ПОЖАРНЫЙ КЛАПАН СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
FIRE VALVE OF SUPER-HIGH PRESSURE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам, предназначенным для защиты, предотвращения разрушения рабочих емкостей от избыточного давления при возникновении пожара, например, для аварийного (в условиях пожара) перекрытия систем трубопроводов сверхвысокого давления и сброса рабочего газа в окружающую среду.
Известно устройство для перекрывания подачи газа с входным и выходным отверстиями, которое содержит установленные во внутренней полости корпуса и взаимодействующие друг с другом подпружиненные запорный элемент и фиксатор, плавкую часть и отверстия для сброса газа (з. Японии №61-59427, МПК4 F16K 17/38, опубл. 16.12.1986 г.). Запорный элемент и фиксатор установлены перпендикулярно друг другу. Плавкая часть выполнена в виде сопрягаемых частей запорного элемента и фиксатора в виде стопора.
Данное устройство обеспечивает достаточную герметичность при действии невысоких температур и давлении, соответственно дальнейшее повышение либо температуры, либо давления приведет к разгерметизации и прохождению газа в рабочий объем. Не менее важным обстоятельством является точность изготовления деталей, применяемых в данном устройстве, то есть необходима высокая точность для подгонки деталей (корпуса и запорного элемента) для обеспечения герметичности, соответственно, уменьшается технологичность и повышается стоимость изготовления устройства.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является пожарный клапан с входным, выходным отверстиями, который содержит установленные во внутренней полости корпуса с возможностью взаимодействия подпружиненные запорный элемент и фиксатор, седло с внутренним отверстием, сообщающимся с выходным отверстием клапана, установленное соосно с запорным элементом в виде поршня, подпружиненного со стороны входного отверстия, отверстия для сброса газа, расположенные в плоскости, параллельной входному и выходному отверстиям, и отверстие, сообщающееся с внутренней полостью, седло выполнено в виде цилиндра переменного сечения с уменьшением диаметра в сторону запорного элемента, в месте уменьшения диаметра установлен уплотняющий элемент, один конец фиксатора выполнен в виде подпружиненного со стороны запорного элемента диска, зафиксированного плавкой частью, обращенные друг к другу поверхности седла и поршня снабжены металлической режущей кромкой, диаметр кромки поршня превышает диаметр кромки седла, плавкая часть выполнена в виде диска (п. РФ №2556056, МПК12 F16K 17/38, опубл. 10.07.2015 г.).
Запорный элемент и фиксатор установлены перпендикулярно друг другу. Фиксатор выполнен в виде цилиндра переменного сечения, один конец которого установлен в отверстии запорного элемента, а другой конец выполнен в виде подпружиненного со стороны запорного элемента диска. В средней части фиксатора выполнена проточка, в которой установлен уплотнительный элемент. В нижней части фиксатора выполнена дополнительная проточка, в которой размещен герметизирующий элемент. Отверстия для сброса газа расположены таким образом, что в сработанном состоянии при подъеме фиксатора верхняя часть его дополнительной проточки располагается выше средней части отверстий.
2
Данный клапан обладает высокой герметичностью, которая обеспечивается надежной фиксацией запорного элемента в сработанном состоянии. Однако прототип работоспособен только до определенного предела - 400 кгс/см. Фиксатор подпружинен и расположен перпендикулярно запорному элементу. При таком расположении фиксатор испытывает большие нагрузки при прохождении газа через клапан. Таким образом, фиксатор может быть просто «срезан» под действием сверхвысокого давления. К тому же у всех пружин со временем изменяются механические характеристики, они теряют первоначальное усилие, которое необходимо для срабатывания в условиях пожара. Также к минусам можно отнести большую массу, габариты, относительную сложность в изготовлении, в частности сборка требует дополнительных технологических устройств и приспособлений и т.д.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение надежности и герметичности клапана сверхвысокого давления.
