Импульсный предохранительный клапан
Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным устройствам, и предназначено для поддержания заданного давления в аппаратах, работающих под давлением газов при низких температурах. Импульсный предохранительный клапан содержит два затвора: главный и импульсный. Каждый из затворов состоит из седла и золотника. Золотник главного затвора снабжен сильфоном, образующим с седлом импульсного затвора сильфонную полость, и нагружен пружиной в сторону седла главного затвора. Имеется малое отверстие для входа газа в сильфонную полость. В седле импульсного затвора выполнены большое, по сравнению с малым отверстием, отверстие для сброса газа из сильфонной полости и отверстие для размещения толкателя. Толкатель расположен с возможностью взаимодействия с золотником импульсного затвора при открытии клапана. Седло закреплено на сильфоне главного затвора с возможностью образования неподвижным толкателем зазора между седлом и золотником импульсного затвора при давлении начала открытия. Малое отверстие для входа газа в сильфонную полость выполнено в золотнике главного затвора. Изобретение направлено на создание клапана, позволяющего вести сброс холодного газа продолжительный период, на упрощение конструкции и повышение надежности его работы. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к предохранительным устройствам, предназначенным для поддержания заданного давления, и может быть использовано в аппаратах, работающих под давлением газов при низких температурах.
Известны импульсные предохранительные клапаны, содержащие главный предохранительный клапан и импульсный клапан, обеспечивающие повышенную герметичность и точность срабатывания, например клапан, описанный в кн.: Н.Т.Романенко, Ю.Ф.Куликов. Криогенная арматура. Москва, Машиностроение, 1978, стр.37.
В указанных клапанах дополнительная герметизация затвора главного клапана достигается за счет давления той же среды, на которой работает клапан.
Недостатком указанных клапанов является то, что при повышении давления рабочей среды происходит разуплотнение затвора импульсного клапана, вследствие чего при проектировании таких клапанов приходится ограничивать величину зазора между золотником и расположенными с двух сторон седлами до 0,3-0,5 мм, и, невзирая на такую точность, часто происходит зависание плунжера и предохранительный клапан может не сработать. Динамика таких клапанов до сих пор недостаточно изучена.
Известны импульсные клапаны, содержащие главный предохранительный и импульсный клапан, управляемый от стороннего источника энергии, см., например, Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шмаков. Справочник трубопроводной арматуры. Ленинград, Машиностроение, 1987, стр.183.
Недостатком таких клапанов является то, что они требуют стороннего источника энергии для управления.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является импульсный предохранительный клапан по SU 1689705 А1.
Это известное устройство содержит максимальное количество признаков, изложенных в формуле изобретения, а именно импульсный предохранительный клапан содержит два затвора: главный и импульсный, причем каждый из затворов состоит из седла и золотника, золотник главного затвора снабжен сильфоном, образующим с седлом импульсного затвора сильфонную полость, и нагружен пружиной в сторону седла главного затвора, кроме этого, имеется малое отверстие для входа газа в сильфонную полость, а в седле импульсного затвора выполнены большое, по сравнению с малым отверстием, отверстие для сброса газа из сильфонной полости и отверстие для размещения толкателя, расположенного с возможностью взаимодействия с золотником импульсного затвора при открытии клапана.
Недостатком указанного клапана является его сложность, а самое главное - это наличие резиновых уплотнений, обеспечивающих уплотнение по цилиндрической поверхности подвижных поршней, что недопустимо при длительной работе клапана при низких температурах (ниже допустимых температур для резины), поэтому такие клапаны допускают понижение температуры кратковременно, пока не успеют охладиться резиновые уплотнения.
Задачей настоящего изобретения является создание клапана, позволяющего вести сброс холодного газа продолжительный период, упрощение конструкции и повышение надежности его в работе.
Указанная задача достигается тем, что предохранительный клапан снабжен двумя затворами: главным и импульсным, причем каждый из затворов состоит из седла и золотника. Золотник главного затвора снабжен сильфоном, образующим с седлом импульсного затвора сильфонную полость, и нагружен пружиной в сторону седла главного затвора, в котором имеется малое отверстие для входа газа в сильфонную полость, а в седле импульсного затвора имеются большое, по сравнению с малым отверстием, отверстие для сброса газа из сильфонной полости и отверстие для размещения в нем толкателя, расположенного с возможностью взаимодействия с золотником импульсного затвора при открытии клапана. Седло закреплено на сильфоне главного затвора с возможностью образования неподвижным толкателем зазора между седлом и золотником импульсного затвора при давлении начала открытия, а малое отверстие для входа газа в сильфонную полость выполнено в золотнике главного затвора.
