Устройство привода клапана

 

Устройство привода клапана предназначено для приведения в действие запорных клапанов или клапанов сброса давления, установленных на трубопроводах, по которым осуществляется перекачивание газообразных или жидких сред. Устройство содержит пневмогидроусилитель с масляной и газовой камерами, исполнительный механизм, включающий цилиндр, соединенный с масляной камерой пневмогидроусилителя, и резервуар высокого давления. Резервуар соединен с газовой камерой пневмогидроусилителя, в нем герметично заключен сжатый газ, например воздух или азот. Сжатый газ используется в качестве источника энергии для обеспечения давления масла, увеличенного усилителем, для приведения в действие исполнительного механизма и запорного клапана. Устройство снабжено распределителем, расположенным между цилиндром исполнительного механизма и усилителем, переключающим клапаном, масляным резервуаром и масляным насосом. Масляный резервуар соединен с распределителем через переключающий клапан. Масляный насос соединяет масляный резервуар и усилитель. Изобретение повышает надежность устройства. 4 с. и 6 з.п.ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройству привода клапана, предназначенному для приведения в действие запорных клапанов или клапанов сброса давления, установленных на трубопроводах, по которым осуществляется перекачивание газообразных или жидких материалов.

Из числа трубопроводов такого типа на газопроводах применяются запорные клапаны, размещенные по одному в различных пунктах по всей длине газопровода. В технике известен способ управления таким запорным клапаном с помощью исполнительного механизма, источником энергии в котором является давление газа в газопроводе, воспринимаемое на участке рядом с седлом запорного клапана.

В этом случае, однако, такое устройство является опасным, поскольку отработанный газ просачивается из исполнительного механизма в окружающий воздух. В тех случаях, когда выделение газа в окружающий воздух влечет за собой вероятность нанесения вреда людям и животным, давление газа в газопроводе не может быть использовано в качестве источника энергии.

В связи с этим часто прибегают к практике дополнительной установки отдельного напорного цилиндра с использованием давления воздуха, азота или двуокиси углерода и к использованию этого цилиндра в качестве источника энергии.

При использовании напорного цилиндра способом, указанным выше, давление цилиндра приводит в действие запорный клапан, преодолевая давление газа в газопроводе, и поэтому должно быть выше, чем давление, которое требуется исполнительному механизму. Кроме того, поскольку цилиндр имеет ограниченную емкость, запорный клапан в процессе переключения может прекратить нормальное движение из-за недостаточного давления. Поэтому цилиндр требует огромных затрат труда на пополнение его содержимого или замену новым цилиндром.

Если пополнение содержимого или замена упомянутого напорного цилиндра окажется неполным, напорный цилиндр может оказаться неспособным приводить в случае необходимости в действие запорный клапан и вызовет на нем неполадки или даже аварию газопровода.

Известно устройство привода клапана по US 4043533 A, 23.08.77, характеризующееся наличием пневмогидроусилителя с масляной и газовой камерами, при этом в газовой камере размещен поршень, а в масляной - шток, выдавливающий масло в цилиндр исполнительного механизма, приводящего в действие запорный клапан.

Известное устройство не обеспечивает достаточной надежности при эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности устройства привода клапана с резервуаром высокого давления, в котором герметически заключен сжатый газ в виде негорючего газа, а емкость и давление обеспечивают превосходные условия для работы пневмогидроусилителя.

Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства привода клапана, которое выполняет задачу сжатия путем перемещения усилителя в газовом резервуаре, с герметично заключенным в нем сжатым и негорючим газом, и которое обеспечивает безопасность и экономичность, исключая утечку текучей среды из резервуара.

Согласно одному из аспектов изобретения устройство привода клапана для приведения в действие запорного клапана или клапана сброса давления, расположенного на трубопроводе, предназначенном для транспортировки текучей среды, содержит пневмогидроусилитель, включающий масляную камеру и газовую камеру. Исполнительный механизм клапана включает цилиндр, соединенный с масляной камерой пневмогидроусилителя, а резервуар высокого давления соединен с газовой камерой пневмогидроусилителя и содержит в себе герметически заключенный сжатый газ, который используется в качестве источника энергии для повышения давления масла в усилителе с целью привода исполнительного механизма клапана и последующего включения запорного клапана или клапана сброса давления.

Между цилиндром исполнительного механизма и пневмогидроусилителем располагается распределитель, такой как распределитель с электромагнитным управлением. Этот распределитель соединен с масляным резервуаром посредством переключающего клапана, такой как распределитель с электромагнитным управлением, и этот масляный резервуар соединяется с усилителем через масляный насос.

Количество масла, которое выдается за один ход перемещения усилителя, должно быть достаточным для того, чтобы цилиндр при перемещении выполнил не меньше двух ходов.

Дополнение в резервуаре высокого давления должно быть таким, чтобы давление в усилителе перед началом последнего из ходов усилителя и давление в нем после окончания последнего хода было достаточным для приведения в действие исполнительного механизма. Резервуар высокого давления должен выдерживать давление, прилагаемое к нему после возвращения усилителя в исходное положение.

