ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНО-ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН
SAFETY-SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности, на промыслах, газораспределительных станциях (ГРС), котельных и других объектах.
Известны различные конструкции предохранительно-запорных клапанов с разными типами затворов. Среди них можно отметить предохранительно-запорные клапаны широко применяемые в газораспределительных сетях и газораспределительных пунктах [Справочник. Промышленное газовое оборудование. Саратов 2013 г. стр. 566-587]. Несмотря на многообразие конструкций этих клапанов, к ним предъявляется одно общее требование. Их конструкция должна исключать самопроизвольное открытие запорного органа без вмешательства обслуживающего персонала. Поэтому такие клапаны взводятся, как правило, вручную. Все они имеют общие элементы и состоят из корпуса с входным и выходным фланцами, расположенного внутри корпуса седла, перекрываемого тарелью с мягким уплотнителем; в центре тарели находится перепускной клапан, служащий для выравнивания давления между входной и выходной полостями клапана перед его взведением. Тарель соединена с рычагом, второй конец которого жестко соединен с осью, проходящей через корпус клапана, на некотором расстоянии от центральной оси клапана. На оси установлены пружины кручения, осуществляющие прижатие тарели к седлу клапана. На конце оси, выходящей из корпуса клапана, жестко установлен рычаг, с помощью которого и производится ручное взведение клапана [стр. 566]. Конец этого рычага при взведении входит в зацепление с подвижным штоком механизма контроля давления, установленного снаружи корпуса (если клапан срабатывает при выходе давления газа за пределы его настройки), или с подвижным штоком, связанным с электромагнитом (если клапан срабатывает при включении или отключении электрического сигнала, подаваемого на магнит).
К недостаткам устройств такого типа относится необходимость перепускания газа для выравнивания давления на входе и выходе клапана перед взведением. Иногда этот процесс достаточно длителен, т.к. сечение перепускного клапана значительно меньше проходного сечения седла. К тому же, необходимость в перепускном клапане усложняет конструкцию устройства.
Другим недостатком этих устройств является то, что при автоматическом срабатывании рычаг, установленный на конце оси, выходящей за пределы корпуса клапана, очень быстро перемещается из взведенного положения в исходное, что чревато травмами для обслуживающего персонала. Особенно это актуально для клапанов с большим условным проходом из-за большей массы подвижных рычагов клапана.
Для реализации функций предохранительно-запорных клапанов представляют интерес устройства на основе дисковых поворотных затворов [стр. 288-315]. Они удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к предохранительно-запорным клапанам, например, по герметичности затвора, по быстродействию (срабатывание в пределах 1 сек). Этому требованию удовлетворяют дисковые поворотные затворы с пневмоприводом и некоторые конструкции затворов с электроприводом. Кроме того, в силу особенностей их конструкции, в них не требуется применение перепускного клапана, следовательно, ручное взведение устройства может осуществляться за сравнительно короткое время.
Наиболее близким техническим решением является «Предохранительно-запорный клапан и клапанный затвор», описанный в патенте РФ №2232330, КЛ. МКП F16K 117/00 и F16K 1/00. В нем представлен предохранительно-запорный клапан, который содержит корпус в виде трубы, клапанный затвор, включающий дисковый затворный орган и кольцо-седло, которое разделяет корпус на входной и выходной каналы, поворотный вал, соединенный с дисковым запорным органом, имеющим резиновое уплотнение. Ось поворотного вала перпендикулярна осевой продольной плоскости трубы корпуса. Имеется исполнительный механизм поворотного вала.
Исполнительный механизм смонтирован на корпусе и содержит электропривод, силовой редуктор, силовую пружину, ручной дублер экстренного закрытия клапана, механизм ручного привода и автомат для экстренного закрытии клапана, выполненный в виде электромагнитной муфты-защелки с якорем.
Недостатком этого устройства, с точки зрения требований, предъявляемых к предохранительно-запорному клапану с ручным взведением, является сложность конструкции, обусловленная наличием электропривода и сопутствующих ему элементов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение безопасности.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в предохранительно-запорном клапане, содержащем корпус с входной и выходной камерами; расположенный между ними на вертикальной оси затвор в виде поворотного диска с герметизирующей боковой поверхностью; чувствительный механизм, например, мембранного типа с подвижным штоком; муфту для ручного взведения клапана, размещенную на верхнем конце вертикальной оси затвора и расположенного на той же оси поворотного механизма с пружиной скручивания, один конец которой связан с корпусом, а другой с нижней торцевой поверхностью поворотного механизма; штифт, закрепленный на образующей поверхности поворотного механизма, и систему рычагов, расположенных в разных плоскостях и взаимодействующих со штифтом и подвижным штоком чувствительного механизма, система рычагов выполнена из расположенных в одной плоскости между двумя параллельными пластинами рычагов с габаритами, не выходящими за пределы параллельных пластин, кроме последнего рычага, конец которого снабжен фиксатором взведенного состояния клапана с возможностью взаимодействия с подвижным штоком чувствительного механизма, причем каждый рычаг системы выполнен с пружиной скручивания.
Система рычагов, количество которых зависит от необходимого передаточного отношения, представляет собой конструкцию, где параллельные друг другу оси рычагов расположены между двух пластин с возможностью свободно поворачиваться, а сами рычаги располагаются в одной плоскости с возможностью взаимного зацепления так, что на короткое плечо, выполненное в виде вилки с прорезью, первого из них воздействует штифт муфты, а длинное плечо первого воздействует на кроткое плечо, тоже выполненное в виде вилки второго, и т.д. Последний рычаг длинным плечом воздействует на шток чувствительного элемента.
