КЛАПАН ГАЗОПЛОТНЫЙ ДЛЯ ПРОБООТБОРНОЙ ЁМКОСТИ
BUBBLE-TIGHT VALVE FOR SAMPLING CONTAINER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее устройство относится к запорной арматуре, применяющейся для газообразных сред, и может быть использовано, в частности, в пробоотборных емкостях.
Уровень техники
Известно применение клапана, обеспечивающего доступ в пробоотборную емкость для газа с гибкой оболочкой (патент US 7219874 «Access fitting for gas sampling bag»), имеющую основание и крышку, в нижней части которой выполнен паз. В указанном пазу находится лента из материала, аналогичного или такого же, из которого выполнена гибкая оболочка пробоотборной емкости. Участок упомянутой ленты, находящийся напротив канала для потоков газа, выполняет роль барьера, не позволяющего пробе газа выходить из пробоотборной емкости.
В этом решении упомянутая лента прокалывается иглой шприца через канал для потоков газа при каждом отборе пробы, а после завершения процедуры пробоотбора ленту продвигают на такое расстояние, чтобы проделанное иглой шприца отверстие вышло за пределы канала для газов. Таким образом обеспечивается многоразовое использование описанного клапана пробоотборной емкости с гибкой оболочкой.
Недостатками данного решения являются достаточно высокая газопроницаемость узла, в котором происходит скольжение ленты; невозможность отобрать пробу из пробоотборной емкости без использования иглы; невозможность «промывки» «мертвых» объемов клапана; недостаточная надежность соединения основания и крышки клапана в части обеспечения газоплотности; громоздкая конструкция клапана, в частности его элемента, размещенного внутри пробоотборной емкости.
Известно применение клапана пробоотборной емкости для газа с гибкой оболочкой (патент СА 2668849 «Gas sample bag with fitting and valve»), имеющего литой пластиковый фитинг и колпачок с резьбой, силиконовую перегородку, полый шток в виде трубки, заглушенной с одной стороны, вставленный внутрь канала клапана и имеющий отверстие в боковой стенке вблизи заглушенной стороны штока.
Возможно два исполнения указанного клапана: для работы с пробой газа при помощи шприца с иглой и без использования иглы и шприца. В первом случае между колпачком и фитингом располагается силиконовая перегородка, выполняющая роль барьера, не позволяющего пробе газа выходить из пробоотборной емкости. Эта перегородка предназначена для прокалывания иглой шприца сквозь отверстие в колпачке клапана при отборе пробы. Во втором случае шток с отверстием служит регулирующим поток газа элементом клапана. Внешний диаметр штока подобран таким образом, что обеспечивает плотное перемещение в канале фитинга. Перемещая шток вдоль фитинга до перекрытия отверстия в боковой стенке штока, можно регулировать поток газа, проходящего через клапан.
Недостатками данного решения являются увеличивающаяся со временем газопроницаемость узла, в котором происходит перемещение штока, за счет истирания трущихся поверхностей при попадании на шток пыли; невозможность пользования пробоотборной емкостью без использования иглы в случае, если шток деформируется в процессе эксплуатации; невозможность «промывки» «мертвых» объемов клапана; достаточно высокая газопроницаемость силиконовой перегородки после прокалывания ее иглой шприца.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является предложенное в патенте CN 201514346 U «Gas sampling bag» устройство. Клапан данного устройства закрепляется на пробоотборной емкости резьбовым соединением и поддерживает возможность пользования пробоотборной емкостью как с использованием иглы и шприца, так и без использования иглы.
В этом изобретении вращением крышки клапана приводится в движение шток, закрепленный в корпусе клапана с помощью пластикового уплотнительного кольца, внутренний конец которого выполнен в виде сужающейся полой трубки, образующей вместе с ответной частью корпуса игольчатый клапан. При вращении крышки клапана в одну сторону шток перемещается вниз и внутренний конец штока закрывает канал для потока газа, а при вращении крышки клапана в другую сторону шток перемещается вверх и внутренний конец штока открывает канал для потока газа.
Недостатки данного прототипа заключаются в необходимости точной подгонки элементов узла игольчатого клапана для обеспечения высокой газоплотности контактного соединения сужающейся полой трубки и ответной части корпуса в положении клапана «закрыто»; невозможность «промывки» «мертвых» объемов клапана; недостаточная надежность соединения клапана и стенки пробоотборной емкости как в части механической целостности, так и в части обеспечения газоплотности; достаточно высокая газопроницаемость силиконовой перегородки, предназначенной для пробоотбора с использованием иглы и шприца, после ее прокалывания иглой.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении газоплотности клапана для пробоотборной емкости и обеспечении возможности «промывки» газом-носителем или отбираемым в пробоотборную емкость газом «мертвых» объемов газоплотного клапана, а также в увеличении срока службы клапана и, следовательно, пробоотборной емкости, используемой с ним.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан содержит основание, корпус, по меньшей мере четыре уплотнительных кольца из полимерного упругого материала и шпиндель с золотником, причем шпиндель выполняет также роль ручки клапана для управления газовыми потоками и роль канала для газовых потоков. Перемещение золотника для открытия и закрытия клапана осуществляется вращением ручки клапана. При этом основание и корпус клапана соединяются путем защелкивания, образуя неразъемное надежное соединение.
