Клапан

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для коммутации трубопроводных магистралей с газовой или гидравлической средой. Клапан для коммутации магистралей содержит корпус с входным и выходным каналами, толкатель, затвор в виде штока с коммутирующим механизмом и фиксирующим элементом из пластичного материала. Шток выполнен составным. Фиксирующий элемент установлен между частями штока. На поверхности канала перемещения штока в пределах его длины между фиксирующим элементом и коммутирующим механизмом выполнена коническая расточка. Толкатель выполнен в виде стакана с утолщенным дном и фланцем на открытом торце. Последний обращен в сторону привода. Дно стакана соединено со штоком. Фланец зажат по контуру элементами корпуса с обеспечением изоляции свободной полости над толкателем от канала перемещения толкателя. Толщина стенки и глубина стакана выбраны из условия деформации стенки с ее поджатием к внутренней поверхности канала перемещения толкателя под действием давления. В области фланца у стакана выполнено утонение. Изобретение направлено на повышении уровня надежности срабатывания устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к техническим средствам, используемым для коммутации трубопроводных магистралей с газовой и (или) гидравлической средой.

При изучении справочно-информационного и патентного фондов были выделены несколько аналогов предлагаемого устройства.

Известен взрывной клапан, приведенный в А.с. СССР №651165 (МПК F16K 13/06, опубл. 05.03.79, Бюл. №9), в корпусе которого, выполненном в виде тонкостенной деформируемой гильзы с утолщенным основанием, на котором размещены входной и выходной каналы, установлен затвор с фиксирующим элементом из пластичного материала. Недостатком данного устройства является его ограниченное применение из-за давления в рабочей системе.

Известен также приведенный в патенте США №3040764 (кл. 137-73, 1962 г.) клапан для соединения двух магистралей, в корпусе которого выполнены входной и выходной каналы и размещены затвор в виде штока с коммутирующим механизмом и фиксирующим элементом из пластичного материала, обеспечивающим фиксацию штока в крайнем положении затвора. Для этого устройства характерна низкая надежность фиксации.

Из известных устройств, используемых для коммутации трубопроводных магистралей, наиболее близким к заявляемому техническому решению является клапан по А.с. СССР №855309 (МПК3 F16K 13/06, F16K 13/00, опубл. 15.08.81, Бюл. №30).

Согласно описанию, приведенному в указанном источнике информации, устройство содержит корпус, в котором выполнены входной и выходной каналы с соответствующими соединительными патрубками. В корпусе размещены толкатель, взаимодействующий с приводом, и затвор в виде штока с коммутирующим механизмом. Шток затвора выполнен из двух частей, между которыми в замкнутом объеме внутреннего канала перемещения штока помещен фиксирующий элемент из пластичного материала. На поверхности канала перемещения штока в пределах его длины между фиксирующим элементом и коммутирующим механизмом выполнена коническая расточка. Коммутирующий механизм выполняется в зависимости от исходного состояния внутренних каналов (нормально-открытого или нормально-закрытого), соответствующего требуемому состоянию рабочих магистралей. В качестве примера конкретного исполнения на чертеже, приведенного в источнике информации, представлено устройство, предназначенное для соединения двух магистралей. Его коммутирующий механизм выполнен в виде срезаемого поршня, разделяющего магистрали. Толкатель выполнен в виде цилиндра с обтюрирующими канавками и помещен в канале большего диаметра по сравнению с каналом перемещения штока. Приводом устройства является источник давления, содержащий навеску пиротехнического состава (ПТС).

Устройство, описание которого приведено в указанном источнике информации, выбрано в качестве прототипа предлагаемого клапана.

Однако и это устройство имеет ряд недостатков:

- наличие обтюрирующих канавок на цилиндрической поверхности толкателя не исключает возможность попадания продуктов горения ПТС в свободную полость под толкателем, за счет чего может быть значительно уменьшена скорость перемещения толкателя и соответственно потенциальная и кинетическая энергии, которые используются при выполнении работы по коммутации внутренних каналов;

- из-за потерь потенциальной и кинетической энергий, вследствие попадания продуктов горения ПТС в свободную полость под толкателем через обтюрирующие канавки, для обеспечения работоспособности этого устройства требуется источник давления, снаряженный ПТС с высокой скоростью горения, большим удельным газосодержанием и запасом по массе навески, что приводит к увеличению пиковых значений давления и необходимости использования корпуса с более толстыми стенками, увеличивающими габариты и массу устройства;

- при использовании в условиях минусовой температуры эффективность работы обтюрирующих канавок на цилиндрической поверхности толкателя снижается еще более, поэтому уровень надежности срабатывания устройства уменьшается и может оказаться недостаточным.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности устройства и расширение температурного диапазона его использования с сохранением габаритно-массовых характеристик.

