ОТСЕЧНОЙ КЛАПАН
CUTOFF VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для автоматического отключения систем гидравлического привода рабочего оборудования.
Известно устройство [RU 2196927 С1, кл. F16K 17/24, 2003], включающее корпус, в котором выполнены три смежные камеры. Первая камера через входное и выходное отверстия сообщена с напорным трубопроводом. Во входной полости этой камеры установлен регулятор перепада давления. В месте сопряжения выходной полости и выходного отверстия установлено седло, с которым в момент срабатывания клапана взаимодействует плунжер. Плунжер, связанный с корпусом клапана посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, расположен в полости второй камеры, которая через входное отверстие и трубопровод импульсной магистрали сообщена с основным напорным трубопроводом на участке между насосом и корпусом клапана. Третья камера разделена на две части поршнем с уплотнительной поверхностью и штоком. В верхней части этой камеры выполнены дренажный канал, соединяющий ее с полостью второй камеры, и отверстие, в котором размещается шток поршня, фиксирующий плунжер. Нижняя часть этой камеры через входное отверстие и трубопровод, образующий обратную связь, соединена с контролируемой зоной основного напорного трубопровода. В этой части камеры расположена пружина, оказывающая давление на поршень, которое может меняться с помощью регулировочного болта. В теле регулировочного болта размещен фиксатор, ограничивающий ход поршня.
Недостатки указанного решения.
1. Создание высокого гидравлического сопротивления регулятором перепада давления.
2. Контроль герметичности гидролиний сравнением значений давления на участках до и после места установки устройства. При разрушении трубопровода волна низкого давления распространяется из контролируемой зоны к участку, расположенному до места установки устройства, с высокой скоростью. Аналогичное явление произойдет при резком снижении нагрузки на выходное звено гидропривода или при совпадении направления движения потока жидкости с вектором приложенной нагрузки. Совокупность указанных факторов, а также инерционность элементов может привести к ложным срабатываниям устройства при изменяющихся давлении и расходе.
Известен отсечной клапан [RU 74435 U1, кл. F16K 17/22, F16K 17/24, 2008], содержащий корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь, причем две камеры сообщены между собой, седло выполнено в месте сопряжения контролируемого трубопровода с выходным отверстием, первая смежная камера посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещен подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, поджимаемый пружиной, причем пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения, в первой смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и в рабочем состоянии системы находящийся со штоком поршня в зацеплении посредством выступа, во второй смежной камере размещен регулятор перепада давления, причем вторая смежная камера выполнена в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, напорный канал соединен с напорным трубопроводом, подвижный поршень выполнен с отверстиями для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой, импульсный трубопровод и напорный трубопровод выполнены в виде каналов в корпусе отсечного клапана, причем дренажный канал и импульсный трубопровод представляют собой единый канал, соединяющий надпоршневую полость третьей камеры, первую смежную камеру, напорный трубопровод и входное отверстие корпуса отсечного клапана, подвижный поршень снабжен дополнительным штоком, причем торцевая поверхность указанного дополнительного штока и корпус отсечного клапана образуют дополнительную полость переменного объема, сообщаемую последовательно дроссельным каналом и линией обратной связи с датчиком расхода, регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину и пружину располагают в указанной дополнительной полости, причем пружина сопряжена с торцевой поверхностью дополнительного штока подвижного поршня, регулятор перепада давления устанавливают в напорном канале второй смежной камеры, подпоршневую полость третьей камеры сообщают возвратным каналом с напорным каналом второй смежной камеры на участке между регулятором расхода и полостью указанной смежной камеры, датчик расхода устанавливают на конечном участке контролируемого трубопровода, причем давление в линии обратной связи зависит от величины расхода через указанный датчик.
Недостатки данного устройства.
1. Возникновение гидравлического удара при срабатывании клапана, что может привести к выходу из строя гидросистемы.
2. Повышенное трение в уплотнении подвижного поршня, снижающее чувствительность устройства.
