Клапан предохранительный
SAFETY VALVE

Техническое решение относится к арматуростроению и предназначено для использования в качестве предохранительного клапана периодического действия, допускающего многократные срабатывания и обратную посадку запирающего органа клапана с обеспечением требуемой степени герметичности до и после срабатывания в системах атомной энергетики, химической промышленности, энергетического комплекса.
В указанных клапанах среда подается в направлении «на золотник», а в качестве чувствительного элемента используется подпружиненный сильфон. Конструкция клапана позволяет выполнять настройку силовой пружины при эксплуатации (при снятом колпаке).
Характер истечения предохраняемой среды в таких конструкциях на начальной фазе открытия - дросселирование среды через образовавшийся зазор. На второй фазе открытия происходит более резкий подъем золотника, увеличивающий расход среды через клапан.
Недостатком указанных клапанов является недостаточная герметичность в затворе, особенно после срабатывания клапана.
Известна конструкция предохранительного клапана (а.с. SU №1489276 A1, F16К 17/14, от 09.09.87), которая состоит из корпуса, сильфона, уплотнительного элемента, выполненного в виде разрывного стержня с головкой, подвижной опоры в виде нагруженной пружиной кольцевого сепаратора, цилиндрические фиксаторы которого контактируют с внешней стороны с расточкой корпуса, а с внутренней стороны - с подвижным элементом. Данный клапан обеспечивает полную герметичность по уплотнительному элементу до срабатывания и высокую точность срабатывания за счет возможности регулировки пружины фиксирующего механизма.
Недостатком данного клапана является то, что работоспособность клапана восстанавливается только после замены уплотнительного элемента на новый, поэтому эта конструкция относится к устройствам разового действия.
Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемой конструкции клапана является предохранительный клапан (патент RU №2634999 F16K 17/04, F16K 17/34 от 15.08.2016), который состоит из корпуса, сильфона, узла уплотнения и фиксирующего механизма, включающего в себя сепаратор с фиксаторами и силовые элементы нагружения наружной и внутренней пружин, размещенные во внутренней полости фиксирующего механизма. В данном предохранительном клапане возможно выполнение регулировки пружин для изменения их силовых характеристик.
Недостатком данного клапана является то, что невозможна отдельная, независимая друг от друга, регулировка силовых характеристик наружной и внутренней пружин, при этом нельзя подрегулировать наружную пружину, без нарушения регулировки внутренней пружины, а силовые характеристики обеих пружин связаны между собой при обеспечении требуемых параметров давления срабатывания и давления закрытия (обратной посадки золотника).
Для изменения силовой характеристики наружной пружины необходимо узел регулировки внутренней пружины демонтировать, а затем подвергнуть его дополнительной установке и проверке.
Технической задачей настоящего РИД является создание клапана предохранительного, обеспечивающего возможность одновременной и независимой друг от друга регулировки силовых характеристик наружной и внутренней пружин для обеспечения требуемых давления срабатывания - открытия проходного сечения и давления обратной посадки золотника - закрытия проходного сечения.
Техническим результатом решения поставленной задачи является расширение технических возможностей при обслуживании клапана в процессе изготовления, испытаний и эксплуатации, повышение технологичности при регулировке клапана на требуемые характеристики.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в предохранительном клапане, содержащий корпус с входной и выходной полостями, сильфон, узел уплотнения и фиксирующий механизм, состоящий из корпуса, стакана, сепаратора с фиксаторами, наружной и внутренней пружин и силовых элементов их нагружения, между регулировочной гайкой и опорной втулкой силового элемента нагружения наружной пружины дополнительно установлена передаточная втулка, имеющая упоры в виде штырей, проходящих через пазы в опорной гайке силового элемента нагружения внутренней пружины, а регулировочный винт, создающий нагрузку на внутреннюю пружину, ввернут в указанную опорную гайку, закрепленную в корпусе фиксирующего механизма, при этом опорная втулка силового элемента нагружения наружной пружины имеет цилиндрическую обечайку, содержащую зону рабочего направления для опорной втулки силового элемента нагружения внутренней пружины, а сепаратор содержит цилиндрическую юбку, внутренняя поверхность которой образует зону рабочего направления для опорной втулки силового элемента нагружения наружной пружины.
Высота зон рабочего направления для опорных втулок силовых элементов нагружения внутренней и наружной пружин равна рабочим ходам этих пружин или превышает их.
Наружная поверхность передаточной втулки выполнена сферической и контактирующей с внутренней поверхностью корпуса фиксирующего механизма.
Опорная гайка силового элемента внутренней пружины закреплена в корпусе фиксирующего механизма с помощью резьбового соединения.
