ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН С МЕХАНИЗМОМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
SAFETY VALVE WITH A SWITCHING MECHANISM

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам прямого действия, открывающимся непосредственно под действием избыточного давления рабочей среды с одной стороны, нагруженным пружиной, и может использоваться на байпасных линиях трубопроводов в качестве защиты измерительного оборудования от перегрузок.
Из существующего уровня техники известны устройства (патенты на полезную модель №112972, №476397, №108538, №69953, №92133, №53401, патенты на изобретения №476397, №2537478, №583345, №1038671, №333355, №1679110, №947553, №2516060) для сброса давления в трубопроводе, в том числе, предохранительные клапаны, состоящие, в общем случае, из корпуса с входным и выходным каналами (отверстиями, патрубками). Внутри корпуса расположено нагруженное пружиной запорное устройство (запор, затвор, заслонка) с седлом.
Недостатками таких устройств являются отсутствие гарантированного полностью закрытого состояния клапана при приближении избыточного давления к порогу срабатывания клапана, зависимость ресурса пружины и ее характеристик от агрессивности проходящей через клапан среды, отсутствие индикации срабатывания клапана и, как следствие, невозможность профилактического ручного перемещения внутренних частей клапана с целью проверки способности его срабатывания.
Известен предохранительный клапан (патент на изобретение №1046565), шток запорного органа которого нагружен через рычаг, шарнирно закрепленный на опоре корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения пропускной способности клапана, рычаг нагружен по крайней мере одной дополнительной пружиной с меньшей жесткостью, обе пружины шарнирно закреплены на рычаге, причем шарниры расположены от опоры по одну сторону с штоком, а расстояние от опоры до шарнира пружины меньшей жесткости и секторный угол с вершиной в опоре, охватывающий пружину меньшей жесткости, меньше аналогичного расстояния до пружины большей жесткости и аналогичного угла, охватывающего пружину большей жесткости.
Недостатками известного предохранительного клапана являются отсутствие гарантированного полностью закрытого состояния клапана при приближении избыточного давления к порогу срабатывания клапана, отсутствие индикации срабатывания клапана и, как следствие, невозможность профилактического ручного перемещения внутренних частей клапана с целью проверки способности его срабатывания.
Известен клапан предохранительный запорный (патент на полезную модель №116943), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в котором установлен вал с жестко закрепленным на нем подпружиненным поворотным клапаном (запорным устройством) и выведенный из корпуса через ввод вращения, имеющий корпус в виде круглого фланца, и механизм контроля давления, на штоке которого закреплен ограничитель поворота рычага, соединенного с валом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два шарика, втулка с двумя пазами, местом под ключ и внутренним резьбовым отверстием, втулка с двумя роликами и проточкой для шариков, пружина, кожух с основанием, ключ с пружиной сброса и фасонным винтом, шток и подвижный упор, при этом корпус ввода вращения имеет внешний цилиндрический выступ в виде трубы, в которой выполнены два диаметрально расположенных сквозных отверстия, ось которых перпендикулярна оси вала и в которых размещены шарики, взаимодействующие внутри трубы с пазами втулки, жестко закрепленной на конце вала, а с внешней стороны трубы взаимодействующие с роликами, закрепленными во втулке, установленной на внешней стороне трубы с возможностью вращения, причем оси пазов и роликов параллельны оси вала, а рычаг выполнен в виде стержня, жестко закрепленного на втулке с роликами и нагруженного пружиной, создающей крутящий момент в направлении ограничителя поворота, устанавливающего рычаг на угол 4-6° от вертикальной оси, а основание кожуха выполнено в виде металлической пластины, концы которой имеют радиусные закругления, при этом один конец пластины закреплен на корпусе клапана, а другой - на механизме контроля давления, кожух же крепится на трех стойках, одна из которых установлена на механизме контроля давления, а две других - на корпусе ввода вращения, при этом на передней поверхности кожуха имеются два отверстия: одно - для выхода втулки с пазами для соединения с ключом, другое - для выхода упора, а в кожухе выполнен паз для выхода штока, жестко закрепленного на втулке с роликами соосно и диаметрально противоположно стержню, при этом перемещение штока ограничено стойками крепления кожуха, шток имеет антиискровое покрытие, а ключ, закрепляемый на втулке с пазами фасонным винтом, взаимодействует с выдвигаемым упором.
Недостатками известного предохранительного клапана являются наличие поворотного запорного устройства, не обеспечивающего полное закрытое состояние в начале срабатывания клапана, а также отсутствие индикации срабатывания клапана и, как следствие, невозможность профилактического ручного перемещения внутренних частей клапана с целью проверки способности его срабатывания.
Известно устройство для сброса давления (патент US 6367498) включает в себя клапан, имеющий корпус. Вал вращается в корпусе и имеет внешний конец, проходящий через корпус. Затвор, который может содержать внутренний канал, установлен на валу и расположен на пути потока. Корпус зацепляется с системой таким образом, чтобы выставить затвор под давлением жидкости, для появления крутящего момента на валу, который смещен от центральной линии затвора. Устройство дополнительно содержит узел сцепления, выполненный с возможностью преобразования крутящего момента, действующего на вал, в выходное усилие. Освобождающее устройство, такое как стержень с магнитом или стержень с изгибом, соединено с узлом сцепления и имеет возможность освобождения вала, когда выходное усилие превышает заданный предел. Предпочтительно, узел соединения регулируется для изменения величины выходного усилия, соответствующей заданному крутящему моменту. Уплотнение с малым трением, удерживаемое кольцом, расположено в корпусе для предотвращения протечки жидкости через корпус за запором.
