КЛАПАН ЗАПОРНО-СКОРОСТНОЙ

Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности к запорным элементам цистерн, например вагонов-цистерн и контейнеров-цистерн.
Для наполнения и опорожнения вагонов-цистерн, перевозящих сжиженные углеводородные газы, используется комплект арматуры, состоящий из скоростного клапана, устанавливаемого изнутри цистерны, и запорного клапана устанавливаемого снаружи.
В качестве запорного клапана в данном комплекте используется кран шаровой угловой, содержащий корпус с внутренней полостью, к которой примыкают входной и выходной патрубки для рабочей среды, неметаллические седла со сферической уплотнительной поверхностью, одно из седел поджато двумя тарельчатыми пружинами, расположенный во внутренней полости металлический шаровой затвор с проходным выходным отверстием, снабженный средством для перемещения (Свидетельство Российской Федерации на полезную модель №12446, 1999 г., по кл. МПК F16K 5/06).
В качестве скоростного клапана в данном комплекте используется клапан, содержащий цилиндрический корпус с опорным кольцом, верхнюю муфту с седлом, уплотнительная поверхность которого выполнена конусной, и содержащем проточку с возможностью установки в ней прокладки, перемещающийся внутри корпуса ползун с направляющими перьями и золотником с тороидальной или сферической уплотнительной поверхностью, с двумя проточками на уплотнительной поверхности, выполненных под углом параллельно уплотнительной конической поверхности седла, в частном случае прямоугольного сечения, «мягкую» прокладку, поджимаемую к ним корпусом, и, в отдельных исполнениях, нижнюю муфту (Свидетельство Российской Федерации на полезную модель №26096, 2002 г., по кл. МПК F16K 1/12).
На контейнер-цистернах используются запорные клапаны, объединяющие в своей конструкции одновременно скоростной клапан и клапан запорный. Например, запорный клапан для контейнера-цистерны, состоящий из: составного корпуса с присоединительными фланцами - первый для присоединения к патрубку, второй, расположенный посередине корпуса, для присоединения к цистерне, имеющего дополнительные резьбовые отверстия для присоединения фланца сменного патрубка, присоединяемого после аварийного разрушения корпуса по кольцевой проточке, с боковыми отверстиями для шпинделей ручных приводов, с кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности возле укрепляемого на цистерне фланца; сменного патрубка с резьбой на конце и фланцем, который имеет возможность стыковаться как с концом корпуса, так и с фланцем на месте отрыва корпуса после аварии; трех последовательно установленных запорных органов с независимыми друг от друга ручными приводами: внутреннего клапанного типа, наружного шарового и дополнительного в виде заглушки, накручиваемой на резьбу патрубка; ручных приводов внутреннего и шарового запорных органов, при этом внутренний запорный орган выполнен составным, состоящим из основного, подпружиненного на открытие, и пилотного, подпружиненного на закрытие и соосно соединенного со штоком, взаимодействующим с механизмом преобразования вращательного движения привода в поступательное движение штока (Свидетельство Российской Федерации на изобретение №2289052, 2004 г., по кл. МПК F16K 27/07, F16K 39/02, F16K 31/52).
Однако применение в данном комплекте скоростного клапана имеет недостаток: при возникновении аварийной ситуации, когда вагон-цистерна падает на бок и запорный клапан срывает с места его крепления - происходит выброс продукта в окружающую среду, при этом не происходит срабатывания скоростного клапана из-за того, что он предназначен для работы только в вертикальном положении.
Задачей полезной модели является: создание конструкции запорно-скоростного клапана, при которой запорный орган расположен внутри вагона-цистерны, обеспечивая герметичность относительно внешней среды при аварийной ситуации, с возможностью управления им снаружи вагона-цистерны; создание универсальной конструкции для применения на вагонах-цистернах с различной толщиной крышки люка; уменьшение гидравлического сопротивления конструкции; создание конструкции, имеющей возможность перекрытия потока продукта при возникновении пожара при осуществлении операции налива (или слива) продукта в вагон-цистерну; обеспечение удобства использования при эксплуатации.
