КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
HYDRAULIC SAFETY VALVE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к запорной трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды, и может быть использовано при разработке запорной арматуры, в частности клапанов-отсекателей и приводов для задвижек.
Известен гидропривод задвижки, содержащий двухполостный гидроцилиндр с поршнем, шток которого механически связан с задвижкой, расположенной между входным и выходным патрубками, а полости гидроцилиндра соединены через распределитель с входным патрубком и линией слива, при этом поршень снабжен стержнем, установленным соосно ему (А.С. СССР N 1420293, кл. F16K 47/02, 1988).
Причиной ограниченных технологических возможностей известного гидропривода является выпуск среды в атмосферу и отсутствие средств фиксации задвижки в промежуточных положениях, т.е. невозможность регулирования проходного сечения задвижки.
Известен гидропривод задвижки, содержащий двухполостный гидроцилиндр с поршнем, шток которого механически связан с задвижкой, расположенной между входным и выходным патрубками, а полости гидроцилиндра соединены через распределитель с входным патрубком и линией слива, при этом он снабжен аккумулятором и обратным клапаном, причем линия слива соединена с полостью аккумулятора, а через обратный клапан - с входным патрубком (Патент РФ 2052701, МПК: F16K 31/122).
Указанный гидропривод действует следующим образом.
Для открытия задвижки включают распределитель. Жидкая среда из патрубка поступает в подпоршневую полость и начинает сливаться из надпоршневой полости по линии через клапан в патрубок. Когда давление в патрубке начнет превышать давление в линии, клапан закроется и слив среды будет происходить в аккумулятор, наполняя его и сжимая находящийся в нем воздух или газ. В крайнем положении поршня, его выступ входит в захват, или магнит притягивает поршень, или стержень притягивается магнитом, чем обеспечивается фиксация задвижки. Затем отключают распределитель, при этом обе полости гидроцилиндра находятся под одинаковым давлением среды, поддерживаемым подпиткой через зазор между штоком и стенкой гидроцилиндра, при этом линия на распределителе заглушена, клапан закрыт. Для закрытия задвижки переключают распределитель. Среда из патрубка поступает в надпоршневую полость и сливается из подпоршневой полости в аккумулятор. Когда давление в аккумуляторе превысит давление в патрубке, открывается клапан и среда из подпоршневой полости и аккумулятора перетекает в патрубок. Отключают распределитель, при этом задвижка будет прижата к седлу давлением среды, при этом обе полости гидроцилиндра находятся под одинаковым давлением. При парообразной среде гидропривод действует, как описано выше, за исключением того, что среда в аккумуляторе конденсируется.
Недостатками является значительная сложность конструкции и низкая надежность работы.
Известен гидропривод запорно-регулирующей задвижки, содержащий двухполостной гидропривод с поршнем, шток которого механически связан с задвижкой, расположенной между входным и выходным патрубками, а полости гидроцилиндра соединены через распределитель с входным патрубком и линией слива, причем поршень снабжен стержнем, установленным соосно ему, при этом он снабжен аккумулятором и обратным клапаном, причем линия слива соединена с полостью аккумулятора, а через обратный клапан с выходным патрубком, кроме того, гидроцилиндр снабжен глухим патрубком с радиальным карманом, а расположенный на поршне стержень выполнен с расположенными на его боковой поверхности впадинами и установлен с возможностью перемещения в полости осевого глухого патрубка, при этом поршень снабжен фиксатором, расположенным в радиальном кармане глухого патрубка с возможностью взаимодействия со впадинами на стержне (патент РФ №2051306, МПК: F16K 31/122).
Указанный гидропривод действует следующим образом.
Шток поршня двухполостного гидроцилиндра механически связан с задвижкой, расположенной между входным и выходным патрубками. Полости гидроцилиндра соединены через распределитель с входным патрубком и линией слива. Поршень снабжен стержнем, установленным соосно ему. Линия слива соединена с полостью аккумулятора, через обратный клапан с выходным патрубком. Гидроцилиндр снабжен глухим патрубком с радиальным карманом. Стержень выполнен с расположенными на его боковой поверхности впадинами и установлен с возможностью перемещения в полости осевого глухого патрубка. Поршень снабжен фиксатором, расположенным в кармане с возможностью взаимодействия с впадинами на стержне.
Известен гидропривод для задвижки фонтанной гидроприводной автоматического закрытия, содержащий двухполостный гидроцилиндр с подпружиненным поршнем, шток которого механически связан с запорным органом задвижки, расположенной между входным и выходным патрубками, при этом в корпусе гидроцилиндра выполнены каналы подвода рабочего тела (Задвижка с гидроприводом. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗФГ.3.021-00.000 ТО. Воронежский механический завод - филиал ФГУП «ГКНПЦ имени М.В. Хруничева», 394055, г. Воронеж, ул. Ворошилова, 22-прототип).
Указанный гидропривод работает следующим образом.
