КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к предохранительным устройствам пневматической аппаратуры, и предназначена для сброса избыточного давления из герметичных устройств на различных объектах.
Из уровня техники известен предохранительный клапан (Авторское свидетельство №687241, опубликовано: 25.09.1979 г., МПК: F16K 17/00, E21D 23/16), включающий корпус, цилиндрический плунжер, уплотнительное кольцо, самоустанавливающуюся шайбу и пружину, при этом в цилиндрическом плунжере имеется центральный канал. Плунжер выполнен с продольными пазами переменного сечения, связанными с центральным каналом.
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность применения данного решения как концевого устройства, из-за возможности попадания статической и динамической пыли внутрь клапана и, как следствие, подтравливание, из-за неполного закрытия клапана и возможность его заклинивания.
Из уровня техники известен предохранительный клапан (Авторское свидетельство №437870, опубликовано 30.07.974 г., МПК: F16K 17/00, F16K 7/02), содержащий запорный элемент в виде эластичной втулки, натягиваемой на корпус, в свободном состоянии имеющей коническую форму.
К недостаткам данного устройства можно отнести: отсутствие элемента регулировки заданной величины срабатывания предохранительного клапана, а также изменение величины деформации эластичной втулки при перепаде температур окружающей среды от +60° до -60° и как следствие снижение чувствительности предохранительного клапана.
Из уровня техники известен предохранительный клапан (Авторское свидетельство №525826, опубликовано 25.08.1976 г., МПК: F16K 17/00, F16K 7/02), содержащий предохранительный клапан по авт. св. №437870 с корпусом выполненным из двух подвижных одна относительно другой в осевом направлении частей, между которыми установлена пружина.
К недостаткам данного устройства можно отнести следующее: отсутствие элемента регулировки заданной величины срабатывания предохранительного клапана, изменение величины деформации эластичной втулки при перепаде температуры окружающей среды от +60° до -60° и, как следствие снижение, чувствительности предохранительного клапана, для проверки работоспособности предохранительного клапана необходимо механическое воздействие на торец клапана.
Из уровня техники известен предохранительный клапан (Авторское свидетельство №580396, опубликовано 15.11.1977 г., МПК: F16K 17/00), содержащий предохранительный клапан с корпусом и упругой диафрагмой, с размещенной между ними накладкой с внутренним пазом, с резьбовым отверстием, выполненным в корпусе, с установленным в нем регулирующим винтом с кольцевым пояском, входящим в паз накладки.
К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность регулировки величины срабатывания в широком диапазоне величины избыточного давления предохранительного клапана, изменение величины деформации упругой диафрагмы при перепаде температуры окружающей среды от +60° до -60° и, как следствие, снижение чувствительности предохранительного клапана.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому техническому решению является предохранительный клапан (Патент на полезную модель RU №86268, опубликовано 27.08.2009 г., МПК: F16K 17/00), содержащий корпус с центральным отверстием, пружину сжатия, уплотнительный элемент, регулировочный колпачок и вкладыш. В корпусе выполнен уступ и кольцевая канавка, в которой установлен уплотнительный элемент, внутри корпуса помещен вкладыш в виде глухого стакана, один торец которого, увеличенный по диаметру опирается на пружину, установленную между вкладышем и регулировочным колпачком, навинченным на корпус, а другой торец опирается на уплотнительный элемент, причем вкладыш выполнен из фторопласта.
К недостаткам данного устройства можно отнести следующее:
- низкую надежность устройства при контактировании внутренней полости клапана с агрессивной внешней средой, например, морским туманом и т.д.;
- возможность попадания статической и динамической пыли внутрь клапана и, как следствие, подтравливание, из-за неполного закрытия клапана и возможность заклинивания вкладыша в корпусе;
- низкая пропускная способность при аварийном сбросе давления из-за зазора между поверхностями вкладыша и корпуса;
- снижение чувствительности клапана из-за пыли и возможность заклинивания его вкладыша при низкой температуре, например -60°.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в обеспечении надежности работы клапана предохранительного при воздействии агрессивной среды, статической и динамической пыли, высокой пропускной способности при аварийном сбросе давления, стабильной чувствительности клапана и исключения вероятности заклинивания его вкладыша при низкой температуре.
