Запорный клапан
Владельцы патента RU 2390683:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится в области машиностроения, в частности к пневмоавтоматике, и предназначено для перекрытия потока газа в выходной канал при импульсной подаче давления во входной канал. Запорный клапан содержит корпус с проточной частью, входным и выходными каналами, седло и запорный орган, расположенный с возможностью воздействия импульсом давления. Запорный орган выполнен в виде калиброванной мембраны. Седло выполнено цилиндрической формы. Не менее одного из выходных каналов непосредственно сообщено с входным каналом и надмембранным пространством. Выходные каналы выполнены между мембраной и седлом. Расстояние между седлом и мембраной и ее толщиной выбрано в следующем соотношении: h≤(20÷30)t, где h - расстояние между калиброванной мембраной и седлом; t - толщина калиброванной мембраны. Изобретение направлено на увеличение быстродействия клапана, повышение эксплуатационных характеристик, сохранение стабильности характеристик клапана в режиме ожидания срабатывания, повышение работоспособности при перегрузках и вибрациях. 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмоавтоматике, и может быть использовано для перекрытия потока газа в выходной канал при импульсной подаче давления во входной канал.
Известен главный клапан импульсно-предохранительного устройства (а.с. СССР №1013682 от 22.02.82 г., опубл. бюл. №15 от 23.04.83 г.), управляющая полость которого расположена над запорным органом, выполненным в виде стакана, сообщена дроссельным отверстием с входной полостью клапана и со сливом посредством управляющего импульсного устройства через отверстие во втулке, размещенной в управляющей полости соосно с запорным органом. В управляющей полости размещена пружина, нагружающая запорный орган, а также установлен поршень с осевым отверстием, через которое пропущена втулка. В поршне выполнено дополнительное дроссельное отверстие, а в корпусе выполнены упоры, ограничивающие перемещение поршня в корпусе. При повышении давления в системе сверх рабочего управляющее импульсное устройство открывает сброс из управляющей полости и давление над запорным органом понижается. После снижения давления в системе управляющее импульсное устройство перекрывает сброс среды через соответствующее отверстие.
Недостатком такой системы является срабатывание клапана от управляющего импульсного устройства, не входящего в состав клапана.
Известен пневматический дроссель (а.с. СССР №602699 от 11.07.74 г., опубл. бюл. №14 от 15.04.78 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками и расположенный в нем регулирующий орган, выполненный в виде подвижного и неподвижного элементов, пружины задания, управляющий элемент и возвратную пружину, в нем установлена укрепленная одним концом в корпусе разделительная трубка, другой конец которой связан через пружину задания с управляющим элементом и через возвратную пружину с корпусом, а через толкатель, расположенный в разделительной трубке, с подвижным элементом регулирующего органа. Подвижный элемент регулирующего органа связан с корпусом через пружину.
Пневматический дроссель не обеспечивает прохождение импульсного давления заданной величины.
В качестве прототипа принимаем устройство (пат. RU 2179679 от 02.08.1999 г., опубл. 20.02.2002, F16K 17/00), содержащее корпус с проточной частью, имеющий входной и выходные каналы, седло в форме усеченного конуса, к поверхности которого подведен выходной канал, перекрываемый запорным органом, по форме соответствующим форме седла, дополнительный выходной канал, сообщенный с входом, запорный орган, выполненный с элементом, задействуемым давлением, превышающим импульс давления срабатывания клапана, установлен непосредственно над входом и совмещен с поршнем, поджатым оттарированной пружиной.
Недостатками данного устройства являются инерционность системы, нестабильность характеристик, невысокая надежность.
Решаемая техническая задача заключается в разработке запорного клапана, обеспечивающего перекрытие выходного канала при импульсной подаче давления во входной канал. При неимпульсной (плавной) подаче давления во входной канал выходной канал не перекрывается.
Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый запорный клапан, заключается в увеличении быстродействия, в повышении эксплуатационных характеристик клапана, сохранении стабильности характеристик клапана в режиме ожидания срабатывания, повышении работоспособности при перегрузках и вибрациях.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что запорный клапан, содержащий корпус с проточной частью, имеющий входной и не менее одного выходного канала, седло, запорный орган, выполненный с возможностью задействования импульсом давления, согласно изобретению выполнен в виде калиброванной мембраны, седло выполнено цилиндрической формы, один из выходных каналов непосредственно сообщен с входным каналом и надмембранным пространством, а выходной канал выполнен между мембраной и седлом, при этом расстояние между седлом и мембраной и ее толщиной выбрано в следующем соотношении: h≤(20÷30), где h - расстояние между калиброванной мембраной, t - толщина калиброванной мембраны.
Выполнение запорного органа в виде калиброванной мембраны за счет малых величин ее деформаций обеспечивает быстродействие, а точность изготовления в виде калиброванной мембраны позволяет получать стабильные характеристики клапана.
Седло цилиндрической формы и запорный орган в виде калиброванной мембраны, выполнение сообщения каналов заявленным образом, отсутствие подвижных элементов и пружин дают возможность повысить эксплуатационные характеристики клапана и улучшить работоспособность его при перегрузках и вибрациях.
Подобранное экспериментально соотношение расстояния между калиброванной мембраной и седлом с толщиной мембраны способствует сохранению стабильности характеристик клапана.
На чертеже представлен заявляемый клапан в разрезе, где 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - запорный орган; 4 - седло; 5 - регулирующий элемент, 6 - входной канал, 7 - выходной канал, t - толщина калиброванной мембраны, расстояние между калиброванной мембраной и седлом.
В качестве примера конкретного исполнения заявляемый клапан состоит из запорного органа в виде мембраны (3) из алюминиевого сплава АМц толщиной 0,05 мм и диаметром 8 мм, седла (4), выполненного из медного сплава диаметром 6 мм с отверстием 2 мм, регулирующего элемента (5) в виде винта, обеспечивающего расстояние между мембраной и седлом 0,4 мм.
Работает устройство следующим образом.
Производится настройка устройства с помощью регулирующего элемента (5) расстояния между калиброванной мембраной и седлом в зависимости от установленной в устройстве толщины калиброванной мембраны. Устройство подключается к источнику давления через входной канал. Импульс давления, поступающий во входной канал, разделяется на два потока, один из которых напрямую поступает в объем подмембранного пространства, а другой поток через выходной канал в надмембранное пространство, сообщенное с выходом. В зависимости от величины импульса давления, поступающего во входной канал, происходит изменение алгоритма работы устройства:
- импульс давления, соответствующий заданной (требуемой) величине, деформирует мембрану и происходит перекрытие выходного канала;
- импульс давления, меньший заданной величины, воздействует на мембрану, но ее деформация мала, и она не доходит до седла, и давление газа стравливается через выходной канал;
- импульс давления, больший, чем требуемая величина, разрывает элемент запорного органа, и давление газа стравливается через выходной канал;
- неимпульсное (плавное) давление газа недостаточно деформирует мембрану, плавно перемещая ее в сторону седла, обеспечивая при этом стравливание давления газа через выходной канал.
Наличие запорного органа с элементом, задействуемым давлением, превышающим импульс давления срабатывания клапана, в сочетании с регулирующим элементом оттарированной мембраны позволяет перекрыть выходной канал только от определенного импульса, а в остальных случаях происходит выброс газа в атмосферу.
Выполнен опытный образец запорного клапана и проведены испытания в составе экспериментальной рабочей системы. Испытания подтверждают работоспособность клапана от заданного (расчетного) импульса давления газа. Заявляемая совокупность признаков изобретения позволяет получить новый технический результат.
Запорный клапан, содержащий корпус с проточной частью, имеющий входной и выходные каналы, седло, запорный орган, выполненный с возможностью задействования импульсом давления, отличающийся тем, что запорный орган выполнен в виде калиброванной мембраны, седло цилиндрической формы, не менее одного из выходных каналов непосредственно сообщено с входным каналом и надмембранным пространством, а выходные каналы выполнены между мембраной и седлом, при этом расстояние между седлом и мембраной и ее толщиной выбрано в следующем соотношении:
h≤(20÷30)t,
где h - расстояние между калиброванной мембраной и седлом;
t - толщина калиброванной мембраны.
