Отсечной клапан

Отсечной клапан

Реферат

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для автоматического отключения систем гидравлического привода промышленного рабочего оборудования.

Известен ряд разработок отсечных и запорных клапанов, используемых в арматуростроении для автоматического отключения напорных трубопроводов в случаях их разрушения, как, например: SU 1555580, F 16 К 17/04, SU 1601446, F 16 К 17/22, SU 1762068, F 16 К 17/22 и RU 20976396, F 16 К 17/22. Одни из таких клапанов снабжены входным и выходным отверстиями в корпусе, в полости которого расположен запорный орган, другие же включают корпус с тремя смежными камерами, в которых находятся ступени подвижного поршня с уплотнительной поверхностью, взаимодействующей с седлом, предотвращающей утечку рабочей среды при внезапном падении давления на выходе.

Недостатком этих разработок является то, что принцип их работы основан на возникновении разности давления рабочей среды на входе в корпус клапана и выходе из него при движении жидкости, что не позволяет использовать данные разработки для защиты сети трубопроводов, функционирующих в режиме переменных гидродинамических нагрузок в системе, так как будут происходить ложные срабатывания клапанов. Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является отсечной клапан (прототип) по RU 2196927 С1, кл. F 16 К 17/24. Указанный клапан включает корпус с тремя смежными камерами, первые две из которых разделены рабочим органом, выполненным в виде плунжера и соединенного с корпусом возвратной пружиной и ограничителем обратного хода. В полости второй находятся регулятор перепада давления, связанный с корпусом посредством резьбового соединения, и седло, фиксирующее плунжер. Первая камера, в которой расположен плунжер, соединена с напорным трубопроводом и импульсной магистралью, а также посредством дренажного канала с третьей рабочей камерой, полость которой разделена поршнем и штоком на две части. Дренажный канал и шток поршня находятся в верхней части этой камеры. Нижняя часть, в которой расположен фиксатор и регулировочный болт с посадочной поверхностью под рабочую пружину, соединена с контролируемой зоной напорной магистрали трубопровода с образованием обратной связи.

Недостатки прототипа заключаются:

1. В особенности конструкции нижней части рабочей камеры, работа которой основана на изменении усилия, действующего на поршень со стороны пружины посредством регулировочного болта, что усложняет общую конструкцию клапана и не позволяет произвести достаточно точную настройку клапана на работу в режиме переменных расходов жидкости.

2. В сложности конструкции (высокая металлоемкость) и низкой надежности ее работы с применением в качестве одного из элементов механизма настройки, регулировочного болта.

3. В низкой технологичности с применением в качестве фиксатора хода поршня, фиксирующего болта.

Недостатки прототипа устранены путем введения в дренажный канал в качестве механизма настройки регулируемого дроссельного устройства в виде вентиля с конусом со стороны импульсной камеры, а роль фиксатора хода поршня выполняет стопорное кольцо, находящееся в нижней части рабочей камеры у входного отверстия импульсного трубопровода.

Введение в дренажный канал регулируемый дроссельный вентиль в виде винта с конусом необходимо для обеспечения более точной, быстрой и удобной настройки и надежного функционирования защитного устройства.

Выполнение регулировочного болта без фиксатора хода поршня и размещение его в нижней части рабочей камеры необходимо для упрощения конструкции, повышения надежности ее работы и снижения металлоемкости всего устройства.

Выполнение фиксатора хода поршня в виде стопорного кольца необходимо для снижения металлоемкости и повышения технологичности конструкции отсечного клапана.

Задачей изобретения является унифицировать отсечной клапан для обеспечения более точной, удобной настройки и надежного функционирования защитного устройства по предупреждению потерь рабочей среды при разрушении трубопроводов в системах, функционирующих в режиме переменных расходов жидкости, а также повышение технологичности и уменьшение его металлоемкости, предлагается.

Технический результат изобретения достигается тем, что в известном отсечном клапане, содержащим корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь, причем полости двух камер выполнены в виде каналов и сообщены между собой, во входной полости одной из камер установлен регулятор перепада давления, седло выполнено в месте сопряжения трубопровода с выходным отверстием, полость другой камеры посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещены подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, подпружиненный со стороны фиксатора хода поршня, и регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину, связанный с корпусом посредством резьбового соединения, причем в смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и находящийся со штоком поршня в зацеплении в рабочем состоянии системы, в дренажном канале установлено регулируемое дроссельное устройство в виде вентиля с конусом, а фиксатор хода поршня выполнен в виде стопорного кольца, расположенного в нижней части рабочей камеры у входного отверстия импульсного трубопровода.

Представленный отсечной клапан поясняется чертежом, на котором изображен отсечной клапан в разрезе.