Для обеспечения возможности сцепления рычагов друг с другом каждый из них должен находиться в начальный момент в определенном исходном положении. При этом габариты рычага таковы, что они не выходят за пределы параллельных пластин, между которыми они расположены, кроме последнего, взаимодействующего с подвижным штоком чувствительно элемента. Таким образом, все травмоопасные подвижные элементы находятся внутри между пластинами и не могут нанести травму обслуживающему персоналу.
Анализ патентных, информационных и каталожных материалов по предохранительно-запорным клапанам по фондам областной универсальной научной библиотеки г. Саратова позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение неизвестно из уровня техники, т.е. оно является новым. Кроме того, предлагаемое устройство не следует явным образом из уровня техники, т.е. имеет место изобретательский уровень. Конструкция предлагаемого предохранительно-запорного клапана вызвана к жизни практикой эксплуатации.
Как известно из анализа конструкции, например, аналогов и прототипа, подобным устройствам свойственна травмоопасность, либо они чрезмерно сложны по конструкции.
Введение в предлагаемом устройстве системы рычагов, расположенных в одной плоскости между двумя параллельными пластинами, делает ее нетравомоопасной и сравнительно простой по конструкции. Таким образом, предлагаемый предохранительно-запорный клапан обладает промышленной применимостью.
Устройство представлено на чертежах: на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2, 3, 4 - последовательное расположение рычагов при взведении клапана.
Предохранительно-запорный клапан содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 камерами; расположенный между ними на вертикальной оси 4 затвор 5 в виде поворотного диска с герметизирующей боковой поверхностью; чувствительный механизм контроля 6 с подвижным штоком 7; муфту 8 для ручного взведения клапана, размещенную на верхнем конце вертикальной оси 4 и расположенных между ними на той же оси 4 поворотного механизма 9 с пружиной скручивания 10, один конец которой связан с корпусом 1, а другой - с нижней торцевой поверхностью поворотного механизма 9; штифт 11 - на образующей поверхности поворотного механизма 9; систему рычагов 12, выполненную в виде расположенных в одной плоскости между двумя параллельными пластинами 13 и 14 рычагов с габаритами, не выходящими за пределы параллельных пластин 13 и 14, кроме последнего рычага, конец которого снабжен фиксатором 15 взведенного состояния клапана с возможностью взаимодействия с подвижным штоком 7 чувствительного механизма контроля 6, причем каждый рычаг выполнен с пружиной скручивания (не показано).
Устройство работает следующим образом: в первоначальном положении затвор 5 в виде поворотного диска относительно корпуса 1 установлен с помощью пружины скручивания 10, воздействующей на поворотный механизм 9 и через него на ось 4 так, что полости 2 и 3 изолированы друг от друга. Штифт 11 поворотного механизма 9 находится в крайнем верхнем положении, а все рычаги, за счет пружин скручивания, находятся в расцепленном состоянии (фиг. 2). Клапан в этом положении закрыт.
Взведение клапана производится следующим образом: гаечным ключом, надетым на муфту 8, пересиливая действие пружины скручивания 10, производится поворот муфты 8 и поворотного механизма 9 против часовой стрелки так, что штифт 11 занимает крайнее нижнее положение и входит в прорезь вилки короткого плеча первого рычага, поворачивая его против часовой стрелки. Длинное плечо первого рычага, поворачиваясь, входит в прорезь вилки короткого плеча второго рычага и поворачивает его по часовой стрелке. Длинное плечо второго рычага входит в прорезь вилки короткого плеча третьего рычага и поворачивает его против часовой стрелки. Длинное плечо третьего рычага с установленным на его конце фиксатором 15 взведенного состояния клапана, проходя мимо подвижного штока 7 чувствительного механизма 6, поворачивает фиксатор 15 взведенного состояния клапана так, что он позволяет третьему рычагу пройти за подвижный шток (фиг. 3). Затем фиксатор 15 взведенного состояния клапана под воздействием его пружины скручивания (не показано) занимает свое обычное положение на рычаге и, при обратном ходе третьего рычага, он не позволит системе рычагов вернуться в исходное положение, и фиксирует всю систему во взведенном состоянии (фиг. 4). Теперь, если ослабить воздействие рук на гаечный ключ, пружина скручивания 10 начнет поворачивать муфту 8 и поворотный механизм 9 в противоположном направлении (по часовой стрелке). Штифт 11, уже войдя в прорезь вилки короткого плеча первого рычага, начнет поворачивать всю систему рычагов в противоположном направлении и, в конечном счете, фиксатор 15 взведенного состояния клапана, уже занявший свое первоначальное положение на третьем рычаге, приблизившись к подвижному штоку 7, упрется в него (фиг. 4), таким образом, положение всех трех рычагов, муфты 8, поворотного механизма 9, оси 4 и затвора 5 в виде поворотного диска зафиксируется в пространстве, и клапан будет открыт (взведен). При поступлении соответствующего сигнала на чувствительный механизм 6 (например, изменение давления подаваемого на механизм контроля давления) шток 7 начнет движение вдоль своей оси и фиксатор попадет в прорезь на штоке 7, и под воздействием всех пружин вместе, со всеми рычагами и муфтой, мгновенно расфиксирует всю систему, и она вернется в исходное положение, и таким образом клапан закроется.
Соотношение длин плеч рычагов и количество рычагов в системе позволяет добиться того, что воздействие усилия фиксатора 15 взведенного состояния клапана на подвижный шток 7 в десятки и сотни раз меньше, чем усилие воздействия штифта 11 на короткое плечо первого рычага, что пропорционально уменьшает силу трения фиксатора 15 взведенного состояния клапана о подвижный шток 7 и делает систему весьма чувствительной к изменению давления.