Клапан-отсекатель с поворотной заслонкой
Клапан-отсекатель с поворотной заслонкой относится к области нефтяной, противопожарной технике и может быть использовано также в других областях, где необходимо автоматическое аварийное перекрытие подачи по трубопроводам различных жидкостей, связанное с изменением давления, пожаром, и другими аварийными ситуациями, в том числе предотвращение переполнения подземных резервуаров АЗС при сливе топлива из бензовоза, самотеком согласно требованиям НПБ-111-98. В клапане-отсекателе, содержащем два корпуса, в одном из корпусов установлено седло с подвижно закрепленной на нем поворотной заслонкой, в другом - размещены подъемно-поворотный механизм заслонки, фиксатор ее положения, выполненный в виде электромагнита, модуль управления и контроля положения поворотной заслонки. Корпуса клапана-отсекателя разделены между собой с помощью разделительной трубки, выполненной в виде стакана из стали. Роль поворотно-подъемного механизма поворотной заслонки выполняет электромагнит, который состоит из катушки с магнитопроводом. подвижного сердечника, расположенного внутри разделительной трубки и связанного с поворотной заслонкой с помощью рычага, в отверстие сердечника установлена пружина сжатия. Конструктивный зазор между седлом клапана и радиальной поверхностью заслонки в закрытом положении выбран исходя из обеспечения протечки 0,3 литра в секунду и обеспечения свободного поворота заслонки в сечении затвора. Перемещение рычага, поворачивающего заслонку в открытое положение производится с помощью сердечника, движущегося вверх по разделительной трубке за счет магнитного поля, создаваемого катушкой электромагнита. Закрытие клапана производится при снятии напряжения с катушки электромагнита за счет пружины сжатия, расположенной в сердечнике и перемещающей сердечник в нижнее положение, который в свою очередь посредством рычага поворачивает заслонку. Ось поворотной заслонки клапана соединена торцевой поверхностью, имеющей выступ в виде сектора, с рычагом ручного дублера. Ручной дублер обеспечивает открытие и закрытие клапана при отсутствии напряжения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Полезная модель относится к области нефтяной, противопожарной технике и может быть использовано также в других областях, где необходимо автоматическое аварийное перекрытие подачи по трубопроводам различных жидкостей, связанное с изменением давления, пожаром, и другими аварийными ситуациями, в том числе предотвращение переполнения подземных резервуаров АЗС при сливе топлива из бензовоза, самотеком согласно требованиям НПБ-111-98. Степень заполнения резервуаров топливом не должна превышать 95% их внутреннего геометрического объема. Для выполнения этого требования, поток топлива из автоцистерны должен быть автоматически остановлен при 95% заполнении резервуара АЗС с помощью отсекающего устройства, в качестве которого может быть применен клапан-отсекатель с поворотной заслонкой. Сигнал для начала закрытия клапана-отсекателя поступает от датчика уровня топлива установленного в резервуаре. После автоматического закрытия клапана-отсекателя осуществляется ручное закрытие запорного вентиля автоцистерны. Часть топлива, находящаяся в сливной магистрали должна быть слита в подземный резервуар, после чего осуществляется разъединение сливной муфты.
Известен клапан-отсекатель, содержащий два корпуса, выполненные с сообщающимися полостями, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом корпусе размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенным внутри нее осью с уступом, которая посредством пружины соединена со второй втулкой, соединенной с рычагом. Клапан-отсекатель содержит также фиксатор положения заслонки, выполненный в виде пневматического цилиндра, шток которого, перемещаясь перпендикулярно оси, фиксирует ее. Клапан оснащен системой сброса давления, фиксатор положения заслонки связан с трубопроводом подвода рабочего вещества к клапану-отсекателю (ТУ 3742-024-00158824-99)
Недостатком данного устройства является сложность конструкции. Кроме того, выполнение фиксатора положения заслонки пневматическим обеспечивает его работу только от перепада давления, что не позволяет использовать датчики аварии. За счет наличия большого количества элементов конструкции и соответственно трения между ними не происходит мгновенного опускания заслонки в аварийном режиме.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является клапан-отсекатель, выбранный за прототип и содержащий два корпуса, выполненных с сообщающимися полостями, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом корпусе размещен поворотно-подъемный механизм заслонки, содержащий втулку, выполненную с возможностью перемещения и с расположенной внутри нее осью, рычаг, одним концом связанный с заслонкой, фиксатор положения заслонки. Фиксатор положения заслонки выполнен в виде электромагнита, сердечник которого расположен между рычагом и втулкой, при этом сердечник и втулка выполнены с возможностью их соединения в нижнем положении заслонки и разъединения - в ее верхнем положении (Патент на изобретение РФ 
2285180, МПК F16К 17/04, 2006).
Общими признаками прототипа с заявляемым техническим решением являются: два корпуса; в одном из корпусов установлено седло с подвижно закрепленной на нем заслонкой, в другом размещены поворотно-подъемный механизм заслонки, фиксатор положения заслонки, выполненный в виде электромагнита. Клапан-отсекатель дополнительно содержит блок управления и контроля положения заслонки, который включает геркон и реле, при этом геркон установлен с возможностью управления им электромагнитным полем катушки.
