Клапан отсекатель

Предлагаемая полезная модель относится к запорно-регулирующим устройствам, в частности клапанам, предназначенным для автоматического перекрытия трубопровода.
Функциональное назначение устройства - автоматическое перекрытие трубопровода при изменении давления рабочей среды (при аварийном повышении давления в трубопроводе) до величины, установленной настройкой устройства. Устанавливается на технологических трубопроводах газодобывающих предприятий, обеспечивающих транспортирование, хранение, переработку газа и пр.
Известно устройство отсекающее патент России №43328 от 10.01.2005. Данное устройство содержит корпус, расположенный в нем запорный орган, выполненный в виде поворотной заслонки, фиксатор, удерживающий заслонку в открытом положении, и чувствительный элемент, взаимодействующий с запорным органом. При этом фиксатор выполнен в виде постоянного магнита.
Недостатком данного устройства является невозможность в автоматическом режиме перекрывать поток при повышении или понижении давления.
Наиболее близким источником является патент России № 55969 от 27.08.2006, в котором раскрыто устройство контроля и регулирования расхода, содержащее трубопровод, регулирующий клапан с поворотным запорным органом, соединенным с приводом запорного органа, линии отбора давления, датчики давления среды. При этом первая и вторая линии отбора давления расположены соответственно в первой и второй измерительных секциях, которые расположены со сторон входного и выходного отверстий регулирующего клапана, образующих единый комплекс трубопровода, введен управляемый электрический привод запорного органа, которым управляет вычислительно-управляющее устройство, связанное электрическими связями с задатчиком угла поворота запорного органа, с первым и вторым датчиками давления и устройством индикации угла поворота запорного органа и рассчитанного расхода проточной среды.
Недостатком данного устройства является невозможность автоматического ступенчатого перекрытия потока при повышении или понижении давления.
Технический результат предлагаемого решения - повышение надежности устройства, ввиду ступенчатого перекрытия потока, как в автоматическом режиме, так и в ручном режиме.
Технический результат достигается тем, что клапан отсекатель содержит:
корпус с входным и выходным каналами,
запорный орган, перекрывающий выходной канал и
механический привод, осуществляющий поворот запорного органа.
При этом в качестве запорного органа используются затвор, состоящий из основной захлопки с разгрузочным отверстием и дополнительной глухой захлопки, выполненной с возможностью перекрывать разгрузочное отверстие глухой захлопки. Механический привод включает: пружину сжатия, пружину растяжения, шток и, связанный со штоком, рычаг. Механический привод выполнен таким образом, что при понижении давления внутри корпуса устройства выше настроенного, пружина растяжения смещает шток, который в свою очередь поворачивает рычаг, сначала выходящий из зацепления с упора основной захлопки, и тем самым освобождая основную захлопку, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается и ограничивает поток, а затем выходящий из зацепления с упора глухой захлопки, и тем самым освобождая глухую захлопку, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается и полностью перекрывает поток, а при повышении давления внутри корпуса устройства выше настроенного, шток, преодолевая усилие пружины сжатия, поворачивает связанный с ним рычаг, сначала выходящий из зацепления с упора основной захлопки, и тем самым освобождая основную захлопку, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается и ограничивает поток, а затем выходящий из зацепления с упора глухой захлопки, и тем самым освобождая глухую захлопку, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается и полностью перекрывает поток.
Кроме того, устройство включает механизм дистанционного срабатывания привода, который включает электромагнит, Г-образный рычаг и шток, где электромагнит выполнен с возможностью управлять Г-образным рычагом, связанным со штоком, осуществляющим управление штоком механического привода, а также узел подъема затвора, включающий рукоятку, связанную с рычагом, осуществляющих подъем и фиксацию затвора.
Клапан отсекатель также содержит шкалу настройки пределов срабатывания клапана при понижении давления и шкалу настройки пределов срабатывания клапана при повышении давления.
Клапан отсекатель также содержит перепускной вентиль для выравнивания давления среды до и после затвора.
