Предохранительный клапан

 

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, разрушающий элемент с ослабленным сечением и несквозным каналом, сообщенным с выходной полостью, нагрузочньй механизм со штоком, связанным с разрушаеь1ым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной опоры и установленный во входной полости корпуса сильфон-сигнализатор, передающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и расширения эксплуатационных возможностей клапана, механизм фиксации клиновидной опоры выполнен в виде установленной на сильфоне-сигнализаторе сквозной рамки, подпружиненного поворотного упора, удерживаемого указанной рамкой во взвешенном состоянии , и закрепленного на корпусе коромысла , один конец которого посредством серьги, проходящей через прорезь рамки сипьфона-сигнализатора, шарнирно связан с поворотным упором, а другой конец взаимодействует с сл торцовой поверхностью клиновидной опоры, образующей с соответствующим i плечом коромысла угол оС 90 - Р , где fC- угол между плечом коромысла и торцовой поверхностью клиновидной опоры, ругол трения, и имеющий дополнительную клиновидную поверхсо ность с обратным углом. | 4 01 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН р4 F 16 K 17/14

Всрсс.", ? ия 3 .:", 131

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ,4h

4л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3362732/25-08 (22) 10.12.81 (46) 23.01.87. Бюл. N - 3 (72) Е. Б. Пелевин, Д.П. Разумов, К.С.Пылин, Н.П.Смирнов, В.П.Терехин, Н.M.Öaðåâ и В.M.×èñòÿêîâ (53) 621.646(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 237510, кл. F 16 К 17/40, 1968.

Авторское свидетельство СССР

У 553383, кл. Р 16 К 17/14, 1972. (54)(57) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, разрушающий элемент с ослабленным сечением и несквоэным каналом, сообщенным с-выходной полостью,нагрузочиый механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной опоры и установленный во входной полости корпуса сильфон-сигнализатор, пере„„SU„„1034458 А дающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных воэможностей клапана, механизм фиксации клиновидной опоры выполнен в виде установленной на сильфоне-сигналиэаторе сквозной рамки, подпружиненного по- . воротного упора, удерживаемого указанной рамкой во взвешенном состоянии, и закрепленного на корпусе ко- ромысла, один .конец которого посредством серьги, проходящей через прорезь рамки сильфона-сигналиэатора, шарнирно связан с поворотным упором, а другой конец взаимодействует с

f торцовой поверхностью клиновидной опоры, образующей с соответствующим плечом коромысла уголе(< 90 - Р где ,б- угол между плечом коромысла и торцовой поверхностью клиновидной опоры, Р- угол трения, и имеющий дополнительную клиновидную поверхность с обратным углом.

4458 2

10 того, клапанам данного типа присущи свор недостатки. Выполнение конструкции, в которой шток с сильфоном, соединенный с разрывным стержнем, 20 является одновременно датчиком-сиг нализатором для фиксирующего механизма и приводом для обрыва калиброванного сечения разрывного стержня,,приводит к усложнению настройки клапана на давление срабатывания, невозможности проверки его работоспособности в условиях эксплуатации без разрыва калиброванного сечения разрывного стержня, снижению его надежности.

1 1ОЗ

Изобретение относится к агрегатам гидропневматики и может быть использовано в качестве предохрани. тельного устройства для систем атомной и общей энергетики, а также химической промышленности.

Известны предохранительные клапаны одноразового действия, содержащие разрывной стержень, имеющий несквозное отверстие, проходящее че-, рез ослабленное сечение, сильфон со штоком, передающим усилие рабочей среды, сжатый упругий элемент, напри мер пакет тарельчатых пружин, усилие сжатия которого направлено против давления рабочей среды.

В данной конструкции максимально возможный диаметр несквозного отверстия разрывного стержня и максимально возможная толщина стенки ослабленного сечения определяются эффективной площадью сильфона.

В связи с ограниченной номенклатурой сильфонов для высоких давлений рабочей среды диаметр несквозного отверстия разрывного стержня и толщина стенки ослабленного сечения ограничены относительно малыми значениями. Кроме того, в результате колебаний давления рабочей среды разрывной стержень нагружается осевыми усилиями, что приводит к изменению механических свойств ослабленного сечения и снижению точности срабатывания, а следовательно, к снижению надежности работы клапана.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сути является предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, разрушающий элемент с ос" лабленным сечением и несквозным каналом, сообщенным с выходной полос" тью, нагрузочный механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удержи-. вающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной опоры и установленной во входной полости корпуса сильфонсигнализатор, передающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры.

