Способ управления главным предохранительным клапаном, устройство для его осуществления, предохранительный сбросной спецклапан и спецклапан выравнивания давления

Группа изобретений относится к области трубопроводной арматуры и предназначена для использования при разработке предохранительных клапанов со вспомогательным клапаном для сервоуправления и иных клапанов для систем управления. Способ характеризуется тем, что полость над поршнем главного предохранительного клапана (ГПК) сообщается с защищаемой системой на всех этапах работы, на этапе открытия ГПК приток рабочей среды в полость над поршнем ГПК не превышает величины утечки из нее, а давление в полости снижается на величину, минимально потребную для обеспечения полного открытия ГПК. На этапе закрытия ГПК после прекращения выпуска рабочей среды из полости и повышения давления в ней до требуемого уровня увеличивается приток среды в полость. Группа изобретений помимо способа содержит устройство - предохранительный сбросной спецклапан и спецклапан, выравнивающий давления. Группа изобретений позволяет создать устройство для управления работой главного предохранительного клапана на основе спецклапанов простой конструкции, что упрощает импульсное устройство в целом. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к области трубопроводной арматуры и могут быть использованы при разработке предохранительных клапанов со вспомогательным клапаном для сервоуправления и иных клапанов для систем управления.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу является способ управления главным предохранительным клапаном (ГПК) с помощью пилотного клапана, включающий операции заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой одновременно с заполнением средой защищаемой системы, выпуска из полости над поршнем ГПК избыточного объема рабочей среды на этапе открытия ГПК, заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК.

Устройство для осуществления известного способа содержит ГПК, защищаемую систему, импульсное устройство с предохранительным сбросным клапаном и клапаном выравнивания давления, каналы, соединяющие элементы (см. описание предохранительного клапана с пилотным управлением SARASIN-RSBD Pilot Operated Pressure http://www/weirpowerindustrial/com/ - фрагменты описания прилагаются).

Недостатком указанных решений является то, что сбросной клапан и клапан выравнивания давлений при работе механически взаимодействуют друг с другом, что усложняет конструкцию устройства.

Широко известны предохранительные клапаны пружинного типа. Из известных решений близким к заявляемому является клапан, содержащий пружину, затвор, подводящий и отводящий каналы (см. патент РФ №2325575, МПК F16K 17/02, 06.06.2008). Клапан конструктивно прост. Недостатком известного клапана является то, что давление посадки запорного органа клапана на седло близко к давлению открытия, он неустойчиво работает в условиях, когда надо пропускать переменный расход, что ограничивает область его применения.

Широко известны клапаны, которые выравнивают давление после себя с давлением перед ним и закрываются, когда давление на входе клапана становится ниже давления на выходе (обратные клапаны). Например, известен клапан, содержащий затвор, пружину, подводящий и отводящий каналы (см. патент РФ №2314448, МПК F16K 15/02; F16K 17/04, 18.07.2005). Клапан конструктивно прост. Недостатком клапана является то, что он обладает ограниченными функциональными возможностями.

Задачей настоящих изобретений является упрощение устройства для осуществления способа.

Технический результат, обеспечиваемый изобретениями, состоит в том, что осуществление предлагаемого способа обеспечивается с помощью импульсного устройства новой схемы со специфичными свойствами, что позволяет создать более простое устройство для осуществления предлагаемого способа.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе управления главным предохранительным клапаном, содержащем операции заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой одновременно с заполнением средой защищаемой системы, выпуска из полости над поршнем ГПК избыточного объема рабочей среды на этапе открытия ГПК, заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК, полость над поршнем ГПК сообщается с защищаемой системой на всех этапах работы, на этапе открытия ГПК приток рабочей среды в полость над поршнем ГПК не превышает величины утечки из нее, а давление в полости снижается на величину минимально потребную для обеспечения полного открытия ГПК, на этапе закрытия ГПК после прекращения выпуска рабочей среды из полости и повышения давления в ней до требуемого уровня увеличивается приток среды в полость.

Указанный результат достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем главный предохранительный клапан, защищаемую систему, импульсное устройство с предохранительным сбросным клапаном и клапаном выравнивания давлений, каналы, соединяющие элементы, в качестве клапанов импульсного устройства использованы предохранительный сбросной спецклапан и спецклапан выравнивания давлений, при этом клапаны параллельно соединены с полостью над поршнем ГПК.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что в предохранительном сбросном спецклапане, содержащем пружину, затвор, подводящий и отводящий каналы, запирающий элемент затвора выполнен в виде ступенчатого поршня, у которого хвостовик, через который передается усилие от пружины, имеет диаметр больше диаметра подводящего канала, элемент ступенчатого поршня с максимальным диаметром расположен при закрытом положении клапана между подводящим и отводящим каналами и имеет канал с проходным сечением, которым соединены полости под поршнем и над ним.

