КЛАПАН НИЖНЕГО СПУСКА С ВСТРОЕННЫМ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
BOTTOM DISCHARGE VALVE WITH BUILT-IN PNEUMATIC ACTUATOR

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, широко применяемой в различных областях промышленности, и предлагается к использованию в технологическом процессе в качестве клапана для перекрытия потока суспензий и жидкостей из емкостей.
В литературном источнике авторов Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры», издательство «Машиностроение», Ленинград, 1987, дано описание наиболее распространенных типовых конструкций трубопроводной арматуры, их приводов, основных узлов и деталей. Данные конструкции трубопроводной арматуры в основном предназначены для монтажа в горизонтальном положении. При установке на вертикальных участках, в перекрытом состоянии в входной части арматуры будет образовываться осадок при оседании дисперсной фазы из суспензии. В этом случае для возобновления процесса и протока суспензии потребуется рыхление осадка или удаление его механическим путем. Выполнение этих операций связано с дополнительными трудозатратами и потерей рабочей среды.
Известен клапан нижнего спуска эмалированный фланцевый КА 23149 (15и 47эм), приведенный на стр.78-79 в каталоге «Промышленная трубопроводная арматура», часть I (книга 2), «Клапаны (вентили) запорные из серого чугуна, футерованные коррозионно-стойкими покрытиями, из ковкого чугуна, ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ», Москва, 1989. Его недостатки в том, что, во-первых, рабочий орган управляется вручную. Во-вторых, предусмотрено сальниковое уплотнение, где возникает трение при регулировании положения рабочего органа. При работе с некоторыми веществами по тем или иным причинам наличие сальникового узла неприемлемо.
В ряде случаев при ведении технологического процесса требуется обеспечение дистанционного управления. Системе автоматического управления трубопроводной арматурой посвящен справочник авторов Д.Ф. Гуревич, О.Н. Заринский, С.И. Косых, Ю.Н. Тарасьев, С.Х. Тучинский «Трубопроводная арматура с автоматическим управлением», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1982. Из этого источника следует, что для дистанционного управления трубопроводной арматурой применяют электромоторные, электромагнитные, поршневые пневмо- гидроприводы, мембранные пневмо- и гидроприводы. Из этого перечня применение электромоторного и электромагнитного приводов недопустимо при переработке чувствительных к электрической искре веществ. Гидропривод требует применение дополнительной насосной станции. Недостатком мембранного и сильфонного приводов является ограниченный ресурс работы. Наиболее безопасным и простым в эксплуатации является применение поршневого пневмопривода. По компановке поршневые приводы могут иметь блочную конструкцию в виде отдельного агрегата или быть встроенными в конструкцию арматуры. Последний вариант предпочтительнее, так как в этом случае обеспечивается компактность. На рис.17.2 стр.284 в вышеуказанном источнике приведена задвижка со встроенным приводом двухстороннего действия. Отрицательной стороной данной конструкции является наличие сальникового уплотнения и отсутствие фиксации поршня в заданном положении «закрыто» или «открыто». Наиболее близким по назначению и сути к заявленному изобретению является приведенный на рис.17.6 (стр.287 и описанный на стр.287-288 вышеуказанного справочника поршневой привод двустороннего действия с фиксацией крайних положений шариковыми замками, который принят за прототип.
Следует отметить следующие недостатки этого привода: он приведен отдельно, а не в совокупности с рабочим органом. Усилие от поршней к внутреннему штоку привода передается через ряд промежуточных элементов: цилиндрической и тарельчатой пружин, наружного штока, резьбовую втулку, ряда уплотнений, что усложняет конструкцию. Кроме того, не предусмотрена регулировка точной фиксации внутреннего штока при крайних положениях поршня для обеспечения безлюфтового зафиксированного положения этого штока.
Технической задачей изобретения является разработка клапана нижнего спуска с дистанционно управляемым пневмоприводом, обеспечивающего безопасность и надежность в эксплуатации его.