Клапан отсекатель также содержит рукоятку, позволяющую вручную перемещать запорный орган, открывая выходной канал.
Клапан отсекатель также содержит рукоятку, позволяющую вручную перемещать запорный орган, принудительно перекрывая выходной канал.
Клапан отсекатель также содержит световую индикацию, показывающую положение затвора.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами фиг.1-9, где
на фиг.1 показан чертеж предлагаемого клапана-отсекателя - главный вид,
на фиг.2 показан чертеж предлагаемого клапана-отсекателя - вид сбоку,
на фиг.3 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя в месте расположения вентиля перепускного и узла подъема захлопки,
на фиг.4 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя - в рабочем состоянии (захлопки подняты),
на фиг.5 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя - после первой ступени срабатывания и частичного перекрытия выходного канала  (захлопка с разгрузочным отверстием опущена),
на фиг.6 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя - поле второй ступени срабатывания и полного перекрытия выходного канала  (захлопки  опущены),
на фиг.7 показан привод механический,
на фиг.8 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя - после срабатывания узла подъема затвора,
на фиг. 9 показан разрез предлагаемого клапана-отсекателя - до («положение 1» и после («положение 2») фиксации упора осовной захлопки рычагом привода механического.
На фигурах позициями обозначены следующие позиции:
1 - корпус
2 - крышка
3 - затвор
4 - захлопка основная (с разгрузочным отверстием)
5 - захлопка дополнительная (глухая)
6 - узел подъема затвора
7 - рукоятка узла подъема затвора
8 - ось затвора
9 - кронштейн
10 - электромагнит
11 - выключатель сигнализации
12 - пост управления
13 - лампа сигнальная
14 - клеммная коробка
15 - рукоятка привода
16 - перепускной вентиль
17 - рым-болт
18 - указатель
19 - шкала положения затвора
20 - втулка
21 - шток узла блокировки
22 - болт блокировочный
23 - шкала настройки пределов срабатывания при понижении давления
24 - шкала настройки пределов срабатывания при повышении давления
25 - рычаг привода
26 - упор
27 - рычаг узла блокировки
28 - винт со шкалой
29 - пружина сжатия, приводящая в действие привод при понижении давления
30 - пружина сжатия, приводящая в действие привод при повышении давления
31 - гайка
32 - шток привода
33 - гайка
34; 35 - оси привода
36 - колпак
37; 38 - кольца резиновые уплотнительные
39 - кольцо защитное
40 - втулка
41 - рычаг
42 - валик
43 - кронштейн
Устройство состоит из клапана и привода.
В клапан входят:
корпус 1, крышка 2, затвор 3, состоящий из основной захлопки 4 с разгрузочным отверстием и дополнительной глухой захлопки 5, узел подъема затвора 6 с рукояткой 7.
Конструкция затвора 3 обусловлена необходимостью предотвращения резкого понижения или повышения давления в момент срабатывания устройства.
Затвор 3 установлен на оси 8 кронштейна 9.
В привод механический, с автоматическим срабатыванием, входит: электромагнит 10, выключатель сигнализации 11, пост управления 12 с лампой сигнальной 13, клеммная коробка 14, рукоятка 15, предназначенная для перевода чувствительного механизма срабатывания привода из положения АВТ. в положения РУЧН. или СТОП.
Для выравнивания давления среды до и после затвора 3 устройство снабжено перепускным вентилем 16.
Для строповки устройства при монтаже и демонтаже на трубопровод предусмотрены рым-болты 17.
Индикация положения затвора 3 осуществляется выключателем сигнализации 11 с выдачей дискретного сигнала, выдачей световой индикации сигнальной лампой 13 поста управления 12, а также механическим указателем (в дальнейшем - указателем 18) положения:
в положении ОТКРЫТО выключатель сигнализации 11 выдает дискретный сигнал, при этом пост управления 12 не выдает световую индикацию, а указатель 18 находится на риске с отметкой «О» шкалы 19;
в положении ЗАКРЫТО выключатель сигнализации 11 выдает дискретный сигнал, при этом пост управления 12 выдает световую индикацию, а указатель 18 находится на риске с отметкой «З» шкалы 19.
