Патент на изобретение №2272206

(54) ИМПУЛЬСНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к импульсно-предохранительным устройствам и предназначено для защиты работающих под давлением установок, сосудов в условиях, когда применение предохранительных клапанов прямого действия нерационально. Импульсно-предохранительное устройство содержит работающий по схеме “разгружения” главный предохранительный клапан. Надпоршневая полость последнего сообщена с входным патрубком и патрубками входа и сброса импульсного клапана. Импульсный клапан выполнен с подпружиненным золотником, индикаторным поршнем и втулкой. Устройство снабжено клапаном настройки. Клапан настройки присоединен к импульсному клапану и состоит из управляемого средой золотника с тремя патрубками. Один из этих патрубков соединен с защищаемой системой. Второй патрубок соединен со входом импульсного клапана через дроссель и полость между золотником и втулкой. Дроссель образован между наружной поверхностью индикаторного поршня и внутренней поверхностью втулки. Третий патрубок соединен с посторонним источником давления. Импульсный клапан снабжен электромагнитом и сигнализатором положения золотника. Настройка импульсного клапана осуществляется посредством клапана настройки от постороннего источника давления без повышения давления в защищаемой системе и без отключения устройства от защищаемой системы. Изобретение направлено на осуществление настройки или перенастройки импульсного клапана без повышения давления в защищаемой системе и без отключения устройства от защищаемой системы объекта (магистрали). 2 ил.

Изобретение относится к области трубопроводной арматуры, а именно к импульсно-предохранительным устройствам (далее ИПУ), используемым в различных технологических процессах. Может применяться для защиты работающих под давлением установок, сосудов и пр. в условиях, когда применение предохранительных клапанов прямого действия нерационально. Это бывает в случаях, когда:

– требуется большая производительность и невозможно обеспечить необходимую управляющую нагрузку;

– предъявляются высокие требования по герметичности в затворе;

– необходимо обеспечить срабатывание в узком диапазоне давлений.

Известна конструкция ИПУ производства Чеховского завода энергетического машиностроения (ЧЗЭМ, Россия) [1]. ИПУ состоит из двух основных клапанов: главного предохранительного и импульсного, а также вспомогательной арматуры. Импульсный клапан снабжен рычажно-грузовым приводом, управляющая нагрузка на золотник обеспечивается грузом, действующим через рычаг. Рабочая среда из импульсного клапана через соединительный трубопровод подается в надпоршневое пространство главного предохранительного клапана, в верхней части которого находится демпфирующее устройство.

Это ИПУ сконструировано по схеме “нагружения” и работает следующим образом.

При рабочем давлении оба клапана (импульсный и главный) закрыты. Герметичность импульсного клапана обеспечивается грузом, герметичность главного клапана – усилием рабочей среды (рабочая среда в главном клапане подается “на золотник”). При превышении давления в защищаемом объекте сверх допустимой величины импульсный клапан открывается, и рабочая среда попадает по трубопроводу, соединяющему импульсный клапан с главным, в надпоршневую полость поршневой камеры. Так как площадь поршня несколько больше площади, герметизируемой золотником, последний перемещается, открывая проход, обеспечивающий необходимый аварийный расход. Плавное (безударное) открытие и закрытие главного клапана обеспечивается жидкостным демпфирующим устройством, расположенным в его верхней части.

Недостатками этой конструкции являются:

– применение рычажно-грузового клапана в качестве импульсного, что приводит к ударам во время его работы, а также к нестабильности при вибрационных воздействиях; кроме того, применение импульсных клапанов с рычажным приводом в некоторых отраслях техники (например, в атомной энергетике) запрещено;

– в конструкции ИПУ, предполагающей работу по схеме “нагружения” (для открытия главного клапана поршень нагружается давлением), проходное сечение, как правило, загромождено запирающим его золотником, что вызывает необходимость увеличения габаритов;

– конструкция усложнена за счет вынужденного введения жидкостного демпфера;

– отсутствует сигнализатор положения;

– затруднено техническое обслуживание, так как для проверки работоспособности ИПУ необходимо искусственно повышать давление в системе, либо использовать специальный стенд;

– негерметичность по штоку, соединяющему золотник импульсного клапана с рычагом, ограничивает область применения ИПУ, что делает невозможным его применение на токсичных, радиоактивных и других вредных средах.