Согласно другому аспекту изобретения устройство привода клапана для приведения в действие запорного клапана или клапана сброса давления, расположенного на трубопроводе, предназначенном для транспортировки текучей среды, включает газовый резервуар с герметически заключенным в нем сжатым газом, пневмогидроусилитель, помещенный в газовом резервуаре так, что часть усилителя имеет внутреннее сообщение с газовым резервуаром, и исполнительный механизм клапана, соединенный с усилителем, причем сжатый газ в газовом резервуаре используется в качестве источника энергии для повышения давления масла в усилителе с целью привода исполнительного механизма клапана и последующего включения запорного клапана или клапана сброса давления.

Предпочтительно масляная камера пневмогидроусилителя соединяется с цилиндром исполнительного механизма клапана, пневмогидроусилитель располагается внутри газового резервуара, герметично заполненного сжатым газом, таким как газообразный азот или воздух, а исполнительный механизм в результате приводится в действие давлением масла, которое развивается усилителем при использовании в качестве источника энергии давления газа в газовом резервуаре.

Более предпочтительно, чтобы количество масла, которое выталкивается за один ход усилителя, было достаточным для того, чтобы цилиндр выполнил не менее двух ходов.

Давление в резервуаре высокого давления должно быть таким, чтобы давление в усилителе перед началом последнего из ходов усилителя и давление в нем после окончания, последнего хода было достаточным для приведения в действие исполнительного механизма. Резервуар высокого давления должен выдерживать давление, прилагаемое к нему после возвращения усилителя в исходное положение.

Запорный клапан, установленный на газопроводе, находится в открытом положении, и газ в нормальном положении протекает по газопроводу.

Газопровод, соединенный с резервуаром высокого давления, соединяется с газовой камерой пневмогидроусилителя и, следовательно, открыт для воздействия давления газа. В другом варианте газовая камера газового резервуара и газовая камера пневмогидроусилителя выполнены таким образом, чтобы иметь внутреннее сообщение между собой и постоянно открыты воздействию давления газа. Масляная камера усилителя соединяется с цилиндром маслопроводом. Через посредство распределителя, расположенного между масляной камерой и цилиндром, давление масла, которое генерируется в усилителе, прикладывается к стороне цилиндра, открывающей клапан. Тем временем сторона цилиндра, закрывающая клапан, остается соединенной с масляным резервуаром маслопроводом. Поскольку переключающий клапан, расположенный между цилиндром и масляным резервуаром, находится в закрытом положении и в результате этого масло не может поступать в цилиндр, положение усилителя остается неизменным наряду с открытым положением запорного клапана.

В случае, например, если давление в газопроводе выше или ниже клапана понижается из-за повреждения стенки трубы, сигнал, автоматически передающийся в результате регистрации такого явления, дает команду на включение запорного клапана. Поскольку этот сигнал вызывает изменения в состоянии распределителя с электромагнитным приводом, упомянутого выше, цилиндр вытесняет масло со стороны, открывающей клапан, в масляный резервуар. В результате этого давление масла, возникающее в масляной камере упомянутого усилителя, достигает стороны цилиндра, закрывающей клапана, приводит в действие цилиндр и, соответственно, закрывает запорный клапан. Поскольку переключающий клапан, после такого закрытия, возвращается в первоначальное положение, показанное на фиг. 1, а распределитель остается в неизменном положении, давление масла усилителя продолжает воздействовать на сторону цилиндра, закрывающую клапан, и в результате этого положение усилителя сохраняется наряду с закрытым положением запорного клапана.

При желании усилитель, находящийся в настоящее время в положении усиления предыдущей операции, может быть возвращен в первоначальное положение за счет того, что механизм выявления положения обнаруживает смещение усилителя и включает масляный нагнетательный насос, перекачивающий масло из масляного резервуара в масляную камеру усилителя посредством повышения давления, вызывая возвращение газа из газовой камеры в резервуар высокого давления или газовый резервуар благодаря тому факту, что давление масла, развиваемое масляным насосом, преодолевает давление, развиваемое в газовой камере усилителя.

Вслед за этим для того, чтобы открыть запорный клапан или посредством управляющего сигнала с пульта управления, или вручную, регулятор переключают таким образом, чтобы давление масла в усилителе возросло на стороне цилиндра, открывающей клапан, а масло со стороны цилиндра, закрывающей клапан, было выпущено в масляный резервуар. В результате давление масла, исходящее из масляной камеры, приводит в действие цилиндр и открывает в результате запорный клапан. После открывания запорного клапана переключающий клапан восстанавливает положение, показанное на фиг. 1, а масло в усилителе продолжает воздействовать на сторону цилиндра, открывающую клапан. Запорный клапан фиксируется в открытом положении путем переключения распределителя.

Даже при управлении запорным клапаном вручную с помощью рычага запорный клапан или клапан сброса давления можно закрывать и открывать аналогичным образом.

Когда количество масла, перемещаемого одним ходом перемещения усилителя, а именно количество масла, поступающего в цилиндр, достаточно для того, чтобы обеспечить не меньше двух ходов перемещения цилиндра, а масляный резервуар достаточно велик, работа по перекачиванию масла из масляного резервуара в усилитель, выполняемая масляным нагнетательным насосом и описанная выше, может выполняться один раз за не менее чем два хода перемещения цилиндра.

Таким образом, если этого количества масла достаточно для обеспечения не менее двух ходов перемещения цилиндра, то энергию, необходимую для упомянутого выше приведения в действие, можно отклонить для включения запорного клапана только с помощью двух регуляторов с электромагнитным управлением вместо того, чтобы вызвать возвращение в исходное положение усилителя.