Технический результат достигается тем, что клапан предохранительный содержит корпус с центральным отверстием с уступом и кольцевой канавкой, в которой установлен уплотнительный кольцевой канавкой, в которой установлен уплотнительный элемент, с размещенным внутри корпуса вкладышем в виде глухого стакана, один торец которого, увеличенный по диаметру, опирается на пружину сжатия, установленную между вкладышем и регулировочным колпачком, навинченным на корпус, а другой торец опирается на уплотнительный элемент. При этом клапан предохранительный отличается от прототипа тем, что содержит защитный чехол из эластомерного материала, открытый с нижней и верхней сторон, с патрубком в верхней части, охватывающий поверхность регулировочного колпачка, в которой выполнены радиальные окна, при этом вкладыш выполнен из антифрикционного материала с внешней боковой поверхностью в форме многоугольника с продольными срезами, образующими продольные каналы с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.
При этом радиальные окна регулировочного колпачка выполнены в его цилиндрической поверхности в виде отверстий цилиндрической формы одного диаметра и размещены с определенным шагом в одной плоскости.
1
Защитный чехол выполнен ступенчатой формы, из резины, а внутренний диаметр d его цилиндрического патрубка меньше диаметра d наружной цилиндрической части колпачка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - общий вид клапана предохранительного,
Фиг. 2 - общий вид корпуса,
Фиг. 3 - общий вид вкладыша,
Фиг. 4 - вид А Фиг. 3,
Фиг. 5 - общий вид регулировочного колпачка,
Фиг. 6 - вид Б Фиг. 5,
Фиг. 7 - общий вид защитного чехла.
Клапан предохранительный содержит корпус 1, уплотнительный элемент 2, вкладыш 3, регулировочный колпачок 4, пружину сжатия 5, гайку контрящую 6 и защитный чехол 7 (Фиг. 1).
Корпус 1 (Фиг. 1, 2) выполнен цилиндрическим, с наружными резьбовыми поверхностями 8, 9, разделенными фланцем 10 в форме многоугольника, например, шестиугольника, с размером под стандартный инструмент. Со стороны верхней торцевой поверхности 11 в корпусе выполнен стакан 12 с цилиндрической поверхностью и канавкой 13 в его донной поверхности, образующей уступ 14 цилиндрической формы, с плоской торцевой поверхностью 15 и центральным цилиндрическим отверстием 16 в нем.
Уплотнительный элемент 2 (Фиг. 1, 2) выполнен из эластомерного материала, например резины, торообразной формы. Уплотнительный элемент 2 размещен в канавке 13, выполненной в донной поверхности стакана 12 корпуса 1.
Вкладыш 3 (Фиг. 1, 3, 4) выполнен из антифрикционного материала, например фторопласта, в виде глухого стакана с внутренней цилиндрической поверхностью 17, открытого со стороны нижней торцевой поверхности 18. При этом верхняя торцевая поверхность 19 выполнена с выступом 20 цилиндрической формы. Внешняя боковая поверхность 21 выполнена в форме многоугольника, например шестиугольника, образованного продольными срезами 22, а также может быть образована продольными пазами, например П-образной или дугообразной формы в плане, при этом диаметр D, описывающий многоугольник, соразмерен внутреннему диаметру окружности стакана 12 корпуса 1.
Диаметр внутренней цилиндрической поверхности 17 вкладыша 3 соразмерен диаметру центрального цилиндрического отверстия 16 корпуса 1.
Диаметр окружности D1, вписанной во внешнюю боковую многогранную поверхность 21, больше наружного диаметра пружины сжатия 5.
Нижняя торцевая поверхность 18 (Фиг. 1, 3) вкладыша 3 контактирует с уплотнительным элементом 2, а также с торцевой поверхностью 15 уступа 14 корпуса 1.
Выполнение внешней боковой поверхности 21 (Фиг.3) в форме многоугольника обеспечивает высокую пропускную способность при аварийном сбросе давления, так как общая площадь сегментов, образованных продольными срезами 22 (Фиг. 4) на внешней боковой поверхности 21, больше площади центрального цилиндрического отверстия 16 (Фиг. 2), что является одним из факторов, обеспечивающим высокую пропускную способность при аварийном сбросе давления.
