Предохранительно-запорный клапан и клапанный затвор

ройством и торцевой поверхностью седла. Недостаток такого затвора - невозможность повторного использования.
Тот же недостаток имеет и быстродействующий затвор, защищенный патентом Российской Федерации №2023925, МПК5 F16K 13/02, публ. 1994г., который содержит трубопровод с седлом, установленный в кожухе, поворотную заслонку, снабженную приводом и закрепленную на трубопроводе. На наружной поверхности трубопровода в зоне седла установлен заряд взрывчатого вещества с системой инициирования. Торцевая поверхность седла выполнена наклонной относительно плоскости, перпендикулярной оси трубопровода. Угол наклона выбирается из математического выражения. Время срабатывания такого затвора находится в пределах одной секунды, что вполне приемлемо для аварийного перекрытия трубопровода, однако невозможность восстановления ограничивает его использование.
Известен обратный поворотный затвор, содержащий корпус с седлом, взаимодействующий с седлом со стороны входа диск и щток, размещенный в направляющей, закрепленной в корпусе (см. патент Российской Федерации .№2020350, МПК5 F16K 15/03, публ. 1994г.). Диск соединен со штоком с помощью щарнира и нагружен пружиной в сторону седла, на диске установлен зубчатый сектор, соосный с шарниром, а на направляющей установлена ответная зубчатому сектору зубчатая рейка. При подаче среды в прямом направлении диск вместе со щтоком перемещается поступательно, сжимая пружину в направляющей. После того, как диск переместится на расстояние, при котором седло не препятствует его повороту, зубчатый сектор вступает в зацепление с зубчатой рейкой, и дальнейщее перемещение штока будет сопровождаться поворотом диска. В таком клапане исключается возможность заклинивания диска между осью вращения и седлом при закрытии затвора. Поскольку при закрытии диск последовательно совершает два вида движения - вначале поворот, а затем поступательное движение, время срабатывания затвора сравнительно велико. . По-другому решена задаче предотвращения заклинивания диска в обратном клапане, защищенном патентом Российской Федерации №2020349, МПК5 F16K 15/03, публ. 1994г. В этом клапане запорный диск установлен в корпусе с возможностью свободного перекатывания вдоль оси клапана. Центр тяжести запорного диска смещен относительно оси его симметрии. На внутренней поверхности корпуса закреплена цевочная рейка, запорный диск жестко связан с кронштейном, выполненным в виде зубчатого сектора, взаимодействующего с цевочной рейкой с возможностью перекатывания вдоль оси корпуса. Такой клапан отличается простотой конструкции, низким гидравлическим сопротивлением. Недостаток - сравнительно низкое быстродействие и слабое усилие прижатия запорного диска к седлу. Известен дисковый затвор, используемый в качестве запорного устройства в технологических трубопроводах (см. патент Российской Федерации №20300668, МПК6 F16K 1/226, публ. 1995г.). Этот дисковый затвор содержит корпус с размещенным в нем эластичным вкладыщем, приводной вал с поворотным диском и фиксирующим рычагом и зажимной элемент, охватывающий эластичный вкладыщ и выполненный в виде двух спиральных пружин, один конец каждой пружины зафиксирован в корпусе, а другой соединен с фиксирующим рычагом. В закрытом положении с помощью фиксирующего рычага стягиваются пружины и зажимают диск в эластичном вкладыще, обеспечивая герметизацию затвора. Недостаток этого затвора - сравнительно низкое быстродействие вследствие того, что закрытие затвора осуществляется в два этапа. Из описания к патенту Российской Федерации №2031292, МПКб F16K 1/16, публ. 1995г. известен прерыватель потока жидкости, содержащий разъемный корпус с входным и выходным отверстиями и расположенный в корпусе на приводном поворотном валу запорный элемент, в котором выполнено проходное отверстие. На приводном поворотном валу свободно установлен дополнительный запорнь й элемент с