При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:

- уровень надежности устройства повышается без увеличения габаритов и массы и составляет не менее 0,9995;

- увеличивается температурный диапазон, в котором устройство работоспособно, в том числе при отрицательной температуре.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в известном клапане для коммутации магистралей, в корпусе которого выполнены входной и выходной каналы и размещены толкатель, взаимодействующий с приводом, и затвор в виде штока с коммутирующим механизмом и фиксирующим элементом из пластичного материала, при этом шток выполнен составным, фиксирующий элемент установлен между частями штока, а на поверхности канала перемещения штока в пределах его длины между фиксирующим элементом и коммутирующим механизмом выполнена коническая расточка, согласно изобретению:

- толкатель выполнен в виде стакана с утолщенным дном и фланцем на открытом торце, обращенном в сторону привода;

- дно стакана соединено со штоком;

- фланец стакана зажат по контуру элементами корпуса с обеспечением изоляции свободной полости над толкателем от канала перемещения толкателя;

- толщина стенки и глубина стакана выбраны из условия деформации стенки с ее поджатием к внутренней поверхности канала перемещения толкателя под действием давления;

- в области фланца у стакана выполнено утонение.

Совокупность признаков предложенного устройства способствует решению поставленной задачи и достижению технического результата, при этом:

- выполнение толкателя в виде стакана с утолщенным дном и фланцем на открытом торце, обращенном в сторону привода, позволяет без увеличения габаритов и массы устройства обеспечить накопление потенциальной энергии расширяющегося газа (продуктов горения ПТС), без потерь использовать эту энергию, а также запасать и наиболее рационально использовать кинетическую энергию движущихся деталей и элементов устройства при выполнении коммутирующим механизмом текущей работы, что способствует повышению работоспособности и надежности устройства;

- выполнение дна стакана утолщенным и его соединение со штоком обеспечивают передачу линейного движения от толкателя к коммутирующему механизму и возможность выполнения коммутирующим механизмом необходимой работы с высокой надежностью без увеличения габаритов и массы;

- зажатие фланца по контуру элементами корпуса с обеспечением изоляции свободной полости над толкателем от канала перемещения толкателя позволяет до начала движения толкателя создать в свободной полости над толкателем избыточное давление, что эквивалентно накоплению потенциальной энергии расширяющегося газа (продуктов горения ПТС) и способствует повышению работоспособности и надежности устройства;

- выбор толщины стенки и глубины стакана из условия деформации стенки с ее поджатием к внутренней поверхности канала перемещения толкателя под действием давления позволяет наиболее рационально и без потерь использовать потенциальную энергию расширяющегося газа (продуктов горения ПТС) и кинетическую энергию движущихся деталей и элементов, что также способствует повышению надежности устройства и расширяет температурный диапазон, в котором устройство работоспособно, в том числе и при отрицательной температуре. За счет этого в процессе перемещения элементов коммутирующего механизма происходит более надежное переключение внутренних каналов. После выполнения коммутирующим механизмом текущей работы по переключению каналов происходит деформация фиксирующего элемента затвора с затеканием пластичного материала в коническую расточку, что позволяет надежно зафиксировать затвор в крайнем положении с изоляцией рабочих магистралей от канала перемещения толкателя и окружающей среды.

Исключение возможности попадания продуктов горения ПТС в свободную полость под толкателем во всем температурном диапазоне, в том числе и при отрицательной температуре, позволяет использовать источник давления с уменьшенной навеской ПТС, а корпус выполнять с меньшей толщиной стенок, что способствует снижению габаритно-массовых характеристик устройства с сохранением высокого уровня его надежности;

- выполнение у стакана утонения в области фланца позволяет исключить повреждение рабочей высоты стенки, которая составляет большую часть глубины стакана, и обеспечить отделение стакана от фланца по месту утонения, что гарантирует своевременное начало движения толкателя и его последующее перемещение без попадания продуктов горения ПТС в свободную полость под толкателем, что способствует повышению работоспособности и надежности устройства.

