АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВОЗДУХООТВОДЧИК ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
AUTOMATIC AIR BLEEDER FOR HYDRAULICAL CONNECTION

Автоматический воздухоотводчик относится к трубопроводной арматуре и предназначен для отвода из гидравлических сетей скоплений газовоздушной среды, препятствующей бесперебойной работе гидравлического оборудования. Под гидравлическими сетями понимаются, в частности, нефтепроводы и резервуары для хранения нефти.
Известен автоматический воздухоотводчик, защищенный патентом US 4586528, МПК F16К 24/04, F16K 24/00; F16K 33/00, дата публикации - 06.05.86.
Воздухоотводчик включает корпус с крышкой. В корпусе выполнено входное отверстие для рабочей среды и поплавковая камера. В крышке корпуса выполнено отверстие для запорно-регулирующего клапана, через который производится отвод газовоздушной среды. Шарообразный запорно-регулирующий элемент клапана (плунжер) связан с поплавком. При отсутствии в рабочей среде газообразной составляющей уровень жидкости в поплавковой камере поддерживает поплавок на плаву. При этом плунжер запирает отверстие в крышке корпуса.
При появлении в рабочей среде воздуха либо другой газообразной составляющей она поступает через входное отверстие корпуса в поплавковую камеру, скапливается в верхней части поплавковой камеры и вытесняет жидкую рабочую среду вниз. Поплавок опускается вместе с уровнем жидкости, связанный с поплавком плунжер открывает проход для газа через затвор клапана. После стравливания газа уровень жидкости в поплавковой камере восстанавливается, поплавок всплывает, а связанный с поплавком плунжер садится на свое седло и закрывает затвор в клапане.
Недостатком аналога является узкий диапазон использования устройства по расходу газообразной среды, так как величину проходного сечения запорно-регулирующего клапана, весогабаритные характеристики плунжера и поплавка необходимо подбирать в соответствии с потенциальной величиной расхода газообразной среды через воздухоотводчик.
Недостаток аналога устранен в конструкции прототипа заявляемого автоматического воздухоотводчика, защищенной патентом US 2673618, МПК G01F 15/08; G01F 15/00, дата публикации - 30.03.54.
Устройство-прототип включает корпус с входным отверстием и поплавковой камерой и крышку корпуса с выходным отверстием, перекрываемым запорно-регулирующим клапаном. Запорно-регулирующий элемент клапана соединен рычажной системой с поплавком и с крышкой корпуса. Для расширения диапазона использования устройства-прототипа по расходу отводимой им газообразной среды запорно-регулирующий элемент клапана выполнен двухступенчатым и состоит из двух плунжеров, соединенных друг с другом ограниченно-подвижно. Каждый плунжер включается в работу в своем диапазоне расхода отводимой газообразной среды.
Недостатком прототипа является узкий диапазон использования устройства по давлению рабочей среды, так как весогабаритные характеристики поплавкового привода запорно-регулирующего клапана напрямую зависят от величины давления рабочего потока в гидравлической сети.
Заявляемое изобретение решает техническую задачу повышения эффективности отделения и отведения газообразной среды из гидравлических сетей вне зависимости от параметров рабочей среды по давлению и расходу.
Поставленная техническая задача решена в автоматическом воздухоотводчике для гидравлических сетей, который включает корпус с входным отверстием и поплавковой камерой и крышку корпуса с выходным отверстием, перекрываемым двухступенчатым запорно-регулирующим клапаном. Плунжеры двухступенчатого запорно-регулирующего клапана соединены ограниченно-подвижно друг с другом и одновременно, с помощью шарнирной тяги и шарнирного рычага, - с поплавком и крышкой корпуса. Плунжеры двухступенчатого запорно-регулирующего клапана соединены с шарнирной тягой через шарнирный шток и пневмопривод. Пневмопривод включает корпус пневмопривода, цилиндр и поршень, который соединен с шарнирным штоком, подпружинен относительно шарнирного штока и относительно корпуса пневмопривода. В крышке корпуса воздухоотводчика установлен управляющий клапан для соединения и разъединения надпоршневой полости пневмопривода с поплавковой камерой. Плунжер управляющего клапана соединен с поплавком и крышкой корпуса шарнирным рычагом и дополнительной шарнирной тягой. Подпоршневая полость пневмопривода постоянно сообщена с атмосферой. Эффективная площадь поршня пневмопривода превышает эффективную площадь плунжера первой ступени двухступенчатого запорно-регулирующего клапана. Управляющий клапан выполнен двухседельным и клеточным. В корпусе воздухоотводчика выполнена направляющая поверхность для поплавка.
Существо изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 изображен заявляемый автоматический воздухоотводчик при отсутствии в нем рабочей среды; на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1; на фиг.3 - выносной элемент Б фиг.1; на фиг.4 - выносной элемент В фиг.1; на фиг.5 - выносной элемент Г фиг.1; на фиг.6 - разрез по Д-Д фиг.1.
