КЛАПАН ТЕРМОЗАПОРНЫЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к запорной арматуре для бытовых и промышленных агрегатов и систем высокого давления, преимущественно газовых, предназначенной для их защиты в аварийных ситуациях, например для отсекания подачи газа при угрозе возникновения пожара.
Уровень техники
Известен термозапорный клапан (см. патент №2243440, МПК: F 16 K 17/40, опубл. 2004.12.27), содержащий корпус, в полости которого выполнено седло, образующее посадочную поверхность для затвора, и установлена направляющая втулка и с возможностью скольжения по ней затвор, нагруженный пружиной относительно втулки в сторону седла. Затвор снабжен средством, удерживающим его в открытом положении, выполненным в виде стержней, пропущенных через отверстия направляющей втулки до упора в термочувствительный элемент в виде «термобульбы». Клапан характеризуется высокой стойкостью к вибрациям и ударным нагрузкам. К недостаткам клапана можно отнести содержание большого количества составляющих элементов, сложность монтажа.
Известен автоматический термозапорный клапан (см. патент №2149303, МПК: F 16 K 17/40, опубл. 2000.05.20), содержащий корпус, в полости которого напротив проходного отверстия установлен затвор, нагруженный пружиной и снабженный стопором и плавкой вставкой. Плавкая вставка выполнена в виде стакана, заполненного легкоплавким веществом, через открытый торец которого выведен шток, фиксирующий затвор в открытом положении, при этом затвор выполнен в виде шарика, установленного с эксцентриситетом относительно оси проходного отверстия. К недостаткам автоматического клапана относится недостаточная надежность, обусловленная возможностью несанкционированного срабатывания вследствие «сваливания» затвора-шарика со сферической головки штока, фиксирующего его положение.
Наиболее близким по конструктивным признакам к заявляемому решению, является термопредохранительный клапан (см. свидетельство на полезную модель №43051, МПК: F 16 K 17/40, опубл. 12.27.2004 г.), выбранный за прототип. Клапан содержит корпус, в полости которого закреплено основание с осевым и радиальным каналами, расположенный соосно проходному отверстию и подпружиненный относительно основания запорный элемент с хвостовиком, установленным в осевом канале основания с возможностью перемещения. В радиальном канале основания на
плавкой вставке размещен стопорный элемент для фиксации хвостовика затвора, выполненный в виде стержня, выступающий торец которого входит в канавку хвостовика.
К недостаткам клапана можно отнести недостаточную надежность фиксации затвора в открытом состоянии, возможность несанкционированного срабатывания. В результате сотрясений от ударов и вибраций, от напора проходящего через клапан потока, а также при «подплавлении» легкоплавкого вещества в результате кратковременного повышения температуры, может произойти «выскакивание» стержня из канавки, что обусловлено малой площадью взаимодействия стопора и хвостовика затвора. Однако увеличение глубины контакта грозит возможным перекосом и заклиниванием стопорного штифта при срабатывании клапана.
Таким образом, анализ работы термозапорных клапанов показал, что надежность и стабильность срабатывания клапана во многом определяется конструкцией и размещением стопора и плавкой вставки.
Раскрытие полезной модели
Заявляемой полезной моделью решается задача повышения надежности клапана и точности его срабатывания за счет нового подхода к выполнению и размещению стопора.
Поставленная задача решена за счет того, что в термозапорном клапане, содержащем корпус, в полости которого закреплена направляющая для штока запорного элемента, размещенного соосно проходному отверстию корпуса и подпружиненного относительно направляющей в сторону упомянутого проходного отверстия, и стопор для фиксации запорного элемента в открытом положении, установленный на плавкой вставке, согласно заявляемой полезной модели, в корпусе выполнена упорная поверхность для стопора, примыкающая к посадочной поверхности проходного отверстия, при этом в запорном элементе выполнено отверстие, в котором размещены плавкая вставка и стопор, установленный с возможностью контакта своего рабочего торца с упомянутой упорной поверхностью.
Вышеприведенная совокупность признаков не была обнаружена из известного уровня техники, поэтому заявляемая полезная модель отвечает критерию «новизна».
Предложенная конструкция клапана обеспечивает стабильность и надежность работы в условиях ударных и вибрационных нагрузок, а также устойчивость к несанкционированным срабатываниям при кратковременных повышениях температуры.
Стопор установлен в отверстии запорного элемента с образованием выступа над его поверхностью. Высота выступа определяет расстояние, на которое запорный элемент отстоит от проходного отверстия при открытом положении клапана. Указанное
расстояние должно обеспечивать нормальное прохождение рабочей среды, например газового потока, и рассчитывается согласно формуле:
где Н - высота выступа стопора над поверхностью запорного элемента, В - расстояние между рабочей поверхностью запорного элемента и внутренней стенкой корпуса при открытом состоянии клапана, и А - расстояние от запорного элемента до проходного отверстия корпуса при открытом состоянии клапана.
Рабочей поверхностью запорного элемента считается та, что контактирует с посадочной поверхностью проходного отверстия при закрытии клапана.
В конкретном случае реализации клапана высоту плавкой вставки выполняют равной высоте Н выступа стопора над поверхностью запорного элемента.
Предпочтительно для повышения надежности контакта выполнить упорную поверхность корпуса и рабочую торцовую поверхность стопора с соблюдением параллельности указанных поверхностей.
Наиболее предпочтительным вариантом реализации стопора является его выполнение в виде цилиндрического стержня.
