Отсечный клапан
Отсечный клапан относится к трубопроводной арматуре и предназначен для автоматического отключения систем гидравлического привода промышленного рабочего оборудования. Отсечный клапан содержит корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь. Две камеры в корпусе отсечного клапана сообщены между собой, седло выполнено в месте сопряжения контролируемого трубопровода с выходным отверстием. Первая смежная камера посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом. Внутри третьей камеры размещен подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, поджимаемый пружиной, причем пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения. В первой смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и в рабочем состоянии системы находящийся со штоком поршня в зацеплении. Во второй смежной камере размещен регулятор перепада давления. При этом вторая смежная камера выполнена в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, причем напорный канал соединен с напорным трубопроводом. Подвижный поршень выполнен с отверстиями для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой. Импульсный трубопровод и напорный трубопровод выполнены в виде каналов в корпусе отсечного клапана, причем дренажный канал и импульсный трубопровод представляют собой единый канал, соединяющий надпоршневую полость третьей камеры, первую смежную камеру, напорный трубопровод и входное отверстие корпуса отсечного клапана. Подвижный поршень снабжен
дополнительным штоком, причем торцевая поверхность последнего и корпус отсечного клапана образуют дополнительную полость переменного объема, сообщаемую последовательно дроссельным каналом и линией обратной связи с датчиком расхода. Регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину и пружину располагают в указанной дополнительной полости, причем пружина сопряжена с торцевой поверхностью дополнительного штока подвижного поршня. Регулятор перепада давления устанавливают в напорном канале второй смежной камеры. Подпоршневую полость третьей камеры сообщают возвратным каналом с напорным каналом второй смежной камеры на участке между регулятором расхода и полостью указанной смежной камеры. Датчик расхода устанавливают на конечном участке контролируемого трубопровода, причем давление в линии обратной связи зависит от величины расхода через указанный датчик.
Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и предназначена для автоматического отключения систем гидравлического привода промышленного рабочего оборудования.
Известно устройство для аварийного перекрытия трубопровода гидросистемы [2], содержащее корпус с входным и выходным каналами, в полости которого жестко установлена направляющая втулка с каналами для прохода рабочей среды и центральным отверстием, и подпружиненный запорный орган со штоком, пропущенный через центральное отверстие направляющей втулки. В полости корпуса установлена подпружиненная в сторону входного канала подвижная втулка с проходными отверстиями и хвостовиком, в котором выполнен сквозной канал, через который пропущен конец штока запорного органа, а на штоке установлены с возможностью взаимодействия с хвостовиком подвижной втулки два подпружиненных относительно друг друга упорных элемента, фиксирующих запорный орган в открытом положении.
Недостатками данного устройства являются необходимость приложения усилия для смещения подвижных упорных элементов, возможность заклинивания подвижных упорных элементов, приведение устройства в рабочее положение вручную, значительная трудоемкость настройки.
Известен также отсечный клапан [1], в корпусе которого выполнены три смежные камеры, в которых размещены ступени подвижного поршня с уплотнительной поверхностью, взаимодействующей с седлом. Седло выполнено в месте сопряжения входного отверстия и первой камеры.
В поршне выполнен сквозной продольный канал, сообщающий третью и первую камеры. С боковыми отверстиями корпуса сообщены два трубопровода, соединенные друг с другом с образованием обратной связи. Трубопроводы изготовлены из различных материалов. Выходное отверстие корпуса сообщено с боковым отверстием первой камеры, а другое боковое отверстие расположено во второй камере со стороны, обращенной к первой камере. Площадь поперечного сечения первой ступени поршня меньше площади поперечного сечения любой из двух других ступеней, а площадь поперечного сечения третьей ступени меньше площади поперечного сечения второй ступени.
Недостатком этого устройства является контроль герметичности трубопроводов по изменению давления, что приведет к ложным срабатываниям устройства при работе его в условиях переменных параметров потока жидкости.
Наиболее близким к заявляемому устройству (прототипом) является отсечный клапан [3], включающий корпус со смежными камерами, первые две из которых разделены рабочим органом, выполненным в виде плунжера, соединенного с корпусом возвратной пружиной и ограничителем обратного хода. В полости второй камеры 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. Недостатками прототипа являются:
1. Создание высокого гидравлического сопротивления регулятором перепада давления.