Автоматический воздухоотводчик включает корпус 1 с входным отверстием 2 и поплавковой камерой 3, крышку 4 корпуса, которая крепится в корпусе 1 при помощи закладных сухарей 5. Поплавковая камера 3 уплотнена относительно окружающей среды прокладкой 6, обжатой крепежом 7, и кольцами 8 в крышке 4. В корпусе 1 для безударного воздействия жидкой рабочей среды на поплавок 9 выполнена направляющая поверхность 10. Поплавок 9 закреплен на крышке 4 корпуса посредством кронштейна 11 с шарниром 12, рычага 13 с шарниром 14 и вилки 15.
На крышке 4 корпуса 1 закреплен фланцевый корпус 16 двухступенчатого запорно-регулирующего клапана 17 и пневмопривода 18. Запорно-регулирующий клапан 17 включает седло 19, плунжер 20 первой ступени и плунжер 21 второй ступени. Пневмопривод 18 включает корпус 22 пневмопривода, цилиндр 23 и поршень 24. На наружной поверхности цилиндра 23 выполнена продольная канавка 25 для подачи управляющей среды в надпоршневую полость. Поршень 24 соединен с плунжерами 20 и 21 штоком 26 и шарниром 27. Поршень 24 поджат относительно штока 26 возвратной пружиной 28 и относительно корпуса 22 пневмопривода - возвратной пружиной 29. В цилиндре 23 выполнены упоры 30 для ограничения перемещения поршня 24. Шток 26 соединен с рычагом 13 посредством тяги 31 и шарниров 32 и 33. Подпоршневая полость пневмопривода 18 постоянно соединена каналом 34 с атмосферой.
В крышке 4 с помощью прокладки 35 и гайки 36 закреплен резьбовой корпус 37 двухседельного управляющего клапана. В корпусе 37 управляющего клапана выполнены входные отверстия 38 и плунжерная камера 39 с седлами 40 и 41 для плунжера 42, а также выходной канал 43. Выходной канал 43 сообщает плунжерную камеру 39 через штуцер 44 и трубку 45 с надпоршневой полостью пневмопривода 18. Плунжер 42 соединен с рычагом 13 посредством тяги 46 и шарниров 47 и 48. Трубка 45 снабжена трехходовым переключающим краном 49 и отводом 50. Трехходовой переключающий кран 49 предназначен для приведения автоматического воздухоотводчика в рабочее состояние и его отключения. Отвод 50 предназначен для проверки работы воздухоотводчика от насоса при отсутствии в гидравлической сети рабочей среды.
1
2
3
Кольцевой щелевой зазор в затворе запорно-регулирующего клапана 17 обозначен Δ, кольцевой щелевой зазор в верхнем затворе двухседельного управляющего клапана обозначен Δ. В шарнире 33 предусмотрен зазор Δ за счет выполнения овального отверстия в рычаге 13 либо в тяге 31.
3
1
2
1
2
В нерабочем положении воздухоотводчика (при отсутствии рабочей среды) надпоршневая полость пневмопривода 18 соединена через трехходовой переключающий кран 49 с атмосферой. При этом поплавок 9 и рычаг 13 под действием суммарной силы тяжести опущены, зазор Δ в шарнире 33 выбран. Усилие пружины возврата 29 подбирается таким, что вся подвижная система воздухоотводчика находится в равновесии: затвор двухступенчатого запорно-регулирующего клапана 17 приоткрыт с образованием кольцевого щелевого зазора Δ, плунжер 42 двухседельного управляющего клапана находится в промежуточном положении между седлами 40 и 41 с образованием кольцевого щелевого зазора Δ, входные отверстия 38 открыты. В этом положении воздухоотводчик обеспечивает минимальный выпуск газообразной среды через кольцевые щелевые зазоры Δ и Δи не допускает выброса жидкой рабочей среды при ее подъеме до верхней точки поплавка 9.
Автоматический воздухоотводчик работает следующим образом.
После поворота трехходового переключающего крана 49 в рабочее положение надпоршневая полость пневмопривода 18 соединяется через продольную канавку 25 на наружной поверхности цилиндра 23, трубку 45 и канал 43 с плунжерной камерой 39 управляющего клапана и через отверстия 38 - с поплавковой камерой 3.
1
2
В начальный период работы автоматического воздухоотводчика при малом избыточном давлении газообразная среда по-прежнему отводится через кольцевые щелевые зазоры Δ и Δ.
1
2
При повышении давления газообразной среды в поплавковой камере 3 и в надпоршневой камере пневмопривода 18 поршень 24 перемещается вниз по направлению к упорам 30, перемещая плунжеры 20 и 21 и увеличивая площадь кольцевого щелевого зазора Δ для отвода газообразной среды. Одновременно, при повороте рычага 13 против часовой стрелки и при посадке плунжера 42 на верхнее седло 40 перекрывается кольцевой щелевой зазор Δ.
