Клапан поддержания давления

Полезная модель относится к газовой промышленности.
СТО Газпром 2-3.5-454-2010 «Правила эксплуатации магистральных газопроводов» требует оснащения системой резервирования импульсного газа запорной арматуры линейных частей магистральных газопроводов, а также на узлах подключения компрессорной станции (п. 5.7.14).
Полезная модель предназначена для работы в системе резервирования импульсного (управляющего) газа исполнительных механизмов трубопроводной арматуры (ТПА).
Полезная модель позволяет поддерживать необходимое для нормального функционирования исполнительных механизмов ТПА давление импульсного газа на входе в исполнительный механизм без присутствия человека, путем:
- автоматического переключения подачи импульсного газа с приоритетной магистрали на резервную магистраль при падении давления питания приоритетной подачи импульсного газа, ниже необходимого (настраиваемого) порогового значения;
- автоматического переключения подачи импульсного газа с резервной магистрали на приоритетную магистраль при повышении давления питания приоритетной подачи импульсного газа выше необходимого (настраиваемого) порогового значения.
Известно множество устройств исполнительных механизмов ТПА. В основном это запорная арматура (http://ru.wikipedia.org). К запорной арматуре относят краны, задвижки, вентили, клапаны. Запорная арматура это устройства для открытия и закрытия потока жидкостей или газов в трубопроводах, газопроводах, резервуарных патрубках, сливных и других распределительных устройствах. В зависимости от конструкции запирающего элемента и назначения запорная арматура подразделяется на огромное количество видов задвижек, кранов, клапанов, вентилей. Недостатком всех известных аналогов, которые используются в настоящее время, является то, что они не предназначены для автоматического, при необходимости, переключения подачи импульсного газа с приоритетной магистрали на резервную и наоборот с резервной на приоритетную, поэтому требуется наличие персонала для такого переключения. Данная проблема усугубляется большими расстояниями между переключателями и большим количеством переключателей в обвязке компрессорной станции и узлов подключения КС к магистральному трубопроводу.
В трубопроводах систем высокого давления обычно для переключения используют краны распределители, подразделяемые по конструкции запорного элемента на золотниковый и клапанный типы. Распределители клапанные более надежны в эксплуатации, чем золотниковые и наиболее эффективно используются в гидрозамках, в быстроразъемных соединениях трубопроводов и рукавов. Они имеют высокую герметичность, которая в основном обеспечивается за счет конструкции запорного элемента, который конструктивно может быть выполнен в виде шара, конуса или цилиндрической втулки. Основным недостатком данных распределителей при работе в условиях повышенного давления и расхода рабочей среды является приложение больших усилий к запорному элементу при переключении (К.М. Холин, О.Ф. Никитин. Основы гидравлики и объемные гидроприводы. М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 99-104). Кроме того клапанные распределители при тех же самых расходах жидкости более громоздки и значительно больше по массе, чем золотниковые. Клапаны обладают резкой посадкой на седло, и это свойство может приводить к возникновению гидравлических ударов в гидросистемах, а в пневматических системах приводят к быстрому износу седла клапана.
В качестве прототипа выбран патент РФ 2217637 клапана-распределителя, содержащего корпус с входным и выходным отверстиями, седла клапана, запорный элемент, выполненный в виде полой цилиндрической втулки и соединенный с приводом, и что запорный элемент снабжен выступами, выполненными на его наружной поверхности в плоскости поперечного сечения и контактирующими с внутренней поверхностью корпуса, а торцевые поверхности запорного элемента и седел клапана выполнены в виде обратных усеченных конусов, кроме того, указанные выступы расположены по торцам запорного элемента, и может быть снабжен опорными втулками, размещенными внутри полой цилиндрической втулки с обеих ее сторон, снабженными уплотнителями по их внешним сторонам, при этом опорные втулки жестко закреплены относительно корпуса.
Недостатком прототипа является невозможность переключения с приоритетной магистрали на резервную магистраль при достижении необходимого (настраиваемого) порогового значения
Технический результат достигается за счет выполнения клапана поддержания давления комбинированным, с запорным элементом клапанного типа для открытия-закрытия приоритетного входа и запорным элементом резервного входа золотникового типа.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - Продольный разрез общего вида клапана при работе с приоритетного входа;
на фиг. 2 - Положение элементов при давлении среды приоритетного потока больше 2,5 МПа;
на фиг. 3 - Положение элементов при давлении среды приоритетного потока меньше 2,5 МПа;
На Фиг 1 показано устройство клапана. Цифрами показаны:
- Корпус основной 1
- Корпус промежуточный 2
- Крышка корпуса 3
- Болт стяжной 4
- Кольца уплотнительные 5
- Уплотнение штока-поршня 6
- Шток-поршень 7
- Затвор подвижный 8 с уплотнением
- Седло затвора 9
- Штуцер выхода газа 10
- Штуцер приоритетного входа газа 11
- Осерадиальный затвор 12
- Стопорные кольца 13
- Седла осерадиального затвора 14
- Штуцер резервного входа газа 15
- Корпус блока пружин 16
- Крышка предварительного регулирования 17
- Контргайка предварительного регулирования 18
- Цилиндрический механический упор 19
- Стяжной болт 20
- Пружина внешняя 21
- Стакан разделительный 22
- Пружина внутренняя 23
- Стакан упорный 24