В данной конструкции частично устранены недостатки вьппеуказанного клапана, так как за счет фиксации штока, соединенного с разрывным стер35

55 жнем, до момента срабатывания калиброванное сечение разрывного стержня разгружено от осевых усилий, являющихся результатом колебаний давления рабочей среды. Однако как и в аналог максимально возможный диаметр несквозного отверстия разрывного стержня и максимально возможная толщина стенки калиброванного сечения определяются эффективной площадью сильфона. Точность срабатывания клапана и его надежность зависят от точности изготовления калиброванного сечения и механических (нрочностных) свойств металла разрывного стержня. Кроме

Целью изобретения является повышение надежности клапана, расширение его эксплуатационных возможностей.

Эта цель достигается тем, что в клапане, содержащем корпус с входным. и выходным штуцерами, разрушаемый элемент с ослабленным сечением и несквозным каналом, сообщеНным с выходной полостью, нагрузочный механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной. опоры и установленный во входной полости корпуса сильфон-сигнализатор, передающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры, последний выполнен в виде установленной на сильфоне-сигнализаторе сквозной рамки, подпружиненного поворотного упора, удерживаемого указанной рамкой во взвешенном состоянии, и закрепленного на корпусе коромысла, один конец которого посред-, ством серьги, проходящей через прорезь рамки сильфона-сигнализатора, 1034458

55 шарнирно связан с поворотным упором, а другой конец взаимодействует с торцовой поверхностью клиновидной опоры, образующей с соответствующим плечом коромысла угол д- 90 — р, где d. —— угол между плечом коромысла и торцовой поверхностью клиновидной опоры, P — угол трения, и имеющей дополнительную клиновидную поверхность с обратным углом.

Подобное выполнение механизма фиксации позволяет получить: небольшое удельное давление на поверхности контакта поворотного упора и рамки путем уменьшения усилия за счет соотношения плеч коромысла; максимальное перемещение клиновидной опоры и вследствие этого перемещение пакета упругих элементов, усилие сжатия которого направлено на обрыв ослабленного сечения разрывного элемента; надежное срабатывание механизма фиксации при перемещении рамки и ос,вобождении поворотного упора с моментом опрокидывания относительно оси вращения M=P:7, .

Кроме того, выполнение клиновидной опоры с дополнительной клиновидной поверхностью с обратным углом, размещенной в направляющих роликах, корпуса, а также исполнение механизма фиксации не распадающимся, а рас1цепляющимся обеспечивает: надежное сохранение настройки клапана на давление срабатывания в условиях эксплуатации, в том числе и условиях вибрации и ударных нагрузок; возможность осуществления периодических проверок механизма фиксации путем принудительного перемещения подвижных частей в пределах специально.предусмотренных зазоров, что повышает надежность клапана в условиях эксплуатации; возможность приведения клапана в рабочее состояние после срабатывания без его разборки и настройки, осуществляя лишь насложную замену разрывного элемента, что существенно расширяет эксплуатационные возможности предохранительного клапана.

На фиг.1 схематически изображен общий вид предохранительного клапана; на фиг.2 — узел механизма фиксации.

В корпусе 1 клапана размещен вход ой штуцер 2 для подвода рабочей среды, сильфон-сигнализатор 3 со штоком 4, на котором установлена пружина

5 и жестко закреплена рамка б, сильфон 7 со штоком 8 и разрывной элемент 9, имеющий несквозное отверстие и ослабленное сечение. Разрывной элемент байонетно закреплен в штоке 8.

Полости предохраняемой системы, в которых размещены сильфоны, сообшающиеся с помощью отверстия 10 в корпусе 1, герметизированы. Наштоке 8закреплены вилка 11 с роликом 12, сжимающая пакет упругих элементов (тарельчатые пружины) 13, усилие сжатия которых направлено на обрыв ослабленного сечения разрывного элемента 9.

