Пироклапан

Изобретение относится к машиностроению, в частности к сфере агрегатов и механизмов газовых и гидравлических систем. Пироклапан содержит корпус с впускным и выпускными отверстиями. В корпусе имеются полости. Полости разделенные перемычкой. В одной из полостей размещен поршень. Поршень снабжен штоком с пробойником. Последний направлен в сторону перемычки. Коническая пробка выполнена за одно целое со штоком и установлена с возможностью заклинивания в ответном коническом седле. Седло выполнено в полости корпуса. За поршнем размещена пирокамера. Коническая пробка выполнена с двухслойной структурой. Условный предел текучести и твердость материала корпуса, штока, пробойника и внутреннего слоя структуры конической пробки в 2-3 раза выше условного предела текучести и твердости внешнего слоя структуры конической пробки. Толщина верхнего слоя структуры конической пробки соразмерна глубине пластической деформации этого слоя при запирании конической пробки в коническом седле корпуса и составляет 0,05-0,1 длины образующей конической пробки. Изобретение направлено на повышение надежности клапана при небольших габаритно-массовых характеристиках. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Известен запорный пироклапан с запорным органом, имеющим форму усеченного конуса, управляемый пиромеханизмом и сопрягаемый при срабатывании с уплотнительной поверхностью седла, имеющего коническую форму. Коническое седло пироклапана имеет двухслойную неразъемную структуру с различными физико-механическими свойствами каждого слоя и выполнено в виде монолитной детали. Внешняя оболочка седла выполнена из материала с повышенным сопротивлением пластической деформации, например конструкционной стали марки 0Х18Н10Т, а внутренняя оболочка из материала, обладающего повышенной пластичностью и ударной вязкостью, например из латуни ЛС-59-1 (авторское свидетельство №599126 от 24.05.1976, М. Кл. F16K 17/40, опубликовано 25.03.1978, бюллетень №11).

Указанное устройство отличается сложностью изготовления из-за трудоемкости формирования внешнего, находящегося глубоко внутри корпуса слоя структуры конического седла с требуемой для обеспечения герметичности точностью формы, что ухудшает надежность герметичности в контактной паре (запорный орган - седло) после срабатывания пироклапана.

Известен пироклапан для перекрытия топливных магистралей ЖРД, содержащий корпус с входным и выходными патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, с перекрывной пробкой. В корпусе у конической поверхности переходов между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец, на меньшей ступени выполнена коническая поверхность, перекрывная пробка выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большей и средней ступенях у торцов ступеней, а труба выполнена тонкостенной и пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, при этом диаметры средней и меньшей ступеней пробки выполнены по соотношению D/D1=1,01-1,02, где D - диаметр средней ступени; D1 - диаметр меньшей ступени. Пироклапан отличается тем, что на поверхность средней ступени пробки нанесен слой серебра или кадмия (патент РФ на изобретение 2142085 от 13.05.1998, МПК F16K 17/40, опубликован 27.11.1999).

В указанном устройстве пробка, заклиниваясь средней ступенью в отверстии корпуса, пластично деформируется, упруго деформируя корпус пироклапана, тем самым обеспечивая герметичное перекрытие проходного сечения пироклапана. При этом слой серебра или кадмия, нанесенный на пробку, обеспечивает заклинивание пробки без надиров, царапин и других дефектов, являясь своего рода «смазкой» между пробкой и седлом корпуса непосредственно при перемещении пробки и не участвует в герметизации по коническим поверхностям после срабатывания пироклапана.

То, что пробка после срабатывания пироклапана пластически деформируется, указывает на сравнительно низкие прочностные характеристики материала, из которого она изготовлена. В связи с этим конструкции, разрушаемые пробкой должны быть или тонкостенными (например, тонкостенная труба), или изготовленными из материалов с низкими прочностными характеристиками, что, в свою очередь, ограничивает величину рабочего давления.

Из известных технических решений наиболее близким является пироклапан (патент РФ на изобретение 2289746 от 11.04.2005, МПК F16K 17/14, опубликован 20.12.2006), содержащий корпус с одним впускным и, по меньшей мере, одним выпускным отверстиями, с полостью с цилиндрической расточкой, в которой размещен поршень, срезаемую мембрану, выполненную за одно целое с поршнем, коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса и разобщения впускного и выпускного отверстий, пирокамеру. Между впускным и дополнительно введенным выпускным отверстием установлена перемычка, разделяющая полость корпуса на изолированные друг от друга объемы, впускное отверстие имеет вход в цилиндрическую расточку, в которой размещен поршень, поршень снабжен штоком, на котором со стороны перемычки установлен пробойник, диаметр которого превышает диаметр штока, а коническая пробка размещена между штоком и поршнем и жестко связана со штоком, срезаемая мембрана образована путем выполнения канавок на цилиндрической и торцевой поверхностях поршня.