возможностью перекрытия проходного отверстия запорного элемента под действием давления ч потока жидкости. Такая конструкция прерывателя потока жидкости, который, в сущности, является предохранительно-запорным клапаном, обеспечивает снижение гидравлического удара при экстренном перекрытии потока жидкости. Недостаток - сравнительно невысокое быстродействие, конструктивная сложность и ограниченные возможности при использовании в газовой промышленности. Наиболее близким по решаемой задаче к заявляемому предохранительнозапорному клапану и по большинству совпадающих признаков является заслонка, известная из описания к авторскому свидетельству СССР №1798573, МПК5 F16K 1/22, публ. 1993г., которая по технической сущности является предохранительно-запорным клапаном, используемым в газовой промышленности. Это устройство содержит корпус в виде отрезка трубы с внутренним диаметром, равном внутреннему диаметру трубопровода, седло, запираемое дисковым запорным элементом и разделяющее корпус на входной и выходной каналы, причем дисковый запорный элемент запирает седло со стороны входного канала. Дисковый запорный элемент кинематически связан с поворотным валом, щарнирно соединенным с механизмом поворота. Оси вращения дискового запорного элемента и поворотного вала расположены перпендикулярно к оси седла. Дисковый запорный элемент снабжен дополнительным механизмом его возвратнопоступательного движения по оси седла. Вал дополнительного механизма установлен коаксиально поворотному валу, а кинематическая связь дискового запорного элемента с поворотным валом выполнена в виде щарнирно соединенного с дисковым запорным элементом подвижного щтока с пазом и пальца, эксцентрично расположенного на поворотном валу. Особенностью такого предохранительно-запорного клапана является то, что дисковый запорный элемент не скользит относительно седла, а отрывается от него, вследствие чего уплотняемые поверхности меньще изнашиваются. Общими признаками заявляемого предохранительно-запорного клапана и устройства, принятого в качестве прототипа, являются: V корпус в виде трубы с внутренним диаметром, равном внутреннему диаметру трубопровода; кольцо-седло, закрепленное внутри корпуса в нормальной плоскости продольной оси трубы корпуса и разделяющее внутреннюю полость корпуса на входной и выходной каналы; дисковый запорный орган, взаимодействующий с колщом-седлом: поворотный вал, соединенный с дисковым запорным органом: исполнительный механизм поворотного вала; ось поворотного вала перпендикулярна осевой продольной плоскости трубы корпуса. Недостатки прототипа - сравнительно низкая скорость срабатывания из-за того, что запирание клапанного затвора, включающего дисковый запорный орган и кольцоседло, осуществляется в два этапа - вначале поворот дисково о запорного органа, затем его прижатие к кольцу-седлу, сравнительно высокое гидравлическое сопрсл ивление изза габаритов коаксиального поворотного вала и механизма возвратно-поступательного движения, низкая технологичность, из-за отсутствия унификации комплектующих изделий. Технический результат от использования полезной модели- повышение скорости срабатывания предохранительно-запорного клапана при экстренном перекрытии трубопровода, снижение его гидравлического сопротивления, повышение технологичности за счет унификации и сокращения номенклатуры комплектующих изделий. Указанный технический результат достигается тем, что к предохранительнозапорном клапане содержащем корпус в виде трубы с внутренним диаметром, равном внутреннему диаметру трубопровода, клапанный затвор, включающий дисковый запорный орган и кольцо-седло, установленное в нормальной плоскости к продольной оси трубы корпуса и разделяющее корпус на входной и выход1юй каналы, поворотный вал, соединенный с дисковым запорным органом, и исполнительный механизм поворотного вала, отличающийся тем, что ширина кольца седла равна (2,0...4,5)5, где S толщина стенки трубы