Контактирование боковой поверхности 21 вкладыша 3 с цилиндрической поверхностью стакана 12 (Фиг. 2) осуществляется только ребрами многоугольника, что исключает возможность заклинивания вкладыша в корпусе из-за попадания пыли, а также вероятность заклинивания при низкой температуре, например - 60°C и наличии влажности воздуха или конденсата при перепаде температур, что повышает чувствительность клапана.
Регулировочный колпачок 4 (Фиг. 1, 5) выполнен в виде стакана, открытого со стороны нижней торцевой поверхности 23, с внутренними резьбовой и цилиндрической поверхностями 24, 25. Диаметр внутренней резьбовой поверхности 24 регулировочного колпачка соответствует диаметру наружной резьбовой поверхности 8 корпуса 1.
В цилиндрической поверхности 25 (Фиг. 5) выполнены радиальные окна 26 (Фиг. 5, 6), например, в виде отверстий цилиндрической формы одного диаметра. Радиальные окна 26 выполнены с определенным шагом в одной плоскости.
Донная поверхность 27 (Фиг. 5) регулировочного колпачка 4 выполнена с выступом 28 цилиндрической формы.
Наружная поверхность регулировочного колпачка 4 выполнена ступенчатой, в виде многогранника 29 (Фиг. 5, 6), например шестигранника, в нижней части и в цилиндрической части 30. В верхней части шестигранник выполнен с размером под стандартный инструмент с тангенциальными отверстиями 31 под контровочную проволоку. Радиальные отверстия 26 выполнены в поверхности цилиндра 30 регулировочного колпачка 4.
Диаметр цилиндра 30 (Фиг. 5, 6) наружной поверхности меньше диаметра окружности, вписанной в многоугольник 29.
Общая площадь сквозных радиальных окон 26 соразмерна или больше общей площади продольных срезов 22 (Фиг. 4) внешней боковой поверхности 21 вкладыша 3, представляющей сумму площадей сегментов, что является одним из факторов, обеспечивающим высокую пропускную способность при аварийном сбросе давления.
Пружина сжатия 5 (Фиг. 1) выполнена в виде винтовой пружины сжатия с подогнутыми и сошлифованными крайними витками, для обеспечения максимальной площади контакта с верхней торцевой поверхностью 19 (Фиг. 3) вкладыша 3 и поверхностью дна 27 (Фиг. 5) регулировочного колпачка 4.
Внутренний диаметр пружины сжатия 5 взаимодействует с выступами цилиндрической формы 20, 28 (Фиг. 3, 4) вкладыша 3 и регулировочного колпачка 4.
Гайка контрящая 6 (Фиг. 1) выполнена в виде низкой гайки, например, шестигранной, с тангенциальными отверстиями 32 для контровочной проволоки, при этом диаметр ее описанной окружности соразмерен диаметру описанной окружности многогранника 29 регулировочного колпачка 4.
Защитный чехол 7 (Фиг. 1, 7), содержащий нижнюю часть 33 и верхнюю часть 34, выполнен ступенчатой формы, открытым с нижней и верхней сторон. Со стороны нижней торцевой поверхности 35 защитный чехол 7 выполнен с внутренней кольцевой полостью 36, ограниченной нижним буртиком 37 и верхним буртиком 38, переходящей в цилиндрический патрубок 39 верхней части 34, выполненной с толщиной стенки, меньшей, чем в нижней части 33.
1
Защитный чехол 7 выполнен из эластомерного материала, например, резины, внутренний диаметр d цилиндрического патрубка 39 верхней части 34 меньше диаметра d (Фиг. 6) наружной цилиндрической 30 верхней части колпачка 4, а высота цилиндрического патрубка 39 перекрывает сквозные радиальные отверстия 26 регулировочного колпачка 4.
Выполнение внутренней кольцевой полости 36 (Фиг. 7) с нижним и верхним буртиком 37, 38 обеспечивает фиксацию защитного чехла 7 на торцевых поверхностях многогранника 29 регулировочного колпачка 4 и гайки контрящей 6.