Однако данная конструкция является сложной и, как следствие, обладает недостаточной надежностью.
Задачей предлагаемого решения является упрощение конструкции и повышение ее надежности путем использования электромагнита в качестве подъемно-поворотного механизма заслонки и фиксатора заслонки в открытом положении.
Поставленная задача решается тем, что клапан-отсекатель содержит два корпуса, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем поворотной заслонкой, в другом - размещены подъемно-поворотный механизм заслонки, фиксатор ее положения, выполненный в виде электромагнита, модуль управления и контроля положения поворотной заслонки. Корпуса клапана-отсекателя разделены между собой с помощью разделительной трубки, выполненной в виде стакана из стали. Роль поворотно-подъемного механизма поворотной заслонки выполняет электромагнит, который состоит из катушки с магнитопроводом, подвижного сердечника, расположенного внутри разделительной трубки и связанного с поворотной заслонкой с помощью рычага, в отверстие сердечника установлена пружина сжатия. Конструктивный зазор в затворе между седлом клапана и радиальной поверхностью заслонки в закрытом положении выбран исходя из обеспечения протечки 0,3 литра в секунду и обеспечения свободного поворота заслонки в сечении затвора.
Перемещение рычага, поворачивающего заслонку в открытое положение производится с помощью сердечника, движущегося вверх по разделительной трубке за счет магнитного поля, создаваемого катушкой электромагнита.
Закрытие клапана производится при снятии напряжения с катушки электромагнита за счет пружины сжатия, расположенной в сердечнике и перемещающей сердечник в нижнее положение, который в свою очередь посредством рычага поворачивает заслонку.
Ось поворотной заслонки клапана соединена торцевой поверхностью, имеющей выступ в виде сектора, с рычагом ручного дублера. Ручной дублер обеспечивает открытие и закрытие клапана при отсутствии напряжения.
Для выравнивания давления на цилиндрической поверхности сердечника выполнены продольные пазы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид клапана-отсекателя с поворотной заслонкой; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - соединение рычага ручного дублера с осью заслонки; на фиг.4 - модуль управления клапана; на фиг.5 - разрез ручной дублера.
Клапан-отсекатель содержит два корпуса 1 и 2, полости которых разделены между собой с помощью разделительной трубки 3, выполненной в виде стакана. Разделительная трубка 3 выполнена сварной из трех частей, верхняя часть - полюс 4 выполнен из ферромагнитного материала. В одном из корпусов установлена поворотная заслонка 5, в другом - катушка 6 с магнитопроводом, обеспечивающая поворот и фиксацию в открытом положении заслонки 5 клапана-отсекателя.
Поворотная заслонка 5 установлена на оси 7 и закреплена болтами 8. На поверхности заслонки 5 закреплена приварная втулка 9, в которую одним концом установлен рычаг 10. С помощью рычага 10 поворотная заслонка соединена с подвижным сердечником 11, расположенным в разделительной трубке 3. В отверстие в сердечнике установлена пружина сжатия 12. На цилиндрической поверхности сердечника 10 выполнены два продольных паза 13, служащие для выравнивания давления в корпусе 1 и в разделительной трубке над сердечником 11. Герметичность крышки 14, корпуса 1, рычага 15 ручного дублера обеспечивается уплотнительными кольцами 16. В корпусе 2 на верхней поверхности разделительной трубки 3 закреплен стоп 17, выполненный из магнитного металла.
Конструктивный зазор между седлом клапана и радиальной поверхностью поворотной заслонки 5 в закрытом положении выбран исходя из обеспечения протечки 0,3 литра в секунду и обеспечения свободного поворота заслонки в сечении затвора. Площадь 
живого сечения в затворе клапана при закрытой заслонке, найденная экспериментальным путем на светлых нефтепродуктах, равна 25 мм2 и обеспечивает указанную протечку при давлении Р=0,044 МПа. Давление Р определено исходя из максимальной высоты Н столба топлива над поверхностью заслонки по следующей формуле:
Р=
·g·Н,
где - максимальная плотность светлых нефтепродуктов;
g - ускорение свободного падения.
Площадь живого сечения зависит от радиуса седла Rс и радиуса заслонки Rз и равна:
=
(Rc2-Кз2)
Зная площадь живого сечения и радиус седла Rc, можно определить радиуса заслонки Rз по формуле:
Корпус 2 дополнительно содержит модуль 18 управления и контроля положения поворотной заслонки 5. Модуль управления включает геркон 19 и реле 20, при этом геркон 19 установлен с возможностью управления им электромагнитным полем катушки 6. Модуль управления 18 установлен в чашке 21 и закреплен винтами на верхней поверхности стопа 17 и через реле 20 подключен к источнику питания.