корпуса, внутренняя поверхность кольца-седла имеет форму усеченного конуса с основанием в сторону входного канала, минимальная толщина кольца-седла превыщает половину толщины трубы корпуса, дисковый запорный орган жестко скреплен с поворотным валом угловым соединением, имеет диаметрально расположенное резиновое уплотнение и в закрытом положении опирается на внутреннюю поверхность кольца-седла без консолей, а в полностью открытом положении расположен вдоль оси трубы корпуса, при этом ось поворотного вала отстоит на расстоянии, равном 1,0.. .1,5 щирины кольца-седла, как от осевой плоскости трубы корпуса, так и от плоскости контакта дискового запорного органа с внутренней поверхностью кольцаседла, а исполнительный механизм обеспечивает разворот поворотного вала на угол 88 ± 2,0 °. Поворотный вал выполнен в виде двух соосных валов, один из которых соединен с исполнительным механизмом поворотного вала, а другой закреплен в герметизированном подщипнике в корпусе клапана и имеет фаску под ручку ручного взвода. Исполнительный механизм поворотного вала содержит электропривод, силовой редуктор, силовую цилиндрическую пружину, один конец которой неподвижно закреплен в корпусе исполнительного механизма приводного вала, а другой скреплен с выходным органом силового редуктора, автомат экстренного закрытия клапана, ручной дублер экстренного закрытия клапана и ручной привод. Электропривод исполнительного механизма поворотного вала содержит электродвигатель, редуктор с предохранительной муфтой и храповик с защелкой блокировки редуктора, силовой редуктор состоит из трех планетарных ступеней, в котором корончатое колесо первой планетарной ступени удерживается от проворота автоматом экстренного закрытия клапана, корончатое колесо второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе, а выходным органом силового редуктора является вал, выполненный заодно с водилом третьей планеIтарной ступени, корончатое колесо которой удерживается от проворота необратимой муфтой ручного привода. Клапанный затвор, входящий в предохранительно-запорный клапан и включающий дисковый запорный орган с диаметрально расположенным резиновым уплотнением, и кольцо-седло с внутренней поверхностью, имеющей форму усеченного конуса, является самостоятельным объектом защиты в качестве полезной модели. В патенте Российской Федерации №2020350, МПК5 F16K 15/03, публ. 1994г. описан обратный поворотный затвор, содержащий дисковый запорный орган и кольцоседло, разделяющее внутреннюю полость цилиндрического корпуса на входной и выходной каналы и имеющее внутреннюю поверхность в виде усеченного конуса с основанием в сторону входного канала. Этот затвор отличается достаточно низким гидравлическим сопротивлением, так как внутренний диаметр корпуса равен внутреннему диаметру трубопровода, основание конуса внутренней поверхности кольца-седла расположено со стороны входного канала, а запорный орган выполнен плоским и в открытом состоянии расположен вдоль продольной оси корпуса. Недостаток такого затвора сравнительно низкое быстродействие при закрытии затвора. Технический результат от использования полезной модели - повышение быстродействия срабатывания клапанного затвора при запирании. Указанный технический результат достигается тем, что в клапанном затворе, содержащем дисковый запорный орган и кольцо-седло, разделяющее внутреннюю полость цилиндрического корпуса на входной и выходной каналы и имеющее внутреннюю поверхность в виде усеченного конуса с основанием в сторону входного канала, дисковый запорный орган представляет собой круглую плиту и уплотнительное кольцо, закрепленное по периферии запорного органа с Помощью шайбы, и в закрытом положении опирается на внутреннюю поверхность кольца-седла со стороны входного канала без консолей, ширина кольца-седла равна (2,0.. .4,5)8, где S - толщина стенки этого W трубопровода, угол при вершине конуса внутренней конической поверхности кольца седла равен ф  arctg{(0,8... 