Предохранительный клапан двухстороннего действия
DOUBLE ACTING SAFETY VALVE

Изобретение относится к области предохранительной аппаратуры в гидравлических системах трубопроводов обвязки автомобильных автоцистерн (АЦ) и автотопливозаправщиков (АТЗ).
Предполагаемое изобретение решает задачу защиты трубопроводного оборудования и приборов от повышенного давления, в случае его возникновения как с одной, так и с другой стороны насоса, например, при включении роторного насоса объёмного действия с переменой направления вращения (например, шестеренный, винтовой, шиберный с радиальными лопатками).
Из исследованного уровня техники заявителем выявлены аналоги, предназначенные для защиты трубопроводного оборудования и приборов от повышенного давления. При этом, по мнению заявителя, известные технические решения можно разделить на следующие основные группы:
1) Конструкции предохранительных клапанов одностороннего действия, содержащие угловой корпус с седлом и тарельчатым клапаном со шпинделем, нагружаемым пружиной, усилие которой регулируется винтом с контргайкой, например, [Д.Ф.Гуревич «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры», М. «Машиностроение», Ленинград, 1964, с. 219, фиг. 148].
2) Конструкции предохранительных клапанов одностороннего действия трубчатой формы, например, полезные модели по патентам RU №99574 «Предохранительный клапан», RU №205108 «Предохранительный клапан для свечей судовых автофильтров»;
3) Конструкции предохранительных клапанов двустороннего действия с тарельчатой формы клапаном, например, изобретение по патенту RU №2272951, полезная модель по патенту RU №65598;
4) Конструкции предохранительных клапанов двустороннего действия с клапаном трубчатой формы, например, изобретение по авторскому свидетельству SU №1571344.
У клапанов первой и второй группы принцип открытия рабочего органа аналогичен заявленному предохранительному клапану, а именно - у клапанов тарельчатого типа давление открытия клапана осуществляется на тарелку клапана, как и на днище цилиндра заявляемого предохранительного клапана, а у клапанов трубчатой формы давление открытия клапана осуществляется на кольцевой торцевой поверхности, как на кольцевой поверхности заявленного предохранительного клапана. То есть открытие заявленного предохранительного клапана осуществляется превышением давления свыше допустимого на дно или кольцевую поверхность клапана.
Недостатками предохранительных клапанов первой и второй группы является то, что они решают поставленную задачу лишь наполовину, то есть защищают трубопроводную арматуру от повышенного давления только с одной стороны.
Предохранительные клапаны, представленные в третьей и четвертой группе, решают задачу защиты от повышения давления свыше допустимого в полостях с обеих сторон клапана, однако каждый из них имеет свои недостатки по сравнению с заявленным техническим решением.
Так, известно изобретение по патенту RU №2272951 «Предохранительный клапан двустороннего действия», сущностью которого является предохранительный клапан двустороннего действия, содержащий корпус, запорные органы с эластичными прокладками, пружины, регулировочные втулки, отличающийся тем, что в корпусе клапана сделано одно седло, а второе седло выполнено в теле цилиндрического пустотелого клапана, имеющего Т-образное сечение, при этом пружины, прижимающие клапаны к седлам, расположены одна внутри другой.
Таким образом, известный тарельчатый клапан имеет полую конструкцию, внутри которого размещен клапан Т-образной формы, а также имеет две пружины, работающие на сжатие.
Недостатками известного технического решения является то, что клапан двустороннего действия состоит из двух клапанов, каждый из которых имеет собственную пружину, которые регулируются собственной втулкой и имеют при этом разную жесткость. Кроме того, такой клапан, по мнению заявителя, не установишь непосредственно в насос, например в шиберный, который в последнее время все чаще стал устанавливаться в АЦ и АТЗ, так как при этом потребуется дополнительная обводная линия.