Отсечной клапан состоит из корпуса 1, в котором выполнены входное и выходное отверстия 2 и 3, напорного трубопровода 4, а также входное отверстие 5 импульсного трубопровода 6 и входное отверстие 7 трубопровода обратной связи 8. В корпусе 1 установлен запорный орган, выполненный в виде плунжера 9, соединенного с ним посредством возвратной пружины 10 и ограничителя обратного хода 11. Плунжер 9 разделяет полости двух смежных камер, одна из которых является запорной 12 и соединена с напорным трубопроводом 4 отверстиями 2 и 3, а другая импульсная 13 соединена с импульсным трубопроводом 6. В полости запорной камеры 12 расположены регулятор перепада давления 14 и седло 15. Импульсная камера 13 соединена с верхней частью рабочей камеры 17 посредством дроссельного устройства 16 в виде регулируемого дроссельного вентиля с усеченным конусом. В последней находится поршень 18, уплотненный по наружному диаметру кольцом 19, со штоком 20, удерживающим плунжер 9 за счет усилия, создаваемого пружиной 21, расположенной в нижней части рабочей камеры 17. Усилие, создаваемое пружиной 21, постоянно, а ход поршня 18 фиксируется стопорным кольцом 25. Нижняя часть рабочей камеры 17 через отверстие 7 соединена с контролируемой зоной 24 напорного трубопровода 4 с образованием обратной связи.

Устройство работает следующим образом.

В исправной системе давление рабочей жидкости в трубопроводах и в клапане избыточно. Разность давления в точках П и К (ΔР=Р_П-Р_к) меньше величины давления срабатывания ΔР_ср. Поэтому плунжер 9 зафиксирован, и гидросистема может работать без ложного срабатывания в широком диапазоне расхода по основной магистрали.

В случае нарушения герметичности в контролируемой зоне и как следствие падение давления в точке К величина ΔР становится больше Р_ср и поршень 18 перемещается вниз, освободив при этом плунжер 9 из зацепления.

В случае работы насоса и движения жидкости в напорной магистрали плунжер 9 за счет разности давлений в точках А и В, обусловленной потерями напора за счет гидравлических сопротивлений движущейся жидкости, и работы регулятора перепада давления 14 перемещается вправо, войдя в контакт с седлом 15, отсечет поток жидкости.

При работе насоса, но отсутствии движения жидкости в напорном трубопроводе 4, например в период закрытия запорного крана, на участке между корпусом клапана и местом соединения трубопровода обратной связи 8 с напорным трубопроводом 4 и перепаде давления ΔР>Р_ср плунжер 9 будет освобожден, но перемещения его не произойдет и клапан не сработает, так как нет движения жидкости.

После остановки насоса давление в основной магистрали от насоса до клапана постепенно падает, при этом плунжер 9 под воздействием усилия, создаваемого пружиной 10, будет перемещаться влево. Одновременно с этим поршень 18 под воздействием усилия, создаваемого пружиной 21, переместится вверх и шток 20 войдет в зацепление с плунжером 9.

Новым в заявленном изобретении является возможность конструкции предлагаемого клапана осуществлять более точную, удобную и менее трудоемкую настройку времени задержки на срабатывание. А именно: в случае нарушения герметичности (аварийной ситуации) в контролируемой зоне давление рабочей жидкости (РЖ) в нижней части рабочей камеры 17 становится меньше, чем давления в верхней части. В этом случае шток 20 должен незамедлительно освободить плунжер 9 из зацепления, где последний под давлением РЖ переместится вправо и перекроет запорную камеру. Но на практике этого не происходит, так как в действие вступает принцип работы дроссельного устройства 16, заключающийся в том, что с учетом гидравлических потерь и заданной его пропускной способностью РЖ в верхнюю часть рабочей камеры 17 будет поступать медленно, то есть с некоторой задержкой. Время, за которое в рабочую камеру поступит необходимый объем РЖ, позволивший вывести плунжер из зацепления со штоком, и есть время задержки на срабатывание. Резьбовое соединение, связывающее дроссельное устройство 16 с корпусом клапана 1, позволяет осуществлять настройку клапана на требуемое время задержки срабатывания путем увеличения либо уменьшения своей пропускной способности. При этом в нижней части рабочей камеры 17 установлена регулировочный винт - запорная гайка 22 с посадочной поверхностью под возвратную пружину 21 и стопорное кольцо 25, выполняющее функцию фиксатор хода поршня 18.

Данный клапан способен работать в широком диапазоне расходов рабочей жидкости по основной напорной магистрали и значительных перепадах давления в контролируемых зонах без ложного срабатывания, а также иметь возможность более точной, быстрой и менее трудоемкой настройки на различные параметры срабатывания без применения специальных средств (стендов настройки).