При срабатывании пиросредства поршень приводит в движение коническую пробку с пробойником. Пробойник разрушает перемычку, коническая пробка заклинивается в ответном коническом седле, отсоединяя выпускное отверстие от впускного отверстия.

Основным недостатком данного пироклапана является то, что для эффективного разрушения перемычки и заклинивания конической пробки в коническом седле прочностные характеристики материала пробки, штока и пробойника должны быть выше прочностных характеристик корпуса и перемычки. Это накладывает существенные ограничения на величину рабочего давления пироклапана и надежность герметизации при высоких давлениях среды.

Решаемая техническая задача предлагаемого изобретения состоит в создании пироклапана, работающего при высоких давлениях и обладающего высокой надежностью при небольших габаритно-массовых характеристиках и простоте изготовления.

Технический результат заключается в повышении рабочих давлений газового потока, регулируемого пироклапаном, при обеспечении высоких показателей надежности.

Технический результат достигается тем, что в пироклапане, содержащем корпус с впускным и выпускными отверстиями, с разделенными перемычкой полостями, в одной из которых размещен поршень, снабженный штоком с пробойником, направленным в сторону перемычки, выполненную за одно целое со штоком коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, пирокамеру, размещенную за поршнем, коническая пробка выполнена с двухслойной структурой, условный предел текучести и твердость материала корпуса, штока, пробойника и внутреннего слоя структуры конической пробки в 2-3 раза выше условного предела текучести и твердости внешнего слоя структуры конической пробки, толщина верхнего слоя структуры конической пробки соразмерна глубине пластической деформации этого слоя при запирании конической пробки в коническом седле корпуса и составляет 0,05-0,1 длины образующей конической пробки.

Перемычка, разделяющая полости в корпусе, может быть выполнена за одно целое с корпусом.

Рассмотренные выше отличительные признаки обеспечат работу пироклапана в условиях высокого давления газа при высоких показателях надежности.

Выполнение конической пробки с двухслойной структурой, у которой условный предел текучести и твердости материала внутреннего слоя, равно как и условный предел текучести и твердости материала корпуса, штока и пробойника в 2-3 раза выше условного предела текучести и твердости материала внешнего слоя структуры конической пробки, позволит, во-первых, повысить рабочее давление газа в пироклапане, во-вторых, беспрепятственно и без изменения формы пробки и штока разрушить перемычку корпуса, и, в-третьих, обеспечить надежную герметизацию соединения «коническая пробка - коническое седло корпуса». Толщина внешнего слоя структуры конической пробки, соразмерная глубине пластической деформации этого слоя при запирании конической пробки в коническом седле корпуса и составляющая 0,05-0,1 длины образующей конической пробки, обеспечивает после срабатывания пироклапана, за счет полного исключения межповерхностного зазора в зоне контакта соединения «коническая пробка - коническое седло», надежную герметизацию при перепадах давления на названном соединении свыше 400 МПа. Кроме того, сравнительно небольшая толщина внешнего слоя структуры конической пробки (0,05-1 длины образующей конической пробки) позволяет сохранить без увеличения размеров внутреннего слоя структуры конической пробки ее прочностные характеристики, что обеспечивает решение задачи по разрушению перемычки и герметизации при небольших габаритно-массовых характеристиках пироклапана.

На чертеже представлена схема пироклапана, где

- 1 - корпус;

- 2 - впускное отверстие;

- 3, 4 - выпускные отверстия;

- 5 - цилиндрическая расточка;

- 6 - поршень;

- 7 - срезаемая мембрана;

- 8 - двухслойная коническая пробка;

- 9 - коническое седло;

- 10 - пирокамера;

- 11 - перемычка;

- 12 - шток;

- 13 - канавка на цилиндрической поверхности поршня;

- 14 - канавка на торцевой поверхности поршня;

- 15 - пробойник;

- 16 - внешний слой структуры конической пробки;

- L - длина образующей конической пробки.

Пироклапан может иметь следующие параметры конструктивных элементов, обеспечивающих надежную работу пироклапана при высоких давлениях.

Корпус 1 и разрушаемая перемычка 11 может быть выполнен из сплава ЭП543У-ИД. Внешний слой конической пробки может иметь химический состав аустенитной стали, например 04Х19Н11М3, толщина которой составляет 0,7-0,8 мм. Внутренний слой двухслойной конической пробки 8, пробойник и шток могут быть сделаны из стали мартенситного класса, например 30X13. Длина образующей конической пробки может составлять 12 мм. Толщина срезаемой мембраны 7, образованной канавками 13 и 14, может составлять, например, 0,25 мм, а толщина перемычки 11-1 мм. При этом рекомендуемый диаметр поршня 6 равняется 17…25 мм, а диаметр перемычки 11-3…6 мм. Угол конусности конической пробки 8 может быть около 12°, а конического седла 8 около 11°.