2. Контроль герметичности гидролиний сравнением значений давления на участках до и после места установки устройства. При разрушении трубопровода волна низкого давления распространяется из контролируемой зоны к участку, расположенному до места установки устройства, с высокой скоростью. Аналогичное явление произойдет при резком снижении нагрузки на выходное звено гидропривода или при совпадении направления движения потока жидкости с вектором приложенной нагрузки. Совокупность указанных факторов, а также инерционность элементов устройства, может привести к ложным срабатываниям отсечного клапана при изменяющихся давлении и расходе.
Технический результат полезной модели заключается в устранении вышеперечисленных недостатков.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном отсечном клапане, содержащем корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь, причем две камеры сообщены между собой, седло выполнено в месте сопряжения контролируемого трубопровода с выходным отверстием, первая смежная камера посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещен подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, поджимаемый пружиной, причем пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения, в первой смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и в рабочем состоянии системы находящийся со штоком поршня в зацеплении, а во второй смежной камере размещен регулятор
перепада давления, вторую смежную камеру выполняют в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, причем напорный канал соединен с напорным трубопроводом, поршень выполняют с отверстиями для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой, импульсный трубопровод и напорный трубопровод выполняют в виде каналов в корпусе отсечного клапана, причем дренажный канал и импульсный трубопровод представляют собой единый канал, соединяющий надпоршневую полость третьей камеры, первую смежную камеру, напорный трубопровод и входное отверстие корпуса отсечного клапана, подвижный поршень снабжают дополнительным штоком, причем торцевая поверхность указанного дополнительного штока и корпус отсечного клапана образуют дополнительную полость переменного объема, сообщаемую последовательно дроссельным каналом и линией обратной связи с датчиком расхода, регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину и пружину располагают в указанной дополнительной полости, причем пружина сопряжена с торцевой поверхностью дополнительного штока подвижного поршня, регулятор расхода устанавливают в напорном канале второй смежной камеры, подпоршневую полость третьей камеры сообщают возвратным каналом с напорным каналом второй смежной камеры на участке между регулятором расхода и полостью указанной смежной камеры, датчик расхода устанавливают на конечном участке контролируемого трубопровода, причем давление в линии обратной связи зависит от величины расхода через указанный датчик.
Пример выполнения предлагаемого отсечного клапана представлен на чертеже.
Отсечный клапан содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, напорный трубопровод 4, импульсный трубопровод 5, дренажный канал 6, соединенные между собой, а также дроссельный канал 7, сообщаемый с линией обратной связи 8. В корпусе 1 установлен запорный орган, выполненный в виде плунжера 9, соединенного с помощью
возвратной пружины 10 и ограничителя обратного хода 11 с корпусом 1. Плунжер 9 разделяет две смежные камеры. Первая смежная камера 12 сообщается с входным отверстием 2, с напорным трубопроводом 4 и с дренажным каналом 6 с помощью импульсного трубопровода 5. Вторая смежная камера 13 состоит из полости 14 и напорного канала 15. Полость 14 второй смежной камеры 13 соединена с контролируемым трубопроводом 16; напорный канал 15 указанной смежной камеры 13 сообщен с напорным трубопроводом 4. В полости 14 второй смежной камеры 13 в месте сопряжения выходного отверстия 3 и контролируемого трубопровода 16 установлено седло 17. В напорном канале 15 выполнен регулятор перепада давления 18. В третьей камере 19 корпуса 1 установлен подвижный поршень 20 с отверстиями 21, соединяющими надпоршневую 22 и подпоршневую 23 полости третьей камеры 19. Первая смежная камера 12 сообщается через импульсный трубопровод 5 и дренажный канал 6 с надпоршневой полостью 22, а участок напорного канала 15 между регулятором перепада давления 18 и полостью 14 второй смежной камеры 13 сообщен с подпоршневой полостью 23 третьей камеры 19 посредством возвратного канала 24. Подвижный поршень 20 имеет шток 25 с выступом 26, входящим в зацепление с плунжером 9 и удерживающим последний от перемещения, и дополнительный шток 27, торцевая поверхность которого образует с корпусом 1 дополнительную полость переменного объема 28. В дополнительной полости переменного объема 28 установлены регулировочный болт 29, соединенный с корпусом 1 посредством резьбового соединения, и пружина 30, поджимающая подвижный поршень 20 к плунжеру 9. Дополнительная полость переменного объема 28 через дроссельный канал 7 сообщена с линией обратной связи 8 подсоединенной к датчику расхода 31, установленному на конечном участке 32 контролируемого трубопровода 16. При этом давление в линии обратной связи 8 связано с величиной расхода жидкости в датчике 31.
