предохранительный клапан

Формула изобретения

1. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с цилиндрической расточкой и сообщенным с ней входным каналом, размещенное в цилиндрической расточке и герметично соединенное с корпусом седло, выполненное в виде толстостенной втулки с осевым выходным каналом, и подпружиненный к седлу запорный элемент, отличающийся тем, что в цилиндрической расточке корпуса с уплотнением установлен толстостенный стакан и в нем с зазором размещен подпружиненный запорный элемент, при этом на внутренней поверхности стакана выполнен кольцевой бурт, а на запорном элементе с зазором по торцевой поверхности к бурту кольцевой выступ, причем стакан и запорный элемент размещены в корпусе с возможностью регулирования величины зазора.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой выступ выполнен в виде пружинной втулки, закрепленной на запорном элементе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в установках высокого давления для автоматического сброса среды при повышении давления выше расчетного.

Известен предохранительный клапан, содержащий корпус с крышкой, с входным и выходным каналами, в цилиндрической расточке которого размещен подпружиненный запорный орган, опирающийся своей боковой поверхностью на плавающую втулку и снабженный в своей торцевой части дросселем, ступенчатую втулку с радиальными отверстиями, установленную между плавающим седлом и плавающей втулкой, у которых на торцах, обращенных друг к другу, выполнены кольцевые проточки, при этом входной канал сообщен с выходным через установленный в торце запорного органа дроссель и размещенный в расточке крышки управляющий клапан [1]

Недостаток устройства конструктивная сложность и ограниченный диапазон рабочих давлений.

Известен предохранительный клапан, в корпусе которого установлены соосно основной затвор и нагруженный настроечной пружиной управляющий затвор, каждый из которых взаимодействует с седлом и снабжен линиями напора и слива, первый дроссель, установленный в напорной линии управляющего затвора, второй дроссель, установленный в линии слива управляющего затвора, и толкатель, жестко связанный с торцом обращенного к основному затвору управляющего затвора, при этом в основном затворе выполнены каналы, сообщающие его полость с напорной линией [2]

Недостатком устройства ограниченный диапазон рабочих давлений.

В качестве прототипа выбран предохранительный клапан, содержащий корпус с цилиндрической расточкой и сообщенным с ней входным каналом, размещенное в цилиндрической расточке и герметично соединенное с корпусом седло, выполненное в виде толстостенной втулки с осевым выходным каналом, и подпружиненный к седлу запорный элемент, а также чувствительный элемент в виде сильфона, заполненного капельной жидкостью, один торец которого закреплен на корпусе, другой свободно расположен в расточке с зазором относительно запорного элемента [3]

Это устройство работоспособно при достаточно высоких давлениях рабочей среды. Однако при длительной эксплуатации клапана в области сверхвысоких давлений возможно разрушение клапана в месте его заделки, так как он испытывает в этой области растяжение каждый раз в момент отрыва запорного элемента от седла. Кроме того, при использовании клапана в широком диапазоне температур из-за изменения сжимаемости жидкости, заполняющей сильфон, изменяется заданный порог срабатывания. Все это обуславливает пониженную надежность известного клапана.

Настоящее изобретение направлено на создание предохранительного клапана, не подверженного механическим разрушениям при воздействии высоких и сверхвысоких давлений и сохраняющего заданный порог срабатывания в широком диапазоне температур.

Для решения этой задачи в предохранительном клапане, содержащем корпус с цилиндрической расточкой и сообщенным с ней входным каналом, размещенное в цилиндрической проточке и герметично соединенное с корпусом седло, выполненное в виде толстостенной втулки с осевым выходным каналом, и подпружиненный к седлу запорный элемент, согласно изобретению, в цилиндрической расточке корпуса с уплотнением установлен толстостенный стакан и в нем с зазором размещен подпружиненный запорный элемент. На внутренней поверхности стакана выполнен кольцевой бурт. На запорном элементе с зазором по торцевой поверхности к бурту выполнен кольцевой выступ. Стакан и запорный элемент размещены в корпусе с возможностью регулирования величины зазора.