3. Зависимость качества функционирования отсечного клапана от температуры и скорости движения жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является отсечной клапан [опубликованная заявка RU 2009108571 А, кл. F16K 17/24, 2010], содержащий корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, причем две камеры сообщены между собой, седло выполнено в месте сопряжения контролируемого трубопровода с выходным отверстием, первая смежная камера сообщена с третьей камерой посредством дренажного канала и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещен первый подвижный поршень, в первой смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и в рабочем состоянии системы находящийся со штоком первого подвижного поршня в зацеплении посредством выступа, а во второй смежной камере размещен регулятор перепада давления, вторая смежная камера выполнена в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, причем напорный канал соединен с напорным трубопроводом, импульсный трубопровод и напорный трубопровод выполнены в виде каналов, в корпусе отсечного клапана, причем дренажный канал и импульсный трубопровод представляют собой единый канал, соединяющий надпоршневую полость третьей камеры, первую смежную камеру, напорный трубопровод и входное отверстие корпуса отсечного клапана, первый подвижный поршень снабжен вторым штоком, причем торцевая поверхность указанного второго штока и корпус отсечного клапана образуют первую контрольную полость переменного объема, регулятор перепада давления установлен в напорном канале второй смежной камеры, при этом первый подвижный поршень выполнен в форме усеченного конуса и установлен с зазором для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой, подпоршневая полость третьей камеры сообщена возвратным каналом с полостью второй смежной камеры, причем первый подвижный поршень в одном из крайних положений разобщает подпоршневую полость третьей камеры и возвратный канал, при этом указанный отсечной клапан снабжен вторым корпусом, в котором выполнены входное и выходное отверстия, напорный, входной и выходной каналы, камера, разделенная вторым подвижным поршнем на входную и выходную полости, соединенные соответственно с входным и выходным каналами, причем входное отверстие указанного второго корпуса сообщено с контролируемым трубопроводом и с указанными входным и напорным каналами, выходное отверстие второго корпуса - с указанными напорным и выходным каналами, в напорном канале второго корпуса установлен переменный дроссель, второй подвижный поршень снабжен двумя штоками и установлен с зазором, соединяющим входную и выходную полости камеры второго корпуса, первый и второй подвижные поршни имеют одинаковые форму и размеры, диаметры штоков второго подвижного поршня равны диаметрам штоков первого подвижного поршня, первый шток второго подвижного поршня выполнен с ограничителем обратного перемещения, торцевая поверхность которого с сопряжена с регулируемой пружиной, причем указанная пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного со вторым корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения, торцевая поверхность второго штока второго подвижного поршня и второй корпус отсечного клапана образуют вторую контрольную полость переменного объема, сообщаемую последовательно линией обратной связи и дроссельным каналом с первой контрольной полостью переменного объема, в корпусе отсечного клапана выполнены сливное и дренажное отверстия и сливной канал, причем последний сообщен с участком напорного канала второй смежной камеры между полостью указанной смежной камеры и регулятором перепада давления, плунжер имеет проточку, образующую с корпусом отсечного клапана кольцевую камеру, при этом в одном из крайних положений плунжера указанная кольцевая камера соединена с дренажным отверстием, во втором крайнем положении - со сливным каналом и сливным отверстием корпуса отсечного клапана,
Указанное устройство имеет следующие недостатки.
1. Сложность конструкции и повышенная стоимость изготовления.
2. Низкая надежность из-за повышенного числа движущихся частей.
Технический результат изобретения заключается в устранении вышеперечисленных недостатков.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном отсечном клапане, содержащем корпус со смежными камерами, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, причем две камеры сообщены между собой, при этом внутри третьей камеры размещен первый подвижный поршень, а вторая смежная камера выполнена в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, причем напорный канал соединен с напорным трубопроводом, первый подвижный поршень снабжен вторым штоком, причем торцевая поверхность указанного второго штока и корпус отсечного клапана образуют первую контрольную полость переменного объема, при этом первый подвижный поршень установлен с зазором для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой, причем подпоршневая полость третьей камеры сообщена с возвратным каналом, первый подвижный поршень в одном из крайних положений разобщает подпоршневую полость третьей камеры и возвратный канал, снабженном вторым корпусом, в котором выполнены входное и выходное отверстия, входной и выходной каналы, камера, разделенная вторым подвижным поршнем на входную и выходную полости, соединенные соответственно с входным и выходным каналами, причем входное отверстие указанного второго корпуса сообщено с контролируемым трубопроводом и с указанными входным каналом, выходное отверстие второго корпуса - с выходным каналом, второй подвижный поршень снабжен двумя штоками и установлен с зазором, соединяющим входную и выходную полости камеры второго корпуса, первый и второй подвижные поршни имеют одинаковые форму и размеры, диаметры штоков второго подвижного поршня равны диаметрам штоков первого подвижного поршня, первый шток второго подвижного поршня выполнен с ограничителем обратного перемещения, торцевая поверхность которого сопряжена с регулируемой пружиной, причем указанная пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного со вторым корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения, торцевая поверхность второго штока второго подвижного поршня и второй корпус отсечного клапана образуют вторую контрольную полость переменного объема, сообщаемую последовательно линией обратной связи и дроссельным каналом с первой контрольной полостью переменного объема, в корпусе отсечного клапана выполнены сливное отверстие и сливной канал, полость второй смежной камеры объединяют с надпоршневой полостью третьей камеры, возвратный канал сообщают с выходным отверстием корпуса отсечного клапана и с контролируемым трубопроводом, каждый подвижный поршень снабжают двумя коническими и по крайней мере одной цилиндрической поверхностями, в первом штоке первого подвижного поршня выполняют радиальный и осевой каналы, сообщенные между собой, причем осевой канал сообщают с первой смежной камерой корпуса отсечного клапана, а радиальный канал сообщают со второй смежной камерой корпуса отсечного клапана в одном из крайних положений первого подвижного поршня, первую смежную камеру сообщают со сливным каналом и сливным отверстием.
