КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, а именно к устройствам с поворотным запорным элементом, и может быть использовано для установки на технологических линиях газоконденсатных промыслов для автоматического перекрытия трубопровода при аварийном повышении или понижении давления в нем.
Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с проходным каналом и седло, в котором установлены управляемые воздействием подвижного штока, соединенного с приводом, плоский шибер с отверстием и поворотный запорный элемент, расположенный вне зоны проходного отверстия, при этом шток снабжен охватывающей его втулкой, установленной с возможностью осевого перемещения совместно со штоком и ограниченной крайними положениями перемещения, при этом на втулке выполнен паз, находящийся во взаимодействии с запорным элементом (а.с. СССР №1203295, кл. F16K 3/00, 1984 г.).
Известно запорно-регулирующее устройство, в корпусе которого с проходным каналом и отверстием в седле установлены управляемый воздействием подвижного штока, соединенного с приводом, плоский шибер с отверстием и поворотный запорный орган типа заслонки, расположенный на оси вне зоны проходного канала и устанавливаемый в открытое положение самостоятельным приводом и фиксируемый в этом положении фиксирующим элементом (а.с. СССР №785579, кл. F16K 3/00, 1980 г.).
Недостатком известных запорно-регулирующих устройств является невозможность автоматического перекрытия трубопровода природного газа при аварийном повышении и падении давления в нем.
Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с проходным каналом, седло, плоский шибер с уплотнительными поверхностями и отверстием, соединенный штоком с приводом, поворотный запорный орган в виде заслонки, связанный с механизмом фиксации, при этом устройство снабжено кронштейном и чувствительным элементом, размещенным на корпусе, причем чувствительный элемент выполнен в виде подпружиненного штока с выступом на торце, а механизм фиксации выполнен в виде упоров, один из которых установлен на заслонке, перпендикулярно ей, а другой размещен на кронштейне с возможностью поворота и выполнен с пазом (а.с. СССР №1740841, кл. F16K 3/00, 16.03.90).
Недостатком запорно-регулирующего устройства является сложность конструкции, обусловленная отсутствием жесткой кинематической связи между штоком и упором, размещенном на кронштейне.
Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с проходным каналом, седло, плоский шибер с уплотнительными поверхностями и отверстием, соединенный штоком с приводом, поворотный запорный орган в виде заслонки, размещенный на шибере и связанный с механизмом фиксации, при этом устройство снабжено чувствительным элементом, размещенным на корпусе параллельно приводу и выполненным в виде подпружиненного штока с выступом на конце, а механизм фиксации выполнен в виде двух упоров, один из которых установлен на заслонке, перпендикулярно ей, причем в выступе штока перпендикулярно проходному каналу выполнен паз, в котором расположено связанное с ним короткое плечо другого упора, установленного на оси с возможностью поворота на ней, при этом его длинное плечо размещено с возможностью взаимодействия с упором на заслонке на всем диапазоне перемещения плоского шибера (Патент РФ №2267047, МПК: F16K 3/02, F16K 3/04, F16K 17/04 - прототип).
Указанное устройство работает следующим образом.
При повышении давления в корпусе устройства выше установленного колпаком настройки высокого давления шток выталкивается наружу, преодолевая усилие пружины и поворачивая упор на оси. В результате длинное плечо упора освобождает упор поворотного запорного органа, который под собственным весом поворачивается на оси кронштейна и опускается на уплотнительную поверхность шибера, перекрывая отверстие и прекращая подачу газового потока.
При понижении давления в корпусе устройства ниже установленного колпаком настройки низкого давления, усилие пружины преодолевает выталкивающее усилие штока, перемещает его внутрь корпуса и поворачивает упор на оси. В результате длинное плечо упора освобождает упор поворотного запорного органа, который под собственным весом поворачивается на оси кронштейна и опускается на уплотнительную поверхность шибера, перекрывая отверстие и прекращая подачу газового потока.