Пример исполнения предлагаемого устройства поясняется чертежом.

При этом с целью улучшения возможности чтения иллюстрационного материала:

- в источнике давления навеска ПТС не изображена;

- затвор, канал перемещения штока и глубина стакана буквами или цифрами не обозначены.

Устройство содержит корпус 1 с входным и выходным каналами (патрубками), при этом входным может быть любой из патрубков, а оставшийся - выходным. В корпусе 1 размещен затвор, состоящий из коммутирующего механизма 2, верхней части штока 3, нижней части штока 4 и фиксирующего элемента 5 из пластичного материала. Для срабатывания устройства в качестве привода используется источник давления 6, содержащий навеску ПТС.С источником 6 взаимодействует толкатель 7, выполненный в виде стакана, имеющего фланец А с утонением Б со стороны внутреннего диаметра стакана, стенку В и утолщенное дно Г.

Толщина стенки В стакана превышает толщину фланца А в месте утонения Б, но меньше толщины дна Г стакана и выбрана из условия ее деформации с поджатием к внутренней поверхности канала перемещения толкателя под действием давления продуктов горения ПТС. В канале перемещения штока в пределах его длины между фиксирующим элементом 5 и коммутирующим механизмом 2 выполнена коническая расточка Д.

Источник 6 устанавливается в корпусе 1 через переходник 8. Это позволяет, при необходимости перехода на источник давления другого типа, использовать основные конструктивные элементы данного устройства с заменой только переходника 8.

Конструкция коммутирующего механизма 2 выполняется в зависимости от необходимости соединения или разъединения магистралей. Например, при необходимости соединения коммутирующий механизм 2 может быть выполнен в виде срезаемого поршня.

Клапан работает следующим образом.

При подаче сигнала на источник 6 воспламеняется ПТС, и продукты его горения создают избыточное давление в свободном объеме над толкателем 7. Под действием давления стенка В толкателя 7 деформируется, и наружный диаметр стенки увеличивается до обеспечения механического контакта с внутренней поверхностью канала, предназначенного для перемещения толкателя 7.

При дальнейшем увеличении давления происходит разрушение фланца А в месте утонения Б, после чего толкатель 7 отделяется от фланца А и приобретает возможность перемещения вдоль продольной оси клапана.

Несмотря на разрушение фланца А в месте утонения Б и отделение стакана от фланца, под действием давления стенка В продолжает оставаться поджатой к внутренней поверхности канала, в котором перемещается толкатель 7. Вследствие этого, на всем пути перемещения толкателя исключается возможность попадания продуктов горения ПТС в свободную полость, расположенную под ним, что исключает вероятность потерь потенциальной энергии расширяющегося газа (продуктов горения ПТС) и, в дальнейшем, способствует возможности накопления кинетической энергии движущихся деталей и элементов клапана с целью ее использования для выполнения необходимых переключений внутренних каналов и фиксации замка.

Вместе с толкателем 7 перемещаются, сначала, верхняя часть штока 3, которая соединена с дном Г стакана, затем - фиксирующий элемент 5, потом - нижняя часть штока 4, а после этого - коммутирующий механизм 2.

В процессе перемещения коммутирующего механизма 2 выполняются необходимые переключения внутренних каналов.

После остановки коммутирующего механизма 2 происходит остановка нижней части штока 4, а фиксирующий элемент 5, благодаря продолжению перемещения верхней части штока 3 и толкателя 7, начинает деформироваться (обдавливаться) с затеканием пластичного материала в коническую расточку Д.

После заполнения материалом фиксирующего элемента 5 замкнутого объема, образованного корпусом 1 (с учетом расточки Д), нижней частью 4 и верхней частью 3 штока, толкатель 7 и верхняя часть 3 штока также останавливаются.

Указанное расположение деталей и элементов характеризует состояние клапана после его срабатывания. В этом состоянии клапана, благодаря деформации фиксирующего элемента 5 с затеканием в коническую расточку Д, внутренние каналы клапана изолированы от свободной полости, расположенной под толкателем 7, и, следовательно, от окружающей среды.

