а также потока рабочей среды, после полного расцепления зацепов двуплечего рычага и затвора. Это позволяет повысить точность и надежность работы клапана отсечного.
Следовательно, предлагаемый клапан отсечной обладает критерием «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид клапана отсечного (разрез) во взведенном (открытом) положении, на фиг. 2 - место А (увеличенное), показывающее взаимное расположение зацепов двуплечего рычага и затвора, а на фиг. 3 - сечение Б-Б.
Клапан отсечной содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, седло 4, затвор 5 с зацепом 6, имеющим заходную поверхность 7, пилотный механизм 8, устройство настройки 9 и взвода (не показано).
Пилотный механизм 8 состоит из корпуса 10 с плунжером И, один конец которого взаимодействует со штоком 24 устройства настройки 9, а другой конец имеет выступ 12 с криволинейным профилем, а также двуплечего рычага 13, установленного на оси 14, на одном плече которого выполнена криволинейная лунка 15, контактирующая с криволинейным профилем выступа 12 плунжера 11 с помощью упругого элемента 16, а на другом плече рычага 13 имеется зацеп 17 с заходной поверхностью 18, взаимодействующий с аналогичным зацепом 6 с заходной поверхностью 7 затвора 5.
Устройство настройки 9 содержит подвижный стакан 19 с пружинами 20, 21, а также регулировочными гайками 22, 23, и шток 24, нагруженный пружинами 20, 21, и взаимодействующий с плунжером 11.
Клапан отсечной работает следующим образом.
Поток рабочей среды с рабочим давлением подается во входную полость клапана отсечного через штуцер 2 и оказывает воздействие на плунжер 11 пилотного механизма 8, создавая силу от рабочего давления, которая через шток 24, устройства настройки 9, а также подвижный стакан 19, будет передаваться на пружины 20, 21. При настойке пружин 20, 21 на рабочее давление, силы от действия рабочего давления и пружин будут уравновешиваться, и плунжер 11 пилотного механизма 8, займет положение, при котором его выступ 12 с криволинейным профилем будет контактировать с центром криволинейной лунки 15 двуплечего рычага 13, прижимаемого к криволинейному профилю выступа 12 плунжера 11 упругим элементом 16. При этом зацеп 17 двуплечего рычага 13 будет находиться в полном зацеплении с аналогичным зацепом 6 затвора 5, фиксируя с помощью упругого элемента 16 затвор 5 в открытом (рабочем) положении.
В случае повышения давления во входной полости клапана плунжер 11 пилотного механизма 8 будет перемещаться вверх, сжимая пружины 20, 21 устройства настройки 9, и за счет взаимодействия криволинейной поверхности выступа 12 плунжера 11 с криволинейной лункой 15 двуплечего рычага 13, двуплечий рычаг 13 будет поворачиваться вокруг оси 14, расположенной в корпусе 10, уменьшая величину зацепления зацепа 17 двуплечего рычага 13 с зацепом 6 затвора 5. При дальнейшем повышении давления до предельно допустимой величины плунжер 11 переместится на величину, обеспечивающую такой поворот двуплечего рычага 13, при котором произойдет полное расцепление зацепа 17 двуплечего рычага 13 с зацепом 6 затвора 5, а, следовательно, и полное освобождение затвора 5. Затвор 5 под собственным весом, а также под действием потока рабочей среды, будет свободно поворачиваться, и садиться на седло 4, перекрывая поток рабочей среды.
Взвод клапана должен производиться после восстановления в нем рабочего давления и его выравнивания до и после затвора 5. Взвод выполняется за счет поворота затвора 5 устройством взвода (не показано) в положение «открыто» и его фиксации в этом положении. При повороте затвора 5 заходная поверхность 7 зацепа 6 затвора 5 будет взаимодействовать с заходной фаской 18 зацепа 17 двуплечего рычага 13 и, преодолевая сопротивление упругого элемента 16, поворачивать двуплечий рычаг 13 вокруг оси 14, расположенной в корпусе 10, до тех пор, пока под действием упругого элемента 16 не произойдет полное зацепление зацепа 6 затвора 5 с зацепом 17 двуплечего рычага 13, обеспечивая фиксацию затвора 5 в открытом положении. Таким образом, клапан отсечной будет взведен.
В случае понижения давления во входной полости клапана отсечного его работа аналогична работе при повышении давления. Отличие будет только в том, что при снижении давления плунжер 11 под действием пружины 21 будет перемещаться вниз, и при взаимодействии криволинейной поверхности выступа 12 плунжера 11 с криволинейной лункой 15 двуплечего рычага 13, двуплечий рычаг 13 также будет поворачиваться вокруг оси 14, расположенной в корпусе 10, уменьшая величину зацепления зацепа 17 двуплечего рычага 13 с зацепом 6 затвора 5, и далее, при снижении давления до предельно допустимой величины, произойдет полное расцепление зацепа 17 двуплечего рычага 13 с зацепом 6 затвора 5, обеспечивая перекрытие затвором 5 потока рабочей среды.
Таким образом, конструкция клапана отсечного удовлетворяет поставленной технической задаче.