- Штифт-упор 25
- Винт регулировочный 26
- Контргайка регулировочного винта 27
- Пружина затвора 28
- Упорная шайба 29
- Болт регулировки хода штока-поршня 30
- Регулировочные кольца 31
- Защитный колпачок 32
Устройство состоит из корпуса основного 1, собранного в единый блок с корпусом промежуточным 2 и крышкой корпуса 3, с помощью шести стяжных болтов. Между корпусами и крышкой установлены уплотнительные кольца 5. По центру крышки 3 имеется отверстие с уплотнениями 6 для прохода штока-поршня 7. В основном корпусе по оси симметрии выполнена полость «В» для размещения подвижного затвора клапанного типа с уплотнением 8 и посадочного места для запрессовки седла затвора 9. Полость «В», в которой размещено седло затвора, соединена с радиальным отверстием с резьбой под штуцер выхода газа 10 из клапана. С другой стороны, перед седлом затвора 9 расположено отверстие с резьбой, образующее полость «Б» со штуцером приоритетного входа газа 11. В промежуточном корпусе 2 по оси симметрии выполнена полость «Г», в которой расположен осерадиальный затвор 12 золотникового типа, зафиксированный на штоке-поршне 7 двумя стопорными кольцами 13, установленными между торцами осерадиального затвора 12. С двух сторон полости «Г» по оси симметрии выполнены проточки, в которые установлены седла 14 осерадиального затвора 12. Между седлами, радиально, выполнена полость с резьбой, под штуцер резервного входа газа 15. В основной корпус запрессован или завинчен и зафиксирован штифтами цилиндрический корпус блока пружин 16, с другой стороны которого нарезана резьба, под крышку предварительного регулирования 17, стопоренной контргайкой предварительного регулирования 18. Внутри цилиндрического корпуса блока пружин 16 установлен цилиндрический механический упор 19, который при помощи стяжного болта 20 жестко прикреплен к штоку-поршню 7. Цилиндрический механический упор 19 имеет кольцевую проточку для установки внешней пружины 21 и цилиндрическую поверхность, по которой скользит стакан разделительный 22, который имеет наружную проточку для установки внешней пружины 21 и внутреннюю проточку для установки внутренней пружины 23. Внутренняя пружина 23 находится внутри стакана разделительного 22 и одной стороной опирается на проточку внутри его торца, другой стороной опирается на проточку в стакане упорном 24. Стакан упорный 24 выполнен как крышка с проточкой (под внутреннюю пружину 23) с отверстием, в которое установлен штифт-упор 25, который упирается в торец винта регулировочного 26. Винт регулировочный завинчен в крышку предварительного регулирования 17 и стопорится контргайкой регулировочного винта 27. Подвижный затвор с уплотнением 8 имеет возможность движения по внешней поверхности штока-поршня 7, и при помощи пружины затвора 28 может быть прижат к седлу затвора 9. К части штока-поршня 7, которая выходит наружу через крышку корпуса 3, крепится упорная шайба 29 болтом регулировки хода 30 штока-поршня 7 стопоренным упругой шайбой. Регулировка хода штока-поршня 7 осуществляется регулировочными кольцами 31. На крышке предварительного регулирования 17 расположен защитный колпачок 32 для защиты резьбы от атмосферных осадков и несанкционированного допуска к регулировочному винту 26. Питание с приоритетного входа обусловлено тем, что в качестве рабочего тела используется осушенный и очищенный газ от блока подготовки пускового, топливного и импульсного газа. В резервной магистрали используется газ из трубопровода, по которому перекачивается товарный газ, не прошедший дополнительную очистку. В случае модернизации компрессорной станции на магистраль приоритетного входа может подаваться сжатый азот от компрессорной воздухоразделительной установки, поэтому допускается падение давления в магистрали приоритетного входа до 2,5 МПа.
Заявляемое устройство работает следующим образом: При наличии давления среды приоритетного потока на входе в пределах, например от 2,5 до 7,5 МПа (Фиг. 2.) и давлении резервного входа в пределах от 5,2 до 7,5 МПа подвижный затвор 8 сдвигается (от давления импульсного газа в полости «Б» приоритетного входа) в крайнее левое положение, сжимая пружину затвора 28. В результате этого полости «Б» и «В» сообщаются. Под действием разницы давлений шток-поршень 7 сдвигается вправо, сжимая внешнюю 21 и внутреннюю 23 пружины. При этом упорная шайба 29, установленная на шток-поршень 7, упирается в крышку 3, чем ограничивает осевое перемещение подвижного затвора 12 золотникового типа. Подвижный затвор 12 золотникового типа перекрывает сообщение двух полостей «В» и «Г». Подача газа к потребителю осуществляется с приоритетного входа (полость «Б»)
При давлении среды приоритетного потока в камере «Б» меньше 2,6 МПа, (Фиг. 3.) пружины 21 и 23 перемещают шток-поршень 7 в крайнее левое положение. При этом цилиндрический механический упор 19 упирается в корпус, ограничивая осевое перемещение подвижного затвора 12, при котором полости «Г» и «В» сообщаются. Под действием давления в полости «В» и пружины затвора 28, подвижный затвор 8 клапанного типа перемещается в крайнее правое положение, перекрывая сообщение двух полостей «В» и «Б». Подача газа к потребителю осуществляется с резервного входа (полость «Г»)
Техническим результатом является автоматическое переключение питающих магистралей при изменении давления в магистрали приоритетного входа. Конструкция запорного узла срабатывает от перепада давления между атмосферным и давлением в магистрали приоритетного входа до достижения необходимой (настраиваемой) пороговой величины и меняет источник питания исполнительного механизма с приоритетного на резервный источник (и наоборот) автоматически, без участия обслуживающего персонала.