Устройство работает следующим образом.

Перед срабатыванием устройства газовый поток проходит только от впускного отверстия 2 к выпускному отверстию 3. После подрыва пиросредства (не показано) продукты сгорания поступают в пирокамеру 10 и воздействуют на поршень 6. При этом срезается мембрана 7, поршень 6 начинает движение.

Поршень 6 приводит в движение двухслойную коническую пробку 8 и шток 12 с пробойником 15. Пробойник 15 разрушает перемычку 11 (в ней образуется отверстие), двухслойная коническая пробка 8 заклинивается в ответном коническом седле 9, отсоединяя выпускное отверстие 3 от впускного отверстия 2, направляя газовый поток в выпускное отверстие 4. При этом внешний слой испытывает пластическую деформацию на всю его толщину.

Проведенные испытания пироклапана с заявляемыми параметрами показали, что устройство герметично перекрывает газовый поток с давлением свыше 400 МПа.

Таким образом, заявляемый пироклапан работает при высоких давлениях, обладает высокой надежностью при небольших габаритно-массовых характеристиках и простоте изготовления.

1. Пироклапан, содержащий корпус с впускным и выпускными отверстиями, с разделенными перемычкой полостями, в одной из которых размещен поршень, снабженный штоком с пробойником, направленным в сторону перемычки, выполненную за одно целое со штоком коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, пирокамеру, размещенную за поршнем, отличающийся тем, что коническая пробка выполнена с двухслойной структурой, условный предел текучести и твердость материала корпуса, штока, пробойника и внутреннего слоя структуры конической пробки в 2-3 раза выше условного предела текучести и твердости внешнего слоя структуры конической пробки, толщина верхнего слоя структуры конической пробки соразмерна глубине пластической деформации этого слоя при запирании конической пробки в коническом седле корпуса и составляет 0,05-0,1 длины образующей конической пробки.

2. Пироклапан по п.1, отличающийся тем, что перемычка, разделяющая полости в корпусе, выполнена за одно целое с корпусом.



 

Похожие патенты:

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

Клапан // 2418219
Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для коммутации трубопроводных магистралей с газовой или гидравлической средой. .

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.

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.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для взврывозащиты технологического оборудования. Взрывозащитное устройство содержит корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником. Узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана. Разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана. Концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них. На проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем. Выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности защиты технологического оборудования от взрывов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам безопасности в химической, машиностроительной и других смежных отраслях промышленности, продукты которых и ценны и исключительно вредны для окружающей среды. Способ взрывозащиты с системой предупреждения аварийной ситуации заключается в том, что между верхней цилиндрической частью корпуса клапана, установленного на взрывоопасном объекте, и рычагом крышки клапана размещают звено, реагирующее на аварийную ситуацию, т.е. реализуют принцип «слабого звена» в системе безопасности объекта. Звено, реагирующее на аварийную ситуацию, выполняют в виде индикатора безопасности, например в виде датчика, реагирующего на деформацию, выход которого соединяют со входом усилителя сигнала датчика, а выход с усилителя сигнала датчика соединяют со входом устройства оповещения об аварийной ситуации. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности защиты технологического оборудования от аварийной ситуации путем введения в систему безопасности индикатора безопасности, сигнализирующего и оповещающего персонал об аварийной ситуации. 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным устройствам систем безопасности. Автоматическое предохранительное устройство содержит систему датчиков, электроклапан и защищаемый объект. Защищаемый объект соединен с исполнительным устройством. Сигнал на срабатывание исполнительного устройства поступает с устройства управления. Последнее выполнено в виде электроклапана. Устройство электропуска электроклапана монтируется на запорно-поджимной гайке и содержит два контакта: центральный контакт и контакт ′′корпус′′. Внутри корпуса электроклапана установлен поршень, фиксируемый фиксатором. При срабатывании электроклапана поршень выполняет функцию фрезы, срезающей фиксатор. Фиксатор выполнен в виде отожженной проволоки. Один конец фиксатора закреплен на корпусе электроклапана, а другой - на конце пускового рычага, соединенном с пусковой пружиной. Исполнительное устройство приводится в действие только в аварийном режиме от кнопки включения. Система запуска исполнительного устройства включает в себя пусковой рычаг. Торец этого конца рычага взаимодействует при срабатывании с кнопкой включения, запускающей исполнительное устройство. Электроклапан связан с системой зондирования опасной зоны. Последняя включает в себя датчики, настроенные на превышение предельно-допустимых концентраций химически-опасных веществ, и зонд. Сигналы с зонда поступают на общий микропроцессор, обрабатывающий эти сигналы и выдающий управляющий сигнал на включение электроклапана. Изобретение направлено на повышение эффективности защиты технологического оборудования от аварийных ситуаций путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания системы. 2 ил.

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

Наверх