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что на шпинделе с золотником сформированы два паза для двух уплотнительных колец, причем упомянутые пазы и части основания и корпуса клапана, к которым прилегают уплотнительные кольца шпинделя с золотником в открытом и в закрытом положении клапана, имеют форму, соответствующую форме этих уплотнительных колец, между упомянутыми пазами на шпинделе находится резьба, посредством которой соединены основание и шпиндель и осуществляется перемещение золотника при вращении ручки клапана. Канал для газовых потоков внутри клапана заканчивается выполненным перпендикулярно его оси отверстием, через которое проходят в (из) канал газовые потоки, в той части шпинделя, где находится резьба. В упомянутых пазах располагаются уплотнительные кольца из полимерного упругого материала с низкой газопроницаемостью, обеспечивающие возможность «промывки» газом-носителем или отбираемым в пробоотборную емкость газом «мертвых» объемов клапана. Другие два уплотнительные кольца из полимерного упругого материала размещаются между основанием и корпусом клапана по обе стороны стенки пробоотборной емкости. Основание и корпус клапана соединяются путем защелкивания, образуя неразъемное соединение, за счет выступающих элементов на обеих упомянутых частях, обеспечивая надежное сочленение. Поля на основании клапана имеют уменьшающуюся от центра к периферии толщину для обеспечения лучшего прилегания при использовании клапана в пробоотборных емкостях с гибкой оболочкой листов этой гибкой оболочки, когда такая пробоотборная емкость опорожняется, с целью минимизации в ней остатка предыдущей пробы газа.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении газоплотности клапана для пробоотборной емкости и обеспечении возможности «промывки» газом-носителем или отбираемым в пробоотборную емкость газом «мертвых» объемов газоплотного клапана, а также в увеличении срока службы клапана и пробоотборной емкости, используемой с ним.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется фиг. 1, 2, 3, 4, 5.
На фиг. 1 приведен общий вид клапана в сборе в разрезе.
На фиг. 2 приведена детализация клапана в разрезе.
На фиг. 3 приведен общий вид клапана в разрезе в положении «открыто».
На фиг. 4 приведен общий вид клапана в разрезе в положении «закрыто» или «промывка».
На фиг. 5 проиллюстрирован процесс «промывки» клапана.
Осуществление изобретения
Предлагаемое решение газоплотного клапана для пробоотборной емкости содержит (фиг. 1) основание 1, корпус 2, по меньшей мере четыре уплотнительных кольца 5, 6, 7 и 8 из полимерного упругого материала и шпиндель 3 с золотником 3а. Шпиндель выполняет также роль ручки клапана 3в для управления газовыми потоками и роль канала 3б для газовых потоков.
На шпинделе (фиг. 2) 3 с золотником 3а сформированы два паза 3г и 3д для уплотнительных колец 7 и 8 из полимерного упругого материала с низкой газопроницаемостью. Паз 3г на шпинделе 3 и паз 3д на золотнике 3а для уплотнительных колец 7, 8, а также часть 1а основания 1 и часть 2а корпуса 2 клапана, к которым прилегают упомянутые уплотнительные кольца в открытом и в закрытом положении клапана, имеют форму, соответствующую форме этих уплотнительных колец. Такое решение позволяет существенно повысить газоплотность клапана. Между пазами 3г и 3д на шпинделе 3 находится цилиндрическая резьба 3ж, посредством которой соединены основание 1 и шпиндель 3 и осуществляется перемещение золотника 3а при вращении ручки клапана 3в. Резьбу 3ж предпочтительно выполнять с мелким шагом.
Канал для газовых потоков 3б внутри клапана заканчивается выполненным перпендикулярно его оси отверстием 3е в той части шпинделя, где находится резьба. Через упомянутое отверстие 3е проходят в (из) канал газовые потоки. Уплотнительные кольца 7 и 8, расположенные в пазах, изготовлены из полимерного упругого материала с низкой газопроницаемостью.