Шток 8 с вилкой 11 зафиксирован от осевого перемещения клиновидной опорой 14, расположенной в направляющих роликах 15 корпуса 1. Клиновидная опора снабжена дополнительной клиновидной поверхностью 16 с обратным углом, выполнена с байонетным зацеплением 17 и наклонной торцовой поверхностью 18, контактирующей с коромыслом 19. Контакт коромысла 19 с торцовой поверхностью 18 осуществлен

30 через ролик 20. Кроме ролика возмож-. но применение других элементов, обеспечивающих снижение трения. Коромысло закреплено на оси 21 выступа корпуса 1. Один конец его через ролик

20 введен в контакт с клиновидной опорой 14, фиксируя ее от перемещения под действием горизонтальных составляющих от усилия сжатия пакета упругих элементов 13, а другой через серьгу 22 соединен с поворотным упором 23, закрепленным на оси 24 выступа корпуса 1. Поворотный упор 23 снабжен возвращающей пружиной 25 и введен в контакт с рамкой 6. Рамка 6 выполнена со сквозным пазом 26, обеспечивающим проход поворотного упора

23 с серьгой 22, и с резьбовым отверстием 27. Сверху корпус 1 клапана закрыт крышкой 28 и уплотнен прокладкой 29. В крышке 28 выполнены три окна 30,31,32, уплотненные и закрытые крышками.

Байонетное зацепление 17 на клиновидной опоре 14 и резьбовое отвер тие 27 на рамке 6 выполнены для при соединения приспособлений, устанавливаемых через окна 30,31,32 на крыш ке 28 для периодических проверок ра5 1034458 ботоспособности механизмов клапана без его срабатывания и приведения клапана в рабочее состояние после срабатывания.

Работает предохранительный клапан следующим образом.

15 вания поворотный упор 23 выходит из

30 ляющей от усилия сжатия пакета упругих элементов 13 и усилия от давления рабочей среды. Шток 8 с вилкой 11, перемещаясь под действием этих же усилий, захватывает головку разрывного элемента 9 и разрушает его по ослабленному сечению. Кинетическая энергия подвижных частей клапана в момент срабатывания гасится дополнительной клиновидной поверхностью 16 с .обратным углом на клиновидной опоре 14, благодаря которой энергия удара поглощается пакетом упругих элементов, что исключает возможность повреждения подвижных частей механизма клапана в момент срабатывания:

Значительное увеличение угла сс нецелесообразно, так как приводит к увеличению опрокидывающего момента на коромысле 19 и момента на поворотном упоре 23, а также к увеличению удельного. давления в месте контакта поворотного упора 23 и рамки 6.

Приведение клапана в рабочее состояние после срабатывания осуществляется без его разборки путем замены разрывного элемента 9 и принудительного перемещения приспособления, устанавливаемыми в окошках 30 и 31 в крьппке 28, штока 4 с рамкой 6 и клиновидной опоры 14, имеющих для соединения с приспособлениями резьбовое отверстие 27 и байонетное зацепление 17. Механизм фиксации, т.е.

55 При повышении давления рабочей реды во внутренней полости корпуса

1 до давления страгивания шток 4 с адамкой 6 сильфона-сигнализатора 3 перемещается вверх, сжимая пружину 5.

До достижении давления срабатывания поворотный упор 23 выходит из зацепления с рамкой 6 и поворачивается на оси 24 в направлении против часовой стрелки, проходя через сквозной паз 26 в рамке 6. Коромысло 19, связанное через серьгу 22 с поворотным упором 23, также поворачивается на оси 21, при этом ролик 20 освобождает клиновидную опору 14, которая перемещается, катясь по направляющим роликам 15, освобождая шток 8 с вилкой 11. Шток 8 с вилкой 11 под действием усилия сжатия пакета упругих . элементов 13 перемещается в осевом направлении, захватывая головку разрывного элемента 9 и разрушая его по ослабленному сечению усилием сжатия пакета 13 и усилием от давления рабочей среды на эффективную площадь сильфона 7. Полость предохранительной системы соединяется с системой сброса, обеспечивая тем самым снижениедавленияв предохраняемой.системе.