В частном случае выполнения для увеличения площади проходного сечения в момент срабатывания клапана кольцевой выступ может быть выполнен в виде пружинной втулки, закрепленной на запорном элементе.

Роль чувствительного элемента в предлагаемом устройстве выполняет система корпус-седло, изменяющая свои геометрические размеры под действием давления без выхода за пределы упругой деформации. При этом механически уязвимые зоны у такой системы отсутствуют. Порог давления срабатывания, задаваемый регулируемым зазором между кольцевым буртом стакана и кольцевым выступом запорного элемента, остается неизменным в широком диапазоне температур, так как все узлы устройства могут быть выполнены из одного материала, например, стали, т.е. одинаковым коэффициентом температурного расширения.

На фиг.1 представлен предохранительный клапан в положении "Закрыто" общий вид; на фиг.2 фрагмент клапана в положении "Открыто"; на фиг.3 вариант исполнения запорного элемента.

Предохранительный клапан содержит корпус 1 с цилиндрической расточкой 2, в которой размещено седло 3, выполненное в виде толстостенной втулки, и толстостенный стакан 4, в полости 5 которого размещен запорный элемент 6, поджатый пружиной 7. На выходе из корпуса 1 седло 3 загерметизировано сваркой или пайкой. Запорный элемент 6 установлен в полости 5 стакана 4 с боковым зазором. С цилиндрической расточкой 2 сообщается входной канал 8. Выходной канал 9 выполнен в виде сквозного осевого отверстия в седле 3.

Зазор А образован между кольцевым выступом, выполненным на боковой поверхности запорного элемента 6, и кольцевым буртом, выполненным на внутренней поверхности стакана 4. Внутренняя полость клапана герметизирована уплотнением 10, поджатым крышкой 11 с винтами 12. С помощью винта 13 перемещается стакан 4, что обеспечивает изменение зазора А.

Запорный элемент 6 (фиг. 3) состоит из конического участка 14, непосредственно взаимодействующего с седлом 3, хвостовика 15, пружинной втулки 16, зафиксированной с помощью гайки 17.

Работает предохранительный клапан следующим образом. В исходном положении запорный элемент 6 контактирует с седлом 3 и поджимается к нему пружиной 7, обеспечивающей первоначальное уплотнение. Настройка величины срабатывания производится винтом 13, при этом устанавливается зазор А, равный величине деформации Б системы корпус-седло под воздействием давления заданной величины. По мере возрастания давления, подаваемого по выходному каналу 7, оно воздействует на торцевую поверхность седла 3, а через него на корпус 1, и вызывает механическую деформацию сжатия растяжения. Одновременно входная среда, поступая через боковой зазор между наружной боковой поверхностью запорного элемента 6 и внутренней поверхностью 5 стакана 4 воздействует на торец запорного элемента 6. При этом возникает эффект "самоуплотнения", при котором запорный элемент 6 поджимается к седлу 3 давлением рабочей среды. По мере того, как седло 3 в результате деформации будет смещаться от своего первоначального положения, запорный элемент 6 будет смещаться вслед за ним, пока не будет выбран зазор А. Дальнейшее повышение входного давления вызовет дальнейшее перемещение седла 3. При этом образуется зазор Б между кромкой седла 3 и конической поверхностью участка 14, через который произойдет сброс излишнего давления в выходной канал 9 (фиг.2).

В варианте исполнения запорного элемента 6 с пружинной втулкой (фиг.3) после выбора зазора А запорный элемент продолжает перемещаться за седлом 3 до тех пор, пока усилие от давления внешней среды не сравнивается с усилием предварительного поджатия пружинной втулки 16 (последнее задается несколько меньшим, чем усилие от давления внешней среды в момент срабатывания клапана). При этом пружинная втулка 16 несколько сожмется. Дальнейшее увеличение давления приведет к отрыву седла 3 от запорного элемента 6. Давление в цилиндрической расточке 2 уменьшается, уменьшается также и давление, работающее на эффект самоуплотнения, и запорный элемент 6 скачкообразно, благодаря усилию пружинной втулки 16, переместится в сторону открытия. После сброса давления деформация корпуса 1 и седла 3 уменьшается и зазор исчезает. Клапан готов к следующему срабатыванию.