Известна полезная модель по патенту RU №65598 «Клапан обратный реверсивного действия», сущностью которого является клапан обратный реверсивного действия, содержащий корпус с посадочным седлом с входными и выходными каналами, а также установленные в корпусе запорные органы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, ремонтопригодности и исключения потерь нефтедобычи, он имеет корпус с конической поверхностью посадочного седла, с внутренней резьбой в нижней части корпуса, клапан обратного действия с наружной ответной конической поверхностью посадочного седла, клапан прямого действия с наружной ответной конической поверхностью, пружину и гайку ограничительную для клапана прямого действия, упор с наружной резьбой и с проходными отверстиями для потока жидкости, контргайку, пружину для клапана обратного действия, и регулировочную гайку.
Известный клапан используется в нефтегазопромысловом оборудовании, добывающем нефть, газ, воду в гидросистемах высокого давления.
Недостатками известного технического решения является сложная конструкция, состоящая из двух клапанов, двух пружин, сжатие которых необходимо регулировать. Кроме того притирку также приходиться осуществлять двух посадочных мест.
Известно изобретение по авторскому свидетельству SU №1571344 «Перепускной клапан», сущностью является перепускной клапан, содержащий корпус, в полости которого со стороны его торцов и в средней части выполнены соответственно торцовые и средняя кольцевые расточки и в ней размещен выполненный в виде золотника запорный орган, торцы которого встречно нагружены пружинами, а его боковая поверхность сопряжена с корпусом по перемычкам, образованным торцовыми и средней расточками, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, в нем противолежащие в осевом направлении зоны средней расточки корпуса сообщены через выполненный в золотнике канал, причем расстояние между близлежащими кромками отверстий указанного канала превышает ширину кромок между торцовыми и средней расточками.
Недостатком известного технического решения является то, что известный клапан двустороннего действия трубчатой формы также имеет две пружины, которые не имеют регулировки. При этом по представленному чертежу не ясно, каким образом пружины и сам клапан помещены были внутрь корпуса клапанного устройства. Не указан разъем посредине корпуса, где размещена одна из полостей, давление в которых требуется регулировать. Следовательно, для установки в насос такая конструкция клапана не подходит.
Известно изобретение по авторскому свидетельству SU №414450 «Автоматический реверсивный клапан», сущностью является автоматический реверсивный клапан, преимущественно для поддержания постоянного перепада давления между рабочим объемом герметичного контейнера и окружающей средой, содержащий корпус, в котором установлена упруго-эластичная мембрана с центральным торообразным седлом, перекрываемым рабочим органом, отличающийся тем, что с целью повышения надежности клапана при значительных вибрационных, ударных и постоянных перегрузках, рабочий орган выполнен в виде тела вращения с вогнутой образующей поверхностью, снабженной в средней части двумя поперечными пазами, полость каждого из которых соединена с одним из торцов рабочего органа продольным каналом и, при нейтральном положении рабочего органа, изолирована от полостей корпуса клапана торообразным седлом мембраны, с натягом охватывающий рабочий орган на уровне поперечных пазов. Таким образом, известный клапан также может осуществлять перепуск рабочей среды, как в прямом- так и в обратном направлениях.
Недостатком известного клапана является то, что он рассчитан на небольшие перепады давления рабочей среды для защиты емкостей от пониженного или повышенного давления внутри емкости и для технологической оснастки АЦ и АТЗ не представляет интереса.
Известна заявка на изобретение RU №2002114954 «Реверсивный предохранительно-перепускной клапан», сущностью является реверсивный предохранительно-перепускной клапан, в корпусе которого образованы две полости, соединенные каналом, и расположенный подпружиненный запорный орган, отличающийся тем, что запорный орган выполнен в виде пустотелого поршня, соединительный канал размещен в одной из полостей, так что запорный орган в закрытом положении одновременно перекрывает их.
Недостатком известного клапана является то, что не решен вопрос об утечке жидкости между корпусом клапана и запорного органа и накопления её за запорным органом, что создаст противодавление жидкости и, в результате, отказ работы клапана с течением некоторого времени.
