ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
SAFETY VALVE OF DIRECT ACTION

Изобретение на предохранительный клапан прямого действия относится к трубопроводной арматуре, характеризующейся высокими параметрами рабочей среды - температура до 600°C, давление до 40 МПа, предназначенный для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды.
Одним из требований, предъявляемых к предохранительным клапанам, является высокая надежность срабатывания при заданных параметрах, точность срабатывания, пассивное открытие и закрытие предохранительного клапана без подвода энергии извне.
Известен предохранительный клапан прямого действия (Заявка на изобретение: 93020161, опубликована 27.07.1996 г.), содержащий запорный орган с периферийным круговым расширением, прижимаемый к седлу возвратной пружиной, которая противоположным концом упирается в опорную тарелку, взаимодействующую с регулировочным винтом. Круговое расширение запорного органа выполнено с юбкой для скольжения в направляющем стакане, при этом последний имеет кольцевую расточку с упорной поверхностью для ограничения хода юбки и тем самым хода запорного органа. Направляющий стакан установлен в корпусе клапана с помощью резьбового соединения, обеспечивая такое регулирование хода запорного органа, чтобы при открытии клапана заброс давления был минимальным, а колебания и вибрации запорного органа исключались.
Недостатком этой конструкции является наличие в потоке элементов поджатая запорного органа, которые снижают надежность конструкции.
Известен импульсный предохранительный клапан (заявка на изобретение: 2015108474/06, опубликовано 20.07.2016), корпус которого выполнен в виде двух полу корпусов и установленного между ними промежуточного корпуса в виде перегородки. В промежуточном корпусе установлен импульсный клапан. Затвор клапана выполнен в виде шарика, поджатого к седлу пружинами при помощи штока. Полость между седлом и штоком сообщена через жиклерные отверстия, выполненные в промежуточном корпусе, с полостью дренажа. Затвор основного клапана выполнен в виде ступенчатого плунжера. На торце меньшей ступени последнего установлен уплотнительный элемент, контактирующий с седлом. Входная полость корпуса сообщается с кольцевой полостью, образованной поверхностями ступенчатого плунжера и поверхностями корпуса под этот плунжер, через радиальные и осевое отверстия и радиальное жиклерное отверстие и с полостью пружины основного затвора через указанные радиальные и осевое отверстия и жиклер, установленный в ступенчатом плунжере.
Недостатком известного импульсного предохранительного клапана является сложность конструкции, которая снижает его надежность.
Известен сильфонно-импульсный предохранительный клапан (заявка на изобретение 2014126036, опубликовано 27.01.2016), содержащий корпус с седлом, клапан со штоком и привод, управляемый сбросным импульсным клапаном, отличающийся тем, что приводом предохранительного клапана является сильфон, один конец которого неподвижно соединен с крышкой корпуса, другой конец соединен со штоком клапана с возможностью осевого перемещения под воздействием разности усилий от внутреннего давления в сильфоне и от жесткости сильфона, возникающих при открытии и закрытии управляющего сбросного импульсного клапана.
Недостатком этой конструкции является незначительное усилие прижатие затвора к седлу, соответственно возникают протечки, приводящие к несанкционированному срабатыванию предохранительного клапана или к отказу срабатывания.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату к заявляемому предохранительному клапану прямого действия является предохранительный сильфонный клапан (заявка на полезную модель: 2003121119/20, опубликовано 10.10.2003), содержащий корпус с входным и выходным каналами, нагруженный в сторону седла запорный орган с уплотнением седла и сильфон, связанный с запорным органом и с корпусом, в котором наружный диаметр сильфона выполнен равным наружному диаметру уплотнения седла, а внутренний диаметр сильфона соответственно внутреннему диаметру уплотнения седла.
Недостатком этой конструкции является незначительное усилие прижатия затвора к седлу, соответственно возникают протечки, приводящие к несанкционированному срабатыванию предохранительного клапана или к отказу срабатывания.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение высокой герметичности затвора, обеспечение высокой надежности срабатывания при заданных параметрах, повышение точности срабатывания, пассивное открытие и закрытие предохранительного клапана без подачи энергии извне.
Поставленная задача достигается тем, что предохранительный клапан прямого действия состоит из корпуса, входного патрубка и выходного патрубка, в котором выполнен канал и установлены дроссели, в корпусе установлено седло, затвор, сильфон, соединенный с затвором и стаканом, отличающийся тем, что эффективная площадь сильфона превышает площадь затвора, обеспечивая надежное открытие, при этом стакан закреплен на корпусе клапана бугелем с установленной на нем стойкой, внутри которой образована сильфонная камера посредством двух сильфонов с разной эффективной площадью, соединенных с затвором, отличающийся тем, что канал выходного патрубка соединен трубопроводом с сильфонной камерой. На стойке закреплена крышка, внутри которой размещен пакет тарельчатых пружин и регулировочный винт.
