ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
DRAIN SAFETY VALVE

Изобретение относится к устройствам, поддерживающим избыточное давление в заданных пределах внутри емкостей, в том числе криогенных, путем сброса избыточного давления наддува, превышающего заданный предел, и может быть использовано в пневмогидросистемах любой отрасли машиностроения.
Известен дренажно-предохранительный клапан (патент на изобретение RU 2086844), содержащий корпус с входным и выходным каналами, подпружиненный запорный элемент, чувствительный элемент, управляющий орган и связанный с ним штуцер управляющего давления с трубопроводом.
Недостатком вышеописанной конструкции является возникновение автоколебаний подпружиненной тарели, снижающих точность регулирования давления в емкости. Пока тарель поджата к седлу на нее действует статическое давление. В момент поднятия тарели над седлом статическое давление непосредственно под тарелью падает с образованием потока, в котором давление меньше статического. Равновесие между подъемной силой тарели и пружиной нарушается, так как подъемная сила под тарелью уменьшается, а усилие пружины при ее сжатии возрастает. В результате тарель падает на седло, и процесс повторяется. Так появляются автоколебания тарели.
Кроме того, в вышеописанной конструкции нет защиты от внешних динамических нагрузок, передаваемых конструкции дренажно-предохранительного клапана через корпус. Подвижные элементы, связанные с корпусом упругими связями, по причине инерционного отставания колеблются с другой амплитудой и частотой, то есть могут находиться в противофазе или в резонансе, что непосредственно влияет на величину подъема подпружиненного запорного элемента, создавая помехи обеспечению настроечных параметров.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является дренажно-предохранительный клапан (патент на изобретение RU 2142592), содержащий корпус, с входным и выходным каналами, седло, затвор, сильфонный узел, выполненный с внутренней и наружной полостями, разъемный промежуточный корпус, регулирующее устройство, управляющий штуцер.
Недостатком известного технического решения является возникновение автоколебаний затвора, снижающих точность регулирования давления в емкости, и снижение точности обеспечения настроечных параметров клапана.
Задачей заявляемого технического решения является повышение чувствительности и точности поддержания давления в емкости и повышение точности регулирования настроечных параметров клапана в условиях воздействия динамических нагрузок.
Поставленная задача решается тем, что в дренажно-предохранительном клапане, содержащем составной корпус с входным и выходным каналами, подпружиненный затвор, взаимодействующий с седлом, канал передачи давления, сильфонный узел, при этом он снабжен жестко и соосно закрепленным на корпусе штоком, с установленными на нем с возможностью возвратно-поступательного движения навстречу друг другу затвором и приводным органом, выполненными равными по массе и взаимодействующими друг с другом посредством перекрещивающихся рычагов с шарнирно закрепленными элементами качения на концах, причем ось вращения рычагов неподвижно закреплена на направляющем штоке, при этом затвор снабжен направляющими, расположенными в его верхней части, для взаимодействия с элементами качения, и двумя кольцевыми выступами равного диаметра, расположенными в нижней части затвора, первый из которых взаимодействует с седлом, смонтированным в корпусе, а второй - с дополнительно установленным седлом, закрепленным на штоке, а приводной орган включает гайку, с образованием между собой резьбовой пары, при этом нижняя часть приводного органа содержит направляющие для контакта с элементами качения перекрещивающихся рычагов, а верхняя часть выполнена в виде стакана, в котором размещен неподвижный поршень с уплотнителями с образованием надпоршневой полости, сообщенной с предохраняемой емкостью каналом передачи давления, и дополнительно коаксиально штоку расположена пружина, верхний торец которой упирается в приводной орган, а нижний - в затвор, при этом во внутренней полости поршня установлен дополнительный поршень со штоком и возвратной пружиной, герметизированный сильфонным узлом.
На Фиг.1 представлен общий вид устройства дренажно-предохранительного клапана.
