КЛАПАН РАЗОВОГО ДЕЙСТВИЯ
SINGLE-USE VALVE

Настоящее изобретение относится к устройству клапана разового действия.
Уже известны клапаны разового действия, например, такие как клапаны разгрузочного типа, эксплуатация которых требует использования пиротехнических средств, в которых подвижные части для открытия или закрытия клапана, как правило, удерживаются плавкими элементами предохранителя. Данные существующие клапаны имеют недостатки, заключающиеся в том, что степень их затяжки не может быть гарантирована, а также в том, что использование пиротехнических средств может быть запрещено в некоторых областях применения этих клапанов в зависимости от характера жидкости, вызывающей циркуляцию.
В частности, но не ограничительно, настоящее изобретение относится к клапанам, которые используются в области территориальной промышленности, не зависимо от того являются ли они нормально открытыми или нормально закрытыми клапанами, которые должны соответствовать определенным техническим условиям.
Таким образом, оптимально, помимо того, что процессы открытия и закрытия должны выполняться в безопасном режиме, такой клапан должен отвечать следующим техническим задачам:
- отсутствие системы уплотнения с прокладкой (наличие непрерывного металлического барьера между жидкостью и наружной стороной клапана, как в закрытом, так и в открытом положении после выполнения манипуляции);
- отсутствие внешних загрязнений, вызванных работой клапана;
- отсутствие внутренних загрязнений, вызванных работой клапана;
- ограничение механических нагрузок, возникающих под воздействием работы клапана;
- контроль совместимости всех материалов с жидкостями.
Известные на сегодняшний день клапаны разового действия обладают некоторыми из следующих характеристик, но не всеми.
Таким образом, известны, например, клапаны разового действия, описанные в патентах US 6302171, US 6260570 и GB 2424692, каждый из которых содержит боек ударника, способный посредством своего смещения пробить мембрану или крышку под действием приводного устройства, управляемого спусковым крючком. Тем не менее, ни один из этих клапанов не обладает достаточной степенью затянутости и не может соответствовать вышеупомянутым техническим условиям.
Настоящее изобретение нацелено на преодоление этого недостатка посредством предоставления устройства клапана разового действия, позволяющим удовлетворять всем вышеупомянутым требованиям.
В соответствии с изобретением, клапан разового действия предназначен для установки на линии для транспортировки жидкости и, по существу, отличается тем, что включает в себя:
- трубчатый корпус, предназначенный для достаточно плотного монтажа на вышеуказанную транспортную линию по пути перемещения указанной жидкости, а также подвижный элемент, расположенный в указанной трубчатом корпусе и, вероятно, принимающем в нем два положения, таким образом, позволяя, в зависимости от положения указанного подвижного элемента, проходить или не проходить через трубчатый корпус, находясь либо в аварийном, либо в активном положении;
- расположенное внутри трубчатого корпуса приводное устройство, которое проталкивает подвижный элемент, позволяя ему перейти из аварийного в активное положение, и которое состоит из предварительно натянутого пружинистого устройства; и
- расположенные снаружи трубчатого корпуса устройство для сохранения предварительного натяжения, с одной стороны, и контрольное устройство, позволяющее деактивировать устройство для сохранения предварительного натяжения, с другой стороны.
Удержание подвижного элемента извне обеспечивает оптимальную степень затянутости.
Согласно дополнительной особенности клапана разового действия, в соответствии с изобретением, устройство для сохранения предварительного натяжения предназначено для удерживания подвижного элемента, который обеспечивает поддержание предварительного натяжения.
Согласно еще одной дополнительной особенности клапана разового действия, в соответствии с изобретением, трубчатый корпус включает в себя реверсивно деформируемую секцию в поперечном направлении, что позволяет ему принимать как минимум две формы, одна из которых, первая, обеспечивает проходимость подвижного элемента, в то время как вторая блокирует такую проходимость. Кроме того, устройства удержания обеспечивают деформацию вышеуказанной секции, позволяя ей переходить из первой во вторую форму.
Согласно еще одной дополнительной особенности варианта осуществления клапана разового действия, в соответствии с изобретением, устройство удержания состоит из устройства для заклинивания подвижного элемента, способного зажимать последний при помощи деформируемой секции.
Согласно еще одной дополнительной особенности клапана разового действия, в соответствии с изобретением, устройство для заклинивания включает в себя два зажимных приспособления, чья форма позволяет им выполнять зажим при намотке, по крайней мере, одного звена, и выполнять разжим после высвобождения указанного звена, где последнее присоединено к контрольному устройству, которое предназначено для размыкания указанного звена или элементов, соединяющих звено с контрольным устройством.