Известна конструкция по а.с. SU №1543168 А1, кл. F 16 K 17/10, 15.02.1990 [2], рассмотрена в качестве прототипа. Недостатками ее являются:

– отсутствие клапана настройки, позволяющего производить настройку импульсного клапана устройства без повышения давления в защищаемой системе;

– конструкция усложнена за счет устройства по предотвращению гидравлического удара (стакан 21 с калиброванным отверстием 22).

В основу изобретения поставлена задача создания конструкции импульсно-предохранительного устройства, работающего по схеме «разгружения», обеспечивающего повышенную надежность, расширенную область применения, улучшение условий технического обслуживания путем создания блочной конструкции ИПУ, изменения схемы срабатывания ИПУ, использование специального устройства настройки импульсного клапана.

Техническим результатом заявленного технического решения является создание работающей по схеме «разгружения» новой блочной конструкции импульсно-предохранительного устройства, обеспечивающей возможность осуществлять настройку (перенастройку) импульсного клапана без повышения давления в защищаемой системе и без отключения ИПУ от защищаемой системы объекта (магистрали).

Поставленная задача и технический результат в заявленной конструкции достигаются тем, что импульсно-предохранительное устройство, содержащее работающий по схеме разгружения главный предохранительный клапан, надпоршневая полость которого сообщена с входным патрубком и патрубками входа и сброса импульсного клапана, выполненного с подпружиненным золотником, индикаторным поршнем и втулкой, снабжено клапаном настройки, присоединенным к импульсному клапану, причем клапан настройки состоит из управляемого средой золотника с тремя патрубками, один из которых соединен с защищаемой системой, второй – со входом импульсного клапана через дроссель, образованный между наружной поверхностью индикаторного поршня и внутренней поверхностью втулки, и полость между золотником и втулкой, третий – с посторонним источником давления, при этом импульсный клапан снабжен электромагнитом и сигнализатором положения золотника, а настройка импульсного клапана осуществляется посредством клапана настройки от постороннего источника давления без повышения давления в защищаемой системе и без отключения ИПУ от защищаемой системы.

Клапан настройки позволяет проводить настройку ИПУ и проверку его параметров с использованием постороннего источника давления без повышения давления в системе и/или без демонтажа устройства на объекте с целью проведения проверки (контроля) на стенде.

Общие существенные конструктивные признаки заявленной конструкции: главный предохранительный клапан, импульсный клапан, элементы трубного соединения между импульсным и главным предохранительным клапаном и элементы конструкции, обеспечивающие герметизацию, необходимую для нормальной работы ИПУ.

Существенные отличительные признаки конструкции ИПУ следующие:

– ИПУ организовано в виде компактного блока и работает по схеме «разгружения»;

– клапан настройки состоит из распределительного управляемого средой клапана (золотника) с тремя патрубками, один из которых соединен с защищаемой системой, второй – с входом импульсного клапана, а третий – с посторонним источником давления;

– клапан настройки установлен на импульсном клапане.

Существенные отличительные признаки заявленного технического решения вместе с общими конструктивными признаками, имеющимися в прототипе, обеспечивают достижение технического результата, а именно: повышение надежности и расширение области применения. Это достигается за счет того, что благодаря использованию клапана настройки обеспечивается возможность проводить настройку ИПУ и проверку его параметров с использованием постороннего источника давления без повышения давления в системе, без демонтажа устройства (без отключения от магистрали) на объекте с целью проведения проверки (контроля).

Новая конструкция импульсно-предохранительного устройства обеспечивает то, что

– ИПУ работает по схеме “разгружения», для открытия главного клапана импульсный клапан должен обеспечить сброс давления из надпоршневой полости “А” (см. Фиг.1), что позволяет уменьшить габаритные размеры, металлоемкость конструкции;

– в ИПУ применен клапан настройки, позволяющий проводить настройку импульсного клапана от постороннего источника давления (без повышения давления в системе), что значительно упрощает эксплуатацию и повышает надежность работы системы защиты. Проверка настройки импульсного клапана (его пружины) осуществляется у потребителя один раз перед установкой на объекте.

