Предохранительный клапан

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к пружинным полноподъемным предохранительным клапанам, и предназначено для защиты емкостей и трубопроводных систем от превышения в них давления свыше допустимого предела в химической, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Предохранительный клапан содержит корпус, шток с запорным органом и пружины, не менее двух. Пружины установлены поярусно. Один конец пружин воздействует на шток с запорным органом. Другой конец пружин поджимается и фиксируется относительно неподвижной опоры. Фиксация поджатия пружин каждого яруса осуществляется независимо друг от друга. Изобретение направлено на расширение диапазона применения пружинных полноподъемных предохранительных клапанов и повышение их пропускной способности. 1 ил.

 

Изобретение относиться к арматуростроению, в частности к предохранительным клапанам, и может найти применение в химической, нефтегазовой и других отраслях промышленности для защиты емкостей и трубопроводных систем от превышения в них давления свыше допустимого предела.

Одной из проблем при эксплуатации емкостей и трубопроводных систем на высокие параметры, на условное давление PN 20 МПа (200 кгс/см²⁾ и диаметр условного прохода ДN 100÷600 является невозможность использовать предохранительные клапаны (ПК). Это связано с тем, что с увеличением ДN и PN резко возрастает выталкивающее усилие по штоку, связанному с запорным органом, а также с тем, что пружина должна обеспечивать герметичность в затворе, полноподъемность при давлении полного открытия Р_по и давлении закрытия Р_з в заданных пределах.

Сложность выполнения одновременно этих требований вызвано тем, что технология изготовления пружины не позволяет изготовить пружину, которая одновременно обеспечивала бы и герметичность в затворе за счет большого установочного усилия, и оптимальную жесткость ее, что способствовало бы подъему запорного органа относительно седла корпуса на

что, в свою очередь, обеспечивало бы полноподъемность ПК и, следовательно, оптимальный расход рабочей среды через ПК, где dc - диаметр проходного сечения в седле корпуса. Изготовление такой пружины ограничено индексом пружины

где Д_о - средний диаметр витка, d - диаметр прутка (проволоки).

Снижение жесткости пружины за счет увеличения количества витков в пружине приводит к увеличению свободной высоты и, как следствие, к потере ее устойчивости и работоспособности.

Известны ПК, см. «Каталог 2005, Трубопроводная арматура», ОАО «Благовещенский арматурный завод», стр.30-36, принятые за прототип.

Это клапаны прямого действия, в которых седло корпуса перекрывается запорным органом под воздействием подпружиненного штока. При превышении давления среды запорный орган при давлении полного открытия P_по поднимается над седлом корпуса, а при падении давления перед ПК запорный орган перекрывает седло корпуса при давлении закрытия Р_з.

Недостатком указанных клапанов является то, что их нельзя использовать для больших условных проходов ДN и высоких условных давлений PN из-за необходимости использовать пружины на большие установочные усилия от 3500 кгс и выше при сохранении соответствующей жесткости, обеспечивающей полноподъемность ПК. При этом необходимо иметь пружину сравнительно мягкую с большим запасом регулировочного хода и большим установочным усилием, что ограничивает применение и создание ПК с диаметром проходного сечения в седле не более 75 мм.

На низких давлениях рабочей среды PN до 16 кгс/см² и ДN 200 проходное сечение в седле ограничивается 142 мм.

Целью настоящего изобретения является расширение диапазона применения пружинных полноподъемных ПК по ДN и PN и повышение их пропускной способности (расхода рабочей среды) за счет возможности увеличения диаметра проходного сечения в седле корпуса клапана.

Указанная цель достигается тем, что в известном клапане, содержащем корпус, шток с запорным органом и пружину, пружины, не менее 2-х, устанавливаются поярусно, один конец которых воздействует на шток с запорным органом, а другой поджимается и фиксируется относительно неподвижной опоры, причем фиксация поджатия пружин каждого яруса осуществляется независимо друг от друга.

В науке и технике не обнаружены технические решения, включающие указанные признаки. В соответствии с этим предложенное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

На чертеже изображен общий вид ПК.

Предохранительный клапан состоит из корпуса 1, запорного органа 2, штока 3, на котором установлены опоры 4, 5 и 6 с пружинами 7, 8 и 9.

Опоры 10, 11 и 12, поджимающие пружины 7, 8 и 9, фиксируются каждая независимо друг от друга, например, гайками 13 относительно неподвижной опоры 14.

Предохранительный клапан работает следующим образом. При повышении давления рабочей среды под запорным органом до давления Р_по клапан открывается. При этом выталкивающее усилие по штоку 3 воспринимается пружинами 7, 8 и 9, которые сжимаются на ход, обеспечивающий полноподъемность ПК, а по достижению давления Р_з на входе клапана ПК закрывается. Настройка пружин на давление P_н производится вручную путем изменения степени поджатия пружин одним из способов, например через резьбовую пару винт-гайка, с использованием, при необходимости, усилителя крутящего момента - мультипликатора, коэффициент усиления (передаточное отношение) которого i=5…125.

Герметизация уплотнительных поверхностей соединения запорный орган-седло корпуса осуществляется путем воздействия на шток суммарного установочного усилия пружин, а полноподъемность ПК обеспечивается оптимальной приведенной жесткостью этих пружин, расположенных поярусно и фиксирующих раздельно степень их поджатия.

В каждом ярусе можно устанавливать несколько поджатых пружин, увеличивая таким образом осевое усилие по штоку, чем достигается герметизация соединения запорный орган-седло корпуса практически на любые ДN и PN.

Обеспечивая полноподъемность ПК, обеспечивается требуемый расход рабочей среды и, следовательно, безопасность защищаемого объекта.

В зависимости от назначения ПК последний может иметь закрытый или открытый вариант исполнения с устройством для ручного управления (подрыва) или без него.

Концепция создания полноподъемных ПК, основанная на унификации отдельных деталей и сборочных единиц, в том числе технологических, позволят строить унифицированные параметрические ряды ПК практически по каждому ДN на соответствующие PN.

Применение новых ПК позволят повысить надежность трубопроводных систем и снизить эксплуатационные расходы за счет:

- замены импульсно-предохранительных устройств (ИПУ), где необходимо герметизировать два клапана, на один ПК. Кроме того, для ИПУ требуются специальные системы (емкости) для отвода (сброса) рабочей среды из поршневой полости после процесса срабатывания (сброса избытка Р_p), что связано с дополнительными эксплуатационными расходами и, как следствие - снижение надежности ИПУ по сравнению с ПК;

- высокой скорости срабатывания ПК, на порядок выше, чем в ИПУ;

- низкой инерционности (практически отсутствует) при срабатывании ПК, по сравнению с ИПУ, что снижает потери дорогостоящей рабочей среды;

- большой пропускной способности можно будет заменить несколько ранее стоящих на объектах предохранительных клапанов с низкой пропускной способностью.

Новые ПК могут быть использованы в трубопроводах, в том числе большой протяженности, и на емкостях с высокими и сверхвысокими параметрами по ДN и PN.

Предохранительный клапан, содержащий корпус, шток с запорным органом и пружину, отличающийся тем, что пружины, не менее двух, установлены поярусно, один конец которых воздействует на шток с запорным органом, а другой - поджимается и фиксируется относительно неподвижной опоры, причем фиксация поджатия пружин каждого яруса осуществляется независимо друг от друга.