КЛАПАННОЕ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Техническое решение относится к области узлов и деталей машин, обеспечивающих их нормальную эксплуатацию, а именно в области переключающих клапанов, предпочтительно, обеспечивающих изменение газового или жидкостного потоков, и может быть использовано в любой области науки и техники, использующей регулируемое перемещение жидкостных и газовых потоков, и в основном предназначено для работы в газовой, нефтехимической и химической отраслях промышленности.
В рамках представленного технического решения термин “пневмо” относится к любым системам, предназначенным для перемещения любого газа и/или использующих любой газ в качестве рабочего тела.
Известно клапанное переключающее устройство (RU, патент 2066010), содержащее корпус с входным и выходным патрубками и установленными в его каналах, по меньшей мере, двумя запорными элементами, нагруженными в сторону седла посредством пружинных механизмов, установленных соосно с указанными каналами. Входной и выходной патрубки расположены соосно и перпендикулярно указанным каналам, а пружинные механизмы размещены в выполненных в корпусе цилиндрических отверстиях, сообщенных с входным патрубком в открытом положении клапана и с выходным патрубком при закрытом положении клапана.
Недостатком известного устройства следует признать использование пружинных механизмов, обладающих ограниченным количеством циклов «сжатие-расжатие».
Известно (RU, патент 2217639) клапанное переключающее устройство, содержащее корпус с установленным в корпусе рабочим органом, причем рабочий орган закреплен на подвижном штоке, расположенном в одном из патрубков, причем на боковых сторонах корпуса расположены участки магистрали управляющего давления, сообщенные с управляющим органом, также на боковых сторонах корпуса имеются отводки, на концах которых размещены предохранительные клапаны, а на боковой поверхности - магистраль подвода газовой среды.
Недостатком известного устройства следует признать недостаточное усилие прижатия рабочего органа к корпусу, что уменьшает надежность срабатывания устройства, а также большое гидравлическое сопротивление в тракте корпуса из-за большого диаметра штока.
Указанное решение использовано в качестве ближайшего аналога.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в увеличении усилия прижатия рабочего органа к корпусу, а также в уменьшении гидравлического сопротивления в тракте корпуса за счет выбора минимального диаметра штока, определяемого только прочностными характеристиками, что повышает надежность работы устройства в целом.
Для обеспечения достижения указанного технического результата предложено использовать переключающее клапанное устройство разработанной конструкции. Разработанное клапанное переключающее устройство содержит корпус с установленным в корпусе рабочим органом, причем рабочий орган закреплен на подвижном штоке, расположенном в одном из патрубков, на боковых сторонах корпуса расположены участки магистрали управляющего давления, сообщенные с управляющим органом, также на боковых сторонах корпуса имеются отводки, на концах которых размещены предохранительные клапаны, а на боковой поверхности - магистраль подвода газовой среды, причем подвижный шток выполнен минимально допустимого из соображения прочности диаметра, а на концах подвижного штока установлены поршни, диаметр которых определен из условий герметичности клапана.
Сила прижатия клапана к седлу равна сумме двух сил:
- первая сила определяется перепадом давления на рабочем органе, умноженным на его площадь за вычетом площади штока;
- вторая сила определяется перепадом давления на штоках, умноженным на площадь штока (подразумевается, что штоки одинаковой площади).
За счет выбора диаметра штоков возникает возможность регулировать и выбирать необходимую силу прижатия клапана к седлу для обеспечения герметичности клапана. При этом также можно выбирать минимально возможный диаметр штока, определяемый только прочностными характеристиками.
Уменьшение диаметра штока приводит к увеличению проходного сечения гидравлического тракта корпуса и, соответственно, уменьшению гидравлического сопротивления этого тракта, что является важной технической характеристикой клапанного переключающего устройства.
На чертеже приведен разрез, иллюстрирующий разработанную конструкцию, при этом использованы следующие обозначения: предохранительные клапаны 1, 2, магистраль 3 высокого давления, магистрали 4, 5 низкого давления, рабочий орган 6, отводки корпуса 7, 8, магистрали подвода газовой среды 9, 10, магистрали управляющего давления 11, 12, шток 13, корпус 14.
В базовом варианте предложенное устройство работает следующим образом.
По магистрали 3 подают газ под высоким давлением - до 30 МПа. При превышении номинального давления в трубе 3 срабатывает один из предохранительных клапанов (1 или 2), при этом газ высокого давления сбрасывается в магистраль низкого давления (4 или 5). В случае, показанном на чертеже, газ из магистрали высокого давления 3 поступает на предохранительный клапан 1 и, после его срабатывания, сбрасывается в магистраль низкого давления 4. После срабатывания предохранительного клапана 1 магистраль высокого давления 3 необходимо переключить на предохранительный клапан 2. (При срабатывании одного из предохранительных клапанов необходимо переключить работу предложенное устройство на второй клапан для осуществления регламентных работ с первым клапаном). Это достигается перемещением рабочего органа 6 в левое положение. Для этой цели предварительно выравнивают давление в полостях корпуса 14 и отводков корпуса 7 и 8, подавая высокое давление по магистрали подвода газовой среды 10 в полость под предохранительным клапаном 2. Затем по магистрали управляющего давления 11 давление сбрасывают, при этом в магистрали 12 уже было низкое давление. Для того чтобы переложить рабочий орган в левое положение увеличивают сначала давление в магистрали 12 (в магистрали 11 до этого уже было установлено низкое давление) и, после перемещения штока 13 с рабочим органом 6 в левое положение, сбрасывают давление из полостей корпуса 14 и отводка корпуса 7, расположенных под предохранительным клапаном 1. Изменение давлений в магистралях 8, 9, 11 и 12 производится управляющим органом. После этих операций на клапан 6 действует полная сила, равная сумме двух сил:
- первая сила равна произведению площади рабочего органа 6 (за вычетом площади штока) на перепад давления между низким и высоким давлением;
- вторая сила равна произведению площади поршня на перепад давления между низким и высоким давлением.
В результате давление подано на предохранительный клапан 2, т.е. он стал рабочим.
Такое же клапанное переключающее устройство обычно устанавливают и после предохранительных клапанов 1 и 2 на магистралях низкого давления 4 и 5. В этом случае во всех полостях корпуса 14, включая отводки 7, 8, всегда низкое давление. В этом случае клапанное переключающее устройство управляется и запирается давлением, подаваемым в полости магистралей 11 и 12.
При реализации разработанного устройства происходит увеличение усилия прижатия рабочего органа к корпусу, а также в уменьшение гидравлического сопротивления в тракте корпуса за счет выбора минимального диаметра штока, определяемого только прочностными характеристиками, что повысит надежность работы устройства в целом.