КЛАПАН ОТСЕКАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)
SHUT-OFF VALVE (VARIANTS)

Изобретение относится к запорной трубопроводной арматуре, а именно к клапанам отсекателям, и может быть использовано в газовой, химической и энергетической промышленности в качестве элемента перекрывающего заданное направление потока рабочей среды в трубопроводе.
Наиболее близким к заявленному изобретению является клапан отсекатель, описанный в патенте РФ на полезную модель №56538, который содержит корпус, выполненный из двух половин с сообщающимися полостями, причем в одной половине корпуса установлено седло 2, а в другой половине размещен подвижно закрепленный на ней затвор, и механический привод затвора, содержащий направляющую втулку, с расположенным внутри нее штоком, выполненным с возможностью взаимодействия одним концом с затвором. Данный клапан отсекатель выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком клапана отсекателя прототипа является не достаточная функциональность и эффективность работы вследствие отсутствия полнопроходности клапана, которая обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление клапана, а также отсутствие в клапане функций невозвратного клапана и электромагнитного предохранительного клапана.
Техническим результатом изобретения является создание клапана отсекателя с повышенными функциональностью и эффективностью работы, за счет реализации в одном клапане полнопроходности клапана, которая обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление клапана, а также функций невозвратного клапана и электромагнитного предохранительного клапана, а также за счет использования электромагнитного дублера, содержащего электромагнит с подпружиненным сердечником и датчиком конечного положения сердечника,  который фиксирует нижнее положение сердечника, при этом обеспечивает требуемый контроль над положением сердечника электромагнита, что значительно упрощает конструкцию и снижает вес механического привода клапана по сравнению с двухкатушечными аналогами.
Поставленный технический результат достигнут путем создания клапана отсекателя, содержащего корпус 1, выполненный из двух половин с сообщающимися полостями, причем в одной половине корпуса 1 установлено седло 2, а в другой половине размещен подвижно закрепленный на ней затвор 3, и механический привод, содержащий направляющую втулку 15 с расположенным внутри нее штоком 7, выполненным с возможностью взаимодействия одним концом с затвором 3, а другим концом с фиксатором положения затвора, выполненным в виде электромагнитного дублера, о т л и ч а ю щ е г о с я тем, что механический привод выполнен с возможностью срабатывания при повышении и понижении давления рабочей среды в заданном диапазоне давлений и содержит опорную втулку 18, подпружиненную большой пружиной 6, установленную внутри прижимной крышки 10 и выполненную с возможностью взаимодействия с регулировочной втулкой 9 поджатия пружины, подпружиненной малой пружиной 17, установленной внутри опорной втулки 18 и выполненной с возможностью взаимодействия со штоком 7, который выполнен с возможностью взаимодействия одним концом с электромагнитом 11, а другим концом через поршень 22 с плунжером 13, который установлен в направляющей втулке 15 и выполнен с возможностью взаимодействия с поворотным рычагом 12, который выполнен с возможностью удерживания затвора 3 в открытом положении; электромагнитный дублер выполнен с возможностью втягивания или нажимания на шток 7; прижимная крышка 10 и регулировочная втулка 9 выполнены с возможностью перемещения пользователем, при этом регулировки поджатия большой и малой пружин 6 и 17, и тем самым настройки верхнего и нижнего пределов срабатывания механического привода для заданного диапазона давлений рабочей среды;
- затвор 3 выполнен с возможностью перемещения между двумя положениями, закрытым положением при котором затвор 3 прижат к седлу 2 и перекрывает поток рабочей среды, и открытым положением, при котором затвор 3 удерживается механическим приводом и не перекрывает поток рабочей среды;
- ручной привод затвора содержит установленную в корпусе 1 приводную ось 23, к которой с внешней стороны корпуса 1 прикреплена рукоятка 4, выполненная с возможностью вращения пользователем, а с внутренней стороны корпуса 1 прикреплен приводной рычаг 24, выполненный с возможностью приведения затвора 3 в рабочее положение посредством вращения пользователем рукоятки 4;
- переключатель 8 установлен на корпусе 1 и выполнен в виде винта с возможностью установки пользователем в три положения, при этом в среднем положении - освобождения штока, в повернутом по часовой стрелке положении - фиксации штока 7 в открытом положении, в повернутом против часовой стрелки положении - фиксации штока 7 в закрытом положении.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  затвор 3 содержит тарелку 19 с установленными на ней элементами уплотнения, кронштейнами 16, выполненными с возможностью соединения с механическим приводом, и средство крепления к корпусу на поворотной затворной оси 21.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя плунжер 13 соединен с рычагом 12 посредством шарнирного соединения, выполненного в виде плунжерной оси 14, а рычаг 12 соединен с корпусом 1 посредством рычажной оси 20 и имеет Т-образный выступ, выполненный с возможностью зацепления за кронштейны 16 затвора 3, при этом удерживая затвор 3 в открытом положении.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  электромагнитный дублер содержит электромагнит 11 с обмотками и сердечником, силовую пружину и электронную плату управления, установленные в едином взрывозащищенном корпусе.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  максимальное давление срабатывания клапана отсекателя настраивают пользователем с помощью большой пружины 6 и прижимной крышки 10, при этом закручивают или выкручивают прижимную крышку 10, тем самым уменьшая или увеличивая поджатие большой пружины 6.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя минимальное давление срабатывания заявленного клапана отсекателя настраивают пользователем с помощью малой пружины 17 и регулировочной втулки 9, при этом закручивают или выкручивают регулировочную втулку 9, тем самым уменьшая или увеличивая поджатие малой пружины 17.