Настройка привода механического (см. фиг.7)  производится следующим образом:
на срабатывание при понижении давления в корпусе 1 - винтом 28 поджимается (регулируется) пружина сжатия 29 до определенного усилия, соответствующего необходимой величине срабатывания по шкале 23;
на срабатывание при повышении давления в корпусе 1 - гайкой 31 поджимается (регулируется) пружина сжатия 30 до определенного усилия, соответствующего необходимой величине срабатывания, по шкале 24.
С целью предотвращения нарушения пределов настройки и исключения механического повреждения деталей на привод установлен колпак 36.
Герметичность привода в месте установки в корпусе 1 от воздействия давления транспортируемой среды обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами 37-38 и защитным кольцом 39.
Запуск в работу клапана-отсекателя (приведение в исходное рабочее положение).
Запуск устройства в работу, после его монтажа на трубопровод и подключения к блоку управления, производится в следующей последовательности:
подать рабочую среду в трубопровод с установленным в нем устройством (установленная величина давления срабатывания привода от понижения давления должна быть ниже давления в трубопроводе не менее чем на 1 МПа, а от повышения давления должна превышать давление в трубопроводе не менее чем на 1 МПа);
подать напряжение на электромагнит 10, тем самым зафиксировав штоком 21втулку 20 механизма дистанционного срабатывания привода (см. фиг.2);
вынуть болт 22, тем самым разблокировать электромагнит10;
оттянуть и повернуть рукоятку 7 узла подъема затвора 6 до упора в положение АВТ.;
оттянуть и повернуть рукоятку 15 привода в положение АВТ.;
возобновить подачу рабочей среды.
Рукоятки 7 и 15 в рабочем положении устройства должны находиться в положении АВТ., при нахождении рукояток 7 и 15 в положении СТОП срабатывание устройства от понижения и повышения давления невозможно.
Работа устройства
Принцип действия устройства заключается в механической разблокировке затвора 3 приводом при аварийном понижении или повышении давления рабочей среды в трубопроводе.
Для исключения гидравлического удара и нарушения целостности деталей запорного органа предусмотрена конструкция затвора со ступенчатым перекрытием проходного отверстия в крышке 2.
Положение захлопки 4 с разгрузочным отверстием и захлопки 5 глухой на первой ступени срабатывания изображено на фиг.5, положение захлопки 4 с разгрузочным отверстием и захлопки 5 глухой на второй ступени срабатывания изображено на фиг.6.
1. Срабатывание устройства на ЗАКРЫТИЕ в автоматическом режиме.
При понижении давления внутри корпуса 1 ниже установленной величины давления срабатывания привода, указанной на шкале 23:
сила пружины сжатия 29 действует на торец гайки 33 передает осевое перемещение штоку привода 32, который в свою очередь за счет понижающегося в полости корпуса давления перемещается  вниз, осевое перемещение штока 32 через ось 35 передается рычагу привода 25, который находясь на оси 34, установленной неподвижно во втулке 40  преобразует осевое перемещение штока 32  в  продольное перемещение Т-образной части рычага 25 (фиг.7 (Вид Д «при понижении давления»)),
рычаг привода 25 выходит из зацепления с упором 26,  освобождая захлопку 4, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается на оси 8 и прижимается к торцу крышки 2, перекрывая поток транспортируемой среды и оставляя открытым только разгрузочное отверстие;
в корпусе 1 продолжает понижаться давление (при резком падении давления за захлопкой 4), рычаг привода 25 выходит из зацепления с фрагментом тела захлопки 5, что приводит к ее освобождению приводом,  под действием собственного веса и потока среды захлопка 5 поворачивается на оси 8 и прижимается к захлопке 4, окончательно перекрывая поток рабочей среды. При этом указатель 18 перемещается от риски с отметкой «О» на риску с отметкой «Руч.» шкалы 19, срабатывает выключатель сигнализации 11 и выдает дискретный сигнал о нахождении затвора 3 в положении ЗАКРЫТО, включается световая индикация поста управления 12. При достижении в корпусе 1 давления среды ниже установленной величины давления срабатывания привода, указанной на шкале 23, указатель 18 перемещается с риски с отметкой «Руч.» на риску с отметкой «З» шкалы 19.