На чертеже представлен в разрезе общий вид импульсного предохранительного клапана.
Буквами "А" и "Б" обозначены соответственно рабочая полость, которую клапан защищает от сверхдопустимого давления, и сильфонная полость, попадая в которую газ прижимает плунжеры к седлам.
Импульсный предохранительный клапан состоит из двух затворов - главного и импульсного.
Главный затвор содержит седло 1 и золотник 2, импульсный - седло 3 и золотник 4.
Внутри седла 3 размещен неподвижный толкатель 5.
Для настройки клапана на открытие предусмотрена пружина 6, а для предварительного поджатия золотника 4 - пружина 7.
Золотник 2 приварен к сильфону 8, последний - к седлу 3.
Неподвижный толкатель 5 обеспечивает возможность образования зазора между седлом и золотником импульсного затвора при давлении начала открытия клапана.
Для увеличения подъемной силы на золотник 2 навинчена обойма 9.
Для сообщения полости "А" с полостью "Б" в золотнике 2 предусмотрено отверстие "е" малого диаметра, а для сообщения полости "Б" с атмосферой в седле 3 - отверстие "f" большого диаметра (по сравнению с отверстием главного золотника).
Уплотнение в золотнике выполнено из материала, выдерживающего низкие температуры, например фторопласт-4.
Импульсный предохранительный клапан работает следующим образом.
При давлении от нуля до рабочего золотники 2 и 4 своими уплотнениями касаются седел 1 и 3. При этом газ из полости "А" через отверстие "е" малого диаметра попадает в сильфонную полость "Б", обеспечивая постоянное поджатие уплотняющих плоскостей.
При давлении, равном давлению начала открытия, уплотнитель золотника 4 касается торца толкателя 5 и начинает образовываться зазор между седлом 3 и золотником 4. Газ из полости "Б" устремится через отверстие "f" в атмосферу. Давление в полости "Б" упадет и станет меньше, чем в полости "А", т.к. сечение отверстия "е" меньше, чем сечение отверстия "f". Золотник 2 поднимется, газ будет сбрасываться из полости "А" в атмосферу с "упором" в обойму 9. Сила воздействия реакции потока на обойму заставляет золотник с обоймой "зависать", преодолевая усилие пружины 6.
При снижении давления в полости "А" уменьшается сила реакции потока на обойму, золотник 2, за счет давления в полости "Б" садится на седло 1. Импульсный предохранительный клапан закрывается, обеспечивая надежную герметичность.
Преимущество изобретения состоит в том, что с предлагаемым предохранительным клапаном можно обеспечить требования кодекса ММОГ (международного морского кодекса по опасным грузам) в части обеспечения герметичности при работе его на низких температурах (криогенного порядка) в длительном режиме.
Техническая документация одобрена Главным Управлением Российского Морского Регистра Судоходства. В настоящее время изготовлены, отработаны опытные образцы импульсного предохранительного клапана и начато его использование в серийной продукции изготовляемых контейнеров.
Импульсный предохранительный клапан, содержащий два затвора, главный и импульсный, причем каждый из затворов состоит из седла и золотника, золотник главного затвора снабжен сильфоном, образующим с седлом импульсного затвора сильфонную полость, и нагружен пружиной в сторону седла главного затвора, кроме этого имеется малое отверстие для входа газа в сильфонную полость, а в седле импульсного затвора выполнены большое, по сравнению с малым отверстием, отверстие для сброса газа из сильфонной полости и отверстие для размещения толкателя, расположенного с возможностью взаимодействия с золотником импульсного затвора при открытии клапана, отличающийся тем, что седло закреплено на сильфоне главного затвора с возможностью образования неподвижным толкателем зазора между седлом и золотником импульсного затвора при давлении начала открытия, а малое отверстие для входа газа в сильфонную полость выполнено в золотнике главного затвора.