Опорная гайка силового элемента внутренней пружины содержит промежуточную гайку, взаимодействующую с регулировочным винтом, и стопорную гайку, фиксирующую положение указанного винта.
Расширение технических возможностей достигается за счет того, что конструкция предохранительного клапана позволяет выполнять регулировку наружной и внутренней пружин независимо от рабочего положения каждой из них.
После установки требуемого расчетного усилия для внутренней пружины выполняется регулировка расчетного усилия для наружной пружины.
При изготовлении и эксплуатации предохранительного клапана возможна подрегулировка каждой из пружин независимо от положения другой пружины.
Это позволяет выполнять подрегулировку предохранительного клапана на требуемые давление срабатывания и давление обратной посадки золотника на уплотнительное седло корпуса.
Технологичность выполнения регулировки предохранительного клапана повышается за счет того, что не требуется снимать расчетную нагрузку на одной из пружин при регулировке усилия другой пружины и последующего восстановления расчетного усилия для этой пружины со снятой нагрузкой.
Сущность технического решения поясняется чертежом: На фиг. изображен общий вид клапана предохранительного. Клапан предохранительный содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, сильфон 4, узел уплотнения, включающий в себя золотник 5 и уплотнительное седло 6, опору 7 со штоком 8, фиксирующий механизм, состоящий из стакана 9, сепаратора 10, фиксаторов 11, наружной пружины 12, внутренней пружины 13, гайки опорной 14, регулировочной гайки 15, втулок опорных 16 и 17, регулировочного винта 18, втулки передаточной 19 и корпуса 20.
Стакан 9 закреплен на направляющем выступе опоры 7, а на его цилиндрической обечайке с наружной стороны выполнен конический поясок 21.
Сильфон 4 соединен с одного торца с опорой 7, а с другого торца - с опорным кольцом 22.
Сильфон 4 воспринимает усилие от давления предохраняемой среды и обеспечивает передачу его через стакан 9 на фиксирующий механизм, а через шток 8 - на золотник 5.
Шток 8 имеет головку 23, размещенную в пазе золотника 5.
Между торцом головки 23 штока 8 и золотником 5 установлена пружина 24, предназначенная для поджатия золотника 5 к штоку 8 в положении клапана после срабатывания.
Внутренняя пружина 13 установлена между внутренним торцем стакана 9 и опорной втулкой 16 и поджата регулировочным винтом 18. Регулировочный винт 18 регулирует нагрузку, создаваемую внутренней пружиной 13.
Наружная пружина 12 фиксирующего механизма расположена между внутренним торцом сепаратора 10 и опорной втулкой 17. Опорная втулка 17 имеет направляющую цилиндрическую обечайку 25, содержащую зону 26 рабочего направления для опорной втулки 16, высота зоны 26 равна рабочему ходу внутренней пружины 13 от свободного состояния до рабочего положения под нагрузкой или превышает его.
Между регулировочной гайкой 15 и опорной втулкой 17 дополнительно установлена передаточная втулка 19, позволяющая передать усилие через опорную втулку 17 и наружную пружину 12 на сепаратор 10. Регулировочная гайка 15 установлена в корпусе 20 с помощью резьбового соединения.
Передаточная втулка 19 имеет упоры 27 в виде штырей, проходящих через пазы 28 в опорной гайке 14.
На сепараторе 10 выполнена цилиндрическая юбка 29, внутренняя поверхность которой имеет зону 30 рабочего направления для опорной втулки 17, высота зоны 30 равна рабочему ходу наружной пружины 12 от свободного состояния без нагрузки до положения под рабочей нагрузкой или превышает его.
Опорная гайка 14 имеет промежуточную гайку 31, в которую вворачивается регулирующий винт 18. Регулирующий винт 18 фиксируется стопорящей гайкой 32.
Фиксирующий механизм закрыт крышкой 33.
Работа клапана осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии золотник 5 находится в положении «закрыто» и прижат своим уплотнительным пояском к уплотнительной поверхности седла 6 с необходимым расчетным усилием. Усилие для узла уплотнения создается суммарным усилием двух пружин: внутренней 13 и наружной 12, а также давлением предохраняемой среды, действующим на золотник 5.
Фиксирующий механизм находится в нижнем рабочем положении: фиксаторы 11 под действием усилия, создаваемого наружной пружиной 12 и передаваемого через сепаратор 10, своими наклонными торцами на внутренней поверхности прижаты к коническому пояску 21 стакан 9, соединенного через опору 7 со штоком 8.
Внутренняя пружина 13 также передает усилие на стакан 9.