Пневмогидроусилитель типа, описанного выше, должен обладать, в диапазоне обычных колебаний внутреннего давления газа в резервуаре высокого давления или газовом резервуаре, возможностью повышения давления в степени, достаточной для того, чтобы открывать и закрывать запорный клапан пропорционально размаху колебаний крутящего момента, вызванных колебаниями давления газа и требующихся для открывания и закрывания запорного клапана.

Регуляторы с электромагнитным управлением, предназначенные для переключения исполнительного механизма клапана, являющегося предметом настоящего изобретения, и способ работы описанного устройства, описанный выше, должны служить только для целей иллюстрации и ни в коем случае не ограничивает изобретение. Масляный нагнетательный насос может быть ручного типа, или с приводом, или даже с дистанционным управлением при единственном условии - чтобы он был способен вернуть усилитель в исходное положение, несмотря на давление газа. Резервуар высокого давления или газовый резервуар должен быть сконструирован и изготовлен таким образом, чтобы обладать наибольшей допустимой емкостью и воспринимать наибольшее возможное давление.

Надежнее всего использовать в качестве сжатого газа, находящегося в резервуаре высокого давления или газовом резервуаре, например, газообразный азот или воздух. Резервуар высокого давления или газовый резервуар приспособлен таким образом, чтобы обнаруживать снижение, если оно имеет место, внутреннего давления в резервуаре после продолжительного использования, и соответствующим образом обеспечивать пополнение ресурсов сжатого газа. Допустимо использовать в качестве герметично заключенного в резервуаре высокого давления или газовом резервуаре газа природный газ.

В предшествующем описании показана работа запорного клапана, расположенного на газопроводе. Когда газопровод оборудован клапаном сброса давления, клапан сброса давления демонстрирует такую же работу, как запорный клапан. В связи с этим в последующем описании конкретная работа запорного клапана будет опущена.

Конкретно, когда клапан сброса давления на газопроводе находится в закрытом положении, операции, описанные выше в обратном порядке, открывают клапан сброса давления и открывают газу путь по газопроводу.

На фиг. 1 схематически показана система трубопровода с устройством привода клапана в виде одного варианта реализации изобретения.

На фиг. 2 схематически показана часть системы трубопроводов с устройством привода клапана с фиг. 1 в положении, при котором клапан закрыт.

На фиг. 3 схематически показана система трубопроводов с устройством привода клапана в виде другого варианта реализации изобретения.

На фиг. 4 схематически показана часть системы трубопроводов с устройством привода клапана с фиг. 3 в положении, при котором клапан закрыт.

На фиг. 5 схематически показана часть системы трубопроводов устройства с фиг. 1 и с фиг. 3.

На фиг. 6 графически сравниваются значения крутящего момента на выходе устройства привода клапана.

На фиг. 7 показана схема, иллюстрирующая крутящий момент исполнительного механизма.

На фиг. 8 графически показана зависимость между давлением в резервуаре и крутящим моментом на выходе исполнительного механизма.

На фиг. 9 в поперечном разрезе показан пример расположения усилителя в газовом резервуаре.

На фиг. 10 в поперечном разрезе показан другой пример расположения усилителя в газовом резервуаре.

На фиг. 11 в поперечном разрезе показан еще один пример расположения усилителя в газовом резервуаре.

На фиг. 1 и фиг. 3 показаны схемы системы трубопроводов, демонстрирующие варианты реализации изобретения с применением устройства исполнительного механизма клапана к запорному клапану, расположенному на трубопроводе.

На этих схемах позицией 1 обозначен газопровод, по которому течет газ в направлении, указанном стрелкой, позицией 2 - запорный клапан, расположенный на газопроводе 1 и позицией 3 - исполнительный механизм в форме масляного напорного цилиндра, соединенного с запорным клапаном 2 и предназначенного для того, чтобы открывать и закрывать запорный клапан 2. Запорный клапан 2 открывается и закрывается перемещающимися в цилиндре 3a исполнительного механизма 3 под воздействием давления масла поршнями 3b и 3e. На фиг. 1 или фиг. 3 запорный клапан 2 показан в открытом положении.

На фиг. 1 позицией 4 обозначен резервуар высокого давления, в котором герметически заключен негорючий газ, такой как азот или воздух. Между резервуаром высокого давления 4 и маслопроводом 5, соединенным с цилиндром 3a, и помещен пневмогидроусилитель 6. Под воздействием давления масла, которое повышает в маслопроводе 5 усилитель 6 с использованием в качестве источника энергии для этого внутреннего давления в резервуаре высокого давления 4, исполнительный механизм 3 приводит в действие запорный клапан 2.

На фиг. 3 позицией 4 обозначен резервуар высокого давления, в котором герметически заключен негорючий газ, такой как азот или воздух. В этом резервуаре высокого давления 4 помещен пневмогидроусилитель 6, особенности размещения которого подробно будут разъяснены далее. Маслопровод 5a, соединенный с цилиндром 3a, соединен с пневмогидроусилителем 6. Под воздействием давления масла, которое повышает в маслопроводе 5a усилитель 6 с использованием в качестве источника энергии для этого внутреннего давления в резервуаре высокого давления 4, исполнительный механизм 3 приводит в действие запорный клапан 2.