Поставленный технический результат также достигнут путем создания клапана отсекателя, содержащего корпус 1, выполненный из двух половин с сообщающимися полостями, причем в одной половине корпуса 1 установлено седло 2, а в другой половине размещен подвижно закрепленный на ней затвор 3, и механический привод, содержащий направляющую втулку 15 с расположенным внутри нее штоком 7, выполненным с возможностью взаимодействия одним концом с затвором 3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что механический привод выполнен с возможностью срабатывания при повышении и понижении давления рабочей среды в заданном диапазоне давлений и содержит опорную втулку 18, подпружиненную большой пружиной 6, установленную внутри прижимной крышки 10 и выполненную с возможностью взаимодействия с регулировочной втулкой 9 поджатия пружины, подпружиненной малой пружиной 17, установленной внутри опорной втулки 18 и выполненной с возможностью взаимодействия со штоком 7, а другим концом через поршень 22 с плунжером 13, который установлен в направляющей втулке 15 и выполнен с возможностью взаимодействия с поворотным рычагом 12, который выполнен с возможностью удерживания затвора 3 в открытом положении; прижимная крышка 10 и регулировочная втулка 9 выполнены с возможностью перемещения пользователем, при этом регулировки поджатия большой и малой пружин 6 и 17, и тем самым настройки верхнего и нижнего пределов срабатывания механического привода для заданного диапазона давлений рабочей среды;
- затвор 3 выполнен с возможностью перемещения между двумя положениями, закрытым положением при котором затвор 3 прижат к седлу 2 и перекрывает поток рабочей среды, и открытым положением, при котором затвор 3 удерживается механическим приводом и не перекрывает поток рабочей среды;
- ручной привод затвора содержит установленную в корпусе 1 приводную ось 23, к которой с внешней стороны корпуса 1 прикреплена рукоятка 4, выполненная с возможностью вращения пользователем, а с внутренней стороны корпуса 1 прикреплен приводной рычаг 24, выполненный с возможностью приведения затвора 3 в рабочее положение посредством вращения пользователем рукоятки 4;
- переключатель 8 установлен на корпусе 1 и выполнен в виде винта с возможностью установки пользователем в три положения, при этом в среднем положении - освобождения штока, в повернутом по часовой стрелке положении - фиксации штока 7 в открытом положении, в повернутом против часовой стрелки положении - фиксации штока 7 в закрытом положении.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  затвор 3 содержит тарелку 19 с установленными на ней элементами уплотнения, кронштейнами 16, выполненными с возможностью соединения с механическим приводом, и средство крепления к корпусу на поворотной затворной оси 21.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  плунжер 13 соединен с рычагом 12 посредством шарнирного соединения, выполненного в виде плунжерной оси 14, а рычаг 12 соединен с корпусом 1 посредством рычажной оси 20 и имеет Т-образный выступ, выполненный с возможностью зацепления за кронштейны 16 затвора 3, при этом удерживая затвор 3 в открытом положении.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  максимальное давление срабатывания клапана отсекателя настраивают пользователем с помощью большой пружины 6 и прижимной крышки 10, при этом закручивают или выкручивают прижимную крышку 10, тем самым уменьшая или увеличивая поджатие большой пружины 6.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  минимальное давление срабатывания заявленного клапана отсекателя настраивают пользователем с помощью малой пружины 17 и регулировочной втулки 9, при этом закручивают или выкручивают регулировочную втулку 9, тем самым уменьшая или увеличивая поджатие малой пружины 17.
В предпочтительном варианте осуществления клапана отсекателя  опорную втулку 18 установлена защитная крышка 25.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг. 1. Вид в переднем разрезе клапана отсекателя с электромагнитным дублером, выполненный согласно изобретению.