Поставленная задача решается:
- созданием конструкции запорно-скоростного клапана, имеющей две составные части, имеющие разное функциональное назначение, и крепление их к крышке люка вагона-цистерны по отдельности - снаружи и изнутри вагона-цистерны, что позволяет управлять запорно-скоростным клапаном, за счет расположения органов управления снаружи вагон-цистерны, а в аварийной ситуации, а именно, при срыве верхней части запорно-скоростного клапана при падении вагона-цистерны, сохранять герметичность вагона-цистерны относительно внешней среды, за счет расположения запорного органа запорно-скоростного клапана изнутри вагона-цистерны;
- применением в конструкции запорно-скоростного клапана разборного штока с возможностью регулировки длины, что позволяет при необходимости обеспечить его настройку под вагоны-цистерны с различной толщиной крышки люка;
- применением в конструкции запорно-скоростного клапана дистанционной втулки, расположенной между основным запорным органом и пружиной, что позволяет освободить самое узкое проходное сечение в запорно-скоростном клапане, разместив пружину в части корпуса запорно-скоростного клапана имеющей расширение, что в свою очередь снижает гидравлическое сопротивление всего запорно-скоростного клапана в целом;
- созданием конструкции запорно-скоростного клапана, позволяющей фиксировать рукоятку в положении «открыто» легкоплавким элементом, который расплавляется при пожаре, при этом под действием пружины установленной под основной запорный орган запорно-скоростного клапана, последний переходит в положение «закрыто» и перекрывает поток продукта, исключая возможность попадания продукта в открытое пламя и тем самым снижая тяжесть возможных последствий аварии;
- применением конструкции запорно-скоростного клапана с рукояткой расположенной вертикально в положении «закрыто» и обеспечивающей открытие запорного органа при повороте, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки, что обеспечивает удобство использования запорно-скоростного клапана при эксплуатации за счет наличия выбора направления поворота, исходя из условий окружающей обстановки вокруг запорно-скоростного клапана.
Запорно-скоростной клапан представлен на фиг.1 и 2, где:
1 - пружина, 2 - втулка, 3 - уплотнительное кольцо, 4 - золотник, 5 - уплотнительное кольцо, 6 - дистанционная втулка, 7 - шток, 8 - пружина, 9 - втулка, 10 - пята, 11 - шплинт, 12 - рукоятка, 13 - шпиндель, 14 - кулачок, 15 - запорный клапан вагона-цистерны, 16 - корпус, 17 - крышка люка вагона-цистерны, 18 - корпус, 19 - дроссельная канавка, 20 - ограничитель, 21 - легкоплавкий элемент, 22 - боковое отверстие, 23 - входное отверстие, 24 - выходное отверстие, 25 - входное отверстие, 26 - боковое выходное отверстие.
Запорно-скоростной клапан, состоит из двух частей: верхней, установленной и закрепленной на крышке люка 17 снаружи вагона-цистерны - предназначенной для управления запорным органом, имеющей корпус 16 с входным и выходным отверстиями 23 и 24 соответственно, расположенными на одной оси и боковым отверстием 22 для шпинделя ручного привода, шпиндель 13 с кулачком 14 и рукоятку 12; и нижней части, установленной и закрепленной к крышке люка 17 изнутри вагона-цистерны - предназначенной для перекрытия потока продукта, имеющей корпус 18 с входным отверстием 25, расположенным на одной оси с входным и выходным отверстиями 23 и 24 корпуса 16 верхней части запорно-скоростного клапана и несколькими боковыми выходными отверстиями 26, составной запорный орган, состоящий из основного запорного органа (золотника 4 с уплотнительным кольцом 5) - подпружиненного на открытие, и пилотного запорного органа (втулки 2 с уплотнительным кольцом 3) - подпружиненного на закрытие, соосно соединенный со штоком 7, взаимодействующим через кулачок 14 со шпинделем 13 верхней части запорно-скоростного клапана.
При монтаже запорно-скоростного клапана на крышку люка вагона-цистерны 17 после установки нижней части запорно-скоростного клапана производят регулировку длины штока (из-за отличия размера А у разных типов вагонов-цистерн). Для этого измеряется величина выступания пяты 10 над поверхностью крышки люка вагона-цистерны 17, после чего снимается втулка 9 с пятой 10 и шплинтом 11. Снимается шплинт 11 и пята 10 либо вворачивается, либо выворачивается из втулки 9 на необходимую величину, затем шплинт 11 устанавливается обратно и втулка 9 одевается на шток 7. После регулировки длины штока на крышку люка вагона-цистерны 17 крепиться верхняя часть запорно-скоростного клапана.