На схеме маслопровод 5 оборудован масляным нагнетательным насосом 7 и соединен с масляным резервуаром 8. Под воздействием давления, которое масляный нагнетательный насос 7 поднимает до уровня, превышающего внутреннее давление в маслопроводе 5, масло из масляного насоса 7 и масло из масляного резервуара 8 вытесняется в масляную камеру 6a усилителя 6, возвращая усилитель 6 в первоначальное положение, с тем результатом, что газ в газовой камере 6b усилителя 6 будет возвращен в резервуар высокого давления.

На фиг. 3 масляный резервуар 8 соединен с маслопроводом 5b. С маслопроводом 5c, соединенным с масляным резервуаром 8, соединен датчик положения 30, предназначенный для регистрации смещения усилителя 6. С помощью датчика положения 30 автоматически включается масляный нагнетательный насос 7 с целью доведения давления до уровня, все же превышающего внутреннее давление в маслопроводе 5a. За счет такого повышения давления масло из маслопровода 5 и масло из масляного резервуара высокого давления 8 вытесняется в масляную камеру 6a усилителя 6, с тем результатом, что масло в масляной камере 6a усилителя 6 будет автоматически пополняться. На середине маслопровода 5a расположен переключающий клапан 9. Кроме того, маслопровод 5c может быть снабжен ручным насосом 7a, приспособленным для пополнения ресурсов масла в масляной камере 6a усилителя 6.

Ниже будут описаны различные варианты конструкции газового резервуара 4 и усилителя 6, показанных на фиг. 3. В варианте, показанном на фиг. 9, газовый цилиндр 4a снабжен по середине центральным буртиком 4b и по противоположным концам крышками 4c и 4d. Эти присоединенные детали герметизированы или посредством сварки, или с помощью уплотнительных колец, а газовый резервуар 4 и детали герметично соединены с помощью стягивающих стержней 4e.

Пневмогидроусилитель 6 помещен в этот газовый резервуар 4. Конкретнее, масляный цилиндр 6 располагается соосно с газовым цилиндром 4a между крышкой цилиндра 4c и центральным буртиком 4b. Пустое пространство, окружающее этот масляный цилиндр 6, служит газовой камерой 4f газового резервуара 4. Газовая камера 4f выполнена таким образом, чтобы сообщаться с газовой камерой 6j поршня 6c через горловину 4j. Кроме того, соосно с газовым резервуаром 4 между крышкой цилиндра 4d и центральным буртиком 4b расположен разделительный цилиндр 6b. Пустое пространство, окружающее разделительный цилиндр 6b служит газовой камерой 4f', газового резервуара 4. Эта газовая камера 4f' выполнена таким образом, что сообщается с газовой камерой 4f газового резервуара через отверстие 4h. Усилитель 6 снабжен поршнем 6c, поршневым штоком 6d и масляной камерой 6a, а также масляным отверстием 6j для соединения масляной камеры 6a с цилиндром 3a исполнительного механизма 3. Кроме того, на ведущем конце поршневого штока 6d имеется камера окружающего воздуха 6f, небольшой шток 6g и индикатор 6h. Датчик 30a предназначен для регистрации перемещения поршня 6c на определенное расстояние и включения масляного нагнетательного насоса.

На фиг. 10 показан другой вариант реализации пневмогидроусилителя 6, заключенного в газовом резервуаре 4. Противоположные концы газового цилиндра 24a герметически закрыты за счет установки на них головок цилиндра 24b и 24c посредством сварки или с помощью уплотнительных колец и герметично соединенных с помощью стягивающего стержня 24d.

Масляный цилиндр 26a располагается соосно с газовым цилиндром 24a. Пустое пространство, окружающее этот масляный цилиндр 26a, служит газовой камерой 24e газового резервуара 4. Усилитель 6 снабжен поршнем 26b и поршневым штоком 26c. Масляная камера 26d располагается между масляным цилиндром 26a и поршневым штоком 26c. В головке цилиндра 24b предусмотрены отверстия для масла 26 и сливное отверстие 26f, которые предназначены для сообщения с масляной камерой 26d и соединяются далее с исполнительным механизмом 3.

Внутренние части поршня 26b и поршневого штока 26c заглублены для образования газовой камеры 26g. Головка цилиндра 24c имеет отверстие 24g, которое служит для обеспечения сообщения между газовой камерой 26g и газовой камерой 24. В ней предусмотрен также газовый канал 24h.

Кроме того, поршневой шток 26c снабжен в своей ведущей части шкалой 31 и предельным переключателем 30b, способным следить за положением поршневого штока 26c при его перемещении, и в то же время, регулировать это положение путем придания необходимого движения /или иным способом, позволяющим выполнить эту задачу/. Этот переключатель 30b расположен также таким образом, что поршневой шток 26с в процессе перемещения в конечном счете задевает его и приводит таким образом в действие масляный нагнетательный насос 7.

На фиг. 11 показан другой вариант реализации пневмогидроусилителя 6, заключенного в газовом резервуаре 4. Противоположные концы газового цилиндра 34a герметически закрыты за счет установки на них головок цилиндра 34b и 34c посредством сварки или с помощью уплотнительных колец и герметично соединенных с помощью стягивающего стержня 34d.

