ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
PULSE SAFETY VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным устройствам, и предназначено для автоматического выпуска газообразной среды из системы высокого давления (порядка 50 МПа) при чрезмерном повышении давления в ней в атмосферу и обеспечения безопасной эксплуатации установок и предотвращения аварий.
Известен импульсный предохранительный клапан (патент RU 2289051 от 2004.07.15, МПК F16K 17/10).
Недостатком указанного клапана является невозможность использования его на высокое давление из-за наличия в конструкции клапана сильфона.
Известен импульсный предохранительный клапан, конструкция которого приведена в ОСТ 92-0136-70, лист 36.
Недостатком указанного клапана также является невозможность использования его на высокое давление, т.к. усилие поджатая затвора основного клапана к седлу обеспечивается только усилием пакета пружин.
Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату к предложенному импульсному предохранительному клапану является импульсный предохранительный клапан, конструкция которого приведена в ОСТ 92-0130-70, лист 12.
Указанный предохранительный клапан содержит корпус с входной полостью и двумя полостями дренажа и установленными в нем основным и импульсным клапанами, разобщающими входную и дренажные полости, и каждый из которых состоит из подпружиненного затвора и седла, при этом пружинная полость основного затвора сообщена с входной полостью клапана.
Недостатком указанного клапана является конструктивная сложность импульсного клапана. Затвор импульсного клапана выполнен в виде подпружиненного поршня, на каждом торце которого выполнены уплотнительные элементы, контактирующие с двумя седлами. При этом затвор кинематически соединен тягой с чувствительным элементом, выполненным в виде подпружиненного штока и уплотненным в корпусе при помощи манжеты. В течение срока эксплуатации манжета находится под давлением рабочей среды, что снижает надежность клапана. Усложняет конструкцию также и размещение пружины поршня в чувствительном элементе (штоке).
Недостатком является также отсутствие конструктивного элемента для настройки давления закрытия клапана.
Целью изобретения является создание импульсного предохранительного клапана с устранением вышеуказанных недостатков прототипов, а именно:
- упрощение конструкции;
- повышение надежности за счет уменьшения количества торцовых уплотнений, исключения подвижного уплотнения, находящегося под воздействием давления газообразной среды в течение всего срока эксплуатации;
- введение конструктивных элементов, позволяющих настраивать давление закрытия клапана;
- введение конструктивных элементов, обеспечивающих первоочередное поступление давления газа в пружинную полость основного затвора для исключения открытия клапана при давлениях ниже давления открытия.
Поставленная цель достигается тем, что в импульсном предохранительном клапане, содержащем корпус с входной и двумя дренажными полостями и установленными в нем основным и импульсным клапанами, разобщающими входную и дренажные полости, и каждый из которых состоит из подпружиненного затвора и седла, при этом пружинная полость затвора основного клапана сообщена с входной полостью, согласно изобретению в нем корпус выполнен в виде двух полукорпусов и установленного между ними промежуточного корпуса в виде перегородки, в котором установлен импульсный клапан, затвор которого выполнен, например, в виде шарика, поджатого к седлу пружинами при помощи штока, при этом полость между седлом и штоком сообщена через жиклерные отверстия, выполненные в промежуточном корпусе, с полостью дренажа, а затвор основного клапана выполнен в виде ступенчатого плунжера, на торце меньшей ступени которого установлен уплотнительный элемент, контактирующий с седлом, при этом 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, выполненные в ступенчатом плунжере, и с полостью пружины основного затвора через указанные радиальные и осевое отверстия и жиклер, установленный в ступенчатом плунжере.
Для обеспечения необходимого давления закрытия диаметр штока, поджимающего затвор импульсного клапана (шарик) к седлу, может быть больше диаметра шарика.
Для уменьшения объема полости пружины основного клапана, обеспечения подвода рабочего газа к импульсному клапану и ограничения хода основного затвора установлена цилиндрическая втулка с осевым сквозным отверстием и буртиком для центрирования ее в промежуточном корпусе.
Конструкция импульсного предохранительного клапана показана на фиг. 1, где:
1, 2 - полу корпус;
3 - входная полость полукорпуса 1;
4 - полость дренажа в полукорпусе 1;
5 - полость дренажа в полукорпусе 2;
6 - промежуточный корпус;
7 - затвор основного клапана;
8 - седло основного клапана;
9 - торцовый уплотнительный элемент;
10 - подвижное уплотнение;
11 - пружина основного клапана;
12 - кольцевая полость;
13 - радиальные отверстия;
14 - осевое отверстие;
15 - радиальное жиклерное отверстие;
16 - жиклер;
17 - шарик;
18 - седло импульсного клапана;
19, 20 - пружины импульсного клапана;
21 - тарель;
22 - шток;
23 - отверстие в седле импульсного клапана;
24 - жиклерные отверстия в промежуточном корпусе;
25 - цилиндрическая втулка.
Импульсный предохранительный клапан содержит корпус, состоящий из полукорпусов 1 и 2. В полукорпусе 1 имеется входная полость 3 и полость дренажа 4. В полукорпусе 2 имеется полость дренажа 5. Между полукорпусами 1 и 2 установлен промежуточный корпус 6. В полукорпусе 1 установлен затвор основного клапана 7, выполненный в виде ступенчатого плунжера, и седло основного затвора 8. На меньшей ступени затвора основного клапана 7 установлен торцовый уплотнительный элемент 9, а на большей ступени - подвижное уплотнение 10.
В исходном положении затвор основного клапана 7 поджат к седлу основного клапана 8 пружиной основного клапана 11, разобщая входную полость 3 и полость дренажа 4.