Уплотнительные кольца 5 и 6 размещаются между основанием 1 и корпусом 2 клапана по обе стороны стенки 4 пробоотборной емкости (фиг. 1), имеют прямоугольное сечение и выполнены из полимерного упругого материала. Основание 1 и корпус 2 клапана соединяются путем защелкивания (фиг. 2) за счет выступающих элементов 1в и 2в, образуя неразъемное соединение, что обеспечивает надежное сочленение элементов клапана как в части механической целостности, так и в части обеспечения газоплотности.
Поля 1б основания 1 и поля 2б корпуса 2 клапана целесообразно выполнять одинакового диаметра и равными внешнему диаметру уплотнительных колец 7 и 8. При этом поля 1б основания клапана 1 имеют уменьшающуюся от центра к периферии толщину для обеспечения лучшего прилегания при использовании клапана в пробоотборных емкостях с гибкой оболочкой друг к другу листов этой гибкой оболочки, когда такая пробоотборная емкость опорожняется, с целью минимизации в ней остатка предыдущей пробы газа. Это позволит лучше «промыть» пробоотборную емкость с гибкой оболочкой при повторном использовании пробоотборника.
Клапан работает в двух положениях «открыто» (фиг. 3) и «закрыто» (фиг. 4). В положении «закрыто» также можно осуществлять «промывку» «мертвых» объемов клапана и, следовательно, соединенных с клапаном внешних каналов для потоков газа. На фиг. 5 проиллюстрировано движение газовых потоков во время «промывки».
Устройство работает следующим образом.
Для того чтобы открыть клапан, необходимо вращать ручку клапана 3в против часовой стрелки (если резьба 3ж «правая») до упора. При этом в положении «открыто» (фиг. 3) уплотнительное кольцо 8 упрется в ответную часть 2а корпуса клапана, обеспечив тем самым прохождение газового потока в пробоотборную емкость.
Для того чтобы закрыть клапан, необходимо вращать ручку клапана 3в по часовой стрелке (если резьба 3ж «правая») до упора. При этом в положении «закрыто» (фиг. 4) уплотнительное кольцо 7 упрется в ответную часть 1а основания клапана, заперев тем самым пробу газа в пробоотборной емкости. Силы, возникающие за счет сжатого упругого уплотнительного кольца 7, будут препятствовать вращению шпинделя 3, что не позволит клапану самопроизвольно открыться, например, во время тряски пробоотборной емкости при транспортировке.
Для того чтобы «промыть» «мертвые» объемы клапана (фиг. 5) перед пробоотбором, необходимо пропустить через клапан в положении «закрыто» небольшую порцию газа носителя или отбираемого в пробоотборную емкость газа. При этом могут быть «промыты» соединенные с клапаном внешние каналы для потоков газа без использования дополнительной арматуры, как, например, трехходовой кран. «Промывка» «мертвых» объемов клапана позволит обеспечить представительность пробы как при отборе в пробоотборную емкость, так и при перемещении пробы из пробоотборной емкости в измерительную систему.
С целью обеспечения возможности отбора пробы из пробоотборной емкости с гибкой оболочкой, оснащенной предлагаемым клапаном, при помощи шприца, но без прокалывания гибкой оболочки либо септы (барьерного элемента), предназначенной для этого, ручка 3в клапана выполняется в форме луера с размерами, подходящими для присоединения к пробоотборным шприцам. Таким образом, в отличие от известных описанных выше решений данное решение позволяет неограниченное количество раз отбирать пробу как в пробоотборный шприц, так и без использования шприца.
Составные части 1, 2 и 3 предлагаемого клапана могут быть выполнены из пластмассы путем литья, что позволяет легко получить большой тираж изделий с низкой стоимостью. Предлагаемая конструкция клапана не требует высокой точности соблюдения геометрических размеров его элементов, и указанный метод изготовления позволяет обеспечить требуемое качество.
Отсутствие трущихся элементов клапана обеспечивает высокую первоначальную газоплотность на протяжении всей продолжительности использования изделия. Запирающие элементы клапана испытывают только сжимающие усилия, а резьбовые части не участвуют в регулировании потоков газа.
3
Изготовленный из АБС-пластика (акрилонитрилбутадиенстирол) образец клапана с силиконовыми (диметилсилоксан) уплотнительными кольцами обеспечил скорость утечки, например, пробы водорода (как наиболее плохо сохраняемого газа) при ее хранении под небольшим избыточным давлением при комнатной температуре, приблизительно равную 0,2 см в сутки. Такого показателя сохраняемости достаточно, чтобы транспортировать пробу от объекта, где она была отобрана, до лаборатории, обеспечив представительность этой пробы.
Список использованной литературы
1. Патент US 7219874 «Access fitting for gas sampling bag».
2. Патент CA 2668849 «Gas sample bag with fitting and valve».
3. Патент CN 201514346 U «Gas sampling bag».