Рабочее тело под давлением подается в надпоршневую полость гидроцилиндра и воздействует на поршень. Поршень со штоком перемещается к центру задвижки, сжимает пружину, при этом запорный орган, в данном случае, шибер, перемещается, и открывает задвижку. Для закрытия задвижки, давление рабочего тела сбрасывается, и поршень со штоком возвращается в исходное положение под действием сил упругости пружины. Шибер при этом также занимает исходное положение и задвижка закрывается.
Основными недостатками данного гидропривода является значительная трудоемкость его изготовления, необходимость стационарных линий управления, сложность конструкции и значительные габаритные размеры, особенно диаметральные.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание клапана-отсекателя гидравлического, применение которого позволит упростить конструкцию гидропривода и клапана-отсекателя в целом, обеспечить автономность его работы, улучшить массово-габаритные характеристики и повысить надежность его работы.
Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный клапан-отсекатель гидравлический, содержащий корпус с запорным органом, гидропривод запорного органа с камерой для подвода рабочего тела, поршнем и возвратной пружиной, размещенный на корпусе и взаимодействующий с запорным органом, согласно изобретению, дополнительно содержит автономную систему управления, расположенную на корпусе гидропривода, включающую, как минимум, гидробак рабочего тела с ручным насосом, гидроаккумулятор, распределитель, места для подключения клапана контроля низкого и высокого давления или клапан контроля низкого и высокого давления, места для подключения плавкой пробки или плавкую пробку, клапан электромагнитный, манометр, кран шаровой, соединенные между собой в единую гидравлическую систему, вход которой открывается в гидробак рабочего тела, а выход открывается в камеру для подвода рабочего тела гидропривода, и сбрасывающую давление в гидроприводе клапана-отсекателя по команде клапана высокого или низкого давления или при разрушении плавкой пробки от температурного воздействия, или по команде от клапана электромагнитного, причем вход гидроаккумулятора подключен к гидробаку через обратный клапан, а выход гидроаккумулятора подсоединен к линии, идущей на вход клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки и к входу распределителя, выход которого подсоединен к линии клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки, при этом клапан электромагнитный подключен между линией сброса с клапана контроля низкого и высокого давления и линией подачи рабочего тела на вход клапана контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки, а линия слива соединена с полостью гидробака, при этом гидропривод содержит корпус с каналом подвода рабочего тела, подпружиненный шток, выполненный с возможностью осевого перемещения и установленный внутри упомянутого корпуса, при этом один конец указанного штока выполнен с возможностью обеспечения механического взаимодействия с исполнительным органом запорной арматуры, а на другом конце штока установлен гидроцилиндр, выполненный с возможностью осевого перемещения вместе со штоком, при этом внутри указанного гидроцилиндра установлен неподвижный поршень, закрепленный одним концом на корпусе гидропривода и выполненный в виде профилированного цилиндра, при этом выходная часть канала подвода рабочего тела соединена с полостью между упомянутыми подвижным гидроцилиндром и неподвижным поршнем.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная гидравлическая схема клапана-отсекателя, на фиг. 2 показан общий вид клапана-отсекателя, на фиг. 3 показан продольный разрез гидропривода. Навесное оборудование на фиг. 3 условно не показано. На гидравлической схеме сплошной линией показана линия подвода рабочего тела, штриховой - линия дренажа.
Клапан-отсекатель гидравлический содержит корпус 1 с запорным органом 2, гидропривод 3 запорного органа с камерой для подвода рабочего тела 4, поршнем 5 и возвратной пружиной 6, размещенный на корпусе 1 и взаимодействующий с запорным органом 2. Гидропривод дополнительно содержит автономную систему управления, расположенную на корпусе гидропривода 3, и включающую, как минимум, гидробак 7 рабочего тела с ручным насосом 8, гидроаккумулятор 9, распределитель 10, места для подключения клапана контроля низкого и высокого давления или клапан контроля низкого и высокого давления 11, места для подключения плавкой пробки или плавкую пробку 12, клапан электромагнитный 13, манометр 14, кран шаровой 15, соединенные между собой в единую гидравлическую систему, вход 16 которой открывается в гидробак 7 рабочего тела, а выход 17 открывается в камеру 4 для подвода рабочего тела гидропривода. Вход гидроаккумулятора 9 подключен к гидробаку 7 через обратный клапан (не обозначен), а выход гидроаккумулятора 9 подсоединен к линии, идущей на вход клапана 11 контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки 12 и к входу распределителя 10. На схеме показаны места подключения и дренажа клапана 11 контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки 12.
Выход распределителя 10 подсоединен к линии клапана 11 контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки 12 через дроссельную шайбу для контроля температурных расширений гидравлической системы (не обозначена). Клапан электромагнитный 13 подключен между линией сброса с клапана 11 контроля низкого и высокого давления и линией подачи рабочего тела на вход клапана 11 контроля низкого и высокого давления и плавкой пробки 12. Линия слива/дренажа соединена с полостью гидробака 7.