1,1):(1+0,0021 Dy)}, где ф - угол при вершине конуса, град., Dy - условный диаметр трубопровода, мм, при этом диаметр основания усеченного конуса, образующего внутреннюю поверхность кольца-седла, не превьЕшает величины, равной (Dt-0,), где Dt- внутренний диаметр трубы корпуса, мм, S -толшина стенки трубы корпуса, мм. Наружный диаметр уплотнителыю о кольца janopHoro органа равен Оук  Окон -ь2а, где Вук - наружный диаметр уплотнительного кольца, мм, Окон -диаметр расчетного контакта дискового запорного органа с внутренней поверхностью кольца-седла, мм, а - величина деформации уплотнительного кольца в закрытом положении. Полезна f a eAb : поясняются чертежами. На фиг.1 изображен предохранительнозапорный клапан, вид со стороны входного канала, на фиг.2 - предохранительнозапорный клапан в разрезе, на фиг.З - кольцо-седло, на фиг.4 - кинематическая схема исполнительного механизма поворотного вала. Заявленный предохранительно-запорный клапан (фиг. п фиг.2) содержит корпус 1, клапанный затвор 2, включающий дисковый запорный орган 3 и кольцо-седло 4, поворотный вал 5 и исполнительный механизм 6 поворотного вала. Корпус 1 выполнен из трубы того же сортамента, что и трубопровод, в который долясен монтироваться предохранительно-запорный клапан, для чего корпус может иметь (|)ланцы 7. Кольцо-седло 4 установлено в нормальном сечении корпуса 1, разделяет внутреннюю полость корпуса 1 на входной 8 и выходной 9 каналы и фиксируется упором И) со стороны выходного канала 9. Герметизация кольца-седла 4 обеспечивается сальниковым уплотнителем 11. Внутренняя поверхность 12 кольца-седла 4 (фиг.З) имеет форму усеченного конуса с основанием 13 в сторону входного канала 8. Наружный диаме гр кольца-седла 4 равен внутреннему диаметру трубы корпуса 1, а диаметр основания 13 усеченного конуса, образующего внутреннюю поверхность 12 кольца-седла 4, не превышает величины. равной (Dt - 0,5S), где Dt - внутренний диаметр трубы корпуса 1, мм, S - толщина стенки трубы корпуса 1, мм. При большем диаметре основания усеченного конуса снижается прочность кольца-седла 4. Ширина кольца-седла 4 в 2,0...4,5 раза превышает толщину стенки трубы корпуса 1, а угол при вершине конуса, образующего внутреннюю поверхность 12 кольца-седла4, равен ф  arctg{(0,8...1,l):(l+0,0021 Dy)}, гдефугол при вершине конуса, град., Dy - условный диаметр трубы трубопровода, для которого предназначен предохранительно-запорный клапан, мм. Минимальная ширина кольца-седла 4 ограничена возможностью обеспечения контакта дискового запорного органа 3 с внутренней поверхностью 12 кольца-седла 4, максимальная ширина - достаточностью такого условия. Угол при вершине усеченного корпуса менее рассчитанного по приведенной формуле не позволяет обеспечить необходимый контакт дискового запорного органа с поверхностью 12 кольца-седла 4, при большем угле при вершине усеченного конуса- не обеспечивается исключение возможности заклинивания дискового запорного органа 3 в кольце-седле 4. Дисковый запорный орган 3 (фиг.4) в закрытом положении опирается на внутреннюю поверхность 12 кольца-седла 4 со стороны входного канала 8 и снабжен диаметрально расположенным резиновым уплотнителем в виде уплотнительного кольца 14, закрепленного по периферии дискового запорного органа 3 с помощью щайбы 15. Наружный диаметр уплотнительного кольца 14 равен Оук  DKOH + 2а, где Оук- наружный диаметр уплотнительного кольца 14, мм, Окон -диаметр расчетного контакта дискового запорного органа 3 с внутренней поверхностью 12 кольца-седла 4, мм, а - величина деформации уплотнительного кольца 14 в закрытом положении, мм. При таком наружном диаметре уплотнительного кольца 14 обеспечивается надежная герметизация выходного канала 9 от входного канала 8. На поворотном вале 5 (фиг.2) дисковый запорный орган 3 закреплен угловым соединением 16, например, через перпендикулярный к поворотному валу кронштейн. Поворотный