Поверхности меньшей и большей ступеней затвора основного клапана 7 и поверхности полукорпуса 1 под этот затвор образуют кольцевую полость 12. В затворе основного клапана 7 выполнены радиальные отверстия 13, осевое отверстие 14, радиальное жиклерное отверстие 15 и установлен жиклер 16.
Входная полость 3 сообщена с кольцевой полость 12 через радиальные отверстия 13, осевое отверстие 14 и радиальное жиклерное отверстие 15 и с полостью пружины основного клапана 11 через те же радиальные отверстия 13, осевое отверстие 14 и жиклер 16.
Внутри пружины основного клапана 11 установлена цилиндрическая втулка 25 с осевым сквозным отверстием и буртиком для центрирования ее в промежуточном корпусе 6.
В промежуточном корпусе 6 расположен импульсный клапан, состоящий из затвора, выполненного, например, в виде шарика 17, и седла импульсного клапана 18. Шарик 17 поджат к конической поверхности, выполненной в седле импульсного клапана 18, пружинами 19, 20 через тарель 21 и шток 22.
При закрытом импульсном клапане входная полость 3 разобщена с полостями дренажа 4 и 5.
При открытом импульсном клапане входная полость 3 сообщена с полостью дренажа 5 через радиальные отверстия 13, осевое отверстие 14, жиклер 16, отверстие 23 в седле импульсного клапана 18 и жиклерные отверстия 24, выполненные в промежуточном корпусе 6.
упл.
Импульсный предохранительный клапан работает следующим образом. При давлении рабочей среды во входной полости 3 ниже давления срабатывания такое же давление устанавливается в кольцевой полости 12 и в полости пружины основного клапана 11. При этом затвор основного клапана 7 поджат к седлу основного клапана 8 усилием от давления рабочей среды, воздействующего на площадь уплотнения, и усилием пружины основного клапана 11. Площадь уплотнения определяется диаметром уплотнения D
к
упл.
Кольцевая площадь F, ограниченная диаметром большей ступени затвора основного клапана 7 и диаметром уплотнения D, разгружена от давления рабочей среды. Подвижное уплотнение 10 затвора основного клапана 7 также разгружено от давления рабочей среды.
Очередность поступления давления рабочей среды в кольцевую полость 12 и в полость пружины основного клапана 11 определяется величинами диаметров радиального жиклерного отверстия 15 и жиклера 16 и величинами объемов указанных полостей. При первоочередном поступлении давления рабочей среды в полость пружины основного клапана 11 исключается открытие затвора основного клапана 7 при давлении ниже давления срабатывания.
к
При повышении давления рабочей среды во входной полости 3 до давления открытия затвор импульсного клапана (шарик 17) под действием усилия от давления рабочей среды, воздействующего на площадь, ограниченную диаметром контакта D шарика 17 с конической поверхностью седла импульсного клапана 18, преодолевает усилие пружин 19, 20 и открывает проходное сечение импульсного клапана. При расходе рабочей среды из входной полости 3 в полость дренажа 5 давление в полости пружины основного клапана 11 снижается из-за наличия жиклера 16, а давление в кольцевой полости 12 остается равным давлению рабочей среды во входной полости 3.
к
к
Вследствие появления перепада давлений на затворе основного клапана 7 возникает усилие, отрывающее затвор от седла основного клапана 8. Это усилие определяется величиной перепада давлений, воздействующего на кольцевую площадь F. Под действием этого усилия затвор перемещается до упора в торец Τ цилиндрической втулки 25, полностью раскрывая проходное сечение основного клапана. При этом начинается падение давления во входной полости 3, в полости пружины основного клапана 11 и в полости между седлом импульсного клапана 18 и штоком 22. Но импульсный клапан в этом случае остается открытым, так как он удерживается в открытом положении усилием от давления, воздействующего на площадь, равную площади поперечного сечения шарика 17, которая больше площади, определяемой диаметром D. При диаметре штока 22 больше диаметра шарика 17 импульсный клапан будет оставаться в открытом положении при еще меньшем давлении в полости между шариком 17 и штоком 22, следовательно, и меньшим давлении рабочей среды во входной полости 3.
Давление закрытия импульсного клапана можно изменять также и за счет изменения диаметра жиклерных отверстий 24, так как при этом изменяется давление в полости между седлом импульсного клапана 18 и штоком 22.
После закрытия импульсного клапана давление в полости пружины основного клапана 11 становиться равным давлению во входной полости 3 и на затворе основного клапана 7 появляется усилие, перемещающее затвор основного клапана 7 к седлу основного клапана 8. Под действием этого усилия и усилия пружины основного клапана 11 затвор основного клапана 7 прижимается к седлу основного клапана 8, герметично разобщая входную полость 3 и полость дренажа 4.
Предложенный импульсный предохранительный клапан по сравнению с прототипом имеет:
1. Упрощенную конструкцию за счет упрощения конструкции импульсного клапана.
2. Повышенную надежность за счет:
- уменьшения количества торцовых уплотнений.
В клапане имеется торцовое уплотнение по месту посадки затвора на седло основного клапана и по месту посадки шарика на коническую поверхность седло импульсного клапана;
- исключения подвижного уплотнения манжетой, находящейся под полным рабочим давлением в течение всего срока эксплуатации;
- конструктивного исполнения затвора основного клапана, подвижное уплотнение которого находится под действием только перепада давлений при открытом клапане. При закрытом клапане уплотнение разгружено.
3. Конструктивный элемент, при помощи которого можно настраивать давление закрытия клапана - жиклерные отверстия в промежуточном корпусе.