Поставленная задача решается за счет того, что пожарный клапан сверхвысокого давления с входным, выходным отверстиями содержащий установленные во внутренней полости корпуса с возможностью взаимодействия, подпружиненные запорный элемент и фиксатор, седло с внутренним отверстием, сообщающимся с выходным отверстием клапана, установленное соосно с запорным элементом в виде поршня, подпружиненного со стороны входного отверстия, отверстия для сброса газа, расположенные в плоскости, параллельной входному и выходному отверстиям, и отверстие, сообщающееся с внутренней полостью, при этом седло выполнено в виде цилиндра переменного сечения с уменьшением диаметра в сторону запорного элемента, в месте уменьшения диаметра установлен уплотняющий элемент, один конец фиксатора выполнен в виде подпружиненного со стороны запорного элемента диска, зафиксированного плавкой частью, обращенные друг к другу поверхности седла и запорного элемента снабжены металлической режущей кромкой, диаметр кромки запорного элемента превышает диаметр кромки седла, плавкая часть выполнена в виде диска, согласно изобретению во внутреннем отверстии седла размещены дополнительная плавкая часть и фиксатор в виде полого штока с диском, причем указанная дополнительная плавкая часть размещена со стороны выходного отверстия, в отверстии корпуса размещена сварная втулка, в верхней части которой расположена мембрана, зафиксированная вставкой в форме диска, в свою очередь зафиксированной поршнем, верхняя часть которого выполнена в виде диска, который взаимодействует с плавкой частью в форме диска, диаметр которого превышает диаметр диска поршня, отверстия для сброса газа расположены таким образом, что при перемещении поршня и вставки нижняя часть вставки располагается выше отверстий.
2
Всей совокупностью существенных признаков достигли повышения надежности и герметичности клапана при работе в условиях сверхвысокого давления (порядка более 400 кгс/см). Этого достигли следующим образом: установив дополнительную плавкую часть, добились более плавного (без рывков) перемещения запорного элемента, таким образом, при срабатывании избежали резкого деформирования, разрыва материала уплотняющего элемента со стороны седла, вследствие чего обеспечили препятствие пропуска газа до того, как произойдет герметизация по металлу, когда зуб седла врезается в поршень; расположение фиксатора на оси клапана позволило предотвратить заклинивание подвижных элементов клапана; сварная втулка с мембраной значительно увеличивают рабочий ресурс клапана, соответственно и гарантийный срок службы; «пожарная» часть клапана (часть, где расположена втулка и отверстия для сброса газа) выполнена практически из металла, что также повышает надежность работы клапана в сверхвысоком диапазоне. В результате, многократно повысили герметичность и надежность клапана как при работе, так и в условиях пожара при срабатывании. Наряду с этим, достигли технологичности и относительной простоты сборки - практически все детали устанавливаются в клапан без приложения какого-нибудь усилия.
При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен пожарный клапан в исходном состоянии.
На фиг. 2 изображен пожарный клапан в сработанном состоянии.
Пожарный клапан сверхвысокого давления содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, запорный элемент 4, фиксатор 5, седло 6, плавкую часть 7 в виде диска, дополнительную плавкую часть 8 и отверстия 9 для сброса газа (фиг. 1). Во внутренней полости корпуса на одной оси установлены подпружиненные запорный элемент 4 и фиксатор 5 с возможностью взаимодействия. Запорный элемент 4 выполнен в виде поршня и нагружен пружиной 10, установленной со стороны входного отверстия 2. Соосно запорному элементу 4 установлено седло 6 с внутренним отверстием. Во внутреннее отверстие седла 6 соосно установлен фиксатор 5, в котором выполнено отверстие, которое сообщается с выходным отверстием 3 клапана.
Седло 6 выполнено в виде цилиндра переменного сечения с уменьшением диаметра в сторону запорного элемента 4, в месте уменьшения диаметра установлен уплотняющий элемент 11. Поверхности седла 6 и запорного элемента 4, обращенные друг к другу, снабжены металлическими режущими кромками 12, 13 соответственно. Диаметр кромки запорного элемента превышает диаметр кромки седла.