Отсечный клапан работает следующим образом.
В исправной гидросистеме рабочая жидкость через входное отверстие 2 подается в корпус 1, проходит через напорный трубопровод 4 и напорный канал 15 в полость 14 второй смежной камеры 13, а оттуда через седло 17 и выходное отверстие 3 - в контролируемый трубопровод 16, конечный участок 32 и датчик расхода 31. Часть потока через дренажный канал 6 подается в надпоршневую полость 22, через отверстия 21 в подвижном поршне 20 проходит в полость 23 третьей камеры 19 и далее по возвратному каналу 24 поступает в напорный канал 15 второй смежной камеры 13. При этом засчет дросселирования потока отверстиями 21 создается перепад давления между надпоршневой 22 и подпоршневой 23 полостями, который равен разности давлений между напорным трубопроводом 4 и второй смежной камерой 13 и изменяется регулятором перепада давления 18. Аналогичная разность давлений образуется между первой смежной камерой 12 и полостью 14 благодаря наличию импульсного трубопровода 5. Указанный перепад давления обусловливает усилие на подвижном поршне 20, стремящееся переместить последний вниз. Это усилие уравновешивается действующими на торцевую поверхность дополнительного штока 27 подвижного поршня 20 сопротивлением пружины 30 и противодавлением жидкости в дополнительной полости переменного объема 28. Последнее равно давлению в линии обратной связи 8, зависящему от величины расхода жидкости через датчик расхода 31, а следовательно и через конечный участок 32 контролируемого трубопровода 16. При этом подвижный поршень 20 штоком 25 с выступом 26 фиксирует плунжер 9 от перемещения.
При разгерметизации контролируемого трубопровода 16 расход жидкости через напорный трубопровод 4, вторую смежную камеру 13, а также через отверстия 21 в подвижном поршне 20 увеличивается, а расход через конечный участок 32 контролируемого трубопровода 16, а, следовательно, и через датчик расхода 31 снижается, поскольку часть жидкости начинает вытекать через разрыв контролируемого трубопровода 16. Соответственно, перепад давлений между надпоршневой 22 и
подпоршневой 23 полостями третьей камеры 19, а также между первой смежной камерой 12 и второй смежной камерой 13 возрастет. Давление в линии обратной связи 8 и в дополнительной полости переменного объема 28 при этом уменьшится из-за снижения расхода через датчик 31. Подвижный поршень 20 под действием возросшего перепада давления переместится вниз, преодолевая сопротивление пружины 30 и выводя из зацепления выступ 26 штока 25 с плунжером 9. Последний под действием разности давлений в смежных камерах 12 и 13 переместится вправо до упора в седло 17 и отсечет выходное отверстие 3 от полости 14 второй смежной камеры 13. Подача жидкости в контролируемый трубопровод 16 прекратится. В этом положении плунжер 9 будет удерживаться давлением в гидросистеме, в импульсном трубопроводе 5 и в первой смежной камере 12. Давление в надпоршневой 22 и подпоршневой 23 полостях третьей камеры 19 выровняется из-за прекращения течения жидкости через регулятор перепада давления 18 и отверстия 21 в подвижном поршне 20. Последний усилием сжатия пружины 30 переместится в верхнее положение. После отключения аварийной гидросистемы давление в первой смежной камере 12 снизится, плунжер 9 усилием растяжения возвратной пружины 10 переместится влево и войдет в зацепление с выступом 26 штока 25 подвижного поршня 20.
