PL220659B1 - Zawór szybkiego spustu, zwłaszcza do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór szybkiego spustu, zwłaszcza do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu, odznaczający się dużym współczynnikiem przepływu.

Znane są rozwiązania, w których wykorzystywane są zawory armaturowe z elementem roboczym w postaci tłoczka lub suwaka, który przesuwając się wewnątrz zaworu zamyka lub otwiera drogę czynnika roboczego. Zawory takie charakteryzują się konstrukcją, która zmniejsza zakłócenia przepływu, jednak przepływ czynnika roboczego jest zawsze zaburzany, ze względu na obecność na drodze przepływu elementów konstrukcyjnych zaworu.

Przykład zaworu armaturowego, w którym położenie suwaka jest ustalane za pomocą siłownika pneumatycznego znany jest z opisu patentowego US nr 005 769 123. Według opisu korpus zaworu połączony jest z dwoma kołnierzami, umożliwiającymi montaż urządzenia w rurociągu, zaś wewnątrz korpusu znajduje się suwak połączony za pomocą pręta z tłoczyskiem siłownika, przymocowanego do zewnętrznej części korpusu. Suwak i pręt mają system kanalików, którymi czynnik roboczy wypełnia komory wewnątrz korpusu, po obu stronach suwaka. Dzięki temu ciśnienie robocze w komorach korpusu jest takie samo, a siły hydrostatyczne działające na suwak wzajemnie się równoważą. Rozwiązanie to korzystnie minimalizuje rozmiary siłownika pneumatycznego, którego energia jest wykorzystywana jedynie do przesunięcia suwaka, bez konieczności pokonywania oporów wynikających z niezrównoważonych sił hydrostatycznych oddziaływujących na suwak.

Podobne rozwiązanie znane jest z opisu patentowego DE nr 834 630 opisującego zawór armaturowy, w którym dwuczęściowy suwak zaworu osadzony jest w rurowej prowadnicy, zabudowanej wewnątrz korpusu. Obie części suwaka mogą przesuwać się w prowadnicy w przeciwnych kierunkach jednocześnie. W pozycji wysuniętej oba elementy suwaka spoczywają na gniazdach w korpusie i zamykają przepływ czynnika. W pozycji wsuniętej znajdują się one wewnątrz prowadnicy, a przepływ przez zawór jest otwarty. Ruch jednego z elementów suwaka jest wywoływany za pomocą siłownika zamocowanego do zewnętrznej części korpusu. Drugi element suwaka jest napędzany za pomocą siłownika zabudowanego wewnątrz rurowej prowadnicy. Suwaki mają otwory, którymi czynnik roboczy wypełnia komory wewnątrz korpusu i rurowej prowadnicy, po obu stronach elementów suwaka. Dzięki temu energia siłowników jest wykorzystywana jedynie do przesunięcia suwaków, bez konieczności pokonywania oporów wynikających z niezrównoważonych sił hydrostatycznych, oddziaływujących na oba elementy suwaka.

Podobne rozwiązanie znane jest z opisu patentowego FR nr 2 130 794 A5. Według opisu ruchomy element wykonawczy jest umieszczony wewnątrz rurowej prowadnicy w taki sposób, że pomiędzy ściankami elementu wykonawczego a prowadnicą powstają komory, które wypełnia czynnik roboczy. Dzięki oddziaływaniu ciśnienia czynnika roboczego znajdującego się w komorach element wykonawczy przesuwa się wzdłuż prowadnicy i w skrajnej pozycji stożkowa część elementu wykonawczego jest dociskana do gniazda w korpusie, co zamyka przepływ czynnika roboczego. Prowadnica ma kanały, łączące komory z korpusem, za pomocą których możliwe jest sterowanie przepływem czynnika roboczego wewnątrz komór. Zmiana kierunku przepływu czynnika w komorach, realizowana za pomocą systemu sterowania, umożliwia zmianę układu sił działających na ścianki elementu wykonawczego. W wyniku tej zmiany następuje przesunięcie elementu wykonawczego pomiędzy skrajnymi pozycjami, w których następuje otwarcie lub zamknięcie przepływu czynnika przez zawór.

Rozwiązanie zaworu, w którym element wykonawczy w postaci przesuwnego tłoczka jest osadzony wewnątrz korpusu na nieruchomym rdzeniu z dwoma kołnierzami, znane jest z opisu patentowego US nr 5 069 246. Według opisu rdzeń jest umieszczony współśrodkowo do kierunku przepływu czynnika roboczego i zamocowany na wspornikach łączących go z wewnętrzną częścią korpusu. Umieszczenie elementów wykonawczych współosiowo z kierunkiem przepływu czynnika roboczego zmniejsza zakłócenia i opory przepływu. Tłoczek zaworu jest umieszczony na rdzeniu w taki sposób, że wewnątrz tłoczka, pomiędzy kołnierzami rdzenia, powstają komory, tak jak w siłowniku pneumatycznym. Zapowietrzanie i odpowietrzanie odpowiednich komór, za pomocą sytemu kanalików znajdujących się wewnątrz rdzenia, powoduje przesuw tłoczka wzdłuż rdzenia. W skrajnej pozycji stożkowa część tłoczka spoczywa na gnieździe, wykonanym w korpusie i zamyka przepływ czynnika roboczego. Tłoczek w jednej komorze ma otwory, którymi następuje wyrównanie ciśnienia na zewnątrz i wewnątrz tłoczka. Dzięki temu energia czynnika znajdującego się w drugiej komorze jest wykorzystywana jedynie do przesunięcia tłoczka, bez konieczności pokonywania oporów wynikających z niezrównoważonych sił hydrostatycznych.