Фиксатор 5 выполнен в виде «полого» штока с диском 14, один конец которого упирается в подпружиненный запорный элемент 4, а другой конец с диском 14 упирается в дополнительную плавкую часть 8. Диск 14 нагружен пружиной 15 со стороны седла 6 и снабжен отверстиями 16.
Корпус снабжен цилиндрической бобышкой, в которой выполнено отверстие 17, сообщающееся с внутренней полостью корпуса. В указанном отверстии 17 размещена сварная втулка 18, в верхней части которой расположена герметизирующая мембрана 19, зафиксированная вставкой 20 в форме диска. В нижней части втулки 18 установлен уплотняющий элемент 21. На цилиндрическую бобышку корпуса с резьбой навинчена гайка 22 с внутренним отверстием, которая фиксирует втулку 18 в корпусе 1 клапана.
Во вставку 20 упирается поршень 23, выполненный в виде цилиндра переменного сечения, верхняя часть которого выполнена в виде диска 24. Поршень 23 установлен во внутреннем отверстии гайки 22, его диск упирается в плавкую часть 7 в виде диска, диаметр которого превышает диаметр диска 24 поршня. Плавкая часть 7 зафиксирована в гайке 22 резьбовой пробкой 25. В средней части поршня 23 выполнена цилиндрическая проточка 26, в которой установлено уплотнительное кольцо 27.
Пожарный клапан, в частности, гайка 22 снабжена отверстиями 9 для сброса газа, которые расположены в плоскости, параллельной входному и выходному отверстиям 2, 3 таким образом, что в сработанном состоянии при прорыве мембраны 19 и перемещении вставки 20 и поршня 23 нижняя часть вставки 20 располагается выше средней части отверстий для сброса газа 9.
В клапане уплотнительное кольцо 27 вместе с резьбовой пробкой 25 препятствуют насыщению плавкой части 7 кислородом, таким образом, предотвращая переход легкоплавкого материала в тугоплавкий.
В обычном режиме, когда газ проходит через клапан, его герметичность обеспечивается герметизирующей мембраной 19 во втулке 18 и уплотнительным элементом 21, расположенным в нижней части втулки.
Клапан работает следующим образом. В аварийной ситуации (при пожаре) плавкие части 7 и 8 расплавляются. Дополнительная плавкая часть 8 под действием подпружиненного фиксатора 5 выдавливается (вытекает) в отверстия 16 диска 14 фиксатора и заполняет образующуюся при перемещении фиксатора в полость 28 (фиг. 2), при этом освободившийся запорный элемент 4 под действием пружины 10 перемещается в сторону седла 6. При этом металлическая режущая кромка 13 запорного элемента 4 врезается в уплотняющий элемент 11 (например, резиновый) седла 6. В дальнейшем, под действием избыточного давления со стороны входного отверстия 2, запорный элемент 4 натыкается на металлическую режущую кромку 12 седла 6, Таким образом, происходит надежное перекрытие выходного отверстия 3 клапана. Одновременно избыточное давление действует на втулку 18, на герметизирующую мембрану 19, которая освобождается при расплавлении плавкой части 7 в виде диска. Освобожденная мембрана 19 деформируется и перемещает вставку 20 и поршень 23 вверх таким образом, что нижняя поверхность вставки 20 перемешается выше средней части отверстий 9 для сброса газа, при этом расплавленная плавкая часть 7 в виде диска при перемещении поршня 23 выдавливается в образующуюся полость 29. В дальнейшем, деформированная мембрана 19 под действием избыточного давления рвется, и весь рабочий газ через отверстия 9 в гайке 22 истекает в окружающую среду.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в различных отраслях промышленности (в исследовательских, испытательных комплексах машиностроительных производств);
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».