КЛАПАН ПРЕДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТЕКУЧИХ СРЕД

Полезная модель относится к области техники высоких давлений, преимущественно свыше 500 атм., и может быть использована для сокращения ущерба от случаев аварийного разрушения трубопроводов подачи высокого давления текучих сред потребителю и уменьшения потерь текучих сред.
При эксплуатации или использовании систем высокого давления и, в частности, сжатого газа, большое внимание уделяется вопросам техники безопасности и защиты технологических систем потребителя и обслуживающего персонала в случае разрушения питающего трубопровода. Это связано с тем, что сжатый газ, особенно, высокого давления обладает очень большим запасом потенциальной энергии, которая в случае ее освобождения, например, при аварии, может нанести большой ущерб и привести к большим потерям подаваемого газа.
С целью снижения последствий от выброса текучей среды высокого давления и ее потерь в случае аварий применяются клапаны, автоматически прекращающие подачу ее потребителю и, соответственно, выброс текучих сред при резком возрастании их расходов через трубопровод выше допустимых.
К таким клапанам предъявляются требования к надежности срабатывания независимо от их пространственного положения, минимальному времени срабатывания, возможности настройки давления срабатывания для использования их на системах высокого давления с разными значениями рабочих давления.
Известен клапан предельного расхода текучих сред, содержащий разъемный проточный корпус с подводящим и отводящим отверстиями, внутри которого размещен запорный орган с возможностью осевого перемещения между упором и седлом и поочередного взаимодействия с ними, при этом при взаимодействии запорного органа с упором входная полость клапана соединена с выходной (см. чертеж клапана №В-4870, разработанный фирмой Bu-Tech, США для фирмы Haskel, 02 ноября 2005 г.).
Клапан имеет прочный корпус с концевыми присоединительными элементами. Запорный орган выполнен в виде подвижного шара из карбида вольфрама, заключенного в проточном канале корпуса между двумя упорами: верхний упор, являющийся одновременно седлом для запорного органа, и нижний упор. Отверстия в верхнем седле и нижнем упоре по диаметру меньше, чем диаметр шарового запорного органа. Нижний упор имеет боковые отверстия для протекания рабочей среды в обход лежащего на упоре шарового запорного органа. Упор и седло неподвижно закреплены верхним и нижним концевыми элементами, ввернутыми в прочный корпус клапана. По условиям эксплуатации клапан устанавливается в вертикальном положении его главной оси, причем седло клапана всегда должно располагаться выше запорного органа.
В исходном состоянии шаровой затвор под действием силы тяжести находится в нижнем положении и лежит на нижнем упоре.
Рабочая среда, протекающая через клапан с допустимым по величине расходом, обтекает через боковые отверстия лежащий на нижнем упоре шаровой запорный орган, не вызывая его подъема внутри корпуса. Клапан обеспечивает пропускание потока текучей среды с заданным расходом.
При превышении допустимого расхода среды, протекающей через клапан, например, в случае аварии на трубопроводе потребителя, возрастает выше допустимой величины и скорость течения среды в кольцевом зазоре вокруг шарового запорного органа. Происходит захват шарового запорного органа потоком среды и подъем его в потоке до герметичного взаимодействия с расположенным вверху седлом. При этом запорный орган автоматически перекрывает возросший расход среды потребителю. Шаровой запорный орган остается в верхнем положении под действием перепада давлений среды, преодолевающем вес запорного органа. Повторное открытие клапана возможно только после уменьшения перепада давлений среды на шаровом запорном органе. После уменьшения перепада давлений шаровой запорный орган под действием собственного веса опускается на нижний упор, и клапан снова готов пропускать через себя текучую среду с допустимой величиной расхода.
Клапан предельного расхода имеет два недостатка. Первый заключается в необходимости вертикальной ориентации его оси при использовании в системах, что, соответственно приводит к необходимости создания восходящего снизу вверх потока текучей среды через клапан для обеспечения его работоспособности. Это ограничивает возможности его использования в гидропневмосистемах, в которых для удобства монтажа и обслуживания целесообразно, например, горизонтальное размещение клапана. Второй недостаток заключается в том, что каждый клапан рассчитан на срабатывание при достижении одного определенного значения величины предельного расхода, при достижении которого клапан закрывается. Это значение определяется массой запорного органа для заданного значения давления текучей среды в источнике, что ограничивает его использование.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании клапана предельного расхода текучих сред, работоспособного при любой ориентации корпуса относительно вектора силы тяжести и в широком диапазоне величин расходов текучих сред.
