ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ ПОЛНОПОДЪЕМНЫЙ КЛАПАН
HIGH-LIFT SAFETY VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным клапанам, предназначенным для автоматического выпуска газообразной среды из трубопроводов и емкостей в атмосферу при чрезмерном повышении в них давления и обеспечения безопасной эксплуатации установок и предотвращения аварий.
Предохранительные клапаны для газа обычно выполняются полноподъемными. При разработке таких клапанов сложность заключается не только в том, чтобы обеспечить открытие клапана в заданном диапазоне повышения давления, но также и в том, чтобы обеспечить закрытие клапана при незначительном снижении давления против рабочего.
Эти два условия предъявляют к конструкции клапана противоположные требования. Кроме того, для обеспечения герметичности клапана после закрытия требуется усилие, значительно большее, чем то, которое достаточно для поддержания герметичности клапана перед его открытием (см. Кондратьева Т. Ф. Предохранительные клапаны. - Л.: Машиностроение, 1976 г., стр. 7, 67).Известен полноподъемный предохранительный клапан английской фирмы "Dewrahce" (см. там же, стр. 69).
Для обеспечения полноподъемности он содержит регулировочное кольцо, навинченное по резьбе на седло, и конструктивные элементы, при помощи которых регулировочное кольцо устанавливается в необходимое положение относительно уплотнительного торца седла.
Для обеспечения требуемого давления закрытия и обеспечения герметичности после срабатывания в клапане имеется специальное устройство, создающее давление рабочего газа на затвор в момент срабатывания на закрытие, за счет чего создается дополнительное усилие, поджимающее затвор к седлу. Недостатком указанного клапана является его сложность из-за наличия указанных конструктивных особенностей.
Наиболее близко из известных по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому предохранительному полноподъемному клапану является предохранительный полноподъемный клапан (патент RU 2044205 С1 от 20.09.1995, МПК F16K 17/08 - прототип).
Указанный клапан содержит корпус с входным и выходным каналами и взаимодействующий с седлом подпружиненный запорный орган в виде ступенчатого плунжера, ступень меньшего диаметра которого обращена в сторону седла, причем ступенями запорного органа образованы с внутренними поверхностями корпуса полости, сообщенные между собой перепускным каналом в области максимальных проходных сечений клапана, а в области минимальных проходных сечений и в закрытом положении клапана перепускной канал перекрыт внутренней поверхностью корпуса.
Недостатком указанного клапана является недостаточная активность закрытия из-за того, что при перемещении запорного органа на закрытие в области минимальных проходных сечений давление газа в полости, образованной большей ступенью затвора, снижается незначительно, так как эта полость при этом сообщена с выходным каналом только через зазор в трущейся паре корпус-затвор.
Целью изобретения является создание предохранительного полноподъемного клапана упрощенной конструкции с устранением вышеуказанного недостатка прототипа, а именно повышение активности закрытия путем создания дополнительного усилия, поджимающего запорный орган к седлу при его перемещении на закрытие.
Вследствие этого будет обеспечиваться давление закрытия клапана, близкое к рабочему давлению газа, и герметичность посадки затвора на седло.
Поставленная цель достигается тем, что в предохранительном полноподъемном клапане, содержащем корпус с выходным каналом и установленные в нем подпружиненный запорный орган в виде полого плунжера, в дне которого запрессовано уплотнительное кольцо, и седло, снабженное входным каналом и кольцевым цилиндрическим выступом, контактирующим с уплотнительным кольцом, согласно изобретению в нем седло снабжено вторым кольцевым цилиндрическим выступом, диаметральные размеры которого больше диаметральных размеров первого цилиндрического выступа и его торец немного смещен относительно торца первого цилиндрического выступа, на плунжере выполнены в его дне в зоне между кольцевыми цилиндрическими выступами на седле сквозные отверстия, на наружной поверхности - кольцевые проточки и радиальные отверстия, соединяющие внутреннюю полость плунжера с последней кольцевой проточкой от торца с уплотнительным кольцом, а в стенке корпуса выполнены радиальные отверстия, соединяющие последнюю цилиндрическую проточку на плунжере с окружающей средой при открытом положении клапана, при этом суммарная проходная площадь радиальных отверстий на корпусе и на плунжере больше площади сквозных отверстий в дне плунжера.
Конструкция предохранительного полноподъемного клапана показана на фиг. 1, где:
1 - корпус;
2 - запорный орган (плунжер);
3 - седло;
4 - пружина;
5 - регулировочный винт;
6 - контровочная гайка;
7 - колпачок;
8 - гайка;
9 - выходной канал;
10, 11 - радиальные отверстия;
12 - уплотнительное кольцо;
13 - сквозные отверстия;
14 - кольцевая проточка;
15 - входной канал;
16, 17 - кольцевой цилиндрический выступ.