На Фиг.2 - представлен вариант поршня, с лабиринтными канавками. Дренажно-предохранительный клапан содержит составной корпус 1 (Фиг.1) с входным каналом 2 и выходным каналом 3. На корпусе 1 соосно и жестко закреплен шток 4, на котором установлены равные по массе затвор 5 и приводной орган 6 с возможностью возвратно-поступательного движения навстречу друг другу. Дополнительно дренажно-предохранительный клапан снабжен пружиной 7, расположенной коаксиально штоку 4, верхний торец которой упирается в приводной орган 6, а нижний - в затвор 5. При этом затвор 5 взаимодействует с приводным органом 6 посредством перекрещивающихся рычагов 8, ось 9 вращения которых неподвижно закреплена на штоке 4. На концах каждого из рычагов 8 шарнирно закреплены элементы качения 10, например, ролики для взаимодействия с направляющими 11 затвора 5, расположенными в верхней части затвора 5, и направляющими 12 приводного органа 6. Затвор 5 выполнен полым цилиндрическим и снабжен двумя кольцевыми выступами 13, 14 равного диаметра, расположенными в нижней части затвора 5. Кольцевой выступ 13 взаимодействует с седлом 15, смонтированном в корпусе 1, а кольцевой выступ 14 взаимодействует с дополнительно установленным седлом 16, закрепленным на штоке 4. Седло 15 и седло 16 выполнены, например, из эластомера (резины). При работе с криогенными средами из-за значительного затвердевания полимерного материала, седло 15 и седло 16 теряют герметичность. В этом случае седла 15, 16 выполняют, например, в форме плоских колец из упругой металлической пластины.
Приводной орган 6 включает в себя гайку 17, образующих между собой резьбовую пару. Нижняя часть приводного органа 6 содержит направляющие 12 для контакта с ползунами 10 перекрещивающихся рычагов 8. Верхняя часть приводного органа 6 выполнена в виде стакана, в котором размещены неподвижный поршень 18, жестко связанный с корпусом 1, с уплотнителями 19 с образованием надпоршневой полости 20, сообщенной с емкостью (на фигуре условно не показана) каналом передачи давления 21.
Поршень 18 может быть выполнен с лабиринтными канавками 22 (Фиг.2), что при криогенных температурах обеспечивает постоянный обдув взаимодействующих поверхностей, исключая намерзание конденсата атмосферной влаги, и уменьшая трение, тем самым повышая чувствительность дренажно-предохранительного клапана. Во внутренней полости поршня 18 установлен дополнительный поршень 23 со штоком 24 и возвратной пружиной 25, герметизированный сильфонным узлом 26 и обеспечивающий принудительное открытие затвора 5 подачей давления от автономного источника (на фигурах условно не показан) через канал автономного управления 27.
Устройство работает следующим образом. Во входной канал 2 попадает рабочая среда наддува, содержащаяся в предохраняемой емкости под определенным давлением. Рабочая среда наддува под таким же давлением по каналу передачи давления 21 попадает в надпоршневую полость 20. Входной канал 2 закрыт уравновешенным от давления двухседельным затвором 5, который не реагирует на изменения давления. Давление в надпоршневой полости 20 действует на «дно стакана» (внутреннюю торцевую поверхность) приводного органа 6, который с помощью гайки 17 опирается на пружину 7. С помощью гайки 17 производится настройка дренажно-предохранительного клапана на требуемое давление. Пока давление в предохраняемой емкости не достигает предельного, пружина 7 удерживает затвор 5 и приводной орган 6 в исходном положении, то есть затвор 5 прижат к седлам 15 и 1 6, герметизируя полость предохраняемой емкости.
При достижении давления, близкого к допустимой величине (давление срабатывания клапана) в надпоршневой полости 20, на которое настроен дренажно-предохранительный клапан при помощи пружины 7 и гайки 17, приводной орган 6, преодолевая усилие пружины 7, движется в сторону оси 9, при этом рычаги 8 поворачиваются и противоположными концами поднимают затвор 5 над седлами 15 и 16, открывая выход избытку давления из предохраняемой емкости. В результате давление в предохраняемой емкости, следовательно, и в надпоршневой полости 20, понижается, пружина 7 возвращает затвор 5 и приводной орган 6 в исходное положение, давление в емкости сохраняется в допустимых пределах.
Заявленная конструкция устройства дренажно-предохранительного клапана позволит повысить чувствительность и точность поддержания давления в предохраняемой емкости и точность регулирования настроечных параметров дренажно-предохранительного клапана в условиях воздействия динамических нагрузок и криогенных температур.