Патент на изобретение №2276301

(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к общему машиностроению, а именно к предохранительной трубопроводной арматуре, и предназначена для перекрытия рабочей среды в различных трубопроводах больших расходов и малых давлений при превышении требуемого давления рабочей жидкой или газообразной среды, в различных технологических линиях ТЭЦ, АЭС и газонефтеперерабатывающих предприятиях. Предохранительный узел содержит корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия. Последний расположен в корпусе и имеет седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом. Запирающий элемент подпружинен относительно корпуса и установлен с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды. Запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло. На входном патрубке расположено дросселирующее средство. Имеются различные варианты выполнения дросселирующего устройства. В первом варианте дросселирующее устройство выполнено в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного поршня с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в момент открытия и закрытия клапана. Во втором варианте дросселирующее устройство выполнено в виде диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в момент открытия и закрытия клапана. В третьем варианте дросселирующее устройство выполнено в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в момент открытия и закрытия клапана. Изобретения направлено на исключение влияния на элементы предохранительного клапана сил давления рабочей среды в выходном канале на окончательном этапе закрытия клапана. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к предохранительной трубопроводной арматуре, и может быть использовано для перекрытия рабочей среды в различных трубопроводах больших расходов и малых давлений при превышении требуемого давления рабочей жидкой или газообразной среды. Изобретение предназначено для использования в различных технологических линиях ТЭЦ, АЭС и газонефтеперерабатывающих предприятиях.

Известен предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, установленное в нем седло с конической уплотнительной поверхностью для связи со шпинделем запорного элемента и цилиндрической уплотнительной поверхностью для дроссельного элемента, причем дросселирующий элемент выполнен в виде соединенного с запорным элементом цилиндрического хвостовика с обтекателем на конце, а уплотнительная поверхность на седле для запорного элемента сопряжена с его проходным отверстием (см. SU 666359, кл. F 16 К 47/08, опубл. 05.06.1979).

Недостатком известного клапана является невысокая надежность и долговечность работы клапана, вызванные относительно большим периодом срабатывания клапана при падении давления в трубопроводной арматуре.

В качестве ближайшего аналога принят предохранительный узел, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство (кн. «Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа» под ред. Ю.М.Котелевский, Москва, Недра, 1976, с.363, рис.ХШ.30 (1)).

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение быстродействия закрытия входного канала при снижении давления рабочей среды и исключение, тем самым, отрицательных последствий низкого давления в трубопроводной арматуре, работающей на строго заданном высоком давлении рабочей среды и не допускающей его снижение. Технический результат заключается в исключении влияния на элементы предохранительного клапана сил давления рабочей среды в выходном канале на окончательном этапе закрытия клапана.

Для решения поставленной задачи предлагается три варианта выполнения предохранительного узла.

Согласно первому варианту предохранительный узел содержит корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного поршня с возможностью изменения кольцевого отверстия между поршнем и экраном в моменты открытия и закрытия клапана.

Кроме этого, поршень может быть подпружинен посредством тарельчатой пружины.

Согласно второму варианту предохранительный узел содержит корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения кольцевого отверстия между поршнем и экраном в моменты открытия и закрытия клапана.

Согласно третьему варианту предохранительный узел содержит корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения кольцевого отверстия между поршнем и экраном в моменты открытия и закрытия клапана.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для сокращения времени закрытия клапана и исключения колебаний давления в трубопроводной арматуре.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен предохранительный узел – вариант 1.

На фиг.2 – клапан по фиг.1 (увеличено) в положении «открыто» – вариант 1.

На фиг.3 – клапан по фиг.1 (увеличено) в положении перед закрытием – вариант 1.

На фиг.4 – клапан по фиг.1 (увеличено) в положении «закрыто» – вариант 1.

На фиг.5 – клапан по фиг.1 (увеличено) в положении перед закрытием в случае выполнения диска из эластичного и упругого материала – вариант 2.

На фиг.6 – клапан по фиг.1 (увеличено) в положении перед закрытием в случае выполнения диска из эластичного и упругого материала и подпружиненным относительно входного патрубка – вариант 3.

Предохранительный клапан согласно изобретению (фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. Внутри корпуса 1 расположен предохранительный клапан, имеющий седло 4 с проходным отверстием 5, закрепленное, в частности, на входном патрубке 2.

Напротив седла 4 расположен запирающий элемент 6, связанный со штоком 7, подпружиненным пружиной 8 относительно корпуса 1 и установленный с возможностью открытия-закрытия проходного отверстия 5.

Запирающий элемент 6 выполнен с экраном 9, радиальные размеры которого – диаметр 10 превышают соответствующие размеры – диаметр 11, запирающего элемента 6. Экран 9 выполнен по форме усеченного полого конуса, обращенного в сторону седла 4 с возможностью образования «демпфирующей» полости и увеличения площади запирающего элемента 6 для взаимодействия с рабочей средой.