Перемещение всех, подвижных,,частей клапана в момент срабатывания осуществляется,за счет усилия пакета, упругих элементов 13 и усилия от давления рабочей среды. Под действием горизонтальной составляющей от этих усилий в точке контакта торцовой поверхности 18 клиновидной опоры

14 и ролика 20 коромысла 19 возникает усилие Р (см.фиг.2), направленное вдоль плеча коромысла 19 и образующее с ним небольшой угол (приведенный угол трения), обусловленный трением во всех элементах механизма фиксации. Опрокидывающий момент

M=P Х, возникающий под действием

1 У этого усилия P и стремящийся повернуть коромысло 19 вокруг оси 21, передается через серьгу 22 на поворотный упор 23 и также стремится повернуть его против часовой стрелки на оси 24.

За счет соотношения плеч коромысла и того, что угол небольшой, крутящий момент, а следовательно, и удельное давление в точке контакта поворотного упора 23 и рамки 6 имеют минимальные значения, что ограничивает потери на трение и исключает возможность задирания контактирующих поверхностей. Длина контактируемой поверхности рамки и поворотного упора равна величине перемещения штока 4 с рамкой

6 сильфона-сигнализатора 3 при увеличении давления рабочей среды до давления срабатывания.

По достижении давления срабаты-. зацепления с рамкой 6 и под действием крутящего момента от усилия Р поворачивается на оси 24, проходя через сквозной паз 26 в рамке 6. Коромысло

19 также поворачивается на оси 21, нри этом ролик 20 освобождает клиновидную опору 14, которая перемещается под действием горизонтальной состав7 1034 поворотный упор 23 и соединенное с ним через серьгу 22 коромысло 19 с роликом 20 под действием возвращаю- . щей пружины 25 автоматически устанавливаются в исходное положение.

Одновременно при вытягивании клиновидной опоры 14 происходит взведение пакета упругих элементов 13, усилие которого направлено на разрушение элемента 9 по ослабленному сечению.

Проверка точности срабатывания клапана при установленном разрывном элементе 9 производится в следующей последовательности: при помощи приспособления, установленного на крьппке 28 в окошке 30 и присоединенного с помощью байонетного зацепления 17, фиксируется от перемещения клиновидная опора 14, предохраняя тем самым от перемещения под действием усилия пакета упругих элементов 13 шток 8, а следовательно, разрывной элемент 9 от разрушения; подается давление через штуцер 2 во внутренние полости корпуса 1; фиксируется давление в момент расцепления поворотного упора 23 с рамкой 6 при приложении усилия к коiромыслу 19 через окошко 32 в крышке

28. Данное давление и будет являться давлением срабатывания.

Проверка работоспособности механизма фиксации предохранительного клапана при установленном разрывном элементе 9 и точности срабатывания клапана в условиях эксплуатации осуществляется в следующей последовательности:

458 8 при помощи приспособления, установленного на крышке 28 в окошке 30, фиксируется от перемещения клиновидная опора 14; с помощью приспособления, установленного на крышке 28 в окошке 31

:н соединенного с рамкой 6 через резьбовое отверстие 27, рамка 6 переме.— щается вверх на величину, равную пе10 ремещению штока 4 с рамкой 6 сильфона-сигнализатора 3 при давлении срабатывания; через окошко 32 в крышке 28 проверяется выход из зацепления поворотного упора 23 с рамкой 6 и легкость хода звеньев -механизма фиксации при приложении усилия к коромыслу

19. Настройка клапана на давление срабатывания и его регулировка осу20 ществляется эа счет поджатия пружины

5 на штоке 4 сильфона-сигнализатора

3 и последующей проверки точности срабатывания.

Предложенное решение дает воэможность получить механизм фиксации расцепляющимся, образованным взаимно скоординированными кинематическнми звеньями, позволяет создать предохранительные клапаны многоразового дей30 ствия с заменой разрывного стержня и взведением устройства после сра" батывания, удобные в условиях эксплуатации, не требующие разборки, ремонта и.настройки после срабаты35 вания, имеющие более высокую надежность и более широкие эксплуатационные возможности по сравнению с известными.

1 034458

1034458

20 18 6 14

Фу82

Составитель

Редактор С.Титова Техред H.Ãëóùåíêî Корректор С.Черни

Тираж 811 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7657

Производственно-полиграФическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4