Решение поставленной задачи и указанный результат достигаются также тем, что в спецклапане, выравнивающем давление, содержащем затвор, пружину, подводящий и отводящий каналы, запирающий элемент затвора выполнен в виде ступенчатого поршня с каналом, соосным с запирающим элементом, и с каналом, соединяющим полости под и над поршнем, причем в каналах поршня установлены жиклеры с калиброванными проходными сечениями, а затвор и пружина установлены перед отводящим каналом.

Схема устройства для осуществления предлагаемого способа управления ГПК приведена на фиг. 1.

Устройство содержит главный предохранительный клапан (ГПК) 1, защищаемую систему 2, импульсное устройство с предохранительным сбросным клапаном 3 и клапаном выравнивания давления 4. В качестве клапанов импульсного устройства использованы предохранительный сбросной спецклапан и спецклапан выравнивания давлений. Клапаны 3, 4 параллельно подсоединены к полости 1а над поршнем 5 ГПК 1 каналом 7. Входной штуцер клапана 4 соединен каналом 6 с входным штуцером ГПК.

Устройство, приведенное на фиг. 1, работает следующим образом.

В исходном положении поршень 5 ГПК 1 прижат к седлу запорного органа ГПК, клапан 3 закрыт, клапан 4 открыт. При заполнении защищаемой системы 2 рабочей средой одновременно по каналам 6, 7 через клапан 4 заполняется полость 1а над поршнем 5 ГПК и запорный орган герметично закрывает ГПК. Давление в полости ГПК выравнивается с давлением в подводящем штуцере ГПК. Устройство приведено в нормальное рабочее положение.

Если давление в подводящем канале ГПК превысит допустимый предел, клапан 3 открывается, давление в полости 1а и в отводящем канале клапана 4 падает, клапан 4 закрывается и уменьшает проходное сечение, по которому рабочая среда поступает в полость 1а. При этом приток рабочей среды в полость 1а не превышает ее утечки через клапан 3, поршень 5 ГПК начинает перемещаться от седла и открывает ГПК. Когда давление в полости 1а снизится на величину минимально потребную для обеспечения полного открытия ГПК, клапан 3 закрывается, давление в полости 1а начинает повышаться и выравнивается с давлением в защищаемой системе, клапан 4 открывается, увеличивая приток рабочей среды в полость 1а. Поршень 5 ГПК перемещается к седлу и запирает герметично ГПК. Устройство вернулось в исходное нормально рабочее состояние.

Схема предлагаемого предохранительного сбросного спецклапана приведена на фиг. 2.

Клапан содержит корпус 8 с подводящим 9 и отводящим 10 каналами, пружину 11, ступенчатый поршень 12, на котором расположен запирающий элемент 13 затвора. Элемент 14 с максимальным диаметром ступенчатого поршня 12 расположен при закрытом положении клапана между подводящим 9 и отводящим 10 каналами и имеет канал 15 с проходным сечением, которым соединены полости под поршнем и над ним. Хвостовик 16 поршня, через который передается усилие от пружины 11, имеет диаметр больше диаметра подводящего канала 9 (D>d). Диаметр канала 15 в элементе 14 поршня 12 много меньше диаметра подводящего канала 9 клапана. Функцию канала 15 может выполнять кольцевой зазор между элементом 14 и цилиндрической поверхностью в корпусе 8.

Работает клапан следующим образом.

При повышении давления среды в подводящем канале сверх заданного уменьшается усилие прижатия запирающего элемента к седлу затвора, в затворе появляется негерметичность, в полости 6а под поршнем 12 затвора повышается давление, которое увеличивается по мере увеличения протечки через затвор и, следовательно, увеличивается сила воздействия рабочей среды на поршень 12. Пружина 11 сжимается и поршень 12 перемещается в крайнее верхнее положение, открывая для слива отводящий канал 10 клапана.

При перемещении поршня 12 вверх до момента открытия отводящего канала 10 давление в полости 6а под поршнем сохраняется близким к давлению в подводящем канале 9. Усилие воздействия на поршень 12 существенно превышает усилие от воздействия пружины.

Когда давление под поршнем 12 понизится ниже определенной величины, поршень под воздействием пружины переместится к седлу затвора и перекроет проход из входного канала 9.

Соотношение между давлениями открытия и закрытия клапана определяется величиной соотношения d/D.

В предлагаемом предохранительном сбросном спецклапане давления его открытия и закрытия могут существенно отличаться. Это повышает стабильность работы клапана в условиях, когда через клапан проходит переменный расход рабочей среды и позволяет при сохранении простоты конструкции расширить область его возможного применения.