С целью обеспечения возможности изменения времени срабатывания предохранительного клапана в режимах «открытие» и «закрытие» на корпусе 1, в частности на входном патрубке 2, соединенным с корпусом 1, расположено дросселирующее средство, образующее по отношению к экрану 9 кольцевое отверстие, обеспечивающее увеличение площади дросселирования рабочей среды при закрытии клапана и сокращения времени закрытия.

На фиг.1-4 изображен вариант 1 выполнения дросселирующего средства в виде подвижно установленного посредством упругого элемента поршня 12, образующий с экраном 9 полость 13. Поршень 12 расположен относительно экрана 9 с дросселирующим кольцевым отверстием 14, обеспечивающим возможностью изменения этого отверстием 14 при посадке запирающего элемента 6 на седло 5. Параметры упругого элемента 15, посредством которого подпружинен поршень 12, и размеры последнего выбраны экспериментальным путем из условия обеспечения открытия и закрытия поршнем 12 полости 13 с различной скоростью срабатывания. Поршень 12 подпружинен упругим элементом 15 со стороны входа в предохранительный узел и в направлении дросселирующего кольцевого отверстия 14.

В варианте 2 (фиг.5) дросселирующее средство выполнено в виде на входном патрубке 2 диска 16 из эластичного и упругого материала, расположенного по отношению к экрану 9 с возможностью образования дросселирующего кольцевого отверстия 14 для увеличения площади дросселирования рабочей среды при закрытии клапана и сокращения тем самым времени закрытия клапана. Это происходит за счет изменения геометрической формы эластичного и упругого диска 16 от действующих на диск 16 рабочей среды.

В варианте 3 (фиг.6) дросселирующее средство выполнено в виде подвижно установленного на входном патрубке 2 подпружиненного диска 16 из эластичного и упругого материала, расположенного по отношению к экрану 9 с возможностью образования дросселирующего кольцевого отверстия 14 для изменения в сторону увеличения площади дросселирования рабочей среды при закрытии клапана и сокращения тем самым времени его закрытия. Это происходит за счет изменения формы эластичного и упругого диска 17 и его положения относительно входного патрубка 2 от действующей на диск 17 рабочей среды.

В процессе открытия предохранительного клапана на запирающий элемент 6 действуют силы Р+Р_п-Р_пр, где Р – давление рабочей среды во входном патрубке, Р_пр – давление пружины штока, Р_п – давление рабочей среды в полости 13, причем силы от давления среды внутри полости 13 направлены также на преодоление сил упругого элемента 15 и перемещение поршня 12, а в процессе закрытия при условии Р<Р_пр на запирающий элемент 6 действуют силы Р и Р_пр и частично от давления внутри полости 13. В связи с этим время срабатывания клапана при закрытии сокращается, а поршень 12 с упругим элементом 15 постоянно подстраивается в процессе закрытия и открытия клапана под давление Р_п в полости 13 и занимает соответствующее пространственное положение. За счет использования подпружиненного поршня 12 запирающий элемент 6 имеет возможность перемещаться в осевом направлении относительно седла 4 и экрана 9, изменяя тем самым величину зазора кольцевого отверстия. Увеличение зазора до величины А* (фиг.3), превышающей величину зазора А (фиг.4), позволяет увеличить площадь истекания рабочей среды из полости 13 и уменьшить, тем самым, время падения давления в этом пространстве экрана 9 и резко сократить время закрытия клапана, т.е. время посадки запирающего элемента 6 на седло 4. Уменьшение времени закрытия предохранительного клапана позволяет поднять величину давления закрытия.

Приведенные на фиг.6 и 7 варианты выполнения дросселирующего устройства функционируют аналогичным образом описанному примеру.

Для использования в трубопроводных системах АЭС и для химической и нефтегазовой промышленности клапан изготавливается из коррозионностойкой или углеродистой стали. Изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.

Формула изобретения

1. Предохранительный узел, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного поршня с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в момент открытия и закрытия клапана.

2. Предохранительный узел по п.1, отличающийся тем, что поршень подпружинен посредством тарельчатой пружины.

3. Предохранительный узел, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в моменты открытия и закрытия клапана.

4. Предохранительный узел, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, предохранительный клапан прямого действия, расположенный в корпусе и имеющий седло с проходным отверстием для взаимодействия с запирающим элементом, подпружиненным относительно корпуса и установленным с возможностью закрытия проходного отверстия в случае падения давления рабочей среды, при этом запирающий элемент выполнен с экраном, охватывающим седло, а на входном патрубке расположено дросселирующее средство, выполненное в виде подвижно установленного на входном патрубке подпружиненного диска из эластичного и упругого материала с возможностью изменения площади кольцевого отверстия между поршнем и экраном в моменты открытия и закрытия клапана.

РИСУНКИ