При увеличении расхода в исправной гидросистеме повысится расход через корпус 1, контролируемый трубопровод 16 и датчик расхода 31. При этом увеличится перепад давлений в полостях 22 и 23 третьей камеры 19, в смежных камерах 12 и 13 корпуса 1 отсечного клапана, а также возрастет давление в линии обратной связи 8 и в дополнительной полости переменного объема 28. Подвижный поршень 20 останется уравновешенным, а плунжер 9 - зафиксированным. При снижении расхода или прекращении движения жидкости в гидросистеме снизится или прекратится расход через корпус 1, контролируемый трубопровод 16 и датчик расхода 31. Перепад давлений в полостях 22 и 23 третьей камеры 19, в смежных камерах 12 и 13 корпуса 1 отсечного клапана, а также давление в линии обратной связи 8 и в
дополнительной полости переменного объема 28 уменьшатся. Подвижный поршень 20 будет удерживаться усилием сжатия пружины 30, плунжер 9 останется зафиксированным с помощью выступа 26 штока 25 подвижного поршня 20, и отсечения контролируемого трубопровода 16 не произойдет.
Таким образом, применение в предлагаемом устройстве принципа контроля разности расходов на начальном и конечном участках контролируемой гидролинии исключает ложные срабатывания при значительном изменении расхода. Прохождение потока жидкости параллельно через отверстия 21 в подвижном поршне 20 и через вторую смежную камеру 13 с регулятором перепада давления 18 снижает гидравлическое сопротивление предлагаемого устройства. Кроме того, наличие отверстий 21 в подвижном поршне 20, а также дроссельного канала 7, соединяющего дополнительную полость переменного объема 28 и линию обратной связи 8, обеспечивают демпфирование колебаний подвижного поршня 20 и давления жидкости в дополнительной полости переменного объема 28 при возникновении переходных процессов гидросистеме. Это исключает ложное срабатывание устройства при работе его в гидроприводах с динамическим нагружением.
Начальная настройка предлагаемого отсечного клапана осуществляется изменением силы сжатия пружины 30 посредством вращения регулировочного болта 29, а также изменением сечения регулятора перепада давления 18. Периодическая настройка предлагаемого устройства в зависимости от изменения нагрузки на гидросистему не требуется.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
[1] Патент РФ №2097639 МПК 6 F16К 17/24, 1997.
[2] Патент РФ №2101595 МПК 6 F16К 17/04, 1998.
[3] Патент РФ №2196927 МПК 7 F16К 17/24, 2003.
Отсечный клапан, содержащий корпус со смежными камерами, седлом, входным и выходным отверстиями, сообщенными с трубопроводами, имеющими обратную связь, причем две камеры сообщены между собой, седло выполнено в месте сопряжения контролируемого трубопровода с выходным отверстием, первая смежная камера посредством дренажного канала сообщена с третьей камерой и одновременно с импульсным трубопроводом, соединенным с напорным трубопроводом, при этом внутри третьей камеры размещен подвижный поршень с уплотнительной поверхностью, поджимаемый пружиной, причем пружина сопряжена с посадочной поверхностью регулировочного болта, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством резьбового соединения, в первой смежной камере расположен запорный орган, выполненный в виде плунжера, соединенного с корпусом отсечного клапана посредством возвратной пружины и ограничителя обратного хода, и в рабочем состоянии системы находящийся со штоком поршня в зацеплении, во второй смежной камере размещен регулятор перепада давления, отличающийся тем, что вторая смежная камера выполнена в виде сообщенных друг с другом полости и напорного канала, причем напорный канал соединен с напорным трубопроводом, подвижный поршень выполнен с отверстиями для сообщения надпоршневой и подпоршневой полостей третьей камеры между собой, импульсный трубопровод и напорный трубопровод выполнены в виде каналов в корпусе отсечного клапана, причем дренажный канал и импульсный трубопровод представляют собой единый канал, соединяющий надпоршневую полость третьей камеры, первую смежную камеру, напорный трубопровод и входное отверстие корпуса отсечного клапана, подвижный поршень снабжен дополнительным штоком, причем торцевая поверхность указанного дополнительного штока и корпус отсечного клапана образуют дополнительную полость переменного объема, сообщаемую последовательно дроссельным каналом и линией обратной связи с датчиком расхода, регулировочный болт с посадочной поверхностью под пружину и пружину располагают в указанной дополнительной полости, причем пружина сопряжена с торцевой поверхностью дополнительного штока подвижного поршня, регулятор перепада давления устанавливают в напорном канале второй смежной камеры, подпоршневую полость третьей камеры сообщают возвратным каналом с напорным каналом второй смежной камеры на участке между регулятором расхода и полостью указанной смежной камеры, датчик расхода устанавливают на конечном участке контролируемого трубопровода, причем давление в линии обратной связи зависит от величины расхода через указанный датчик.