вал 5 может быть выполнен в виде двух соосных валов 5i и 52, установленных в корпусе 1 в 1 -герметизированных подшипниках 17. Вал 5i соединен с выходным валом исполнительного механизма 6. Вал 52 на свободном конце имеет фаску 18 под рычаг ручного взвода. Ось валов 5i и 52 отстоит от плоскости контактирования дискового запорного органа 3 с внутренней поверхностью 12 кольца-седла 4 и от осевой плоскости трубы корпуса 1 на расстоянии, равном (2,0...4,5)8, где S -толщина стенки трубы корпуса 1. При меньших расстояниях не исключается возмол(ность заклинивания дискового запорного органа 3 в трубе корпуса 1, при больших расстояниях - не исключается возможность заклинивания дискового запорного органа 3 в кольце-седле 4. Исполнительный механизм 6 смонтирован на корпусе 1 на фланце 19 и содержит (фиг.4) электропривод 20, силовой редуктор 21, силовую пружину 22, автомат 23 экстренного закрытия клапана, ручной дублер 24 экстренного закрытия клапана и механизм ручного привода 25, Электропривод 20 содержит электродвигатель 26, редуктор 27 с предохранительной муфтой и храповик 28 с защелкой блокировки редуктора 27. Силовой редуктор 21 состоит из трех планетарных ступеней. Корончатое колесо 29 первой планетарной ступени удерживается от проворота автоматом 23, выполненным в виде электромагнитной муфты-защелки 30 с якорем 31. Корончатое колесо 32 второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе. Корончатое колесо 33 третьей планетарной ступени соединено с шестерней 34 механизма ручного привода 25 и удерживается от проворота необратимой муфтой 35. Выходным органом силового редуктора 21 является вал 36, выполненный заодно с водилом 37 третьей планетарной ступени. Силовая пружина 22 одним концом закреплена неподвижно в корпусе, другим соединена с водилом 37. Между второй и третьей планетарными ступенями установлена зубчатая односторонняя муфта 38. Ручной дублер 24 содержит шток 39 с пружиной возврата 40, ручку 41 и кулачок 42. Предохранительно-запорный клапан (фиг. 1,2) работает следующим образом. После установки предохранительно-запорного клапана в трубопровод, внутренний дначметр трубы которого соответствует (равен или отличается в пределах промышленных допусков) внутреннему диаметру трубы корпуса 1, исходное состояние клапана - закрытое, т.е. дисковый запорный орган 3 опирается без консолей на внутреннюю поверхность 12 кольца-седла 4 с давлением, достаточным для надежной герметизации выходного канала 9 от входного 8. Пололсение дискового запорного органа 3.относительно кольца-седла 4 определяется расстоянием поворотного вала 5 от плоскости контакта уплотнительного кольца 14 с внутренней поверхностью 12. Для исключения возможности заклинивания дискового запорного органа 3 в кольце-седле 4, внутренняя поверхность 12 имеет форму усеченного конуса с углом при вершине равном ф  arctg{(0,8...1,l):(l+0,0021 Dy)}, гдеф -угол при вершине конуса, град., Dy-условный диаметр трубопровода, мм, диаметр основания усеченного конуса, образующего внутреннюю поверхность кольца-седла, не превышает величину, равную (Dt-0,), где Dtвнутренний диаметр трубы корпуса, мм, S - толшина стенки трубы корпуса, мм., ширина кольца-седла 4 в 2,0. ..4,5 раза превышает толш,ину стенки трубы корпуса 1, а отстояние оси вращения поворотного вала 5 от продольной оси трубы корпуса 1 и от плоскости контактирования дискового запорного органа 3 с внутренней поверхностью 12 кольца-седла 4 равно ширине кольца-седла 4. Поворотный вал 5 с целью унификации и снижения гидравлического сопротивления может быть выполнен в виде двух соосных валов 5i и 52, с которыми дисковый затворный орган жестко скреплен кронштейнами 16. В этом случае открытие клапанного затвора 2 может осуществляться либо вручную поворотом вала 52 с помощью рычага ручного взвода (на фиг. 1,2 не показан), либо вращением вала 52 исполнительным механизмом 6. Вручную рычаг ручного взвода поворачивается на 90°, в