3
При поступлении в корпус 1 жидкой рабочей среды поплавок 9 всплывает, рычаг 13 поворачивается вокруг шарнира 12 по часовой стрелке, плунжер 42 управляющего клапана перемещается вверх до посадки на нижнее седло 41, плунжерная камера 39 управляющего клапана отсекается от поплавковой камеры 3 и сообщается с атмосферой. При этом надпоршневая полость пневмопривода 18 также сообщена с атмосферой, поршень 24, шток 26, плунжеры 20 и 21 под действием возвратных пружин 28 и 29 находятся в крайнем верхнем положении: затворы обеих ступеней двухступенчатого запорно-регулирующего клапана 17 закрыты. С увеличением давления жидкой рабочей среды растет усилие прижатия плунжера 20 к плунжеру 21 и плунжера 21 к седлу 19. Верхний зазор Δ в шарнире 33 выбран. Выступающий над гайкой 36 верхний торец плунжера 42 является указателем наличия жидкости в устройстве.
3
При увеличении количества газообразной составляющей в рабочей среде она скапливается в верхней части поплавковой камеры 3, вытесняя из последней жидкую среду - уровень жидкости в поплавковой камере опускается. Поплавок 9 совместно с шарнирным рычагом 13 опускается под действием силы тяжести вдоль направляющей поверхности 10 на величину зазора Δ. Входные отверстия 38 управляющего клапана при этом приоткрываются, плунжер 42 открывает проход в затворе управляющего клапана и сообщает поплавковую камеру 3 с плунжерной камерой 39 и надпоршневой камерой пневмопривода 18. Давление в надпоршневой камере пневмопривода 18 повышается, и поршень 24, эффективная площадь которого превышает эффективную площадь плунжера 20 первой ступени запорно-регулирующего клапана 17, преодолевает установочное усилие пружины 29 и перемещается вниз, увлекая за собой плунжер 20. Открытие первой ступени запорно-регулирующего клапана 17 предотвращает скопление газообразной среды в системе.
Когда возможностей первой ступени недостаточно для выпуска газа, скапливающегося в поплавковой камере 3, давление в ней продолжает расти, и уровень жидкости продолжает снижаться. Одновременно и в надпоршневой полости пневмопривода 18 давление повышается, поршень 24 перемещается вниз, преодолевая усилие пружины 29. При этом открывается затвор второй ступени запорно-регулирующего клапана 17, проходное сечение которого больше и представляет собой меньшее сопротивление потоку газообразной среды.
1
3
Поплавок 9, рычаг 13 и плунжер 42 управляющего клапана находятся в крайнем нижнем положении. Плунжер 42 прилегает к верхнему седлу 40 управляющего клапана. При этом, если усилие на поршне 24 превышает усилие пружины 29, поршень 24 садится на упоры 30. Кольцевой щелевой зазор Δ увеличивается до максимального размера. Нижний зазор Δ в шарнире 33 выбран. Происходит беспрепятственный выпуск газообразной среды из поплавковой камеры 3, одновременно с этим поплавковая камера 3 заполняется жидкой средой из гидравлической сети.
2
2
С повышением уровня жидкости поплавок 9 всплывает, поворачивая рычаг 13 вокруг шарнира 12 в обратном направлении. Плунжер 42 управляющего клапана при этом перемещается вверх, садится на нижнее седло 41 и отсекает поплавковую камеру 3 от плунжерной камеры 39 управляющего клапана, соединяя ее через кольцевой щелевой зазор Δ с атмосферой. Надпоршневая полость пневмопривода 18 также соединяется с атмосферой через плунжерную камеру 39 и кольцевой щелевой зазор Δ. Происходит сброс управляющей среды из надпоршневой полости пневмопривода 18.
3
При подъеме уровня жидкости до верхней точки поплавка 9 входные отверстия 38 и седло 41 управляющего клапана перекрыты, затворы обеих ступеней запорно-регулирующего клапана 17 закрыты с достаточными для герметичности клапана усилиями. С увеличением давления жидкой рабочей среды увеличивается усилие прижатия плунжера 20 к плунжеру 21 и плунжера 21 к седлу 19. Верхний зазор Δ в шарнире 33 выбран. Выступающий над гайкой 36 верхний торец плунжера 42 опять указывает на наличие в устройстве жидкости.
Подбором величин эффективных площадей плунжеров 20, 21, поршня 24 и плунжера 42, а также их соотношений обеспечивают надежную работу воздухоотводчика в широком диапазоне параметров рабочей среды по давлению и расходу и в условиях быстрой смены жидкой фазы рабочей среды на газообразную.