Недостатками известного предохранительного клапана являются наличие поворотного запорного устройства, не обеспечивающего полное закрытое состояние в начале срабатывания клапана, а также наличие сложной системы, выставляющей затвор под давлением.
Наиболее близким по устройству запорного устройства является предохранительный клапан (патент на полезную модель №116940), содержащий корпус с входным и выходным каналами и дренажной полостью, сменное седло и затвор с уплотнением, соединенный со штоком, связанным с поршнем управляющего клапана, отличающийся тем, что последний дополнительным штоком связан с поршнем гидравлического демпфера, размещенным в цилиндре демпфера и снабженным возвратной пружиной и сменным дросселем.
Недостатками известного предохранительного клапана являются наличие дополнительного сложного управляющего клапана, отсутствие индикации срабатывания клапана и, как следствие, невозможность профилактического ручного перемещения внутренних частей клапана с целью проверки способности его срабатывания.
Задачей заявляемого изобретения является применение конструктивных новшеств, позволяющих:
- переключать клапан из закрытого состояния в открытое под действием перепада давления в основном трубопроводе;
- переключать клапан вручную из открытого состояния в закрытое;
- перемещать внутренние части клапана с целью профилактики и проверки способности его срабатывания.
Поставленная задача решается тем, что предохранительный клапан, содержащий корпус с располагающейся внутри него перемычкой с запорным устройством, дополняется механизмом переключения, располагающимся снаружи корпуса. Запорное устройство представляет собой плунжер со штоком и седлом. Плунжер со штоком имеют возможность осевого перемещения. Шток имеет дополнительную опору. Передача усилия между штоком и механизмом переключения осуществляется посредством рычага внутри корпуса через вал, проходящий через уплотненное отверстие в корпусе.
Ход плунжера внутри седла обеспечивает полностью закрытое состояние клапана до момента срабатывания механизма переключения, при этом пружина механизма переключения одновременно является нагружающим элементом клапана.
Механизм переключения может быть любым из описанных в I Томе справочного пособия «Механизмы в современной технике» Артоболевского И.И. (раздел «Простейшие рычажные механизмы», подраздел «Механизмы переключения, включения и выключения», механизмы 319-323, 327, 334-337).
Для возможности переключения клапана вручную из открытого состояния в закрытое механизм переключения может иметь рукоять, с помощью которой также можно перемещать внутренние части клапана с целью профилактики и проверки способности его срабатывания.
Для точной настройки усилия нагружения запорного устройства, а, следовательно, и предельного давления, при котором срабатывает клапан, механизм переключения может содержать регулировочное устройство.
Для возможности индикации срабатывания предохранительного клапана механизм переключения может содержать датчик срабатывания.
Для пользования предохранительным клапаном при низких температурах, он может оснащаться устройством электрообогрева.
Заявляемое техническое решение поясняется фигурами, на которых представлен предохранительный клапан с одним из возможных вариантов механизма переключения:
фиг. 1 - Предохранительный клапан в закрытом состоянии;
фиг. 2 - Предохранительный клапан в открытом состоянии;
фиг. 3 - Предохранительный клапан с рукоятью, регулировочным устройством и датчиком срабатывания механизма переключения, уплотнением плунжера запорного устройства, устройством электрообогрева.
Предохранительный клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами. Внутри корпуса 1 находится перемычка 4 с запорным устройством. Запорное устройство состоит из седла 5 и плунжера 6 со штоком 7. Внутри корпуса 1 также находится опора 8 штока 7. Плунжер 6 со штоком 7 имеют возможность осевого перемещения.
Закрытое положение клапана до достижения избыточного давления срабатывания обеспечивается пружиной механизма переключения 9, располагающегося снаружи корпуса 1.
Передача усилия между штоком 7 и механизмом переключения 9 осуществляется посредством рычага 10 внутри корпуса 1 через вал 11, проходящий через уплотненное отверстие в корпусе 1.
Плунжер 6 может иметь уплотнитель 12, изображенный на фигуре 3. Механизм переключения 9 может иметь рукоять 13, регулировочное устройство 14 и датчик срабатывания 15, изображенные на фигуре 3. Предохранительный клапан может содержать устройство электрообогрева 16.
Предохранительный клапан с механизмом переключения работает следующим образом.
До достижения предельного избыточного давления во входном канале 2 запорное устройство находится в закрытом положении благодаря усилию пружины механизма переключения 9, передающемуся на шток 7 через вал 11 и рычаг 10. При этом механизм переключения 9 находится в первом крайнем положении, которое является устойчивым.
Когда значения избыточного давления во входном канале 2 превышает предельное, плунжер 6 перемещается внутри седла 5, при этом пружина механизма переключения 9 растягивается или сжимается (в зависимости от устройства механизма переключения). Среднее равновесное положение механизма переключения 9 является неустойчивым и при дальнейшем росте избыточного давления механизм переключения 9 занимает второе крайнее устойчивое положение. При этом плунжер 6 полностью выдвигается из седла 5, открывая канал для сброса избыточного давления в выпускной канал 3. Индикация срабатывания при этом может осуществляться с помощью датчика срабатывания 15, в простом случае представляющего собой, например, концевой выключатель.
Возврат запорного устройства в закрытое положение может быть осуществлен вручную при помощи рукояти 13 механизма переключения 9. При помощи этой же рукояти 13 возможно в целях профилактики залипания переводить механизм переключения 9 из одного крайнего положения в другое, тем самым перемещая плунжер 6 в седле 5.