Предохранительный клапан
Полезная модель относится к арматуростроению, а именно к предохранительным клапанам с плавающим седлом. Увеличения пропускной способности предохранительного клапана с плавающим седлом достигают выполнением фиксатора предельного положения плавающего седла во входном патрубке 2 в форме торцевого упора 11 для ступени ступенчатой втулки - седла 5, снабжения запорного элемента 7 юбочным отражателем 12 потока рабочей среды с опорной торцевой поверхностью Б по нижней кромке юбки и выполнения в проточной части корпуса 1 ответной упорной поверхности В для отражателя 12, являющейся фиксатором предельного положения запорного элемента 7. Упругое поджатие плавающего седла 5 к запорному элементу 7 помимо пружины сжатия 8 может быть обеспечено сильфоном 9, соединенным одним концом с корпусом 1, а другим концом - со ступенчатой втулкой 5. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяется защита от превышения допустимого давления, например, в энергетике, газовой и нефтяной отраслях, в химической промышленности.
Известен предохранительный клапан, защищенный патентом DE 4405913, МПК F16K 17/08, дата публикации - 15.09.1994. Предохранительный клапан включает корпус с входным и выходным патрубками, седло с плоской уплотнительной поверхностью и запорный элемент в виде плоского диска. Запорный элемент поджат к седлу пружиной настройки с регулируемым, посредством настроечного винта, усилием затяжки. Между запорным элементом и пружиной на штоке установлен юбочный отражатель потока рабочей среды, выпукло-вогнутая форма которого способствует увеличению пропускной способности предохранительного клапана после разгерметизации затвора. На запорный элемент с отражателем действует подъемная сила, приумноженная реактивной силой отраженного от вогнутой поверхности отражателя рабочего потока и силой, возникающей при обтекании рабочим потоком выпуклой поверхности тонкостенного отражателя.
Недостатком аналога являются большие удельные нагрузки, испытываемые уплотнительными поверхностями седла и запорного элемента в нерабочем состоянии предохранительного клапана, а именно при отсутствии в клапане давления рабочей среды. Так, при транспортировании, хранении и резервировании предохранительного клапана на его уплотнительные поверхности действует чрезмерное, компенсируемое рабочим давлением среды при нормальной эксплуатации клапана, усилие затяжки настроечной пружины. Сама пружина настройки, в свою очередь, постоянно пребывает в сжатом состоянии и испытывает максимальные напряжения, хотя в этом нет необходимости. В процессе длительного хранения и резервирования предохранительного клапана, исчисляемого иногда годами, существует опасность перенастройки клапана и разрушения его затвора. Чрезмерное усилие затяжки настроечной пружины может также вызывать разрушение затвора предохранительного клапана в результате жесткой посадки запорного элемента на неподвижное седло после срабатывания предохранительного клапана.
Недостатки аналога устранены в конструкции прототипа, защищенного патентом US 4074695, МПК F16K 31/12, дата публикации - 21.02.1978.
Устройство-прототип включает корпус с входными и выходными патрубками, плавающее седло и запорный элемент, поджатый к седлу пружиной настройки. Плавающее седло выполнено на торце ступенчатой втулки, установленной меньшим диаметром во входном патрубке, а большим - в проточной части корпуса. В проточной части корпуса размещена пружина сжатия, обеспечивающая осевое возвратно-поступательное перемещение седла. Вверху проточной части корпуса установлена втулка, являющаяся фиксатором верхнего предельного положения седла и нижнего предельного положения запорного элемента. Упругая опора седла снижает удельные нагрузки на уплотнительные поверхности затвора.
Недостатком прототипа является его низкая пропускная способность, обусловленная описанной конструкцией затвора.
Заявляемое устройство решает техническую задачу увеличения пропускной способности предохранительного клапана при сохранении щадящих удельных нагрузок на уплотнительные поверхности затвора в состоянии транспортирования, хранения и резервирования.