Технический результат достигается тем, что клапан нижнего спуска с встроенным пневматическим приводом, включает корпус, грибовидный шток, седло, выходной патрубок, сепаратор, поршень рабочий, поршень плавающий замковый, диафрагму, мембрану, причем пневматический привод разделен от проточной части клапана эластичной диафрагмой и защитной металлической мембраной, один из поршней пневматического привода скреплен с грибовидным штоком, другой поршень плавающий и имеющий удлиненную ступицу, в полости которой находится неподвижный сепаратор с двухрядными симметрично расположенными гнездами, при этом в гнездах одноместного ряда находятся по одному шарику, а в гнездах двухместного ряда шарики размещаются попарно, при этом в ступице и на штоке выполнены профильные шарикам канавки с обеспечением взаимодействия с ними шариков в расторможенном и крайних положениях штока, при этом в двухместных гнездах сепаратора при крайних положениях штока формируются шариковые замки в виде шариковых распорок между канавками ступицы и штока, а в одноместных гнездах сепаратора обеспечивается безлюфтовый контакт шариков с профильной канавкой на штоке, а полость между эластичной диафрагмой и защитной металлической мембраной соединена с прозрачным стаканом через центральный канал в штоке.
Сущность изобретения представлена на фиг.1 и фиг.2 соответственно в закрытом и открытом положениях клапана. Клапан включает:
1 - корпус
2 - стакан
3 - поршень рабочий
4 - поршень плавающий замковый
5 - грибовидный шток
6 - сепаратор
7 - шарик
8 - втулка
9 - гайка
10 - седло
11 - выходной патрубок
12 - эластичная диафрагма
13 - защитная металлическая мембрана
14 - прозрачный стакан
15, 16 - штуцеры.
Клапан работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха на открытие клапана в межпоршневую полость А через штуцер 16 (см. фиг.1) срабатывает плавающий замковый поршень 4, перемещаясь вниз до линейного совмещения канавок ступицы с находящимися в гнездах сепаратора 6 шариками 7, которые, западая в канавки ступицы, растормаживают грибовидный шток 5, после чего срабатывает рабочий поршень 3 на открытие клапана нижнего спуска с перераспределением шариков в соседние канавки штока тем самым шарики, западая в канавки штока, растормаживают плавающий замковый поршень 4, который, продолжая перемещение вниз, формирует шариковые замки в виде шариковых распорок между канавками ступицы и штока с его торможением (см. фиг.2). При открытии клапана грибовидная шляпка штока отходит от седла 10 и содержимое емкости через корпус 1, соединенный со стаканом 2, и выходной патрубок 11 направляется потребителю. Закрытие клапана осуществляется подачей сжатого воздуха в полости Б и В через штуцер 15, при этом срабатывание клапана идет в обратном порядке в той же последовательности, что при его открытии: расторможение штока, рабочий ход штока и его торможение. Ступенчатое перемещение поршней ограничено диаметром применяемых шариков. В случае нарушения целостности эластичной диафрагмы 12 рабочая среда попадает в пространство между ним и защитной металлической мембраной 13, проходит по центральному каналу штока в прозрачный стакан 14. Безлюфтовое состояние штока, которое регулируется и фиксируется резьбовой втулкой 8 и гайкой 9, достигается за счет обеспечения плотного контакта шариков в одноместных гнездах сепаратора с профильной канавкой на штоке.
Таким образом обеспечивается в случае аварийного отключения или отсутствия в системе управляющей среды установленное до этого момента положение клапана.
Клапан испытан с положительным результатом при работе с суспензиями кристаллических материалов в условиях опытного химического завода ФГУП «НИИПМ».
Предлагаемый объект обеспечивает безопасную эксплуатацию при работе с текучими веществами благодаря следующим признакам:
- отсутствует контакт перерабатываемого опасного вещества с подвижными элементами устройства;
- обеспечивается дистанционное управление потоком рабочей среды;
- обеспечивается надежная безлюфтовая фиксация при крайних положениях клапана «закрыто» и «открыто»;
- отсутствуют уплотнительные узлы в зоне контакта с рабочей средой;
- обеспечивается контроль целостности эластичной диафрагмы без разборки клапана.