Масляный цилиндр 36a располагается соосно с газовым цилиндром 34a. Пустое пространство, окружающее этот масляный цилиндр 36a, служит газовой камерой 34e газового резервуара 4. Усилитель 6 снабжен поршнем 36b и поршневым штоком 36c. Пустое пространство, образующееся между масляным цилиндром 36a и поршневым штоком 36c служит камерой окружающего воздуха 36d. Отверстие 34g обеспечивает сообщение между газовой камерой 34 и газовой камерой 36j. Кроме того, предусмотрен газовый канал 34h. Отверстие для масла 36f выполнено в переднем конце масляной камеры 36, которая расположена в переднем конце поршневого штока 36c. Для слежения за положением, которое занимает при перемещении поршневой шток 36c, применяется механизм регистрации положения 30, который приспособлен для использования отверстия 36g для окружающего воздуха.

Ниже будут рассмотрены коэффициенты усиления, которые обеспечивают упомянутые резервуар высокого давления и усилитель.

Что касается коэффициента усиления усилителя 6, то клапан должен нормально срабатывать под воздействием крутящего момента X, полученного в качестве результата действия устройства привода клапана, должным образом /диаметр цилиндра и длины рычага/ умноженного на коэффициент усиления усилителя, чтобы постоянно превышать необходимый крутящий момент Y на величину в пределах колебаний давления в газовом резервуаре, отбираемого в качестве источника энергии, как показано на фиг.6.

Положение дел в этом случае будет рассмотрено ниже со ссылками на приведенную в качестве разъяснения схему на фиг. 7. Предполагается, что соответствующее устройство предназначено для шарового клапана с необходимым крутящим моментом 2200 кгм, а применяемый в данном случае исполнительный механизм имеет форму шатуна в виде клиновидной скобы. Когда принцип работы этого устройства требует, чтобы давление как источник энергии было увеличено в усилителе до его приложения к исполнительному механизму, крутящий момент на выходе таков, как показано ниже для варианта, когда эффективность передачи установлена равной 1. Когда давление источника энергии P, обозначенного на фиг. 5, имеет величину 70 кгс/кв. см. изб. давления, как показано ниже в формуле (1), где M представляет давление масла, когда давление газа принято за 1, отмечается, что крутящий момент на выходе превосходит необходимый крутящий момент.

Предположим, что усилитель, размеры которого показаны на фиг. 7, имеет конструкцию, изображенную на фиг. 11. Конечно, конструкции, показанные на фиг. 9 и фиг. 10, выполняют те же функции, что и на фиг. 11. Однако, когда они обеспечивают такую же степень усиления давления, что и конструкция с фиг. 11, их размеры могут отличаться от размеров конструкции с фиг. 11.

T = d² L P M 2 = 9² 10 70 2,58 2 = 229785 кгсм. = 2297 кгм > 2200 кгм (1) В случае использования в качестве источника энергии газового резервуара 4, показанного на фиг. 1, первоначальное давление и емкость этого газового резервуара 4 определяют по приведенным ниже формулам.

Данный исполнительный механизм 3 предназначен для аварийной отсечки, сконструирован таким образом, чтобы постоянно держать клапан в открытом положении, и приспособлен для выполнения трех действий, т.е. открыть => закрыть = > открыть => закрыть, даже при отключении питания. В этом случае второе действие закрыть => открыть имеет большой крутящий момент и, следовательно, требует необходимого крутящего момента, упомянутого выше.

Объем перемещения масла в исполнительном механизме 3 выражается следующей формулой: 9² 10 2 = 1272,3 куб.см. (2) Длина перемещения штока усилителя 6 выражается следующей формулой.

Емкость W источника энергии со стороны усилителя 6, необходимая для одного действия штока, выражается следующей формулой: W = 18² 12,91 = 3285 куб.см. = 3,3 л. (4) Если принять емкость газового резервуара 4 равной 20 литрам и первоначальное давление в нем - 80 кгс/см² изб. давления, давление газа P₁ в газовом резервуаре 4 после выполнения одного действия /перед вторым действием/ выражается следующей формулой.

(5) Давление газа P₂ в газовом резервуаре 4 после выполнения второго действия /перед третьим действием/ выражается следующей формулой.

Давление газа P₃ в газовом резервуаре 4 после выполнения третьего действия выражается следующей формулой.

Крутящий момент на выходе T₂ в начале второго действия выражается следующей формулой.

Крутящий момент на выходе T₃ в начале третьего действия выражается следующей формулой

Крутящий момент на выходе T₄ после окончания третьего действия выражается следующей формулой:

График, полученный путем нанесения на него этих результатов, показан на фиг. 8.

В данном случае крутящий момент около 450 кгм. оказывается достаточным для выполнения действия открыть => закрыть рассматриваемый здесь запорный клапан 2.

Приведенные выше данные ясно показывают, что емкость в 20 л и внутреннее давление 80 кгс/кв. см изб. давления, согласно расчетам, выполненным по предлагаемым формулам, достаточны для газового резервуара 4. Эксперимент, описанный выше, рассматривается как один из предпочтительных вариантов реализации изобретения. Естественно, что он ни в коем случае не ограничивает это изобретение.

На фиг. 1 позицией 9 обозначен переключающий клапан с электромагнитным управлением, а позицией 10 - распределитель с электромагнитным управлением. В качестве этих клапанов с электромагнитным управлением 9 и 10 может использоваться четырехпутевой клапан с электромагнитным управлением или два двухпутевых клапана с электромагнитным управлением. Далее позициями 11 и 12 обозначены регуляторы скорости, 13 - предохранительный клапан, 14 - контрольный клапан, 15 - перекрывающий клапан, 16 - регулятор потока, 17 - переключатель давления, 18 - контрольный клапан, 19 и 20 - перекрывающие клапаны и 21 - источник электропитания. Пунктиром показана электропроводка системы управления. На фиг. 5 позицией 22 обозначен управляемый выпускной клапан, предназначенный для определения стороны с низким давлением относительно запорного клапана 2, а позицией 23 обозначен переключающий клапан.