Согласно варианту исполнения клапана разового действия, в соответствии с изобретением, два зажимных приспособления существуют независимо друг от друга и выполняют зажим при помощи двух звеньев. С этой целью оба зажимных приспособления оснащены на каждом из своих торцов расширением, которое может удерживаться расширением, расположенным перед вторым зажимным приспособлением, при помощи обмотки звена.
Согласно еще одной дополнительной особенности клапана разового действия, в соответствии с изобретением, звено состоит из цилиндрической винтовой пружины, намотанной на роликовый блок, который образуется посредством сближения двух элементов, каждый из которых составляет одно целое с зажимным приспособлением устройства для заклинивания.
Согласно еще одной дополнительной особенности предпочтительного варианта осуществления клапана разового действия, в соответствии с изобретением, контрольное устройство состоит из пиротехнического спускового крючка.
В соответствии с изобретением, клапан разового действия может быть как нормально закрытым клапаном, так и нормально открытым клапаном. В любом случае, характеристики трубчатого корпуса и подвижного элемента отличаются между собой.
Таким образом, в соответствии с изобретением и согласно определенному варианту его осуществления, клапан разового действия в нормально закрытом варианте, по существу, отличается тем, что трубчатый корпус закрыт отрывной крышкой, в то время как подвижный элемент состоит из пробивного устройства, конструкция которого обеспечивает возможность перемещения под действием пружинистого устройства после высвобождения предварительного натяжения.
В соответствии с изобретением и согласно определенному варианту его осуществления, клапан разового действия в нормально открытом варианте, по существу, отличается тем, что торец подвижного элемента, расположенный напротив торца пружинистого устройства, оснащен затвором, который под действием пружинистого устройства после высвобождения предварительного натяжения вступает в контакт с гнездом, расположенным во внутренней части трубчатого корпуса, и прижимается к трубчатому корпусу при помощи пружинистого устройства.
В соответствии с изобретением, более четкое понимание преимуществ и особенностей клапана разового действия можно получить за счет следующего описания, которое ссылается на прилагаемый чертеж, представляющий собой несколько неограничительных вариантов осуществления настоящего изобретения.
На прилагаемом чертеже обозначены следующие рисунки:
- в соответствии с изобретением, на Рис. 1а и 1б показан схематический вид в продольном поперечном разрезе клапана разового действия в нормально закрытом варианте, в закрытом и открытом положении, соответственно;
- на Рис. 2а и 2б показаны, соответственно, вид в перспективе и вид сверху части того же клапана;
- на Рис. 3 показан схематический вид в поперечном разрезе одного из вариантов осуществления еще одной части клапана в соответствии с изобретением;
- на Рис. 4а показан схематический вид в поперечном разрезе еще одного варианта осуществления той же части клапана в соответствии с изобретением, в то время как на Рис. 4б показан схематический вид метода его производства;
- на Рис. 5 показан частичный вид в продольном поперечном разрезе того же клапана;
- на Рис. 6а и 6б показаны виды в перспективе клапана в закрытом и открытом положении, соответственно;
- в соответствии с изобретением, на Рис. 7 показан вид в продольном поперечном разрезе клапана разового действия в нормально открытом варианте;
- на Рис. 8а и 8б показаны частичные схематические виды в продольном поперечном разрезе того же клапана в нормально открытом варианте, в открытом и закрытом положениях, соответственно.
Ссылаясь на рисунки 1а и 1б, можно увидеть транспортную линию 1, на которой расположен нормально закрытый клапан 2 разового действия в соответствии с изобретением, встроенный между двумя отрезками 10 и 11 защитной трубы.
Клапан 2 включает в себя трубчатый корпус 20, на котором встык соединяются два торца отрезков 10 и 11 защитной трубы, а внутренний канал 21 которого закрыт крышкой 22, предотвращающей циркуляцию жидкости F в линии 1, в данном случае от торца отрезка 11 защитной трубы до торца отрезка 10 защитной трубы.
Трубчатый корпус 20 разделен на три секции, две торцевые секции 23 и 24, и промежуточную секцию 25, с крышкой 22, встроенной в торцевую секцию 23.
Две торцевые секции 23 и 24 являются предпочтительными, но не ограничительными, и изготовлены из одного или нескольких жестких материалов, в то время как промежуточная секция 25 выполнена в деформируемой форме.
Следует отметить, что промежуточная секция 25 может иметь разные формы, ее деформируемость может быть достигнута за счет материала, из которого она изготовлена, и/или за счет незначительной толщины трубчатой стенки 26, из которой она образована.
В канале 21 расположено пробивное устройство, а именно пуансон 3 в общей форме трубы, один торец 30 которого, тот который обращен к крышке 22, имеет форму, позволяющую разрывать крышку, в данном случае клиновидную форму. Внутри концевой сегмент 24 оснащен элементами 27, которые выступают в канал 21 и формируют опорное устройство для пружины 31, к которой примыкает пуансон 3 своим торцом 32, противоположным торцу 30.