Поставленная техническая задача решена в предохранительном клапане, включающем корпус с входным и выходным патрубками, плавающее седло, запорный элемент, поджатый к седлу пружиной настройки, и фиксаторы предельных положений седла и запорного элемента. Седло выполнено в форме ступенчатой втулки, установленной во входном патрубке с возможностью упругого возвратно-поступательного осевого перемещения, ограниченного фиксатором предельного положения седла. Фиксатор предельного положения плавающего седла выполнен во входном патрубке в форме торцевого упора для ступени ступенчатой втулки. Запорный элемент снабжен юбочным отражателем потока рабочей среды с опорной торцевой поверхностью по нижней кромке юбки. В проточной части корпуса выполнена ответная упорная поверхность для отражателя, являющаяся фиксатором предельного положения запорного элемента. Упругое поджатие плавающего седла к запорному элементу помимо пружины сжатия может быть обеспечено сильфоном, соединенным одним концом с корпусом, а другим концом - с плавающим седлом.
Существо заявляемого устройства поясняется чертежом, на фиг.1 которого изображен заявляемый предохранительный клапан в состоянии транспортирования, хранения и резервирования; на фиг.2 - то же в рабочем состоянии при нормальной эксплуатации: на фиг.3 - то же, в качестве упругого элемента - сильфон; на фиг.4 - предохранительный клапан во время срабатывания.
Предохранительный клапан содержит корпус 1 с входным 2, выходным 3 патрубками и крышкой 4, плавающее седло на торце ступенчатой втулки 5 и поджатый к седлу пружиной настройки 6 запорный элемент 7. Плавающая втулка - седло 5 установлена во входном патрубке 2 с опорой на упругий элемент в виде пружины сжатия 8 либо сильфона 9, в свою очередь опирающийся на кольцо 10. Сильфон 9 соединен одним концом с корпусом 1, а другим концом - со ступенчатой втулкой - седлом 5. Во входном патрубке 2 выполнен торцевой уступ 11 для ступенчатой втулки - седла 5, являющийся фиксатором ее предельного положения. Запорный элемент 7 снабжен выпукло-вогнутым юбочным отражателем 12 потока рабочей среды с опорной торцевой поверхностью Б по нижней кромке юбки. В проточной части корпуса выполнена ответная упорная поверхность В для отражателя 12, являющаяся фиксатором предельного положения отражателя 12 и соединенного с отражателем запорного элемента 7. Усилие пружины сжатия 8 либо сильфона 9 не превышает нагрузки на запорный элемент 7 от пружины настройки 6. Предохранительный клапан включает также шток 13, опоры 14 и 15 для пружины настройки 6, регулировочный винт настройки 16, контргайку 17, сальник 18, заглушки 19, колпак 20. В тексте описания и на чертеже использованы обозначения: «с» - жесткость пружины 6; «h» - рабочий ход запорного элемента 7; «h1» - обратный ход запорного элемента 7 и отражателя 12 при сбросе противодавления в сети; «Рн» - давление настройки предохранительного клапана; «Рр» - рабочее давление в предохранительном клапане; «S» - площадь уплотнительной поверхности запорного элемента 7; «S 1» - площадь поперечного сечения втулки - седла 5 в узком сечении проходного отверстия входного патрубка 2.
На заводе-изготовителе производят настройку предохранительного клапана на рабочее давление Рр при помощи регулировочного винта настройки 16. Усилие пружины настройки 6 передается на запорный элемент 7 и отражатель 12 через опоры 14, 15 и шток 13. Пружина сжатия 8 рассчитана таким образом, что сила упругого поджатия втулки - седла 5 к запорному элементу 7 не превышает нагрузки на запорный элемент 7 от пружины настройки 6, при этом обеспечиваются постоянный контакт втулки - седла 5 с запорным элементом 7 и герметичность в затворе предохранительного клапана при его заправке рабочей средой и нормальной эксплуатации.