Предохранительный полноподъемный клапан содержит корпус 1, запорный орган в виде плунжера 2, седло 3, пружину 4, регулировочный винт 5, контровочную гайку 6, колпачок 7, гайку 8. Седло 3 закреплено в корпусе 1 гайкой 8.
В корпусе 1 имеется выходной канал 9 и радиальные отверстия 10, оси которых расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси плунжера.
На торцевой стенке плунжера 2 запрессовано уплотнительное кольцо 12, например из фторопласта, и выполнены сквозные отверстия 13, а на наружной цилиндрической поверхности выполнены кольцевые проточки 14 лабиринтного уплотнения плунжера 2 в корпусе 1, при этом последняя проточка от торца с уплотнительным кольцом 12 соединена радиальными отверстиями 11 с внутренней полостью плунжера 2.
В седле 3 имеется входной канал 15 и кольцевые цилиндрические выступы 16 и 17. Торец кольцевого цилиндрического выступа 16 контактирует с уплотнительным кольцом 12 при закрытом клапане. Торец кольцевого цилиндрического выступа 17 немного утопает относительно торца кольцевого цилиндрического выступа 16, например на 0,2…0,3 мм.
1
2
3
4
Диаметральные размеры D и D кольцевого цилиндрического выступа 17 больше диаметральных размеров D и D кольцевого цилиндрического выступа 16.
Суммарная площадь каждых радиальных отверстий 10 и 11 больше суммарной площади сквозных отверстий 13 в несколько раз.
Усилие затяжки пружины 4, определяющее давление начала открытия клапана, настраивается регулировочным винтом 5. После настройки давления начала открытия регулировочный винт 5 стопорится контровочной гайкой 6.
Колпачок 7 крепится к корпусу 1 при помощи резьбы.
При зарытом положении клапана радиальные отверстия 10 в корпусе 1 перекрыты наружной цилиндрической поверхностью плунжера 2 примерно на 20% хода плунжера 2.
Предохранительный полноподъемный клапан работает следующим образом.
3
При повышении давления в контролируемом объеме свыше допустимого значения рабочая среда, воздействуя на плунжер 2 на площади, ограниченной диаметром D, преодолевает усилие сжатой пружины 4, отрывает плунжер 2 от седла 3 и перемещает его в сторону открытия. При этом начинается расход рабочей среды из входного канала 15 в кольцевую полость, образованную кольцевыми цилиндрическими выступами 16 и 17, а из нее в выходной канал 9 и через сквозные отверстия 13 во внутреннюю полость плунжера 2.
До появления давления в полости между кольцевыми цилиндрическими выступами 16 и 17 подъем плунжера 2 происходит равномерно, пропорционально повышению давления в контролируемом объеме. При появлении давления в кольцевой полости, образованной кольцевыми цилиндрическими выступами 16 и 17, плунжер поднимается рывком на заданную величину практически без изменения давления среды, вследствие чего во внутренней полсти плунжера 2 не появится давление рабочей среды в процессе открытия плунжера 2.
При перемещении плунжера 2 примерно на 20% хода его внутренняя полость начинает сообщаться через радиальные отверстия 10 и 11 и кольцевую проточку 14 с окружающей средой.
Поэтому рабочая среда, поступающая во внутреннюю полость плунжера 2, будет сбрасываться через радиальные отверстия 10 и 11 и кольцевую проточку 14 в окружающую среду. Давление внутри плунжера 2 будет ничтожно малым, так как проходная суммарная площадь каждых радиальных отверстий 10 и 11 больше суммарной площади сквозных отверстий 13 в несколько раз.
При снижении давления рабочей среды во входном канале 15 плунжер начнет перемещаться в сторону седла 3 и не доходя примерно 20% хода до момента посадки уплотнительного кольца 12 на торец выступа 16 радиальные отверстия 10 в корпусе 1 будут перекрыты наружной цилиндрической поверхностью плунжера 2.
Вследствие этого давление рабочей среды во внутренней полости плунжера 2 мгновенно повысится до значения давления в полости между кольцевыми цилиндрическими выступами 16 и 17 и плунжер начнет активно перемещаться на закрытие под воздействием усилия пружины и усилия от давления рабочей среды, воздействующего на площадь поперечного сечения плунжера.
После закрытия клапана рабочая среда из внутренней полости плунжера 2 будет сбрасываться через сквозные отверстия 13 и зазор между торцом плунжера и торцом выступа 17 в окружающую среду.
Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет обеспечить давление закрытия клапана при незначительном снижении против рабочего и обеспечить герметичность после срабатывания без введения в конструкцию клапана дополнительных устройств и за счет этого снизить трудоемкость его изготовления.