Кроме того, клапан 2 также состоит из устройства удержания, такого как захват 4, расположенного перед промежуточной секцией 25 и сконструированного таким образом, чтобы пережимать и деформировать промежуточную секцию 25, для того чтобы блокировать пуансон 3, в средней части которого с этой целью имеется вогнутая периферическая деформация 33. До того как захват 4 начинает удерживать пуансон 3, пружина 31 сжимается, а пуансон 3 присоединяется к ней.
Таким образом, пружина 31 получает предварительное натяжение при помощи пуансона 3, который в свою очередь удерживается захватом 4.
Ссылаясь на рисунок 2б, можно увидеть, что ослабление захвата 4 приводит к высвобождению пуансона 3, который под действием пружины 31 и деформации стенки 26 движется по направлению к крышке 22, разрывая ее и тем самым обеспечивая проход жидкости F.
Открытия захвата 4 можно добиться различными способами посредством самых разнообразных систем высвобождения. Ссылаясь на рисунки 3а и 3б, можно увидеть конкретный вариант осуществления захвата 4, адаптированного к системе высвобождения простой конструкции.
На этих рисунках видно, что захват 4 имеет форму открытого кольца, образуя С-образную линию, и включает в себя две диаметрально противоположных части 40 и 41, образуя собой зажимное приспособление, соединенное в средней зоне 42 и обладающее определенной гибкостью, в то время как два свободных конца 43 и 44, соответственно, диаметрально противоположны средней зоне 42 и находятся на расстоянии друг от друга в состоянии покоя, каждый из них расширен в радиальном направлении по отношению к указанному кольцу при помощи выступающих частей 45 и 46, соответственно, выполненных в форме полуроликового блока.
Приближение двух свободных концов 43 и 44 друг к другу приводит к затяжке зажимных приспособлений 40 и 46 и к закрытию захвата 4, а также к образованию роликового блока в результате объединения двух полуроликовых блоков 45 и 46, вокруг которых может наматываться звено, не показано на рисунке, для блокировки захвата 4 в закрытом положении. Как будет показано ниже, это звено может преимущественно состоять из цилиндрической винтовой пружины.
Следует отметить, что в соответствии с одним из вариантов средняя зона 42 захвата 4 может быть заменена на выступающие части, подобные выступающим частям 45 и 46, чья конструкция также позволяет сдерживать их посредством наматывания звена.
Ссылаясь теперь на рисунки 3 и 4а, можно увидеть два конкретных, но не ограничивающих, варианта осуществления крышки 22.
Крышка 22 может традиционно иметь сферическую форму, как показано на рис. 3, но также она может предпочтительно иметь коническую форму, как показано на рис. 4а. Проведенные эксперименты позволили обнаружить, что коническая форма имеет множество преимуществ, не только с точки зрения предела прочности при сжатии, но также и в отношении процесса ее производства и легкости снятия.
Эта коническая крышка 22 содержит центральный диск 28, по периферии ограниченный венцом 29 в форме усеченного конуса меньшей толщины, через который крышка 22 соединяется с трубчатой стенкой секции 23, и который предназначен для обрезки во время процесса снятия крышки. Центральный диск 28 обеспечивает определенную жесткость для крышки 22 таким образом, что под действием давления, оказываемого на вогнутую сторону крышки 22, венец 29 подвергается только растягивающему напряжению.
Такая форма позволяет обеспечить доступ к достаточным уровням давления, поскольку максимальное напряжение внутри крышки находится на том же уровне, что и внутри трубчатого корпуса 2.
С точки зрения производства, как это видно на рис. 4б, коническая крышка 22 может быть изготовлена в три этапа токарной обработки без повторной машинной обработки, без силы резания, вызывающей напряжение в венце 29 в форме усеченного конуса. Таким образом, во время фазы A выполняются регулировка наружного диаметра, чистовое шлифование поверхности S1 и внутренняя форма крышки S2; во время фазы B выполняется чистовое шлифование поверхности S3; во время фазы C выполняются поверхность S4 и обрезка поверхности S5.
Обработанная таким образом крышка 22, без удаления заготовки, может быть снята с высоким контролем требуемой точности. Общая форма ее диска способствует ее приварке к трубчатому корпусу 20 посредством ее непосредственного размещения между секциями 23 и 25.
Ссылаясь теперь на рис. 5, можно увидеть клапан 2 в соответствии с изобретением, который состоит из узла, выполненного с помощью сварки различных элементов.