По окончании настройки предохранительного клапана и сбросе давления среды запорный элемент 7 и втулка - седло 5 под действием пружины настройки 6 перемещаются вниз до тех пор, пока отражатель 12 своей опорной поверхностью Б не сядет на ответную упорную поверхность В корпуса 1 и усилие частично распрямившейся пружины настройки 6, уменьшенное на величину «hi x с», не передастся на упорную поверхность В. При этом на уплотнительные поверхности втулки - седла 5 и запорного элемента 7 передается лишь усилие пружины 8.
Настроенный предохранительный клапан пломбируют колпаком 20, заглушками 19 и направляют потребителю. Кольцо 10 предохраняет пружину 8, сильфон 9 и втулку - седло 5 от выпадения из входного патрубка 2 при транспортировании, хранении и резервировании клапана.
После монтажа предохранительного клапана на защищаемой установке потребителя ее заполняют рабочей средой. При достижении в клапане рабочего давления Рр плавающая втулка - седло 5 преодолевает усилие пружины настройки 6, уменьшенное на величину Рр х S1, и поднимается до упора 11, где занимает свое рабочее положение.
Методом расчета параметров и характеристик предохранительного клапана обеспечивают его работоспособность в заданных потребителем условиях.
Заявляемый предохранительный клапан работает следующим образом.
Усилие пружины настройки 6 уравновешено давлением рабочей среды и реакцией от уплотнения. Втулка - седло 5 в режиме эксплуатации надежно зафиксирована в своем предельном положении упором 11.
При превышении рабочего давления Рр в защищаемой установке над давлением настройки Рн клапана на 5-7% происходит разгерметизация затвора и накопление энергии рабочей среды под отражателем 12. При достижении давлением Рр в защищаемой установке значения, равного (1,1 - 1,15) Рн происходит полное открытие предохранительного клапана на ход «п» и сброс давления.
После сброса избыточной среды и достижения давлением Рр значения, равного (0,8-0,9) Рн происходит закрытие предохранительного клапана. Сила удара запорного элемента 7 о втулку - седло 5 при закрытии клапана определяется массой деталей подвижной группы и ее ускорением при посадке запорного элемента 7 на втулку - седло 5.
В предохранительном клапане заявляемой конструкции, при том что уплотнительные поверхности затвора воспринимают лишь малую долю от усилия пружины настройки 6, а при посадке запорного элемента 7 на плавающую втулку - седло 5 происходит амортизация удара, площадь уплотнительных поверхностей S в затворе может быть значительно уменьшена без потерь для работоспособности клапана. Это обстоятельство позволяет уменьшить размеры и массы деталей подвижной группы предохранительного клапана, сократить расход материалов и уменьшить силу удара запорного элемента о седло при посадке. Очевидно, что при этом размеры и массы других деталей предохранительного клапана (пружины, корпус и т.д.) также могут быть уменьшены.
Преимущества заявляемого предохранительного клапана возрастают с ростом давления, температуры и аварийного расхода в защищаемых объектах. Они также существенны при создании предохранительных клапанов для мобильных установок, где снижение габаритов и массы оборудования имеет особенно большое значение.
1. Предохранительный клапан, включающий корпус с входным и выходным патрубками, плавающее седло в форме ступенчатой втулки, установленной во входном патрубке с возможностью упругого возвратно-поступательного осевого перемещения, запорный элемент, поджатый к седлу пружиной настройки, и фиксаторы предельных положений седла и запорного элемента, отличающийся тем, что фиксатор предельного положения плавающего седла выполнен во входном патрубке, запорный элемент снабжен юбочным отражателем потока рабочей среды с опорной торцевой поверхностью по нижней кромке юбки, а в проточной части корпуса выполнена ответная упорная поверхность для отражателя, являющаяся фиксатором предельного положения запорного элемента.
2. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что фиксатор предельного положения плавающего седла выполнен в форме торцевого упора для ступени ступенчатой втулки.
3. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что упругое поджатие плавающего седла к запорному элементу обеспечено сильфоном.
4. Предохранительный клапан по п.3, отличающийся тем, что сильфон соединен одним концом с корпусом, а другим концом - с плавающим седлом.