При рабочем давление среды в предохраняемой системе клапан герметичен по соединению: уплотнительный поясок золотника 5 - уплотнительное седло 6 корпуса 1.
При повышении давления среды в предохраняемой системе и входной полости 2 сильфон 4 вместе с опорой 7 и штоком 8 перемещаются относительно остающегося неподвижным золотника 5.
При достижении предохраняемой среды давления срабатывания клапана происходит перемещение сепаратора 10 совместно с фиксаторами 11 до положения, когда наружные конусные поверхности фиксаторов 11 совместятся с конусной поверхностью корпуса 20 и фиксаторы 11 под действием усилия, передаваемого стаканом 9, переместятся в радиальном направлении.
После радиального перемещения фиксаторов 11 стакан 9 освобождается от усилия, создаваемого наружной пружиной 12. Усилие, развиваемое сильфоном 4, полностью передается на опору 7.
При перемещении стакан 9 через опору 7 и шток 8 поднимает золотник 5, пропуская через открытое проходное сечение рабочую среду предохраняемой системы.
При снижении давления в предохраняемой системе происходит перемещение подвижных частей клапана в сторону закрытия.
При давлении рабочей среды, равном давлению обратной посадки золотника 5, стакан 9, перемещаясь вниз, освобождает цилиндрические фиксаторы 11 для их радиального перемещения под действием усилия от наружной пружины 12 внутрь.
После радиального перемещения фиксаторов 11 внутрь стакан 9 через опору 7, сильфон 4 и шток 8 передает усилие от наружной 12 и внутренней 13 пружин на золотник 5, который перемещается до упора в седло 6 корпуса 1, закрывая проходное сечение клапана и обеспечивая герметичность по золотнику 5. Пропуск предохраняемой среды через золотник 5 прекращается.
Для обеспечения требуемых технических характеристик клапана - давления срабатывания и давления закрытия - пружины 12 и 13 нагружаются необходимыми расчетными усилиями.
Под давлением закрытия подразумевается давление среды, при котором происходит обратная посадка золотника 5 на уплотнительное седло 6 корпуса 1 с обеспечением герметичности по уплотнению в затворе.
Для обеспечения герметичности в затворе внутренняя пружина 12 и наружная пружина 13 сжимаются необходимыми расчетными усилиями, создаваемыми регулировочным винтом 18 и регулировочной гайкой 15, переходя из свободного положения до положения, соответствующего расчетному усилию. Свободному положению пружин способствуют зоны 26 и 30 рабочего направления цилиндрической обечайки 25 опорной втулки 17 и цилиндрической юбки 29 сепаратора 10.
При создании расчетных нагрузок на наружной 12 и внутренней 13 пружинах опорные втулки 16 и 17 не выходят из внутренних полостей опорной втулки 17 и сепаратора 10 соответственно.
Регулировка наружной 12 и внутренней 13 пружин на расчетные усилия выполняется вращением регулировочной гайки 15 и регулировочного винта 18 соответственно. Регулировочный винт 18 ввернут в опорную гайку 14 посредством промежуточной гайки 31. Опорная гайка 14, ввернута в корпус 20. Положение регулировочного винта 18 после установки расчетного усилия фиксируется стопорной гайкой 32. Выполнение опорной гайки 14 с промежуточной гайкой 31 позволяет изготавливать их с разными характеристиками: опорную гайку 14 - из материала с повышенными механическими свойствами, а промежуточную гайку - из материала с улучшенными антифрикционными свойствами.
Регулировка наружной пружины 12 и внутренней пружины 13 на расчетные усилия выполняется независимо друг от друга. Регулировка выполняется при снятой крышке 32.
Таким образом, установка между регулировочной гайкой и опорной втулкой силового элемента нагружения наружной пружины дополнительно передаточной втулки, имеющей упоры в виде штырей, проходящих через пазы в опорной гайке силового элемента нагружения внутренней пружины, а регулировочный винт, создающий нагрузку на внутреннюю пружину, ввернут в указанную опорную гайку, закрепленную в корпусе фиксирующего механизма, при этом опорная втулка силового элемента нагружения наружной пружины имеет цилиндрическую обечайку, содержащую зону рабочего направления для опорной втулки силового элемента нагружения внутренней пружины, а сепаратор содержит цилиндрическую юбку, внутренняя поверхность которой образует зону рабочего направления для опорной втулки силового элемента нагружения наружной пружины, позволяет расширить технические возможности при обслуживании клапана в процессе изготовления, испытаний и эксплуатации, повысить технологичность выполнения регулировки клапана на требуемые характеристики.