Клапан настройки предназначен для проверки настройки и перенастройки импульсного клапана и принудительного срабатывания ИПУ от постороннего источника давления и без повышения давления в защищаемой системе. Открытие импульсного клапана и ИПУ от постороннего источника давления осуществляется путем подачи среды (воздух, азот) в патрубок (предварительно отсоединяется заглушка и подсоединяется посторонний источник давления), например баллон с воздухом. Срабатывание импульсного клапана и главного клапана можно фиксировать по манометру и при необходимости произвести донастройку или перенастройку импульсного клапана с учетом жесткости пружины импульсного клапана.

На фиг.1 представлена принципиальная схема ИПУ, на фиг.2 – общий вид ИПУ;

Импульсно-предохранительное устройство (фиг.1) состоит из собранных в блок главного клапана 1, импульсного клапана 2 и клапана настройки 3.

Главный клапан 1 содержит золотник 4, входной патрубок 5, выходной патрубок 6 и патрубок 7 сброса (подачи) рабочей среды из надпоршневой полости “А”.

Импульсный клапан 2 содержит золотник 8, индикаторный поршень 9, втулку 10, стержень 11, пружину 12, шток 13, патрубок входа 14, патрубок сброса 15 и патрубок 16 подачи (сброса) рабочей среды из импульсного клапана 2 в (из) надпоршневую полость главного клапана 1.

Импульсный клапан 2 снабжен электромагнитом 17 и сигнализатором положения 18 запорного органа (золотника 8) импульсного клапана.

Импульсный 2 и главный 1 клапаны соединены трубопроводами 19 и 20 (на фиг.2 трубопровод 20 не показан).

Клапан настройки 3 содержит входной патрубок 21 рабочей среды, входной патрубок 22 от постороннего источника давления, выходной патрубок 23, золотник 24. Входной патрубок 22 герметизирован заглушкой 25.

Выходной патрубок 23 клапана настройки 3 соединен с патрубком входа 14 импульсного клапана 2.

Главный клапан 1 и импульсный клапан 2 соединены посредством двух планок 26 (вторая планка не показана и не обозначена) и болтов 27 (см. фиг.2).

ИПУ имеет также дополнительные герметизирующие выступы 28, 29, 30 и 31 (см. фиг.2).

Проверка настройки импульсного клапана (его пружины 12) осуществляется посредством клапана настройки 3 на объекте у потребителя один раз перед пуском в работу. Клапан настройки 3 предназначен для проверки настройки и перенастройки импульсного клапана и принудительного срабатывания ИПУ от постороннего источника давления. Открытие импульсного клапана и ИПУ от постороннего источника давления осуществляется путем подачи среды (воздух, азот) в патрубок 22 клапана настройки (предварительно отсоединяется заглушка 25 и подсоединяется посторонний источник давления, на чертеже не показан), например баллон с воздухом. После того, как давление от постороннего источника превысит давление в системе, золотник 24 переместится в корпусе клапана настройки и перекроет седло патрубка 21. Срабатывание импульсного клапана 2 и главного клапана 1 осуществляется при повышении давления постороннего источника до величины полного открытия импульсного клапана 2 без повышения давления в защищаемой магистрали. Срабатывание импульсного клапана 2 фиксируется по манометру, если необходимо обеспечить конкретную уставку настройки или перенастройки импульсного клапана, его установочной пружины 12.

Работа импульсно-предохранительного устройства.