Пример выполнения предлагаемого отсечного клапана представлен на чертеже.
Отсечной клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, а также напорный трубопровод 4. В корпусе 1 выполнена первая смежная камера 5, сообщенная со сливным каналом 6 и сливным отверстием 7, а также вторая смежная камера 8, состоящая из полости 9 и напорного канала 10. Последний сообщен с напорным трубопроводом 4. В третьей камере 11 корпуса 1 установлен подвижный поршень 12 со штоками 13 и 14, разделяющий третью камеру 11 на надпоршневую 15 и подпоршневую 16 полости, сообщенные между собой через зазор 17. Полость 9 второй смежной камеры 8 объединена с надпоршневой полостью 15 третьей камеры 11. Торцевая поверхность штока 14 образует с корпусом 1 первую контрольную полость переменного объема 18. В корпусе 1 также выполнен возвратный канал 19, сообщенный с подпоршневой полостью 16, с выходным отверстием 3 и с контролируемым трубопроводом 20. В штоке 13 подвижного поршня 12 выполнены сообщенные между собой радиальный 21 и осевой 22 каналы. Последний сообщен с первой камерой 5.
Отсечной клапан также содержит второй корпус 23 с входным 24 и выходным 25 отверстиями, сообщенные, соответственно, с входным 26 и выходным 27 каналами. В корпусе 23 выполнена камера 28, разделенная вторым подвижным поршнем 29 на входную 30 и выходную 31 полости, соединенные, соответственно, с входным 26 и выходным 27 каналами. Входное отверстие 24 сообщено с контролируемым трубопроводом 20, а выходное отверстие 25, в свою очередь - с выходным 27 каналом. Второй подвижный поршень 29 снабжен штоками 32 и 33 и установлен с зазором 34, соединяющим полости 30 и 31. Поршни 12 и 29 имеют одинаковую форму и размеры. Штоки 13, 14, 32 и 33 имеют равные диаметры. Шток 32 второго подвижного поршня 29 выполнен с ограничителем обратного перемещения 35, взаимодействующим с регулируемой пружиной 36, сопряженной с посадочной поверхностью регулировочного болта 37. Торцевая поверхность штока 33 второго подвижного поршня 29 и корпус 23 образуют вторую контрольную полость 38, связанную через линию обратной связи 39 и дроссельный канал 40 с первой контрольной полостью переменного объема 18. Подвижные поршни 12 и 29 имеют цилиндрические 41 и 42 и конические 43, 44, 45, 46 поверхности.
Отсечной клапан работает следующим образом.