Известна полезная модель по патенту RU №99574 «Предохранительный клапан». Сущностью является предохранительный клапан, включающий корпус, клапан, выполненный в виде полого цилиндра с уплотнительной вставкой на контактном торце, упирающемся в контактный торец опоры при закрытом предохранительном клапане, отличающийся тем, что внутри трубчатого клапана установлена пружина, упертая одним концом в клапан, а другим - в диск нагрузочного винта.
Недостатком известного клапана является то, что он работает только в одном направлении.
Известен предохранительный клапан топливной и масляной системы дизеля K6S310DR тепловозов ЧМЭ3, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э [https://myswitcher.ru/4me3/4me3_33.html, Рис.38,б]. Сущностью известного технического решения является конструкция, состоящая из корпуса, клапана, пружины, подпорного устройства и входного и выходного канала. Достоинством является простота устройства и надежность работы. Однако он работает только в одном направлении, то есть не решает задачи реверсивности работы клапана.
Недостатками известного технического решения является:
- отсутствие реверсивности работы клапана, то есть возможна работа клапана лишь в одном направлении вследствие того, что в цилиндрической поверхности клапана имеются два отверстия, через которые жидкость проникает внутрь тела клапана, в результате чего создастся противодавление;
- отсутствие опоры для отжатия клапана в случае превышения давления со стороны цилиндрической поверхности клапана вследствие того, что небольшая кольцевая поверхность на цилиндрическом теле клапане совместно с другими канавками служит лишь лабиринтным уплотнением, мала и не может служить опорой для приложения сил давления со стороны цилиндрической части для отжатия клапана.
Известно изобретение по авторскому свидетельству SU №528419 «Гидравлический клапан». Сущностью является гидравлический клапан двустороннего действия, в корпусе которого размещены подпружиненный затвор с порщнем и седло, причем полости над затвором и под поршнем гидравлически соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, между корпусом и поршнем затвора установлен снабженный упорным элементом и центральным отверстием дополнительный поршень, внешний диаметр которого больше диаметра седла.
Недостатками известного технического решения является:
- реверсивность работы достигается довольно сложной конструкцией клапана, представляющую собой целый агрегат из нескольких деталей, который также имеет трудности по его сборке, то есть его не технологичность, так как поршень по диаметру должен быть больше диаметра седла клапана не менее чем в , чтобы преодолеть, кроме силы сжатия пружины, еще и силу противодавления.
- недостаточная надежность и относительно большой вес вследствие более сложной конструкции, особенно при перекачке загрязненных продуктов вследствие возможного возникновения забивки каналов;
- меньшая технологичность конструкции вследствие того, что часть клапана с поршнем имеет большие размеры, чем сам клапан, при этом его, судя по конструкции, необходимо устанавливать внутрь корпуса насоса. Кроме того, по представленному в известном техническом решении чертеже не ясно, как детали клапана попали внутрь корпуса. Судя по конструкции, в корпусе клапана должны быть крышки с прокладками и винтами крепления с обеих сторон корпуса гидравлического клапана, иначе такую конструкцию не собрать. Следовательно, на чертеже должно быть указано минимум 12 позиций, а не 4 (две прокладки в конструкции поршня тоже позициями не обозначены).
Сопоставительный анализ заявленного технического решения с аналогами приведен в Таблице на Фиг. 3.
Выявленные аналоги совпадают с заявленным техническим решением по отдельным совпадающим признакам, поэтому прототип заявителем не выявлен, вследствие чего формула изобретения составлена без ограничительной части.