Рабочая среда поступает из системы во входной патрубок 5 главного клапана, а также через входной патрубок 21 клапана настройки, патрубок 14 импульсного клапана и дроссель-зазор (экспериментально подобранный), образованный наружной поверхностью индикаторного поршня 9 и внутренней поверхностью втулки 10, под золотник 8 и через патрубок 16 по трубопроводу 19 в надпоршневую полость “А” главного клапана 1. Усилие уплотнения в затворе главного клапана 1 создается за счет действия давления рабочей среды на золотник 4. Усилие уплотнения в затворе импульсного клапана 1 обеспечивается пружиной 12. При повышении давления в системе сверх допустимой величины золотник 8 приподнимается над седлом. Импульсный клапан открывается. Поскольку давление в полости, образованной втулкой 10 и нижним торцем золотника, при этом резко падает (открывшееся проходное сечение в затворе импульсного клапана значительно больше площади дросселя, через который эта полость наполняется), происходит сброс среды из надпоршневой полости “А” главного клапана через трубопровод 19 (надпоршневая полость разгружается), и рабочая среда, поступающая во входной патрубок 5 главного клапана 1 (в полость “Б”), открывает его, обеспечивая необходимый аварийный расход. При этом индикаторный поршень 9, воспринимая давление в системе, поддерживает при помощи стержня 11 золотник импульсного клапана в положении “открыто” до тех пор, пока давление не начнет падать. При открытии импульсного клапана тарелка, расположенная на штоке 13, воздействует на сигнализаторы датчика положения 18, переключая их контакты.

При снижении давления среды в системе (примерно до 0,9 от рабочего давления) затвор импульсного клапана 2 закрывается, надпоршневая полость “А” главного клапана 1 через дроссель-зазор (между индикаторным поршнем 9 и внутренней поверхностью втулки 10), трубопровод 19 и зазор (экспериментально подобранный) между золотником 4 и втулкой, центрирующей золотник 4, заполняется средой, давление в ней повышается, и затвор главного клапана 1 закрывается. Посадка золотника главного клапана 1 при этом происходит плавно, так как объем надпоршневой полости увеличивается за счет медленного натекания среды через дроссель.

Открытие и закрытие импульсного клапана 1 (а, следовательно, и ИПУ) можно производить от электромагнита 17, подавая напряжение на открывающую или закрывающую обмотки. При этом включение электромагнита 17 можно производить как вручную, так и от датчиков давления.

В случае необходимости проверки параметров срабатывания ИПУ ее можно осуществить при помощи клапана настройки 3 (т.е. без искусственного повышения давления в системе или демонтажа).

Сняв заглушку 25, среду от постороннего источника давления необходимо подать в патрубок 22. Под действием давления золотник 24 перемещается в другое крайнее положение, прижимается к седлу патрубка 21, выполненному во входном патрубке 21, отключая защищаемую систему. При повышении давления от постороннего источника ИПУ срабатывает, и параметры срабатывания могут фиксироваться.

Заявленная конструкция ИПУ может использоваться для защиты объектов как с обычными рабочими средами, так и с токсичными, пожароопасными, радиоактивными и другими опасными средами.

Источники информации

1. Отраслевой каталог «Арматура энергетическая для ТЭС и АЭС, НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, М., 1981 – прототип.

2. А.с. SU №1543168 А1, кл. F 16 K 17/10, 15.02.1990 – прототип.

Формула изобретения

Импульсно-предохранительное устройство, содержащее работающий по схеме “разгружения” главный предохранительный клапан, надпоршневая полость которого сообщена с входным патрубком и патрубками входа и сброса импульсного клапана, выполненного с подпружиненным золотником, индикаторным поршнем и втулкой, отличающееся тем, что устройство снабжено клапаном настройки, присоединенным к импульсному клапану, причем клапан настройки состоит из управляемого средой золотника с тремя патрубками, один из которых соединен с защищаемой системой, второй – со входом импульсного клапана через дроссель, образованный между наружной поверхностью индикаторного поршня и внутренней поверхностью втулки, и полость между золотником и втулкой, третий – с посторонним источником давления, при этом импульсный клапан снабжен электромагнитом и сигнализатором положения золотника, а настройка импульсного клапана осуществляется посредством клапана настройки от постороннего источника давления без повышения давления в защищаемой системе и без отключения устройства от защищаемой системы.

РИСУНКИ