Высокая герметичность затвора обеспечивается за счет увеличения удельного давления прижатия затвора к седлу. В предлагаемой конструкции эффективная площадь сильфона превышает площадь затвора. При наличии рабочего давления внутри клапана, для обеспечения герметичности затвора усилие настройки пакета тарельчатых пружин должно компенсировать разность усилий, создаваемых на площади затвора и сильфона, причем усилие настройки пакета тарельчатых пружин пропорционально разности площадей сильфона и затвора, и, соответственно, увеличивает удельное давление прижатия затвора к седлу.
Высокая надежность срабатывания при заданных параметрах обеспечивается за счет значительно большей эффективной площади сильфона по сравнению с площадью затвора, соответственно, при повышении давления рабочей среды внутри клапана сила, действующая на сильфон, возрастает пропорционально разности площадей сильфона и затвора, что обеспечивает надежное открытие клапана.
Повышение точности срабатывания обеспечивается за счет наличия пакета тарельчатых пружин. Пакет тарельчатых пружин при последовательной сборке пружин обеспечивает пологую линейную характеристику в предлагаемой конструкции, соответственно, обеспечивается более тонкая настройка и точность срабатывания.
Пассивное открытие предохранительного клапана прямого действия при заданных параметрах обеспечивается наличием сильфона соединенного с затвором (сильфонного привода), а закрытие без подачи энергии извне обеспечивается наличием двух сильфонов с разной эффективной площадью, соединенных с затвором (сильфонного привода) в сильфонной камере.
Пример выполнения предлагаемого предохранительного клапана прямого действия представлен на чертежах.
На фиг. 1 показан предлагаемый предохранительный клапан прямого действия.
Предохранительный клапан прямого действия состоит из корпуса 1, входного патрубка 2, выходного патрубка 3 в котором установлены дроссели 4. В корпусе 1 установлено седло 5, затвор 6, сильфон 7 соединенный с затвором 6 и стаканом 8. Стакан 8 закреплен на корпусе 1 бугелем 9 посредством шпилек 10 и гаек 11. На бугеле 9 крепится стойка 12, внутри которой образована сильфонная камера 13 посредством сильфонов 14 и 15 с разной эффективной площадью, сильфонная камера 13 соединена трубопроводом 16 с каналом 17 выходного патрубка 3. На стойке 12 закреплена крышка 18, внутри которой размещен пакет тарельчатых пружин 19 и регулировочный винт 20.
При нормальной эксплуатации предохранительный клапан прямого действия плотно закрыт, так как усилие пакета тарельчатых пружин 19 и усилие от давления рабочей среды на затвор 6 превышают усилие на сильфон 7.
При повышении давления до заданного значения срабатывания предохранительного клапана (давления на открытие клапана) происходит увеличение усилия на сильфон 7. Усилие на сильфон 7 превышает суммарное усилие на затвор 6 и усилие настройки пакета тарельчатых пружин 19. Затвор 6 открывается, рабочая среда поступает в выходной патрубок 3, в котором установлены дроссели 4, одновременно среда поступает в сильфонную камеру 13, организованную двумя сильфонами 14 и 15 с разной эффективной площадью.
Давление рабочей среды в предохранительном клапане падает. Суммарное усилие, создаваемое пакетом тарельчатых пружин 19, и усилие, создаваемое давлением в сильфонной камере 13, действует на затвор 6. При падении давления до давления закрытия суммарное усилие, создаваемое пакетом тарельчатых пружин 19 и усилие создаваемое сильфоном 14, превышает усилие сильфонов 7 и 15 на открытие, клапан закрывается.
Площади сильфонов всегда остаются постоянными, работа клапана (открытие и закрытие) при установленном давлении зависит только от настройки пружины на давление срабатывания клапана.
Использование заявленного предохранительного клапана прямого действия увеличивает надежность срабатывания при заданных параметрах, обеспечивает более высокую точность срабатывания, обеспечивает пассивное (без подвода энергии извне) срабатывание (открытие-закрытие).
Заявленный клапан соответствует современным требованиям безопасности и конкурентоспособности по техническим, экономическим и эксплуатационным показателям.
Источники информации:
1. Описание к заявке на изобретение: 93020161. Опубликовано: 27.07.1996 г.
2. Описание к заявке на изобретение: 2015108474/06. Опубликовано: 20.07.2016.
3. Описание к заявке на изобретение: 2014126036. Опубликовано: 27.01.2016.
4. Описание к заявке на полезную модель: 2003121119/20. Опубликовано: 10.10.2003. (Прототип).