Схема предлагаемого спецклапана выравнивающего давления приведена на фиг. 3. Клапан содержит корпус 17 с подводящим 18 и отводящим 19 каналами, поршень 20 с запирающим элементом 21 затвора, пружину 22. Поршень 20 имеет два канала: канал 23 соосный с запирающим элементом 22 и канал 24, сообщающий полости 26а и 26б над и под поршнем 20. В каналах 23 и 24 расположены жиклеры 25, 26. Суммарная площадь проходных сечений жиклеров 25, 26 меньше площади проходного сечения подводящего и отводящего каналов 18, 19. Функцию канала 24 с жиклером 26 может выполнять кольцевой зазор между поршнем 20 и цилиндрической поверхностью корпуса 17.

Клапан, приведенный на фиг. 3, установленный в системе между двумя емкостями, в которых необходимо выравнивать давления рабочей среды, работает следующим образом.

Пружина 22, установленная в клапане, находится в сжатом состоянии, а затвор, находясь под ее воздействием, открыт. При заполнении системы рабочей средой давление перед клапаном повышается, среда проходит по каналам 23, 24 клапана, заполняет емкость после клапана и давление в ней повышается до уровня, который установился в емкости перед клапаном.

В ситуации, когда давление после клапана начинает интенсивно уменьшаться при неизменном давлении перед ним, давление в полости 26б клапана становится существенно меньше давления в полости 26а. Под воздействием сил от перепада давления на поршень 20, которые начинают превышать силу воздействия на него от пружины, поршень 20 начинает перемещаться к отводящему каналу, запирающий элемент 21 садится на седло и запирает клапан. При этом рабочая среда продолжает проходить через клапан по каналу 23 с жиклером 25, а расход через клапан существенно уменьшается.

В ситуации, когда давление перед клапаном не изменяется, но превышает увеличивающееся давление за ним, то сила воздействия на поршень 20 от перепада давлений рабочей среды на его элементы уменьшается по мере роста давления после клапана. Когда сила воздействия на поршень от пружины превысит силы воздействия на него от перепада давления, поршень переместится от седла затвора, клапан откроется и увеличится до максимальных размеров проходное сечение каналов, по которым проходит через клапан рабочая среда.

В предлагаемом клапане: обеспечивается возможность движения рабочей среды через него в любую сторону на всех режимах его работы; при интенсивном падении давления на выходе из клапана расход рабочей среды через клапан существенно уменьшается; при давлениях на входе и выходе из клапана, близких по значению, сечения каналов для прохода рабочей среды в клапане являются максимальными.

Использование изобретений позволяет создать устройство для управления работой главного предохранительного клапана на основе спецклапанов простой конструкции, что упрощает импульсное устройство.

1. Способ управления главным предохранительным клапаном (ГПК), содержащий операции заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой одновременно с заполнением средой защищаемой системы, выпуска из полости над поршнем ГПК избыточного объема рабочей среды на этапе открытия ГПК, заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК, отличающийся тем, что полость над поршнем ГПК сообщается с защищаемой системой на всех этапах работы, на этапе открытия ГПК приток рабочей среды в полость над поршнем ГПК не превышает величины утечки из нее, а давление в полости снижается на величину минимально потребную для обеспечения полного открытия ГПК, на этапе закрытия ГПК после прекращения выпуска рабочей среды из полости и повышения давления в ней до требуемого уровня увеличивается приток среды в полость.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее главный предохранительный клапан, защищаемую систему, импульсное устройство с предохранительным сбросным клапаном и клапаном выравнивания давления, каналы, соединяющие элементы, отличающееся тем, что в качестве клапанов импульсного устройства использован предохранительный сбросной спецклапан по п. 3 и спецклапан выравнивания давления по п. 4, при этом клапаны параллельно соединены с полостью над поршнем ГПК.

3. Предохранительный сбросной спецклапан, содержащий пружину, затвор, подводящий и отводящий каналы, отличающийся тем, что запирающий элемент затвора выполнен в виде ступенчатого поршня, у которого хвостовик, через который передается усилие от пружины, имеет диаметр больше диаметра подводящего канала, элемент ступенчатого поршня с максимальным диаметром располагается при закрытом положении клапана между подводящим и отводящим каналами и имеет канал с проходным сечением, меньшим проходного сечения подводящего канала, который соединяет полости под поршнем и над ним.

4. Спецклапан, выравнивающий давления, содержащий затвор, пружину, подводящий и отводящий каналы, отличающийся тем, что запирающий элемент затвора выполнен в виде ступенчатого поршня с каналом, соосным с запирающим элементом, и с каналом, соединяющим полости под и над поршнем, причем в каналах поршня установлены жиклеры с калиброванными проходными сечениями, а затвор и пружина установлены перед отводящим каналом.