Работоспособность клапана обеспечивается с толкателем 7 в виде стакана, изготовленного, практически, из любого металла. При этом фактические значения толщины стенки В стакана, толщины фланца А в месте утонения Б, толщины дна Г стакана и его глубины должны рассчитываться с учетом прочности используемого материала.

Клапан с толкателем, изготовленным из стали 12Х18Н10Т, был опробован экспериментально. При этом использовался толкатель с размерами:

- наружный диаметр - 12 мм;

- толщина фланца А в месте утонения Б - 0,5 мм;

- толщина стенки В - 1 мм при глубине стакана - 8 мм;

- толщина дна Г - 6 мм.

Практические результаты, полученные при испытаниях клапана, показывают, что при использовании предлагаемого изобретения:

- габариты и масса устройства по сравнению с прототипом не увеличиваются;

- попадание продуктов горения ПТС в свободную полость, расположенную под толкателем, не происходит на всем пути перемещения толкателя;

- потерь потенциальной энергии расширяющегося газа (продуктов горения ПТС) не происходит;

- наблюдается факт накопления кинетической энергии движущихся деталей и элементов клапана, которая дополнительно к энергии расширяющегося газа (продуктов горения ПТС) используется для выполнения необходимых переключений внутренних каналов и деформации фиксирующего элемента с затеканием пластичного материала, из которого выполнен этот элемент, в коническую расточку.

Благодаря изложенному, для срабатывания клапана могут использоваться источники давления с уменьшенной навеской ПТС.

Предлагаемое устройство обеспечивает:

- повышение надежности срабатывания до уровня не менее Р=0,9995 с доверительной вероятностью β=0,9 без увеличения габаритов и массы;

- работоспособность в широком температурном диапазоне, в том числе при отрицательной температуре.

Клапан для коммутации магистралей, в корпусе которого выполнены входной и выходной каналы и размещены толкатель, взаимодействующий с приводом, и затвор в виде штока с коммутирующим механизмом и фиксирующим элементом из пластичного материала, при этом шток выполнен составным, фиксирующий элемент установлен между частями штока, а на поверхности канала перемещения штока в пределах его длины между фиксирующим элементом и коммутирующим механизмом выполнена коническая расточка, отличающийся тем, что толкатель выполнен в виде стакана с утолщенным дном и фланцем на открытом торце, обращенном в сторону привода, дно стакана соединено со штоком, фланец зажат по контуру элементами корпуса с обеспечением изоляции свободной полости над толкателем от канала перемещения толкателя, а толщина стенки и глубина стакана выбраны из условия деформации стенки с ее поджатием к внутренней поверхности канала перемещения толкателя под действием давления, при этом в области фланца у стакана выполнено утонение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности. .

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты технологического оборудования. .

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты технологического оборудования. .

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам с разрушаемым запорным элементом, и предназначено для применения в пневмогидравлических системах для открытия постоянного сообщения полостей различных магистралей.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к предохранительным клапанам, и предназначено для предотвращения разрушения рабочих емкостей от избыточного давления.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к сфере агрегатов и механизмов газовых и гидравлических систем. .

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для защиты от аварийного возрастания давления сосудов, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к устройствам для предохранения магистралей и емкостей пневмогидросистем от избыточного давления или для исполнения пневмокоманд, например, для отсоединения аварийных буев.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности устройствам для предохранения магистралей и емкостей пневмогидросистем от избыточного давления или для исполнения пневмокоманд, например, для отсоединения аварийных буев.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к устройствам для предохранения магистралей и емкостей пневмогидросистем от избыточного давления или для исполнения пневмокоманд, например для отсоединения аварийных буев.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сфере агрегатов и механизмов газовых и гидравлических систем

Клапан // 2430286
Изобретение относится к арматуростроению, а именно к техническим средствам, используемым для коммутации трубопроводных магистралей с газовой и (или) гидравлической средой