При повышении давления внутри корпуса 1 выше установленной величины давления срабатывания привода, указанной на шкале 24:
под действием повышающегося давления в полости корпуса 1 шток привода 32, соединенный с гайкой 33, преодолевая усилие пружины сжатия 30 перемещается  вверх в полость привода с атмосферным давлением, осевое перемещение штока 32 через ось 35 передается рычагу 25, который находясь на оси 34, установленной неподвижно во втулке 40  преобразует осевое перемещение штока 32  в  продольное перемещение Т-образной части рычага 25 (фиг.7 (Вид Д «при повышении давления»)),
рычаг привода 25 выходит из зацепления с упором 26, освобождая захлопку 4, которая под действием собственного веса и потока среды поворачивается на оси 8 и прижимается к торцу крышки 2, перекрывая поток транспортируемой среды и оставляя открытым только разгрузочное отверстие;
в корпусе 1 продолжает повышаться давление (при резком повышении давления за захлопкой 4), рычаг привода 25 выходит из зацепления с фрагментом тела захлопки 5, что приводит к ее освобождению приводом,  под действием собственного веса и потока среды захлопка 5 поворачивается на оси 8 и прижимается к захлопке 4, окончательно перекрывая поток рабочей среды. При этом указатель 18 перемещается от риски с отметкой «О» на риску с отметкой «З» шкалы 19, срабатывает выключатель сигнализации 11 и выдает дискретный сигнал о нахождении затвора 3 в положении ЗАКРЫТО, включается световая индикация поста управления 12.
При достижении в корпусе 1 давления среды выше установленной величины давления срабатывания привода, указанной на шкале 24, указатель 18 перемещается с риски с отметкой «Руч.» на риску с отметкой «З» шкалы 19.
Подъем затвора 3 после срабатывания при понижении/повышении давления внутри корпуса 1 производится после выравнивания давления до и после затвора 3 с помощью перепускного вентиля 16, рукоятка 15 привода устанавливается в положение РУЧН., при котором рычаги привода 25 и упора 26 захлопки основной 4 не находятся в зоне зацепления (фиг.9 «положение 1»),  после чего оттягивается и проворачивается  против часовой стрелки рукоятка 7 узла подъема затвора 6 и устанавливается в положении СТОП, при этом вращательное движение рукоятки 7 передается рычагу 41, на котором неподвижно закреплен валик 42, валик вступает в контакт с наклонной поверхностью кронштейна 43, закрепленного неподвижно  на основной захлопке 4 (с разгузочным отверстием) и производит подъем  затвора 3 в горизонтальное положение (фиг.8).
Конструкция привода выполнена таким образом, что при положении СТОП рукоятки 7 узла подъема затвора 6 и переводе рукоятки 15 привода из положения РУЧН. в положение АВТ. рычаг привода 25  и упор 26 захлопки основной 4 входят в зацепление (фиг.9 «положение 2»).
Переводом рукоятки 7 узла подъема затвора 6 в положение АВТ. завершается процесс подготовки клапана к готовности на срабатывание в автоматическом режиме.
Блокировка затвора 3 в положении ОТКРЫТО выполняется переводом рукоятки 15 привода в положение СТОП, при этом рукоятка 7 узла подъема затвора 6 должна находиться в положении СТОП.
2. Срабатывание устройства на ЗАКРЫТИЕ дистанционно - по сигналу оператора, посредством срабатывания электромагнита 10.
В некоторых случаях обслуживающему персоналу электрофицированных газовых промыслов требуется наличие функции срабатывания клапана-отсекателя дистанционно по сигналу оператора «с верхнего уровня», т.е. контролируемое срабатывание при аварийном повышении/понижении давления в корпусе и только по сигналу оператора.