Это достигается тем, что в известном клапане предельного расхода текучих сред, содержащем разъемный проточный корпус с подводящим и отводящим отверстиями, внутри которого размещен запорный орган с возможностью осевого перемещения между упором и седлом и поочередного взаимодействия с ними, при этом при взаимодействии запорного органа с упором входная полость клапана соединена с выходной, согласно полезной модели запорный орган выполнен в виде тарели с направляющим хвостовиком, подпружиненным относительно упора, с возможностью регулирования усилия прижатия к упору.
На фиг.1 изображен предлагаемый клапан предельного расхода текучих сред в разрезе, на фиг.2 изображен вид по стрелке «А» на запорный орган.
Клапан предельного расхода текучих сред, преимущественно высокого давления, имеет проточный разъемный корпус и состоит из двух соединенных по резьбе полых втулок 1 и 2. На внутренней поверхности втулки 1 выполнен упор 3, а на торце втулки 2 - седло 4. В полости втулки 1 между упором 3 и седлом 4 с осевым зазором размещен запорный орган, выполненный в виде тарели 5 с направляющим хвостовиком 6, размещенным с кольцевым зазором в отверстии втулки 2. Запорный орган подпружинен относительно упора 3 пружиной 7, взаимодействующей с другой стороны с полым регулировочным винтом 8, обеспечивающим регулирование усилия прижатия запорного органа к упору 3. Для фиксации настройки заданного усилия прижатия запорного органа к упору 3 на резьбовом элементе регулировочного винта 8 размещена контргайка 9. Для обеспечения герметичности клапана он снабжен размещенной на втулке 1 гайкой 10, взаимодействующей со штуцером 11, уплотненным относительно втулки 1. На торце тарели 5 со стороны упора 3 выполнены каналы 12, обеспечивающие сообщение входной полости клапана с выходной при посадке запорного органа на упор 3. Наличие регулировочного винта 8 обеспечивает настройку усилия срабатывания клапана для использования его на установках с разными рабочими давлениями.
При снятых с клапана гайке 10 и штуцере 11 производят настройку усилия прижатия пружиной 7 запорного органа к упору 3.
В исходном положении клапана втулка 1 подсоединена к источнику газа высокого давления, а штуцер 11 - к потребителю (на чертеже условно не показаны). Тарель 5 запорного органа прижата пружиной 7 к упору 3, при этом входная полость клапана сообщена с выходной за счет каналов 12, выполненных в торце тарели 5, осевого зазора между тарелью 5 и седлом 4, кольцевого зазора между втулкой 2 и хвостовиком 6 и отверстия в винте 8. Ось клапана имеет любое пространственное расположение.
Клапан работает следующим образом.
На вход клапана от источника поступает газ высокого давления, который из полости втулки 1 через каналы, выполненные в торце тарели 5, осевой зазор между тарелью 5 и седлом 4, кольцевой зазор между втулкой 2 и хвостовиком 6 и отверстия в винте 8 и штуцере 11 поступает потребителю.
В случае аварии, например, на трубопроводе потребителя (его разрыве) через штуцер 11 клапана резко возрастает расход газа. Перепад давления на тарели 5 запорного органа резко увеличивается, при этом возрастает усилие на тарель 5 со стороны источника газа высокого давления, которое превышает усилие ее прижатия пружиной 7 к упору 3, и заставляет перемещаться запорный орган к седлу 4 до посадки на него. При этом прекращается подача газа к потребителю. После этого перекрывают линию подачи газа от источника высокого давления и сбрасывают давление из полости втулки 1, при этом запорный орган усилием пружины садится на упор 3. После устранения аварии на трубопроводе потребителя клапан готов к работе.
Использование полезной модели за счет выполнения подпружиненного запорного органа позволит обеспечить работоспособность клапана при любом его положении в пространстве, а за счет обеспечения возможности регулирования усилия его прижатия к упору, т.е. - перепада давления на запорном органе для его срабатывания, - расширить диапазон его применения на системах высокого давления с разными величинами рабочих давлений.