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования

Группа изобретений относится к области измерения давления, а именно к фиксации фактов превышения допустимого давления и регистрации величины максимального давления. Способ фиксации факта превышения допустимого давления гидравлической среды и регистрации его максимальной величины основан на использовании зависимости между силой сжатия и упругой деформацией пружины. Фиксация факта превышения давления осуществляется посредством повреждения контрольной мембраны штоком, приводимым в движение поршнем под воздействием силы давления гидравлической среды. Положение штока после фиксации факта свидетельствует о максимальном давлении, воздействию которого подверглись элементы гидравлической системы. Имеется устройство, реализующее приведенный выше способ фиксации факта превышения допустимого давления гидравлической среды. Техническим результатом группы изобретений является разработка способа и устройства, позволяющих зафиксировать факт превышения допустимого давления и его максимальное значение без участия оператора. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно используемой при бурении нефтяных и газовых скважин для предохранения насосов и нагнетательных систем манифольда, в системе запорных элементов манифольда противовыбросового оборудования. Предохранительный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещено седло. Указанное седло перекрывается запорным органом, нагруженным пружиной возврата. Тарированный подпружиненный стержень установлен перпендикулярно перемещению запорного органа. Срезающий элемент контактирует с тарированным стержнем. Запорный орган выполнен со сквозным изогнутым каналом. Вход канала совмещен с входным патрубком. Выход канала совмещен с торцом тарированного стержня. Срезающий элемент установлен на запорном органе. Технический результат заключается в высокой надежности простой конструкции предложенного клапана, обеспечивающей его автоматическую работу. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях. В стенде для испытаний взрывозащитиых конструкций зданий и сооружений взрывная камера оснащена легкосбрасываемым элементом, установленным в торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном, параллельно с механическим индикатором давления с тумблером включения двигателя индикатора. Взрывную камеру со свечой зажигания и кнопкой включения зажигания располагают оппозитно торцевой части сосуда, закрытой предохранительным экраном. Сосуд комплектуют штуцерами для продувки взрывного сосуда, штуцер для заливки горючей жидкости закрепляют в стенке сосуда над контактами свечи зажигания, элементы, участвующие в испытании: индикатор давления, свеча зажигания, штуцер для заливки горючей жидкости, штуцера для продувки взрывного сосуда подбирают по прочности на «разрыв», превосходящей прочность исследуемого легкосбрасываемого элемента. Давление взрыва регистрируют механическим индикатором давления. Достигается повышение эффективности защиты зданий, сооружений и технологического оборудования от взрывов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Группа изобретений относится к предохранительной технике и предназначена в качества средства для сброса избыточного давления для использования в санитарных областях применения. Устройство сброса давления (12) содержит разрывную мембрану (30) и опорный элемент (32). Разрывная мембрана (30) включает в себя разрывной участок и фланцевую секцию. Опорный элемент (32) разрывной мембраны (30) включает в себя кольцевую внутреннюю втулку, внешний периферийный участок, радиально отстоящий от внутренней втулки, и один или более соединительных сегментов, продолжающихся между внутренней втулкой и внешним периферийным участком. Соединительные сегменты ограничивают одну или более рельефных областей, расположенных между внутренней втулкой и внешним периферийным участком опорного элемента (32). Имеются конструктивные варианты выполнения опорного элемента и разрывной мембраны. Группа изобретений направлена на повышение надежности работы устройства сброса давления. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взрывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитный клапан с системой демпфирования грузового затвора содержит корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор. Подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях периферийной части футерованного грузового затвора. Нижней частью стержни закреплены в основании корпуса клапана. В верхней части они имеют демпфирующее устройство. Каждое из трех демпфирующих устройств закреплено на горизонтальной перемычке, жестко соединенной со стержнем и выполненной в виде круглого диска. На этом диске закреплено посредством винтов основание демпфирующего устройства. Последнее выполнено из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат». Основание соединено со втулкой из эластомера и имеет центральное отверстие, через которое проходит стержень. Втулка имеет, по крайней мере, три отверстия, соосных со стержнем, в которых расположены упругие элементы, например цилиндрические винтовые пружины. Верхний торец этих пружин посредством крепежных элементов соединен с основанием демпфирующего устройства, а нижний - находится в свободном состоянии и выступает за нижнюю плоскость втулки на расстояние, определяемое усилием, развиваемым ударной взрывной волной. Изобретение направлено на повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения демпфирования футерованного грузового затвора. 3 ил.
Наверх