Фиг. 2. Общий вид плунжера и рычага клапана отсекателя, выполненный согласно изобретению.
Фиг. 3. Общий вид клапана отсекателя с электромагнитным дублером, выполненный согласно изобретению.
Фиг. 4. Общий вид затвора клапана отсекателя, выполненный согласно изобретению.
Фиг. 5. Вид в переднем разрезе клапана отсекателя без электромагнитного дублера, выполненный согласно изобретению.
Элементы:
1 – корпус;
2 – седло;
3 – затвор;
4 – рукоятка;
5 – байпас;
6 – большая пружина;
7 – шток;
8 – переключатель;
9 – регулировочная втулка;
10 – прижимная крышка;
11 – электромагнит;
12 – рычаг;
13 – плунжер;
14 – плунжерная ось;
15 – направляющая втулка;
16 – кронштейны;
17 – малая пружина;
18 – опорная втулка;
19 – тарелка;
20 – рычажная ось;
21 – затворная ось;
22 – поршень;
23 – приводная ось;
24 – приводной рычаг;
25 – защитная крышка.
Рассмотрим более подробно вариант выполнения заявленного клапана отсекателя с электромагнитным дублером (Фиг. 1 - 4) и вариант без электромагнитного дублера (Фиг. 2, 4, 5). Корпус 1 клапана отсекателя состоит из двух половин (полукорпусов) с входным и выходным каналами, запорного органа, перекрывающего выходной канал и механического привода затвора, осуществляющего установку поворотного запорного органа в рабочее положение.
В качестве запорного органа используют затвор 3, который содержит тарелку 19 с установленными на ней элементами уплотнения с седлом 2, кронштейнами 16 фиксации в рабочем положении и средство крепления к корпусу 1 на поворотной затворной оси 20.
Механический привод позволяет срабатывать при повышении и понижении давления рабочей среды в заданном диапазоне давлений рабочей среды.
Механический привод представляет собой систему рычагов, поршней и пружин, которые фиксируют затвор 3 во взведенном положении и высвобождают его при повышении или понижении давления в заданном диапазоне давлений рабочей среды. Настройку верхнего и нижнего предела давлений срабатывания механического привода осуществляют с помощью системы, состоящей из двух пружин: большой пружины 6 и малой пружины 17. Большая пружина 6 отвечает за регулировку верхнего предела срабатывания механического привода, а малая пружина 17 отвечает за регулировку нижнего предела срабатывания механического привода.
Затвор 3 в взведенном (открытом) положении фиксируют двумя кронштейнами 16, установленными на тарелке 3 и рычагом 12 с Т-образным выступом, установленным в верхней части корпуса 1 и соединенным с плунжером 13 плунжерной осью 14, а с корпусом 1 рычажной осью 20.
Плунжер 13 установлен в направляющей втулке 15 с минимальным зазором, либо с уплотнительными элементами.
При превышении давления рабочей среды в корпусе 1 происходит линейное перемещение плунжера 13 вверх, что приводит к повороту рычага 12 и выходу Т-образного выступа из зацепления с затвором 3.
При понижении давления рабочей среды в корпусе 1 происходит линейное перемещение поршня 22 вниз, под действием усилия малой пружины 17, что приводит к повороту рычага 12 и выходу Т-образного фиксатора из зацепления с затвором 3.
Система регулировки нижнего и верхнего пределов срабатывания механического привода состоит из опорной втулки 18, прижимной крышки 10, регулировочной втулки 9, большой пружины 6 и малой пружины 17. Для регулировки предела срабатывания большой пружины 6, ее поджатие увеличивают или уменьшают, за счет закручивания или выкручивания пользователем прижимной крышки 10.  Для регулировки предела срабатывания малой пружины 17, ее поджатие увеличивают или уменьшают, за счет закручивания или выкручивания пользователем регулировочной втулки 9. Данная система устанавливает шток 7 и связанный с ним плунжер 13 в равновесное положение, при этом компенсирует давление рабочей среды в корпусе 1 и усилие блока пружин 6 и 17.
Для взвода затвора 3 и перевода заявленного клапана отсекателя в рабочее положение используют рукоятку 4, которая установлена на корпусе 1, на приводной оси 23, которая соединена с приводным рычагом 24.
Заявленный клапан отсекатель изготавливают в двух исполнениях: механическом исполнении, в котором механический привод срабатывает только от повышения или понижения давления рабочей среды внутри корпуса 1; в исполнении с элетромагнитным дублером, в котором механический привод срабатывает от повышения или понижения давления внутри корпуса 1, а также принудительно по сигналу от системы управления.