Ось 7 поворотной заслонки 5 соединена торцевой поверхностью, имеющей выступ 22 в виде сектора, с рычагом 15 ручного дублера. На рычаге 15 установлена пружина сжатия 23, одним концом опирающаяся на корпус 1, другим в штифт 24, запрессованный в отверстие 25 рычага 15. В крышке 26 с внутренней стороны выполнены четыре паза 27, позволяющие установить рычаг 15 ручного дублера в три фиксируемых положения:
- автоматическое, при котором обеспечивается дистанционное управление клапаном и поворот заслонки под действием электромагнитного привода;
- закрытое, при котором клапан принудительно закрыт;
- открытое, при котором клапан принудительно открыт. В каждом из трех положений, обозначенных на верхней поверхности крышки 26, штифт 24 надежно фиксируется в пазах 27 и поджимается пружиной 23.
Устройство работает следующим образом. Клапан-отсекатель устанавливается в трубопровод на входе в резервуар АЗС. К трубопроводу подсоединяется рукав бензовоза. Рабочая среда подается в канал корпуса 1, закрепленного на трубопроводе через фланцы 28. При подаче напряжения на модуль управления 18, тот в свою очередь выдает на обмотку катушки 6 максимальное (форсирующее) напряжение. После подачи напряжения на катушку 6 сердечник 11 под действием магнитного потока перемещается вверх, сжимает пружину 12, находящуюся в разделительной трубке 3, и втягивает рычаг 10 в верхнюю часть корпуса 1. При этом рычаг 10 поворачивает заслонку 4 на 90°, открывая канал для прохода рабочей среды через седло 29 клапана. Через определенное время (несколько секунд) модуль управления 18 понижает напряжение, подаваемое на катушку 6 до значения, достаточного для удержания сердечника.
Клапан переходит в режим удержания и рабочая среда поступает через канал корпуса 1 в резервуар.
Снятие напряжения с модуля управления 18 и обмотки катушки 6 производится оператором при окончании слива нефтепродуктов, либо по сигналу от датчика уровня при 95%-ном заполнении резервуара.
После снятия напряжения с обмотки катушки 6 сердечник 11 под действием пружины опускается вниз по разделительной трубке 3 и перемещает рычаг 10, поворачивающий заслонку 5 в исходное вертикальное положение, перекрывая поток рабочей среды.
При отсутствии питающего напряжения поворот заслонки 5 осуществляется с помощью рычага ручного дублера 15. Рычаг ручного дублера повернут на 90° по часовой стрелке в положение "З
обозначенное на крышке 25 - клапан закрыт. Рычаг повернут на 90° против часовой стрелки в положение "О" - клапан открыт. В положении "А" рычаг направлен вверх - клапан управляется дистанционно в автоматическом режиме по команде оператора или датчика уровня.
Клапан обеспечивает перекрытие поступления нефтепродукта в резервуар АЗС с протечкой не более 0,3 литра в секунду, что позволяет стечь нефтепродуктам из присоединительного рукава бензовоза в резервуар АЗС после ручного закрытия задвижки бензовоза. Указанная протечка обеспечивается зазором между седлом клапана и радиальной поверхностью заслонки в закрытом положении.
Предлагаемая конструкция клапана-отсекателя позволяет:
1. Повысить надежность клапана за счет простоты конструкции;
2. Уменьшить общие габариты клапана, в том числе и строительную длину, применив электромагнитный привод, за счет тягового усилия которого производится перемещение подъемно-поворотного механизма заслонки;
3. Обеспечить высокую скорость закрытия и открытия клапана в автоматическом режиме;
4. Обеспечить мгновенное автоматическое перекрытие канала при отсутствии напряжения.
5. Обеспечить протечку при закрытом затворе для cтекания топлива в резервуар АЗС после ручного закрытия задвижки бензовоза;
6. Обеспечить возможность ручного управления клапаном.
1. Клапан-отсекатель с поворотной заслонкой, содержащий два корпуса, в одном из которых установлено седло с подвижно закрепленной на нем поворотной заслонкой, в другом размещен поворотно-подъемный механизм поворотной заслонки, фиксатор положения поворотной заслонки, выполненный в виде электромагнита, модуль управления и контроля положения поворотной заслонки, отличающийся тем, что корпуса клапана-отсекателя разделены между собой с помощью разделительной трубки, выполненной в виде стакана из стали, роль поворотно-подъемного механизма поворотной заслонки выполняет электромагнит, который состоит из катушки с магнитопроводом, подвижного сердечника, расположенного внутри разделительной трубки и связанного с поворотной заслонкой с помощью рычага, в отверстие сердечника установлена пружина сжатия, конструктивный зазор между седлом клапана и радиальной поверхностью заслонки в закрытом положении обеспечивает протечку, требуемую для слива остатков топлива с присоединительного рукава после ручного закрытия задвижки бензовоза.
2. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения его открытия и закрытия при отсутствии напряжения в него введен ручной дублер.
3. Клапан-отсекатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ось поворотной заслонки клапана соединена торцевой поверхностью, имеющей выступ в виде сектора, с рычагом ручного дублера.