Техническим результатом заявленного технического решения является
разработка предохранительного клапана двухстороннего действия, которое обеспечивает:
- реверсивность работы с помощью более простой конструкцией клапана, представляющего собой одну деталь вследствиетого, что полости защищаемые клапаном сообщаются через одно седло, которое перекрывается клапаном, прижатым одной пружиной, рассчитанной на один перепад давления за счет равных площадей воздействия перепада давления на тело клапана, что обеспечивает защиту трубопроводной арматуры и приборов технологической оснастки АЦ и АТЗ, например, при организации реверсивной работы насоса объемного действия от скачков давления из-за возникновения гидроудара при остановке перекачки в том или ином направлении при срабатывании устройства, следящего за уровнем жидкости в цистерне, или при окончании заправки техники;
- повышение надежности и малый вес вследствие простоты конструкции, так как состоит из меньшего количества деталей по сравнению с аналогами (шесть деталей, три из которых - прокладки);
- технологичность конструкции вследствие того, что часть клапана, имеющая большие размеры, устанавливается вне корпуса насоса и обеспечен быстрый доступ к любой детали клапана;
- предотвращение утечки жидкости за счет установки кольцевых прокладок на цилиндрическую поверхность клапана и наличия отверстия в опорной крышке для контроля технического состояния прокладок.
Сущностью заявленного технического решения является
состоящий из
отличающийся тем, что
отличающийся тем, что
отличающийся тем, что
предохранительный клапан двухстороннего действия,  корпуса, уплотнительных колец, клапана, опорной крышки, винта, пружины, прокладки; при этом тело клапана выполнено цельным в виде полого цилиндра с кольцевой расточкой под седло корпуса насоса и с кольцевой поверхностью клапана с площадью, равной площади поверхности дна клапана; при этом на посадочной поверхности полого цилиндра клапана, имеющей больший диаметр, выполнены две проточки с возможностью установки уплотнительных колец для их фиксации при движении клапана; внутри полого цилиндра клапана установлена пружина с возможностью поджимания её опорной крышкой посредством винтов к седлу в стенке корпуса насоса, разделяющей рабочие полости насоса; при этом опорная крышка выполнена с углублением с возможностью фиксации пружины; при этом между корпусом и опорной крышкой установлена прокладка. Предохранительный клапан двухстороннего действия по п. 1,  корпусом является частично корпус насоса, а частично опорная крышка, при этом опорная крышка выполнена в форме стакана. Предохранительный клапан двухстороннего действия по п. 1,  корпусом является корпус насоса, при этом опорная крышка выполнена плоской. Предохранительный клапан двухстороннего действия по п. 1,  корпус выполнен в виде собственного корпуса, при этом опорная крышка выполнена плоской.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг. 3.
На Фиг. 1
представлен заявленный предохранительный клапан в варианте исполнения, где корпусом клапана служит частично корпус насоса, частично - опорная крышка.
На Фиг. 2
представлен заявленный предохранительный клапан в варианте исполнения, где корпусом клапана полностью служит корпус насоса.
На Фиг. 3
представлена Таблица сопоставительного анализа заявленного технического решения с аналогами.
Позиции на Фигурах обозначают:
1 - корпус;
2 - уплотнительные кольца;
3 - клапан;
4 - опорная крышка;
5 - винт;
6 - пружина;
7 - прокладка:
8 - отверстие.
А и Б - рабочие полости всасывания и нагнетания соответственно насоса или другой защищаемой гидравлической системы, при этом вследствие реверсивности работы они могут меняться местами;
а - площадь дна заявленного предохранительного клапана;
б - площадь кольцевой поверхности заявленного предохранительного клапана.
Далее заявителем приведено описание заявленного технического решения.
Заявленный технический результат достигается благодаря разработке предохранительного клапана двухстороннего действия (далее - клапана), предназначенного для защиты трубопроводной арматуры в гидравлических системах с переменным (реверсивным) направлением движения жидкости.