Конструкция упомянутого выше переключающего клапана с электромагнитным управлением 9 позволяет прочно удерживать усилитель 6 в нужном положении даже если клапан с электромагнитным управлением 10 допустит просечку. В тех же случаях, когда этот клапан с электромагнитным управлением 9 не протекает /превосходно герметизирован/, усилитель может прочно сохранять свое положение в течение длительного времени.

На фиг. 3 позицией 9 обозначен переключающий клапан с ручным управлением, а позицией 10 - распределитель с электромагнитным управлением. В качестве клапана с электромагнитным управлением 10 может использоваться четырехпутевой клапан с электромагнитным управлением или два двухпутевых клапана с электромагнитным управлением. Далее позициями 11 и 12 обозначены регуляторы скорости, 13 - предохранительный клапан, 14 - контрольный клапан, 15 - перекрывающий клапан, 16 - регулятор потока, 17 - переключатель давления, 18 - контрольный клапан, 19 и 20 - перекрывающие клапаны и 21 - источник электропитания. Пунктиром показана электропроводка системы управления. На фиг. 5 позицией 22 обозначен управляемый выпускной клапан, предназначенный для определения стороны с низким давлением относительно запорного клапана 2, а позицией 23 обозначен переключающий клапан.

Ниже приведено описание действия варианта реализации изобретения, описанного выше.

Как показано на фиг. 1, маслопровод 5, расположенный между усилителем 6 и цилиндром 3a, снабжен переключающим клапаном с электромагнитным управлением 9, переключающим клапаном с электромагнитным управлением 10, масляным нагнетательным насосом 7, регуляторами скорости 11 и 12, контрольным клапаном 14 и предохранительным клапаном 13. Иногда переключающий клапан с электромагнитным управлением 9 и распределитель с электромагнитным управлением 10 оборудуются рычагами для ручного управления. Они приспособлены к тому, чтобы приводиться в действие аварийным сигналом, который будет описан полнее ниже, или командным сигналом, управляющим с пульта управления.

Маслопроводы 5a, 5b и 5c, которые расположены между усилителем 6 и противоположными сторонами цилиндра 3a, снабжены переключающим клапаном с электромагнитным управлением 10, масляным нагнетательным насосом 7, ручным насосом 7a, регуляторами скорости 11 и 12, контрольным клапаном 14, контрольным клапаном 14a и предохранительным клапаном 13, как показано на фиг.3. Переключающий клапан с электромагнитным управлением 10 оборудуется рычагами для ручного управления и приспособлен к тому, чтобы приводиться в действие аварийным сигналом, который будет описан полнее ниже, или командным сигналом, поступающим с пульта управления.

Как показано на фиг. 1, запорный клапан 2 находится в открытом положении и газ может проходить по трубопроводу в нормальном состоянии в направлении, указанном стрелкой.

Газовая камера 6b пневмогидроусилителя 6 подвергается воздействию передающегося по трубе 4a негорючего газа, такого как азот, герметически заключенного в резервуаре высокого давления 4. В этом случае допустимо использование в качестве сжатого газа, герметически заключенного в резервуаре высокого давления 4, природного газа. Масляная камера 6a усилителя 6 соединена со стороной открывания клапана 3c цилиндра 3a маслопроводом 5. Давление масла, повышенное усилителем 6 c использованием в качестве источника энергии давления газа воздействует, таким образом, на сторону открывания клапана 3c поршня 3b. В то же время другая сторона, а именно сторона закрывания клапана 3d цилиндра 3a соединена с масляным резервуаром 8 через распределитель с электромагнитным управлением 10. Однако, поскольку переключающий клапан с электромагнитным управлением 9 находится в закрытом положении, запорный клапан 2 остается в открытом положении и, в то же время, прочно сохраняет положение усилителя.

Если газопровод 1 окажется поврежден, начнет протекать и в результате этого, например ниже по течению, начнется снижение давления, переключатель давления 17 воспримет это понижение давления и выдаст сигнал на аварийное закрывание или освобождение запорного клапана 2, или же пульт управления выдаст команду на соответствующее приведение в действие запорного клапана 2. В ответ на сигнал включается распределитель с электромагнитным управлением 10 и одновременно открывается переключающий клапан с электромагнитным управлением 9, как показано на фиг. 2, чтобы обеспечить сообщение между стороной открывания клапана 3c цилиндра 3a и масляным резервуаром 8 и вызвать перекачивание масла со стороны открывания клапана 3c цилиндра 3a в масляный резервуар 8. В результате давление масла, повышенное усилителем 6, воздействует на сторону закрывания клапана 3d цилиндра 3a, вызывая перемещение поршня 3a вправо на фиг. 1 и закрывая запорный клапан 2, как показано на фиг. 2.

Когда происходит включение масляного нагнетательного насоса 7, масло в масляном резервуаре 8 с усилием проходит через контрольный клапан 14 и достигает масляной камеры 6a усилителя 6. Последующее давление масла преодолевает давление газа, воздействующего на газовую камеру 6b усилителя 6 и возвращает усилитель 6, вытесняя таким образом газ из газовой камеры 6 в резервуар высокого давления 4.