В конкретном случае исполнения клапана, отверстие запорного элемента может быть выполнено в виде глухого отверстия. На дне отверстия размещают плавкую вставку и на ней стопор. Глухое отверстие выполняют с отходящим от него радиальным сквозным каналом, соединяющим полость отверстия с полостью корпуса. Канал выполняют на уровне дна глухого отверстия. Решение позволяет ускорить вытекание расплава вставки при повышении температуры, следовательно увеличить быстроту срабатывания клапана.
С целью обеспечения полного вытеснения расплавленного вещества вставки из глухого отверстия на боковой поверхности стопора к его нижнему торцу выполняют скос, стопор устанавливают в отверстии таким образом, чтобы скос располагался со стороны упомянутого радиального канала.
Для обеспечения герметичного закрытия проходного отверстия рабочую поверхность запорного элемента, предпочтительно выполнить в виде цилиндрической поверхности, а упомянутую посадочную поверхность - в виде конической поверхности с углом наклона образующей конуса к оси корпуса равным от 1 до 9°
С целью равномерного распределения нагрузки клапан может быть снабжен дополнительным стопором, размещенным в запорном элементе симметрично упомянутому ранее относительно оси проходного отверстия.
С целью уменьшения гидравлического сопротивления проходящему потоку рабочей среды запорный элемент со стороны проходного отверстия целесообразно выполнить с конической поверхностью, прилегающей к рабочей цилиндрической, причем наклон образующей конуса направлен к оси проходного отверстия. Глухое отверстие выполняют в упомянутой конусной поверхности запорного элемента.
Краткое описание чертежей
Работа и устройство термозапорного клапана поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен термозапорный клапан в разрезе;
На фиг.2 - вид А с фиг.1;
На фиг.3 - корпус клапана в разрезе;
На фиг.4 - запорный элемент в изометрии.
На фиг.5 - термозапорный клапан в разрезе, показана установка дополнительного стопора.
Осуществление полезной модели
Клапан термозапорный содержит (см. фиг.1, фиг.2) корпус 1, в полости которого установлена направляющая 2 для штока запорного элемента 3. Осевое отверстие направляющей 2, в котором установлен шток запорного элемента 3, выполнено строго соосным проходному отверстию 4 корпуса 1. Запорный элемент 3 подпружинен пружиной 5 относительно направляющей 2 в направлении проходного отверстия 4.
В корпусе 1 (см. фиг.3) выполнена упорная коническая поверхность 6, примыкающая к посадочной поверхности 7 проходного отверстия 4. Посадочная поверхность 7 выполнена конической с углом а наклона образующей конуса к оси корпуса равным 1-9°.
В конической поверхности запорного элемента 3, (см. фиг.4) прилегающей к рабочей цилиндрической поверхности с противоположной размещению пружины 5 стороны, выполнено глухое отверстие 8 с радиальным каналом 9. На дне отверстия 8 размещена плавкая вставка 10 состоящая из легкоплавкого вещества. На плавкую вставку 10 установлен стопор 11, предназначенный для фиксации запорного элемента 3 в открытом положении. Стопор 11 выполнен в виде цилиндрического стержня со скосом 12 и установлен в отверстии 8 с образованием выступа над поверхностью запорного элемента 3. Высота Н выступа стопора 11 рассчитывается согласно формуле (1), определяющей условия нормального прохождения рабочей среды, например газового потока, через проходное отверстие 4 корпуса 1.
Термозапорный клапан работает следующим образом.
В исходном открытом положении запорный элемент 3 находится на расстоянии А от проходного отверстия 4, определяемом высотой Н выступа стопора 11. Рабочий торец 13 стопора 11 упирается в поверхность 6 корпуса 1, удерживая запорный элемент 3 в открытом положении. Находящийся под нагрузкой упругих сил пружины 5 запорный элемент 3 оказывает постоянное давление на стопор 11, при этом стопор 11 противодействует давлению запорного элемента 3. Для равномерного распределения прикладываемых нагрузок поверхность торца 13 стопора 11 и контактирующая с ней упорная поверхность 6 корпуса размещены параллельно. Например, за счет установки цилиндрического стержня 11 стопора перпендикулярно конической поверхности 6, или за счет скоса торцовой поверхности 13 стопора 11.
В аварийной ситуации, например при угрозе пожара, когда температура вокруг термозапорного клапана повышается, плавкая вставка 10 плавится. Действие сил, оказывающих сопротивление давлению пружины 5, начинает ослабевать, и запорный элемент 3 начинает перемещаться в направлении проходного отверстия 4, вдавливая одновременно стопор 11 вглубь отверстия 8. Вставка 10 плавится и вытекает по каналу 9 в полость корпуса, а также частично по кольцевому зазору между стопором 11 и внутренней поверхностью отверстия 8. Стержень 11 стопора входит в полость отверстия 8, занимая освободившееся от легкоплавкого вещества место. При этом полость, образующаяся между скосом 12 стопора и входом радиального канала 9, обеспечивает свободный полный выход расплава вставки 10.
Запорный элемент 3 под действием пружины 5 перекрывает проходное отверстие 4 корпуса 1. Рабочая цилиндрическая поверхность 14 запорного элемента 3 плотно садится на коническую посадочную поверхность 7 проходного отверстия 4 и герметично закрывает его. Клапан закрыт, при этом запорный элемент 3 удерживается усилием пружины и давлением рабочей среды.
Для повышенной надежности работы клапан может быть оснащен дополнительным стопором 15, размещенным симметрично стопору 11 относительно оси проходного отверстия 4 (см. фиг.5).