Таким образом, секции 24 и 25 состоят из одной единственной части, которая в свою очередь приваривается к секции 23 после внедрения крышки 22, а также в то время, когда пружина 31 находится в предварительно натянутом состоянии, а пуансон 3 удерживается захватом 4.
Следует отметить, что в этом варианте пружина 31 состоит из набора тарельчатых пружин 34 и, что опорное устройство позволяет сохранить эти тарельчатые пружины 34 в форме восходящей трубы 24' меньшего диаметра
Также следует отметить, что секция 23 расширяется по сравнению с секцией 25, образуя зазор для приема крышки 22 после ее снятия, в то время как пуансон 3 достаточно глубоко входит в образуемое отверстие без возможности вернуться в обратное положение из-за пружины 31, для того, чтобы предотвратить изменение положения крышки 22.
Изготовленный таким образом клапан 2 соответствует всем требованиям по герметичности, а именно тому, что герметичность достигается без использования уплотнителя.
Ссылаясь теперь на рис. 6а и 6б, можно увидеть, что клапан 2 в полном своем объеме, а именно, его система контроля 5 позволяет вызывать открытие клапана 2.
Как видно на рис. 6а, клапан 2 находится в закрытом положении, захват 4 закрыт и удерживает пуансон 3, полуроликовые блоки 45 и 46 удерживаются в прикрепленном состоянии посредством намотанной вокруг них цилиндрической винтовой пружины 50, свободный конец 51 которой прикреплен к электрическому соединителю 52 при помощи проволоки 53 плавкого предохранителя.
На рис. 6б видно, что после плавления проволоки 53 свободный конец 51 цилиндрической винтовой пружины 50 высвобождается, что позволяет освободить цилиндрическую винтовую пружину 50 и без какого-либо воздействия приводит к открытию захвата 4 и, следовательно, к открытию клапана 2.
Фитинг клапана 2 в соответствии с изобретением, как показано на рисунке, может быть выполнен следующим образом:
- сборка посредством периферической сварки восходящей трубы 24' и секции 24 после установки тарельчатых пружин 34 и последующего размещения пуансона 3;
- временное крепление захвата 4, позволяющее проводить эксплуатационные испытания без наличия крышки 22, в результате чего большая по размеру глухая крышка может обеспечить эксплуатационную безопасность, включая предел моторизации.
Примечание: в конце этого шага пуансон 3, используемый для проведения испытаний, можно будет заменить новым пуансоном 3.
- размещение удерживающего инструмента на стороне восходящей трубы 24' для предварительного натяжения тарельчатых пружин 34 и последующего удаления захвата 4;
- сборка посредством периферической сварки крышки 22 на секции 25, а затем на секции 23;
- проведение испытаний на герметичность;
- размещение захвата 4 и удаление удерживающего инструмента.
Полученный нормально закрытый клапан разового действия 2 в соответствии с изобретением может соответствовать всем упомянутым техническим условиям.
Ссылаясь на рисунки 7, 8а и 8б, можно увидеть клапан разового действия 6 в соответствии с изобретением в нормальном открытом варианте.
Данный клапан 6 обладает основными характеристиками нормального клапана 2, он также выполнен в форме трубчатого корпуса 60, включая канал 61, он также отличается от последнего тем, что крышка и пуансон заменены системой клапанов, включая гнездо 62 и затвор 7.
Таким образом, трубчатый корпус 60 включает в себя три секции, две конечные секции 63 и 64 и промежуточную секцию 65, чья стенка 66 имеет деформируемую структуру, способную взаимодействовать с внешним захватом 4, связанным с системой контроля 5, не показанной на рисунке, чтобы удерживать затвор 7, который оказывает давление на пружину 71, расположенную в секции 64.
Гнездо 62 состоит из сужения внутреннего диаметра трубчатого корпуса 60; в этом варианте осуществления оно выполнено в форме части, внедренной между секциями 63 и 65, и обеспечивающей отверстие 67 в целом конической формы с раструбом на стороне секции 65.
Затвор 7 выполнен в форме трубы, конец которой направлен в сторону гнезда 62, оснащен головкой 70, образующей дискообразный обтуратор с коническим сужением кромки на стороне гнезда 62, размеры которого адаптированы для того, чтобы во время движения затвора под действием пружины 71, затвор мог входить и фиксироваться в отверстии 67 гнезда 62, и таким образом закрывать проход, как показано на рисунке 8б.
Эксплуатация нормально открытого клапана 6 идентична эксплуатации нормально закрытого клапана 2, т.е. высвобождение захвата 4 освобождает затвор 7, который, толкаемый пружиной 71, закрывает отверстие 67.
Дополнительно следует отметить, что пружина 71 выполнена таким образом, чтобы во время освобождения затвора 7 продолжать оказывать давление на затвор 7, чтобы удерживать затвор закрытым.