Открытие поворотного запорного органа осуществляется вручную.
Основными недостатками данного устройства является значительная сложность конструкции и низкая надежность его работы, обусловленная тем, что при появлении в процессе эксплуатации зазоров происходит произвольное соскальзывание запорного органа с упора, вне зависимости от величины давления.
Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание клапана, конструкция которого позволит повысить надежность его работы.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный клапан, согласно изобретению, содержит корпус с проходным каналом и присоединительными фланцами, седло, поворотный запорный орган в виде заслонки, размещенной в корпусе в непосредственной близости от седла и взаимодействующей с механизмом устройства срабатывания по понижению или по повышению давления, расположенным на корпусе, при этом указанный механизм, содержит, как минимум, корпус с гайкой, выполненной с возможностью осевого перемещения, при этом гайка своей опорной внутренней поверхностью взаимодействует, предпочтительно, через подшипник, преимущественно, упорный, с одной опорной поверхностью пружины высокого давления, взаимодействующей другой опорной поверхностью с опорной поверхностью гильзы, выполненной с возможностью осевого перемещения и установленной внутри упомянутого корпуса, причем внутри указанной гильзы установлена, предпочтительно, при помощи упорной резьбы, с возможностью осевого перемещения втулка, взаимодействующая с опорной поверхностью пружины низкого давления, установленной на штоке, расположенном внутри упомянутой гильзы и выполненным с возможностью осевого перемещения, и взаимодействующей другой опорной поверхностью с опорной поверхностью штока, при этом устройство фиксации заслонки в открытом положении выполнено в виде цилиндра, выполненного с возможностью осевого перемещения в наконечнике упомянутого штока, при этом в стенках цилиндра расположены с возможностью радиального перемещения подпружиненные шарики, а на внешней поверхности заслонки установлен цилиндр, имеющий, как минимум, одну кольцевую профилированную проточку.
В варианте исполнения, на наружной поверхности корпуса расположена шкала определения усилия поджатия пружины высокого давления, а на наружной поверхности втулки, установленной в гильзе, нанесена шкала определения усилия поджатия пружины низкого давления.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез клапана, на фиг.2 - продольный разрез механизма устройства срабатывания по понижению или по повышению давления, на фиг.3 - выносной элемент механизма крепления заслонки к штоку.
Клапан содержит корпус 1 с проходным каналом 2 и присоединительными фланцами 3. Внутри корпуса 1 расположено седло 4, поворотный запорный орган в виде заслонки 5, размещенной в корпусе 1 в непосредственной близости от седла 4 и взаимодействующей с механизмом устройства 6 срабатывания по понижению или по повышению давления, расположенным на корпусе 1. Механизм 6 содержит корпус 7 с гайкой 8, выполненной с возможностью осевого перемещения. Гайка 8 своей опорной внутренней поверхностью взаимодействует через подшипник 9 с одной опорной поверхностью пружины 10 высокого давления. Пружина 10 высокого давления взаимодействует другой опорной поверхностью 11 с опорной поверхностью гильзы 12, выполненной с возможностью осевого перемещения и установленной внутри упомянутого корпуса 7. Внутри указанной гильзы 12 установлена с возможностью осевого перемещения втулка 13, взаимодействующая с опорной поверхностью пружины 14 низкого давления, установленной на штоке 15, расположенном внутри упомянутой гильзы 12 и выполненным с возможностью осевого перемещения. Пружина 14 низкого давления взаимодействует другой опорной поверхностью с опорной поверхностью 16 штока 15. Устройство фиксации заслонки 5 в открытом положении выполнено в виде полого цилиндра 17, выполненного с возможностью осевого перемещения в наконечнике 18 упомянутого штока. В стенках полого цилиндра 17 расположены с возможностью радиального перемещения в канавке 19 подпружиненные шарики 20 и выполнена канавка 21. Наконечник штока 18 установлен с возможностью осевого перемещения в цилиндре 22.