Сущность работы насоса с использованием заявленного клапана заключается в том, что рабочие полости всасывания «А» и нагнетания «Б» насоса сообщаются через одно седло (на Фиг. позицией не указано), которое прикрывается одним заявленным клапаном, прижатым к седлу одной пружиной, рассчитанной на один перепад давления и характеризуется тем, что открытие клапана происходит при достижении давления, превозмогающего усилие прижатия пружины: в полости «А» действием на дно клапана «а», а в полости «Б» действием на кольцевую поверхность клапана «б», площадь которой равна площади дна клапана, что обеспечивает открытие клапана при достижении одного и того же перепада давления как в прямом, так и в обратном направлении перекачки жидкости.
Заявленный клапан состоит из (Фиг. 1)
корпуса 1, уплотнительных колец 2, клапана 3, опорной крышки 4 с отверстием 8, винта 5, пружины 6, прокладки 7.
Тело клапана 3 выполнено цельным в виде полого цилиндра с кольцевой расточкой под седло корпуса 1 насоса и с кольцевой поверхностью «б» клапана 3 с площадью, равной площади «а» поверхности дна заявленного предохранительного клапана. На посадочной поверхности полого цилиндра клапана 3, имеющей больший диаметр, выполнены две проточки (на Фиг. позицией не указано) для установки, например, сочленением, уплотнительных колец 2 с возможностью их фиксации при движении клапана (то есть, чтобы уплотнительные кольца 2 не соскочили при движении тела клапана). Внутри полого цилиндра клапана 3 установлена пружина 6 с возможностью поджимания её (пружины 6) опорной крышкой 4 посредством винтов 5 к седлу в стенке корпуса насоса, отделяющей (стенка) рабочую полость всасывания «А» насоса от рабочей полости нагнетания «Б». Опорная крышка 4 выполнена с углублением (на Фиг. позицией не указано) с возможностью фиксации пружины 6 и с отверстием 8 для контроля состояния кольцевых прокладок с целью недопущения утечек жидкости в полость под опорной крышкой. Между корпусом и опорной крышкой установлена прокладка 7.
Клапан выполняют, например, из стали. Корпус насоса выполняют, например, из чугуна или алюминиевого сплава.
Заявленный клапан изготавливают, например, литьем, токарным способом и др.
Возможны несколько вариантов выполнения корпуса и опорной крышки.
Например, в одном варианте (Фиг. 1) корпусом клапана служит частично корпус насоса (на Фиг. позицией не указан), частично - опорная крышка 4. При этом установка клапана 3 осуществляется внутри корпуса насоса, а опорная крышка 4 частично выполняет роль корпуса клапана 3. При этом опорная крышка 4 выполнена в форме стакана.
В другом варианте (Фиг. 2) корпусом клапана 3 служит полностью корпус насоса (на Фиг. позицией не указан). При этом установка клапана 3 осуществляется внутри корпуса насоса (без собственного корпуса). При этом опорная крышка 4 выполнена плоской.
В третьем варианте (на Фиг. не указано) корпусом клапана 3 служит собственный корпус. При этом клапан 3 устанавливают в собственном корпусе вне насоса в технологической линии, например, в технологической линии АЦ или АТЗ, соединяющей напорную и всасывающую линию насоса. При этом опорная крышка 4 выполняется плоской.
Рабочие полости всасывания «А» и нагнетания «Б» соответственно насоса или другой защищаемой гидравлической системы вследствие реверсивности работы могут меняться местами.
Примеры осуществления заявленного технического решения.
Далее заявителем приведены
Пример 1.
Работа заявленного клапана в варианте установки клапана частично внутри корпуса насоса, а частично в собственном корпусе, роль которого выполняет опорная крышка (Фиг. 1).
Клапан 3, выполненный цельным в виде полого цилиндра с кольцевой расточкой дна под седло корпуса 1 насоса и кольцевой поверхностью «б» с площадью, равной площади «а» поверхности дна заявленного предохранительного клапана, размещают внутри корпуса насоса. Дно клапана 3 кольцевой расточкой прижимается к кольцевой расточке седла корпуса насоса силой пружины 6, опирающейся на опорную крышку 4, закрывая сообщение между полостями «А» и «Б». В процессе перекачки жидкости при быстрой ее остановке возможен эффект гидроудара при срабатывании устройства, следящего за уровнем жидкости, например, в цистерне, или при окончании заправки техники, в результате которого может повыситься давление жидкости.