Затем, для того, чтобы открыть запорный клапан 2 с помощью командного сигнала с пульта управления или вручную, распределитель с электромагнитным управлением 10 переключается, чтобы передать усилие давления масла из усилителя 6 на сторону открывания клапана 3c цилиндра, а переключающий клапан с электромагнитным управлением 9 открывается для того, чтобы допустить вытеснение масла из стороны закрывания клапана 3d цилиндра 3a в масляный резервуар 8. В результате давление масла из масляной камеры 6a усилителя 6, упомянутого выше, приводит в действие цилиндр 3a и открывает запорный клапан 2. После открытия запорного клапана 2, поскольку распределитель с электромагнитным управлением 10 остается в прежнем положении, в то время как переключающий клапан с электромагнитным управлением 9 возвращается в положение, показанное на фиг. 1, давление масла в усилителе 6 продолжает воздействовать на сторону открывания клапана 3c цилиндра 3b. На основании этого принципа работы закрывание запорного клапана 2 осуществляется путем переключения распределителя с электромагнитным управлением 10 при одновременном открытии переключающего клапана с электромагнитным управлением 9. С другой стороны, запорный клапан 2 может быть аналогичным образом открыт и закрыт с использованием ручных рычагов двух клапанов с электромагнитным управлением 9 и 10.

Теперь запорный клапан 2 находится в открытом положении и газ может проходить по трубопроводу в нормальном состоянии в направлении, указанном стрелкой.

Газовые камеры 6j, 26g и 36i пневмогидроусилителя 6 подвергаются воздействию передающегося через горловины 4i, 24g и 34g давления негорючего газа, такого как азот, герметически заключенного в резервуаре высокого давления 4. В этом случае допустимо использование в качестве сжатого газа, герметически заключенного в резервуаре высокого давления 4, природного газа. Масляные камеры 6a, 26d и 36 усилителя 6 соединены со стороной открывания клапана 3c цилиндра 3a масляными каналами 6i, 26 и 36f. Давление масла, повышенное усилителем 6 с использованием в качестве источника энергии давления газа, воздействует, таким образом, на сторону открывания клапана 3c поршня 3b. В то же время другая сторона, а именно сторона закрывания клапана 3d цилиндра 3a соединена с масляным резервуаром 8 через распределитель с электромагнитным управлением 10.

Если газопровод 1 окажется поврежден, начнет протекать и в результате этого, например ниже по течению начнется снижение давления, переключатель давления 17 воспримет это понижение давления и выдаст сигнал на аварийное закрывание или освобождение запорного клапана 2, или же пульт управления выдаст команду на соответствующее приведение в действие запорного клапана 2. В ответ на сигнал включается распределитель с электромагнитным управлением 10, как показано на фиг. 2, чтобы обеспечить сообщение между стороной открывания клапана 3c цилиндра 3a с масляным резервуаром 8 и вызвать перекачивание масла со стороны открывания клапана 3c цилиндра 3a в масляный резервуар 8. В результате давление масла, повышенное усилителем 6, воздействует на сторону закрывания клапана 3d цилиндра 3a, вызывая перемещение поршня 3a вправо, как показано на фиг. 3, и закрывая запорный клапан 2, как показано на фиг. 4.

Когда происходит включение масляного нагнетательного насоса 7, масло в масляном резервуаре 8 с усилием проходит через контрольный клапан 14 и достигает масляной камеры 6a усилителя 6. Последующее давление масла преодолевает давление газа, воздействующего на газовую камеру 6b усилителя 6 и возвращает усилитель 6, вытесняя таким образом газ из газовой камеры в резервуар высокого давления 4.

Затем, для того, чтобы открыть запорный клапан 2 с помощью командного сигнала с пульта управления или вручную, распределитель с электромагнитным управлением 10 переключается, чтобы передать усилие давления масла из усилителя 6 на сторону открывания клапана 3c цилиндра 3a, и допустить вытеснение масла из стороны закрывания клапана 3d цилиндра 3a в масляный резервуар 8. В результате давление масла из масляной камеры 6a усилителя 6, упомянутого выше, приводит в действие цилиндр 3a и открывает запорный клапан 2. После открывания запорного клапана 2, поскольку распределитель с электромагнитным управлением 10 остается в прежнем положении, давление масла в усилителе 6 продолжает воздействовать на сторону открывания клапана 3c цилиндра 3b. На основании этого принципа работы закрывание запорного клапана 2 осуществляется путем переключения распределителя с электромагнитным управлением 10.

Усилитель должен иметь, в диапазоне обычных отклонений внутреннего давления газа в газовом резервуаре 4, коэффициент повышения давления, достаточный для надежного перемещения цилиндра 3a, позволяющего привести в действие запорный клапан 2 пропорционально отклонениям крутящего момента, вызванным отклонениями в давлении газа и требующийся при приведении в действие запорного клапана 2. Запорные клапаны 15, 19 и 20 предназначены для технического обслуживания и осмотров, а предохранительный клапан 13 предназначен для обслуживания трубопровода, включая маслопроводы.

Устройство привода клапана, являющееся предметом настоящего изобретения, кроме использования на газопроводах, может быть применено к запорному клапану, установленному на трубопроводе, по которому перемещаются жидкие материалы.