Электромагнитный дублер содержит электромагнит 11 с обмотками и сердечником, силовую пружину и электронную плату управления, установленные в едином взрывозащищенном корпусе.
Возможны два состояния электромагнитного дублера.
Первое состояние электромагнитного дублера - нормально закрытое. В первом состоянии электропитание на электромагнитный дублер подают постоянно, сердечник втянут и сжимает силовую пружину. При отключении электропитания электромагнита 11 силовая пружина разжимается и сердечник ударяет по штоку 7, при этом перемещает вниз шток 7, который перемещает плунжер 13, который проворачивает рычаг 12 и размыкает зацепление с затвором 3.
Второе состояние электромагнитного дублера - нормально открытое. Во втором состоянии электропитание на электромагнитный дублер не подают, сердечник опущен вниз и не сжимает силовую пружину. При подаче электропитания электромагнит 11 втягивает сердечник, при этом сжимает силовую пружину, сердечник давит на шток 7, при этом перемещает вниз шток 7, который перемещает плунжер 13, который проворачивает рычаг 12 и размыкает зацепление с затвором 3.
На фиг. 5 представлен вариант выполнения заявленного клапана отсекателя без электромагнитного дублера. В данном варианте вместо электромагнитного дублера на опорную втулку 18 установлена защитная крышка 25. Данный вариант обладает повышенными функциональностью и эффективностью работы, за счет реализации в одном клапане полнопроходности клапана, которая обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление клапана, а также функций невозвратного клапана.
Заявленный клапан отсекатель работает в трёх режимах.
В первом режиме заявленный клапан отсекатель работает следующим образом. Переключатель 8 находится в среднем положении. Заявленный клапан отсекатель работает как нормально закрытый и пропускает рабочую среду через седло 2, установленное в корпусе 1.
Если давление рабочей среды в корпусе 1 (давление в трубопроводе) находится в заданных пределах и на электромагнит 11 подано напряжение, тогда заявленный клапан отсекатель открыт: затвор 3 поднят и зафиксирован, рабочая среда проходит через корпус 1 в любом направлении. Рукоятка 4 установлена в вертикальное положение, байпас 5 закрыт.
При изменении давления рабочей среды выше заданного шток 7 поднимается под действием давления рабочей среды и затвор 3 освобождается от фиксации в поднятом положении. Под действием силы тяжести и давления рабочей среды затвор 3 прижимается к седлу 2.
Максимальное давление срабатывания заявленного клапана отсекателя настраивают с помощью большой пружины 6 и прижимной крышки 10.
При изменении давления рабочей среды выше заданного шток 7 опускается под действием малой пружины 17 и освобождает затвор 3 от фиксации. Под действием силы тяжести и давления рабочей среды затвор 3 прижимается к седлу 2.
Минимальное давление срабатывания заявленного клапана отсекателя настраивают с помощью малой пружины 17 и регулировочной втулки 9.
При прекращении подачи электропитания на электромагнит 11 шток 7 опускается под действием массы якоря, при этом затвор 3 освобождается от фиксации. Под действием силы тяжести и давления рабочей среды затвор 3 прижимается к седлу 2.
Если давление рабочей среды в корпусе 1 (давление в трубопроводе) выше или ниже заданных (настроенных) значений или на электромагните 11 пропало электропитание, то заявленный клапан отсекатель автоматически переходит в закрытое состояние: затвор 3 прижат к седлу 2, отсутствует поток рабочей среды в направлении потока, рукоятка 4 установлена в вертикальное положение, байпас 5 закрыт.
Для открытия заявленного клапана отсекателя необходимо выполнить следующие операции. Открыть байпас 5 для выравнивания внутри заявленного клапана отсекателя давления в заданных пределах. Подать электропитание на электромагнит 11. Повернуть рукоятку 4 в горизонтальное положение, после чего клапан откроется. Закрыть байпас 5. Повернуть рукоятку 4 в вертикальное положение, после чего клапан открыт и готов к работе в первом режиме.
Во втором режиме заявленный клапан отсекатель работает следующим образом. Переключатель 8 повернут по часовой стрелке. Шток 7 зафиксирован в открытом положении. Автоматическое переключение состояния заявленного клапана не возможно.
В третьем режиме заявленный клапан отсекатель работает следующим образом. Переключатель 8 повернут против часовой стрелки, при этом шток 7 зафиксирован в закрытом положении, а затвор 3 не зафиксируован в верхнем положении. Если байпас 5 закрыт, тогда заявленный клапан не пропускает рабочую среду.
Хотя описанный выше вариант выполнения заявленного изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.