результате чего дисковый запорный орган располагается вдоль продольной оси трубы корпуса 1. При открытии клапанного затвора с использованием исполнительного механизма 6 после подачи питания на электродвигатель 26 вращение от его вала через редуктор 27 и силовой редуктор 21 передается на выходной V вал 37, соединенный с валом 5i. Одновременно взводится силовая пружина 22, конец которой связан с водилом 37. С поворотом вала 5i дисковый запорный орган 3 выводится из кольца-седла 4 и клапан открывается, при этом вследствие того, что ось вращения дискового запорного органа 3 смещена относительно продольной оси трубы корпуса 1 и совпадающей с ней оси кольца-седла 4, в траектории движения каждой точки уплотнительного кольца 14 имеется составляющая , перпендикулярная внутренней поверхности 12 кольца-седла 4, поэтому уплотнительное кольцо 14 будет отрываться от поверхности 12, чем снижается его износ. После отключения электродвигателя 26 якорем 31 электромагнитной муфты 30 осуществляется стопорение (торможение) силового редуктора 21 и силовой пружины 22. Экстренное закрытие клапана может осуществляться по командному сигналу при срабатывании автомата 23 или вручную ручным дублером 24. При подаче электропитания на электромагнитную муфту 30 ее якорь 31 выходит из пазов корончатого колеса 29 силового редуктора 21 и растормаживает его. Силовая пружина 22 начинает вращать водило 37 третьей планетарной ступени и соответственно вторую и первую планетарные ступени. Вращение водила 37 через вал 36 передается валу 5i, дисковый запорный орган 3 вращением вокруг оси вала 5i вводится в контакт с внутренней поверхностью 12 и клапанный затвор 2 запирается. Зубчатая односторонняя муфта 38 после закрытия клапана, когда прекращается вращение третьей планетарной с i упени силового редуктора 21, обеспечивает гашение (рассеивание) кинематической энергии второй и первой планетарных ступеней. Закрытие клапана ручным дублером 24 осуществляется поворотом ручки 41 в направлении, при котором кулачок 42 освобождает пружину 40, в результате чего щток 39 вытягивает якорь 31 из пазов корончатого колеса 30, растормаживая силовой редуктор 21. Далее производится быстрое закрытие клапанного затвора 2 как и при срабатывании автомата 23. Медленное открытие и закрытие клапана может осуществляться ручным приводом 25. Вращение от маховика ручного привода 25 через 1 необратимую муфту 35 и шестерню 34 передается на корончапое колесо 33 третьей планетарной ступени силового редуктора 21 и от него на вал 5i. В сравнении с прототипом, повышение быстродействия заявленного предохранительно-запорного клапана при закрытии обеспечивается тем, что закрытие осушествляется только вращением дискового запорного органа 3 и время закрытия ограничено лишь техническими возможностями исполнительного механизма 6. Гидравлическое сопротивление предохранительно-запорного клапана в открьггом положении понижено за счет снижения гидравлического сопротивления поворотного вала 5, обтекаемости форм дискового запорного органа 3, кронштейнов 16 и конусности внутренней поверхности 12 кольца-седла 4. Исключение заклинивания дискового запорного органа 3 в кольце-седле 4 и корпусе 1 обеспечивается тем, что внутренняя поверхность кольцаседла 4 имеет форму усеченного конуса с соответствующим углом при вершине конуса и тем, что ось вращения поворотного вала 5 отстоит на соотвс гствующих расстояниях и от продольной оси трубы корпуса 1 и от поверхности контактирования дискового запорного органа 3 с кольцом-седлом 4. Технологичность KOHCI рукции предохранительно-запорного клапана обеспечивается тем, что для разных типоразмеров используются одни и те же комплектующие изделия - исполнительный механизм 6, валы 5i и 52, подщипники, в которых они установлены, кронштейны 16, крепежные болты. Корпус 1 изготавлиЦется из трубы того же сортамента, что и трубопровод, для которого предназначен предохранительно-запорный клапан.