В исправной гидросистеме рабочая жидкость через напорный трубопровод 4, напорный канал 10 и входное отверстие 2 подается в корпус 1. Далее поток жидкости проходит в полость 9 второй смежной камеры 8 и надпоршневую полость 15 третьей камеры 11. Затем поток жидкости проходит через зазор 17 в подпоршневую полость 16 третьей камеры 11, а оттуда по возвратному каналу 19 через выходное отверстие 3 поступает в контролируемый трубопровод 20. Из контролируемого трубопровода 20 жидкость через отверстие 24 корпуса 23 и входной канал 26 подается во входную полость 30 камеры 28. Далее поток жидкости через зазор 34 проходит в выходную полость 31, откуда через выходной канал 27 направляется к выходному отверстию 25. За счет дросселирования потока при прохождении его через зазоры 17 и 34 создается разность давлений между надпоршневой 15 и подпоршневой 16 полостями третьей камеры 11 корпуса 1, а также между входной 30 и выходной 31 полостями камеры 28 корпуса 23. Указанная разность давлений обусловливает возникновение усилия на подвижных поршнях 12, 29, стремящиеся переместить их вниз. Благодаря наличию штоков 14 и 33 усилия на подвижных поршнях 12 и 29 преобразуется в давление жидкости в полостях 18 и 38 и в линии обратной связи 39. Это давление воздействует на торцевые поверхности штоков 14 и 33 подвижных поршней 12 и 29. Таким образом, поршни 12 и 29 взаимно уравновешены за счет равенства их диаметров, а также равенства диаметров штоков 13, 14, 32 и 33 и удерживаются усилием регулируемой пружины 36 в исходном положении.
При разгерметизации контролируемого трубопровода 20 давление в последнем резко снижается, расход жидкости через напорный трубопровод 4, вторую смежную камеру 8, а также через зазор 17 между подвижным поршнем 12 и корпусом 1 увеличивается. В свою очередь, расход через входную 30 и выходную 31 полости камеры 28 корпуса 23, а также через зазор 34 между поршнем 29 и корпусом 23 снижается, поскольку часть жидкости начинает вытекать через место повреждения контролируемого трубопровода 20. Соответственно, перепад давлений между надпоршневой 15 и подпоршневой 16 полостями третьей камеры 11 возрастет. В то же время разность давлений между полостями 30 и 31 камеры 28 снизится практически до нуля. Давление в полостях 18 и 38, а также в линии обратной связи 39 при этом также уменьшится. Подвижный поршень 12 переместится вниз, вытесняя жидкость из полости 18 через дроссельный канал 40 и линию обратной связи 39 в полость 38. За счет этого поршень 29 переместится вверх, преодолевая усилие регулируемой пружины 36. Подвижный поршень 12 в крайнем нижнем положении разобщит полость 16 и возвратный канал 19, перекрывая доступ жидкости в контролируемый трубопровод 20. При этом радиальный канал 21 будет сообщен со второй смежной камерой 8, за счет чего жидкость из второй смежной камеры 8 по радиальному 21 и осевому 22 каналам попадет в первую смежную камеру 5 и далее по сливному каналу 6 и отверстию 7 отводится на слив. Подача жидкости в контролируемый трубопровод 20 прекратится. Подвижный поршень 12 будет удерживаться в крайнем нижнем положении давлением в гидросистеме.
После отключения неисправного гидропривода выравнивается давление в полостях 15 и 16 третьей камеры 11 и в полостях 30 и 31 камеры 28 корпуса 23. Подвижные поршни 12 и 29 усилием регулируемой пружины 36 возвращаются в исходное положение, при этом радиальный канал 21 штока 13 поршня 12 и вторая смежная камера 8 разобщаются, а полость 16 соединяется с возвратным каналом 19.
При увеличении или уменьшении расхода в исправной гидросистеме соответственно повысится или понизится расход жидкости через третью камеру 11 корпуса 1 и контролируемый трубопровод 20, а также через камеру 28 корпуса 23. При этом, соответственно, увеличатся или уменьшатся перепады давлений в полостях 15 и 16 третьей камеры 11, а также в полостях 30 и 31 камеры 28 корпуса 23. За счет этого возрастут или снизятся усилия на поршнях 12 и 29, а следовательно, и давление в линии обратной связи 39. Поршни 12 и 29 останутся уравновешенными и будут удерживаться в исходном положении усилием регулируемой пружины 36, и отсечения контролируемого трубопровода 20 не произойдет.
Начальная настройка предлагаемого отсечного клапана осуществляется изменением силы сжатия пружины 36 посредством вращения регулировочного болта 37. Периодическая настройка предлагаемого устройства в зависимости от изменения нагрузки на гидросистему не требуется.
Наличие радиального 21 и осевого 22 каналов в штоке 13 поршня 12 позволяет избежать гидравлического удара при срабатывании отсечного клапана, снизить число подвижных механических элементов и повысить его надежность. Снабжение поршней 12 и 29 цилиндрическими 41 и 42 и коническими 43, 44, 45, 46 поверхностями повышает стабильность гидравлических характеристик отсечного клапана независимо от температуры и вязкости рабочей среды.