Запорно-скоростной клапан работает следующим образом: при повороте рукоятки 12, независимо по часовой стрелке или против, до ограничителя поворота 20 и фиксации ее легкоплавким элементом 21, поворачивается шпиндель 13 и с помощью кулачка 14, через пяту 10 и втулку 9 опускает шток 7, при этом опускается втулка 2 с уплотнительным кольцом 3 (пилотный запорный орган), сжимается пружина 1, дроссельная канавка 19 штока 7 перемещается вниз, происходит разгерметизация запорно-скоростного клапана и начинается перетекание продукта - запорно-скоростной клапан открыт частично. При выравнивании давления над и под золотником 4 пружина 8, воздействуя через дистанционную втулку 6, опускает золотник 4 с уплотнительным кольцом 5 (основной запорный орган) - запорно-скоростной клапан полностью открыт. При увеличении расхода до величины не предусмотренной эксплуатацией клапана, возникает перепад давления над и под золотником 4, обеспечивающий усилие большее чем усилие создаваемое пружиной 8, и золотник 4 перекрывает поток продукта, возвращаясь в положение «закрыто». Небольшое количество продукта продолжает сбрасываться через дроссельную канавку 19 штока 7 - запорно-скоростной клапан закрыт частично. При снятии фиксации легкоплавким элементом рукоятка 12 за счет усилия пружины 1 поворачивается в положение «закрыто», при этом поворачивается шпиндель 13 с кулачком 14, шток 7 совместно с втулкой 2 и уплотнительным кольцом 3 перемещается вверх, дроссельная канавка 19 штока 7 занимает исходное положение - запорно-скоростной клапан полностью закрыт.
На ряду со штатной работой запорно-скоростной клапан предназначен для работы в аварийных ситуациях, возникающих при эксплуатации вагонов-цистерн, и снижает уровень вредного воздействия на окружающую среду и обслуживающий персонал при их возникновении:
- при аварийном падении вагона-цистерны и срыве верхней части запорно-скоростного клапана выброса продукта в окружающую среду не произойдет, так как затвор запорно-скоростного клапана расположен изнутри вагона-цистерны и находится в положении «закрыто».
- при возникновении пожара на сливо-наливной эстакаде и охвате вагона-цистерны огнем, плавится легкоплавкий элемент 21 и перестает удерживать рукоятку 12 в положении «открыто», под воздействием пружины 1 запорно-скоростной клапан возвращается в положение «закрыто», исключая возможность попадания продукта в открытое пламя, тем самым, снижая тяжесть возможных последствий аварии.
Предложенная конструкция позволяет:
- обеспечить управление запорно-скоростным клапаном снаружи вагона-цистерны, при этом сохранять герметичность вагона-цистерны относительно внешней среды в аварийной ситуации, а именно, при срыве верхней части запорно-скоростного клапана при падении вагона-цистерны, за счет создания конструкции запорно-скоростного клапана, состоящей из двух частей, имеющих разное функциональное назначение, и крепление их к крышке люка вагона-цистерны по отдельности - снаружи и изнутри вагона-цистерны;
- обеспечить применение запорно-скоростного клапана для вагонов-цистерн с различной толщиной крышки люка, за счет использования в конструкции запорно-скоростного клапана разборного штока с возможностью регулировки длины;
- снизить гидравлическое сопротивление запорно-скоростного клапана при применении дистанционной втулки, расположенной между основным запорным органом и пружиной, за счет размещения пружины в части корпуса запорно-скоростного клапана, имеющей расширение и освобождения самого узкого проходного сечения в запорно-скоростном клапане;
- обеспечить перекрытие потока продукта в случае возникновения пожара на сливо-наливной эстакаде в момент проведения операций по наливу (или сливу) вагона-цистерны за счет создания конструкции запорно-скоростного клапана с подпружиненным на закрытие основным запорным органом и фиксирования рукоятки в положении «открыто» легкоплавким элементом;
- обеспечить удобство использования запорно-скоростного клапана при эксплуатации за счет наличия выбора направления поворота, исходя из условий окружающей обстановки вокруг запорно-скоростного клапана в силу применения в конструкции запорно-скоростного клапана рукоятки, расположенной вертикально в положении «закрыто» и обеспечивающей открытие запорного органа при повороте, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.