При повышении давления в рабочей полости «А» свыше расчетного жидкость давит на поверхность «а» дна клапана 3, при этом клапан 3 открывается, сжимая пружину 6, и происходит сброс жидкости в рабочую полость «Б».
При повышении давления свыше расчетного в рабочей полости «Б» жидкость давит на кольцевую поверхность «б» клапана 3, при этом клапан 3 открывается, сжимая пружину 6, и происходит сброс жидкости в рабочую полость «А».
Уплотнительные кольца 2 и прокладка 7 служат для предотвращения утечки жидкости из клапана 3. Опорная крышка 4 имеет в центре углубление (на Фиг. позицией не указано) под посадку в нее пружины 6. При этом опорная крышка 4 выполнена в форме стакана.
Пример 2.
Работа заявленного клапана, выполненного внутри корпуса насоса (без собственного корпуса) (Фиг. 2).
Заявленный клапан выполняют внутри корпуса насоса (без собственного корпуса). При этом опорная крышка 4 выполнена плоской, а вся конструкция размещается внутри корпуса насоса.
Работа осуществляется аналогично Примеру 1.
Пример 3.
Работа заявленного клапана, выполненного в собственном корпусе, в технологической линии вне насоса.
Заявленный клапан выполняют в собственном корпусе и устанавливают, например, в технологическую линию вне насоса, например, в технологическую линию АЦ или АТЗ, соединяющей напорную и всасывающую линию насоса. При этом опорная крышка 4 выполнена плоской.
Работа осуществляется аналогично Примеру 1.
заявителем достигнут заявленный технический результат
Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что , а именно: разработан предохранительный клапан двухстороннего действия, которое обеспечивает:
- реверсивность работы с помощью клапана, представляющего собой одну деталь вследствиетого, что полости защищаемые клапаном сообщаются через одно седло, которое перекрывается клапаном, прижатым одной пружиной, рассчитанной на один перепад давления за счет равных площадей воздействия перепада давления на тело клапана, что обеспечивает защиту трубопроводной арматуры и приборов технологической оснастки АЦ и АТЗ, например, при организации реверсивной работы насоса объемного действия от скачков давления из-за возникновения гидроудара при остановке перекачки в том или ином направлении при срабатывании устройства, следящего за уровнем жидкости в цистерне, или при окончании заправки техники (см. Примеры 1, 2, 3). При этом в заявленном устройстве удалось совместить преимущества каждого из аналогов и одновременно удалось устранить недостатки их свойств по отдельности, т.к. в конструкции работа осуществляется одним клапаном с одной пружиной при воздействии перепада давления на одинаковые рабочие поверхности, что обеспечивает одинаковую силу открытия - как в том, так и в ином направлении.
- повышение надежности и малый вес вследствие простоты конструкции, так как состоит из меньшего количества деталей по сравнению с аналогами (шесть деталей, три из которых - прокладки);
- технологичность конструкции вследствие того, что часть клапана, имеющая большие размеры, устанавливается вне корпуса насоса и обеспечен быстрый доступ к любой детали клапана;
- предотвращение утечки жидкости за счет установки кольцевых прокладок на цилиндрическую поверхность клапана и наличия отверстия в опорной крышке для контроля технического состояния прокладок.
«новизна»
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности , предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники не выявлены технические решения, обладающие совокупностью признаков, представленных в заявленной формуле изобретения.
«изобретательский уровень»
Заявленное техническое решение соответствует критерию , предъявляемому к изобретениям, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.
«промышленная применимость»
Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности , предъявляемому к изобретениям, т.к. может быть изготовлено на стандартном оборудовании с помощью стандартных материалов.