Гидропривод 3 запорного органа 2 содержит корпус 18 с каналами 19 подвода рабочего тела, подпружиненный шток 20, выполненный с возможностью осевого перемещения и установленный внутри упомянутого корпуса 18. Шток 20 подпружинен при помощи рабочей пружины 6. Один конец 21 указанного штока 20 выполнен с возможностью обеспечения механического взаимодействия с шибером 22 запорного органа, в данном случае, задвижки 23. На другом конце штока 20 установлен гидроцилиндр 24, выполненный с возможностью осевого перемещения вместе со штоком 20. Внутри подвижного гидроцилиндра 24 установлен неподвижный поршень 5, закрепленный одним концом на корпусе 18 гидропривода и выполненный в виде профилированного полого цилиндра. Каналы подвода 19 рабочего тела соединены с полостью 25 между упомянутыми подвижным гидроцилиндром 24 и неподвижным поршнем 5.
Предложенный клапан-отсекатель гидравлический работает следующим образом.
Гидропривод устанавливается на запорную арматуру таким образом, чтобы обеспечить механическое взаимодействие конца 21 штока 20 с ответным местом исполнительного органа запорной арматуры, в данном случае, шибера 22 шиберной задвижки 23.
Предварительно, при помощи ручного насоса 8, создается давление гидравлической жидкости, поступающей из гидробака 7, в гидроаккумуляторе 9. Клапан обратный (не обозначен) служит для пропускания жидкости в одном направлении, от ручного насоса 8 к гидроаккумулятору 9. Далее гидравлическая жидкость под давлением поступает на распределитель 10, и после него, в канал 17, который открывается в камеру 4 для подвода рабочего тела гидропривода 3 через канал 19 подвода рабочего тела. Контроль давления в системе осуществляется по манометру 14.
При подаче рабочего тела через канал 19 подвода рабочего тела, рабочее тело поступает в полость 25 между подвижным гидроцилиндром 24 и неподвижным поршнем 5 и начинает воздействовать на торец подвижного гидроцилиндра 24. Под действием рабочего тела, подвижный гидроцилиндр 24 вместе со штоком 20 перемещается к центральной части корпуса задвижки 23, в данном случае, вниз, и сжимает при этом возвратную пружину 6. При перемещении штока 20, шибер 22, механически связанный с концом 21 штока 20, также смещается вниз и открывает проходное сечение задвижки 23. В этом случае, запорный орган 2/шибер 22 находится в положении «Открыто».
Для закрытия запорного органа 2, давление рабочего тела сбрасывается, возвратная пружина 6 начинает возвращаться в исходное состояние и давит одним концом на подвижный гидроцилиндр 24. Подвижный гидроцилиндр 24 под действием силы упругости возвратной пружины 6 перемещается по неподвижному поршню 5 в обратном направлении, торцы подвижного гидроцилиндра 24 и неподвижного поршня 5 сближаются, при этом полость 25 между подвижным гидроцилиндром 24 и неподвижным поршнем 5 уменьшается и рабочее тело выдавливается обратно в канал подвода 19. Вместе с подвижным гидроцилиндром 24 перемещается в исходное положение шток 20 и шибер 22. В конечном итоге, шибер 22 занимает исходное положение, при котором проходное сечение задвижки 23 полностью перекрывается. В этом случае, задвижка 23 находится в положении «Закрыто».
При необходимости открытия задвижки процесс повторяется.
При отклонении давления транспортируемой среды в трубопроводе выше/ниже заданного происходит срабатывание клапана 11 контроля низкого и высокого давления, при этом происходит сброс давления рабочего тела из канала 17, и клапан-отсекатель закрывается.
При повышении температуры окружающей среды в месте установки плавкой пробки 12 клапана-отсекателя гидравлического выше заданной происходит разрушение плавкой пробки 12 и с последующим сбросом рабочего тела из канала 17 в гидробак 7. В этом случае подвижный гидроцилиндр 24 под действием силы упругости пружины 6 перемещается по неподвижному поршню 5, торцы подвижного гидроцилиндра 24 и неподвижного поршня 5 сближаются, при этом полость 25 между подвижным гидроцилиндром 24 и неподвижным поршнем 5 уменьшается и рабочее тело выдавливается в канал подвода 19, далее в канал 17, после чего происходит сброс рабочего тела из канала 17 в гидробак 7, и клапан-отсекатель закрывается.
Для управляемого удаленного закрытия клапана-отсекателя используется электромагнитный клапан 13. При его включении происходит сброс рабочего тела из канала 17 в дренаж, далее - в гидробак 7 и клапан-отсекатель закрывается.
Для управляемого местного закрытия клапана-отсекателя используется кран шаровой 15. При его открытии происходит сброс рабочего тела из канала 17 в дренаж, далее - в гидробак 7 и клапан-отсекатель закрывается.
Проведенные испытания предложенного клапана-отсекателя с гидроприводом подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит создать автономный гидропривод для клапана-отсекателя, применение которого позволит упростить конструкцию, обеспечить автономность работы клапана-отсекателя, улучшить массово-габаритные характеристики привода и повысить надежность его работы.