В исходном положении пружины сжатия 29, 30 механического привода не имеют возможности реагировать и преобразовывать усилия сжатия при повышении/понижении давления внутри корпуса в линейное перемещение штока 32 т.к. зафиксированы во внутренней полости втулки 20, в свою очередь втулка 20 зафиксирована в неподвижном состоянии штоком 21 через боковое отверстие (фиг.2). В таком положении срабатывание клапана при повышении/понижении давления, как указано в разделе 1 (срабатывание клапана в автоматическом режиме) невозможно по причине отсутствия возможности передавать настроенные усилия сжатия пружин 29, 30 штоку 32 привода механического.
При подаче оператором на электромагнит 10 сигнала на ЗАКРЫТИЕ устройства, происходит снятие напряжения с электромагнита 10, при этом механизм дистанционного срабатывания привода активируется:
сердечник электромагнита при осевом перемещении передает усилие на Г-образный рычаг 27 узла блокировки, который, в свою очередь, находясь в зацеплении со штоком 21, выводит его из бокового отверстия втулки 20 и снимает блокировку механического привода (пружины сжатия 29, 30 получают свободу сжатия и преобразуют осевое перемещение при сжатии в линейное перемещение штока 32), привод освобождает затвор 3, который под действием собственного веса и потока среды поворачивается и перекрывает проходное отверстие устройства (т.е. все последующие действия происходят как указано в разделе 1);
указатель 18 перемещается от риски с отметкой «О» на риску с отметкой «З» шкалы 19, срабатывает выключатель сигнализации 11 и выдает дискретный сигнал о нахождении затвора 3 в положении ЗАКРЫТО, включается световая индикация поста управления 12.
3. Местное - ручное (принудительное) срабатывание устройства на ЗАКРЫТИЕ:
выполняется поворотом рукоятки 15 привода в положение РУЧН., при этом рукоятка 7 узла подъема затвора 6 должна находиться в положении АВТ.;
рычаг привода 25 выходит из зацепления с упором 26, освобождая  затвор 3, который под действием собственного веса и потока среды поворачивается и перекрывает проходное отверстие устройства;
указатель 18 перемещается от риски с отметкой «О» на риску с отметкой «Руч.» шкалы 19, срабатывает выключатель сигнализации 11 и выдает дискретный сигнал о нахождении затвора 3 в положении ЗАКРЫТО, включается световая индикация поста управления 12.
4. Аварийное - в случае отключения электроэнергии срабатывание устройства на ЗАКРЫТИЕ в автоматическом режиме:
выполняется посредством срабатывания электромагнита 10 (аналогично разделу 2 - срабатывание устройства по сигналу оператора):
при обесточивании (отсутствие электроэнергии) происходит снятие напряжения с электромагнита 10, при этом механизм дистанционного срабатывания привода активируется и привод освобождает затвор 3, который под действием собственного веса и потока среды поворачивается и перекрывает проходное отверстие устройства.
Основные особенности предлагаемого клапана-отсекателя заключаются в том, что клапан-отсекатель содержит привод способный, срабатывать:
в автоматическом режиме, при аварийном повышении или понижении давления в нем, со световой индикацией поста управления;
дистанционно по сигналу оператора, со световой индикацией поста управления;
в ручном (принудительном) режиме, со световой индикацией поста управления;
аварийно, в случае отключения электрической энергии на объекте его установки.
Клапан-отсекатель имеет встроенную конструкцию перепускного вентиля 16. Соединение входного отверстие корпуса 1 и выходного отверстия крышки 2 при выравнивании давления до и после затвора после срабатывания клапана происходит по внутренним каналам «В» в корпусе 1 и «Г» в крышке 2 (фиг.3) при открытии перепускного вентиля 16.
Конструкция встроенного вентиля исключает необходимость наружных элементов трубопроводов, которые при больших перепадах давлений на входе и выходе клапана-отсекателя подвергаются заморозке после срабатывания клапана и выравнивания давления до и после затвора.