1
Выполнение внутреннего диаметра d цилиндрического патрубка 39 защитного чехла 7 меньше диаметра d наружной цилиндрической 30 верхней части регулировочного колпачка 4 обеспечивает защиту внутренней полости клапана предохранительного от попадания статической и динамической пыли внутрь клапана и, как следствие, подтравливание, из-за неполного закрытия клапана и возможности заклинивания вкладыша в корпусе, а также контакта внутренней полости с агрессивной внешней средой, например морским туманом.
Выполнение радиальных окон 26 (Фиг. 5, 6) в регулировочном колпачке 4 в виде отверстий одного диаметра, размещенных с определенным шагом в одной плоскости, обеспечивает равномерное давление газовой смеси на внутреннюю стенку цилиндрического патрубка 39 (Фиг. 7) защитного чехла 7, с образованием кольцевого зазора между ним и наружной цилиндрической поверхностью 30 (Фиг. 5, 6) регулировочного колпачка 4 для выхода газовой смеси в окружающее пространство.
Диаметр внутренней кольцевой полости 36 (Фиг. 7) соразмерен или больше диаметра окружности выступов многогранников 29 (Фиг. 5, 7) регулировочного колпачка 4 и гайки контрящей 6, а суммарная высота многогранников соразмерна или меньше высоты кольцевой полости 36 (Фиг. 7), что обеспечивает их размещение в данной полости.
Сборка клапана предохранительного осуществляется следующим образом.
В канавке 13 (Фиг. 2) стакана 12 размещают уплотнительный элемент 2, охватывающий уступ 14 цилиндрической формы.
На верхнюю торцевую поверхность 19 уплотнительного элемента 2 (Фиг. 3, 4), охватывающую цилиндрический выступ 20 вкладыша 3, устанавливают вкладыш 3 нижней торцевой поверхностью 18 и пружину сжатия 5.
На наружную резьбовую поверхность 8 (Фиг. 2) корпуса 1 последовательно навинчивают гайку контрящую 6 и регулировочный колпачок 4.
Для обеспечения центрирования цилиндрического выступа 28 (Фиг. 5), выполненного на донной поверхности 27 регулировочного колпачка 4, с внутренним диаметром пружины сжатия 5, центрируют внутреннюю цилиндрическую поверхность 17 (Фиг. 3) вкладыша 3 с центральным цилиндрическим отверстием 16 (Фиг. 2) корпуса 1.
Регулировка диапазона срабатывания клапана предохранительного осуществляется вращением регулировочного колпачка 4 с последующей его контровкой гайкой контрящей 6 и контровочной проволокой (условно не показана), проходящей через одно из тангенциальных отверстий 31 (Фиг. 5) регулировочного колпачка 4 и тангенциальное отверстие 32 (Фиг. 1) гайки контрящей 6.
В процессе эксплуатации при превышении избыточного давления из герметичного устройства на вкладыш 3 выше заданного (то есть превышении усилия пружины сжатия 5), вкладыш 3 перемещается вверх, к регулировочному колпачку 4. При этом образуется зазор между вкладышем 3 и уплотнительным элементом 2, через который происходит выход избыточного количества газовой смеси в продольные каналы, образованные продольными срезами 22 (Фиг. 4) вкладыша 3 и цилиндрической поверхностью стакана 12 (Фиг. 2) корпуса 1, обеспечивающие высокую пропускную способность, и далее в регулировочный колпачок 4.
Усилие пружины сжатия 5 значительно больше силы, необходимой для деформации цилиндрического патрубка 39 (Фиг. 7) защитного чехла 7, охватывающего наружную цилиндрическую верхнюю часть 30 (Фиг. 5, 6) регулировочного колпачка 4, что обеспечивает дальнейший выход газовой смеси в окружающее пространство.
При снижении давления среды устройство работает в обратной последовательности.
Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить надежную работу клапана предохранительного при воздействии агрессивной среды, статической и динамической пыли, высокую пропускную способность при аварийном сбросе давления, стабильную чувствительность клапана и исключение вероятности заклинивания его вкладыша при низкой температуре.