Указанные технические характеристики достигаются за счет наличия в корпусе клапана трех смежных камер, две из которых разделены рабочим органом, выполненным в виде плунжера 9 и соединенным с корпусом 1 возвратной пружиной 10 и ограничителем обратного хода 11. Полость одной из этих камер служит для свободного перетекания рабочей жидкости через корпус клапана при исправном функционировании системы. В ней находятся регулятор перепада давления 14, связанный с корпусом 1 посредством резьбового соединения, предназначенный для изменения расхода жидкости в напорном трубопроводе, и седло 15, фиксирующее плунжер в момент срабатывания клапана. Другая камера, в которой расположен плунжер 9, соединена с напорным трубопроводом, на участке между насосом и корпусом клапана 1, импульсной магистралью. Данная камера связана с третьей - рабочей камерой 17, полости которых соединяются при помощи регулируемого дроссельного устройства 16 в виде вентиля с усеченным конусом. Резьбовое соединение, связывающее дроссельное устройство 16 с корпусом клапана 1, позволяет осуществлять настройку клапана на различные параметры срабатывания. Рабочая камера 17 в свою очередь разделена поршнем 18 с уплотнительной поверхностью 19 и штоком 20 на две части. Поршень 21 в нижней части имеет посадочную поверхность под возвратную пружину 21. Дроссельное устройство 16 и шток поршня 20 расположены в верхней части этой камеры. Шток 20 в период исправного функционирования системы удерживает плунжер 9 в полости второй камеры и для обеспечения надежного сцепления с плунжером имеет на торце стопор 23, а на плунжере 9 в месте его контакта со стопором 23 выполнено углубление в виде поперечной канавки. В нижней части рабочей камеры находится стопорное кольцо 25, служащее ограничителем ходя поршня 18, и регулировочный болт - запорная гайка 22, связанная с корпусом 1 посредством резьбового соединения, а также возвратная пружина 21, устанавливающаяся в посадочные поверхности, имеющиеся в запорной гайке и поршне. Нижняя часть рабочей камеры соединена с контролируемой зоной напорной магистрали трубопровода с образованием обратной связи.

Устройство технологично, не сложно в изготовлении и применимо для защиты гидросистем, функционирующих в режиме переменных гидравлических условий работы.

Надежная работа предлагаемого клапана в системах гидравлического привода промышленного рабочего оборудования, функционирующего в режиме переменных гидродинамических условий работы системы, достигается путем совмещения принципа предельной разности давления за счет движения рабочей жидкости в корпусе клапана и разности давления в зоне контролируемого участка напорной магистрали. Кроме того, наличие в дренажном канале, соединяющим импульсную камеру с верхней частью рабочей камеры, регулируемого дроссельного устройства дает возможность более точно изменять порог срабатывания клапана по времени, а применение стопорного кольца для фиксации поршня и посадочных поверхностей для центровки и удержания пружины позволило снизить металлоемкость конструкции, одновременно повысив ее технологичность.

Конструкций, включающих в себя импульсную камеру, соединяющуюся с рабочей камерой посредством дроссельного устройства, пропускная способность которого задается при помощью резьбового соединения, где полость последней разделена на две части поршнем со штоком, удерживающим плунжер от несанкционированных смещений, и при этом одна из этих частей сопряжена с напорной магистралью на участке между насосом и корпусом клапана, а другая с контролируемой зоной напорного трубопровода, что позволяет осуществить совмещения принципов работы клапана по предельной разности давления и изменению расходов рабочей жидкости в его корпусе и в контролируемой зоне напорного трубопровода с целью предотвращения потерь рабочей жидкости при разрушении трубопроводов гидравлических систем, функционирующих в режиме переменных гидродинамических условий, не выявлено. Конструктивная реализация отсечного клапана с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей.

Отсечной клапан, содержащий корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь, причем полости двух камер выполнены в виде каналов и сообщены между собой, во входной полости одной из камер установлен регулятор перепада давления, седло выполнено в месте сопряжения трубопровода с выходным отверстием, полость другой камеры посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещены подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, подпружиненный со стороны фиксатора хода поршня, и регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину, связанный с корпусом посредством резьбового соединения, причем в смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и находящийся со штоком поршня в зацеплении в рабочем состоянии системы, отличающийся тем, что в дренажном канале установлено регулируемое дроссельное устройство в виде вентиля с конусом, а фиксатор хода поршня выполнен в виде стопорного кольца, расположенного в нижней части рабочей камеры у входного отверстия импульсного трубопровода.