Клапан предохранительный повышенной устойчивости
SAFETY VALVE OF IMPROVED STABILITY

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики и предназначено для защиты от превышения давления газов сверх допустимого в трубопроводах или емкостях и может быть использовано в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами, например для космической техники в наземном испытательном оборудовании.
Известно предохранительное устройство (АС №477276), содержащее корпус с седлом, запорную тарель, демпфирующее устройство, пружину.
Недостатками известного предохранительного устройства являются низкая надежность по точности поддержания расходной характеристики ввиду непостоянной величины силы трения из-за возможного перекоса штока в направляющих поверхностях, состоящих из двух поясов набора фторопластовых сухарей, отсутствие фиксированного направления рабочей пружины приводит к качанию нижнего опорного витка, а следовательно к неравномерному прижатию клапана к седлу, что уменьшает герметичность клапана в закрытом положении, а отсутствие непосредственного демпфирования запорной тарели клапана в процессе работы в расходном режиме (тарель клапана приподнята над седлом на величину рабочего хода) может приводить к неугасающим колебаниям тарели (автоколебаниям) в пределах величины рабочего хода между седлом и шарнирным упором штока, который обладает повышенной инертностью из-за сил трения в сухарях.
Известен предохранительный гидравлический клапан (патент RU №2379567), состоящий из корпуса, запорного элемента, пружины, демпфирующей втулки, регулирующего элемента.
Недостатками известного предохранительного гидравлического клапана являются низкая надежность и возможность неустойчивой работы (автоколебаний) сразу двух клапанов, основного и вспомогательного, в результате отсутствия направления при работе вспомогательного клапана после его отрыва от седла и «качания» опорного витка пружины, а также непостоянной величины силы трения из-за зазора между хвостовиком запорного элемента и демпфирующей втулкой, что вызывает пульсацию давления во внутренней полости основного клапана и, как следствие, вызывает его автоколебания.
Наиболее близким по своим конструктивным особенностям к заявленному клапану является предохранительный клапан смешанного типа («Силовые пневмогидравлические системы» под редакцией чл.-корр. АН СССР В.П. Бармина. М.: Москва, 1965, с. 68, рис. 43) - прототип, включающий в себя корпус с седлом и угловым расположением входного и выходного патрубков, клапан, пружину клапана, поршень, рабочую пружину, регулировочный винт.
Недостатками предохранительного клапана смешанного типа являются:
- низкая надежность работы по герметичности посадки клапана на седло вследствие возможного неполного прилегания клапана к седлу из-за несоосности клапана и поршня, направление которых осуществляется по различным деталям (клапан скользит по поршню, а поршень по корпусу), а также ввиду возможности смещения контактного отпечатка от седла на уплотнителе клапана при последующих закрытиях;
- низкая надежность работы по точности поддержания расходной характеристики из-за высокой силы трения между корпусом и поршнем, который одновременно выполняет роль чувствительного элемента по выходному давлению и опоры рабочей пружины, что приводит к большой разнице между давлением открытия и закрытия клапана (у резиновых уплотнительных колец, обычно, больший гистерезис трения), при этом сам клапан не демпфируется;
- потеря работоспособности клапана из-за выхода из соприкосновения с корпусом уплотнительного элемента поршня (при большой величине подъема);
- неустойчивая работа (автоколебания) из-за недостаточной силы трения между клапаном, поршнем и вспомогательной пружиной.
Задачей технического решения является устранение имеющихся недостатков, а именно повышение надежности работы и устойчивости клапана предохранительного повышенной устойчивости.
Поставленная задача решается тем, что в клапане предохранительном повышенной устойчивости, содержащем корпус с угловым расположением входного и выходного штуцеров и седлом, поршень, подпружиненный клапан, рабочую пружину и регулировочный винт, согласно изобретению, подпружиненный клапан и поршень связаны между собой посредством штифта и взаимодействуют с одной и той же направляющей, выполненной в корпусе клапана, причем между поршнем, в котором выполнены кольцевые канавки под уплотнительные кольца, и подпружиненным клапаном установлен демпфирующий элемент, выполненный в виде втулки, контактирующей с пружиной клапана по наружному диаметру, а поршень размещен в установленной в корпусе полой опоре, на которую опирается рабочая пружина, при этом между боковыми стенками полой опоры и направляющей корпуса размещена втулка из антифрикционного материала, а в месте резьбового соединения корпуса со стаканом зажат кольцевой упор с возможностью его взаимодействия с нижней частью полой опоры.