Варианты реализации изобретения, описанные выше, представляют случаи использования устройства привода клапана для закрывания запорного клапана. Это изобретение может быть также реализовано в форме устройства привода клапана, применяемого к установленному на газопроводе клапану сброса давления.

Назначение клапана сброса давления в изобретении является альтернативным назначению запорного клапана в любом из предшествующих вариантов реализации изобретения. Иными словами, в отношении конструкции, применения и получаемых результатов настоящий вариант реализации почти идентичен предшествующим вариантам реализации.

Устройство привода клапана, являющееся предметом изобретения, позволяет избежать возможности случайной утечки газа, транспортируемого по газопроводу, и может быть использовано практически безопасно, поскольку в нем в качестве источника энергии для управления запорным клапаном /или клапаном сброса давления/ используется давление газа в резервуаре высокого давления, в котором герметически заключен сжатый газ, такой как несгораемый газ.

Кроме того, поскольку давление из резервуара высокого давления передается как источник движущей силы на исполнительный механизм через усилитель, устройство привода клапана, являющееся предметом настоящего изобретения, допускает оптимальный выбор усилителя и исполнительного механизма и обеспечивает превосходную компактность и дешевизну.

Поскольку устройство привода клапана, являющееся предметом изобретения, включает усилитель, расположенный внутри газового резервуара, в котором герметично заключен сжатый газ, такой как негорючий газ, само устройство может быть компактным. Кроме того, устройство привода клапана обеспечивает безопасность и экономичность, поскольку не допускает утечек текучей среды в окружающий воздух.

Формула изобретения

1. Устройство привода клапана, предназначенное для приведения в действие запорного клапана, установленного на трубопроводе для транспортировки текучей среды, содержащее пневмогидроусилитель с масляной и газовой камерами, исполнительный механизм клапана, включающий цилиндр, соединенный с масляной камерой пневмогидроусилителя, и резервуар высокого давления, соединенный с газовой камерой пневмогидроусилителя, с герметично заключенным в нем сжатым газом для использования его в качестве источника энергии для обеспечения давления масла, увеличенного усилителем, для приведения в действие исполнительного механизма клапана с последующим приведением в действие запорного клапана, отличающееся тем, что оно содержит распределитель, расположенный между цилиндром исполнительного механизма клапана и усилителем, переключающий клапан, масляный резервуар, соединенный с распределителем через переключающий клапан, и масляный насос, соединяющий масляный резервуар и усилитель.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сжатый газ является сжатым воздухом или сжатым азотом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что распределитель и переключающий клапан выполнены с электромагнитным управлением.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель выполнен с возможностью обеспечения вытеснения одним ходом перемещения масла в количестве, достаточном для выполнения не менее двух ходов перемещения цилиндра исполнительного механизма клапана.

5. Устройство привода клапана, предназначенное для приведения в действие клапана сброса давления, установленного на трубопроводе для транспортировки текучей среды, содержащее пневмогидроусилитель с масляной и газовой камерами, исполнительный механизм клапана, включающий цилиндр, соединенный с масляной камерой пневмогидроусилителя, и резервуар высокого давления, соединенный с газовой камерой пневмогидроусилителя, с герметично заключенным в нем сжатым газом для использования его в качестве источника энергии для обеспечения давления масла, увеличенного усилителем, для приведения в действие исполнительного механизма клапана с последующим приведением в действие клапана сброса давления, отличающееся тем, что оно содержит распределитель, расположенный между цилиндром исполнительного механизма клапана и усилителем, переключающий клапан, и масляный резервуар, соединенный с распределителем через переключающий клапан, масляный насос, соединяющий масляный резервуар и усилитель.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что сжатый газ является сжатым воздухом или сжатым азотом.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что распределитель и переключающий клапан выполнены с электромагнитным управлением.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что усилитель выполнен с возможностью обеспечения вытеснения одним ходом перемещения масла в количестве, достаточном для выполнения не менее двух ходов перемещения цилиндра исполнительного механизма клапана.

9. Устройство привода клапана, предназначенное для приведения в действие запорного клапана, установленного на трубопроводе для транспортировки текучей среды, содержащее газовый резервуар с заключенным в нем сжатым газом, пневмогидроусилитель с масляной и газовой камерами и исполнительный механизм клапана, соединенный с усилителем, причем сжатый газ в газовом резервуаре используется как источник энергии для обеспечения давления масла, увеличенного усилителем, для приведения в действие исполнительного механизма клапана с последующим приведением в действие запорного клапана, отличающееся тем, что пневмогидроусилитель расположен внутри газового резервуара для обеспечения внутреннего сообщения части усилителя с газовым резервуаром.

10. Устройство привода клапана, предназначенное для приведения в действие клапана сбора давления, установленного на трубопроводе для транспортировки текучей среды, содержащее газовый резервуар с заключенным в нем сжатым газом, пневмогидроусилитель с масляной и газовой камерами и исполнительный механизм клапана, соединенный с усилителем, причем сжатый газ в газовом резервуаре используется как источник энергии для обеспечения давления масла, увеличенного усилителем, для приведения в действие исполнительного механизма клапана с последующим приведением в действие клапана сброса давления, отличающееся тем, что пневмогидроусилитель расположен внутри газового резервуара для обеспечения внутреннего сообщения части усилителя с газовым резервуаром.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11