На внешней поверхности заслонки 5 установлен цилиндр 23, имеющий, как минимум, одну кольцевую профилированную проточку 24 и верхнюю профилированную часть 25 в виде сферы.
На наружной поверхности корпуса 7 расположена шкала 26 определения усилия поджатия пружины высокого давления, а на наружной поверхности втулки 13, установленной в гильзе 12, нанесена шкала 27 определения усилия поджатия пружины низкого давления.
Предложенное устройство работает следующим образом. Предварительно настраиваются, в заданных пределах срабатывания, пружина 14 низкого давления при помощи осевого перемещения втулки 13, установленной в гильзе 12, и пружина 10 высокого давления за счет осевого перемещения гайки 8 относительно корпуса 7.
Пружина низкого давления 14 настраивается таким образом, чтобы ее усилие было равно усилию от воздействия рабочего тела на опорную поверхность цилиндра 17 при работе клапана при его номинальном давлении внутри полости корпуса клапана.
Пружина 10 высокого давления настраивается таким образом, чтобы ее усилие было больше усилия со стороны рабочего тела при его номинальном давлении внутри полости корпуса клапана.
В исходном состоянии заслонка 5 взводится вручную. При этом цилиндр 23 входит в цилиндр 17, в стенках которого, в канавке 19, расположены подпружиненные шарики 20. Своей верхней профилированной частью 25 цилиндр 23 проходит через подпружиненные шарики 20, разжимает их к периферии канавки 19 и проходит за них. Под действием браслетной пружины (не обозначена) шарики 20 возвращаются в исходное состояние и обжимают цилиндр 23 по проточке 24, не давая ему опуститься вместе с заслонкой 5 за счет того, что верхняя профилированная часть 25 имеет больший наружный диаметр, чем проточка 24. Рабочее тело поступает во входной присоединительный фланец 3, проходит через седло 4 и отводится через выходной присоединительный фланец 3.
При падении давления рабочего тела ниже допустимого нижнего предела, осевое усилие от воздействия рабочего тела на опорную поверхность цилиндра 17 также уменьшается, в результате чего, шток 15, под действием пружины 14 низкого давления, одним концом упирающейся в опорную поверхность втулки 13, а другим - в опорную поверхность 16 штока 15, перемещается вниз. При этом шарики 20 переходят из канавки 19 в канавку 21, освобождаются от действия браслетной пружины (не обозначена), под действием силы тяжести заслонки 5 и верхней профилированной части 25 цилиндра 23 перемещаются к периферии канавки 21, освобождают верхнюю профилированную часть 25, после чего под действием силы тяжести заслонка 5 проворачивается против часовой стрелки вокруг своей оси вращения и садится на седло 4. Клапан закрывается.
При увеличении давления рабочего тела выше допустимого, усилие со стороны рабочего тела на опорную поверхность цилиндра 22 возрастает, цилиндр 22 перемещается вверх и сжимает при этом пружину 10 высокого давления, одной опорной поверхностью опирающейся на опорную поверхность гильзы 12, размешенной на цилиндре 22, другой - на опорный подшипник 8, взаимодействующий с опорной поверхностью гайки 8. При движении цилиндра 22 вверх, вместе с ним смещается и цилиндр 17. При этом подпружиненные шарики 20, находящиеся в канавке 19, за счет действующего осевого усилия от рабочего тела, разжимают браслетную пружину (не обозначена), отходят к периферии канавки 19 и пропускают вниз профилированную верхнюю часть 25 цилиндра 23, после чего, под действием силы тяжести, заслонка 5 проворачивается против часовой стрелки вокруг своей оси вращения и садится на седло 4. Клапан закрывается.
После закрытия клапана, для последующего открытия заслонки 5, необходимо выравнять давление в полости клапана до и после заслонки.
Использование предложенного технического решения позволит создать клапана, конструкция которого позволит повысить надежность его работы.