На чертежах представлена конструкция заявленного устройства:
на фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе;
на фиг. 2 - вид А с фиг. 1.
Клапан предохранительный повышенной устойчивости (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с седлом 2 и ввернутыми в него под углом входным штуцером 3 и выходным штуцером 4, подпружиненного клапана 5 и поршня 6, связанных между собой штифтом 7 (фиг. 2) и взаимодействующих с одной и той же направляющей 8, выполненной в корпусе 1 клапана. Между поршнем 6 с кольцевыми канавками 9, в которых размещены уплотнительные кольца 10, например резиновые, и подпружиненным клапаном 5 установлен демпфирующий элемент 11, выполненный в виде втулки, одновременно контактирующий с пружиной 12 по наружному диаметру. Поршень 6 размещен в установленной в корпусе 1 полой опоре 13, на которую опирается рабочая пружина 14. Между боковыми стенками полой опоры 13 и направляющей 8 корпуса 1 размещена втулка 15, выполненная из антифрикционного материала, например фторопласта. В месте резьбового соединения корпуса 1 со стаканом 16 зажат кольцевой упор 17 с возможностью его взаимодействия с нижней частью полой опоры 13, например, через пяту 18. Во втулку 19, неподвижно закрепленную в стакане 16, вкручен регулировочный винт 20, через шарик 21 и тарель 22, поджимающий рабочую пружину 14, при этом демпфирующий элемент 11 установлен с минимальным зазором (не показан) между пружиной 12, подпружиненным клапаном 5 и поршнем 6.
Описание работы
Настройку клапана предохранительного повышенной устойчивости на заданное давление производят при подаче на вход рабочего тела (РТ) давлением, равным давлению настройки. Регулировочный винт 20 при вращении по часовой стрелке через шарик 21 и тарель 22 сжимает рабочую пружину 14, усилие от которой через полую опору 13 передается на поршень 6, где происходит сравнение усилия от рабочей пружины 14 и силы от входного давления, действующей на поршень 6. Вращение регулировочного винта 20 производят до тех пор, пока подпружиненный клапан 5 не оторвется от седла 2.
Поддержание давления на входе в клапан предохранительный повышенной устойчивости на заданном уровне происходит следующим образом.
Рабочее тело при подаче на вход через входной штуцер 3 попадает в рабочую полость 23 и воздействует на неразгруженную площадь поршня 6.
При увеличении давления на входе выше настроечного поршень 6 сдвигается, преодолевая усилие рабочей пружины 14, и тянет за собой соединенный с ним штифтом 7 подпружиненный клапан 5, который отрывается от седла 2 корпуса 1 и в образующуюся дросселирующую щель происходит сброс РТ через выходной штуцер 4. Давление на входе в предохранительный клапан уменьшается.
При снижении давления на входе в клапан предохранительный повышенной устойчивости до заданного настройкой значения подпружиненный клапан 5 под действием рабочей пружины 14 опускается на седло 2 корпуса 1, дросселирующая щель перекрывается, сброс РТ прекращается.
а
Повышение надежности и стабильности работы клапана предохранительного повышенной устойчивости по точности поддержания расходной характеристики достигается за счет применения демпфирующего элемента 15, выполненного из антифрикционного материала, например фторопласта, обеспечивающего стабильно низкий коэффициент трения при движении полой опоры 13 относительно направляющей 8 корпуса 1; по герметичности посадки клапана на седло - за счет исключения «качания» опорного витка рабочей пружины 14 после отрыва подпружиненного клапана 5 от седла 2, плоско-параллельного перемещения подвижных деталей с последующим равномерным прижатием подпружиненного клапана 5 к седлу 2; по обеспечению работоспособности - в результате постоянного соприкосновения уплотнительных колец 10 с направляющей 8 корпуса 1 за счет применения кольцевого упора 17: размер "" (от уплотнительного кольца 10 до края направляющей 8 корпуса 1) предусмотрен заведомо больше размера "в" (между кольцевым упором 17 и нижней частью полой опоры 13 или пятой 18, как указано на фиг. 1).
Устойчивая работа предохранительного клапана повышенной устойчивости обеспечивается предотвращением колебаний подпружиненного клапана 5 за счет увеличения трения между пружиной 12, подпружиненным клапаном 5 и поршнем 6 посредством демпфирующего элемента 11, выполненного в виде втулки.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность работы и устойчивость клапана предохранительного.