PL 220 659 B1

Rozwiązanie zaworu, w którym suwak zamykający przepływ jest także umieszczony na nieruchomym rdzeniu, wewnątrz rurowej prowadnicy, współśrodkowo z korpusem i kierunkiem przepływu, znane jest z opisu patentowego US nr 6 216 721. W tym rozwiązaniu ruch suwaka jest wspomagany za pomocą sprężyny naciskowej, znajdującej się wewnątrz komory ciśnieniowej, wytworzonej pomiędzy ściankami suwaka, rurowej prowadnicy i kołnierza tulei osadzonej po jednej stronie rdzenia. Równowaga sił hydrostatycznych po obu stronach suwaka sprawia, że do zamknięcia przepływu wystarczy siła sprężyny. Rurowa prowadnica ma otwory, umożliwiające przepływ czynnika roboczego pomiędzy prowadnicą a korpusem. Jeżeli suwak jest dociśnięty stożkową częścią do gniazda znajdującego się w korpusie otwory prowadnicy są odcięte od kanału wlotowego i przepływ jest zamknięty.

Podobne rozwiązanie znane jest także z opisu patentowego GB nr 2 198 501. W tym przypadku suwak jest prowadzony na zewnętrznej powierzchni rurowej prowadnicy, zamocowanej wewnątrz cylindrycznego korpusu.

Istnieją rozwiązania zaworów, w których cylindryczny suwak zamykający przepływ jest prowadzony bezpośrednio wewnątrz korpusu zaworu bez stosowania rdzenia prowadzącego. Przykład rozwiązania znany jest z opisu patentowego US nr 4 231 393. Według opisu cylindryczny suwak jest tak osadzony w korpusie, że pomiędzy tylną powierzchnią suwaka a ścianką korpusu istnieje komora ciśnieniowa, która na skutek przepływu przez kanał w suwaku może być wypełniona czynnikiem roboczym. Ze względu na różnicę powierzchni czołowych po obu stronach cylindrycznego suwaka, siła hydrostatyczna dociska suwak stożkowym pierścieniem, znajdującym się na jego powierzchni cylindrycznej, do gniazda w korpusie. Komora ciśnieniowa za pomocą rozdzielacza i wewnętrznych kanałów w korpusie może być także połączona z przyłączem wylotowym zaworu. W takim przypadku następuje zmiana równowagi sił hydrostatycznych oddziałujących na suwak i zostaje on odsunięty od gniazda w korpusie otwierając przepływ czynnika roboczego przez zawór.

Podobne rozwiązanie znane jest z opisu patentowego EP nr 1 229 280. Według opisu cylindryczny suwak prowadzony wewnątrz korpusu ma wewnętrzną komorę połączoną kanałem z czynnikiem roboczym. Wewnętrzna komora umożliwia kompensację siły hydrostatycznej wywoływanej ciśnieniem czynnika roboczego. Suwak jest tak ukształtowany, że pomiędzy zewnętrzną powierzchnią suwaka a wewnętrzną powierzchnią korpusu istnieją dwie komory połączone z kanałami w korpusie. Odpowietrzenie lub zapowietrzenie odpowiedniej komory steruje pozycja suwaka w korpusie, czyli zamykaniem i otwieraniem przepływu czynnika roboczego przez zawór. Suwak jest dodatkowo wspomagany sprężyną znajdującą się wewnątrz korpusu.

Istnieją także pneumatyczne zawory spustowe określane jako działa pneumatyczne, przeznaczone do usuwania zanieczyszczeń w postaci nawisów w wymiennikach ciepła, silosach, elewatorach i innych zbiornikach przeznaczonych do materiałów sypkich. Urządzenia takie umożliwiają gwałtowne uwolnienie znacznej ilości sprężonego powietrza w celu strącenia powstałych nawisów oraz oczyszczenia wewnętrznej powierzchni ścian zbiorników.

Rozwiązanie takie znane jest z opisu patentowego WO nr 2010/058 093 A1. Według przedstawionego opisu mechanizm spustowy zawiera ruchomy, przesuwny tłok znajdujący się w korpusie urządzenia. Tłok przesuwa się pomiędzy położeniem otwierającym i zamykającym przepływ sprężonego powietrza do dyszy wylotowej. Korpus działa zawiera powietrzną komorę wejściową oraz dyszę wylotowa połączoną z dyszą wejściową oraz komorę regulacyjną. Tłok ma dwie przeciwległe powierzchnie, na które działa ciśnienie z komory wejściowej i komory regulacyjnej. Tłok może spoczywać na gnieździe dyszy wylotowej, zamykając przepływ, lub może być odsunięty od gniazda, otwierając przepływ powietrza ze zbiornika do dyszy.

Podobne rozwiązanie mechanizmu spustowego znane jest z opisu patentowego US nr 4 703 869, w którym urządzenie przedstawione pod nazwą działa pneumatycznego ma zewnętrzny zbiornik ze sprężonym powietrzem, wewnątrz którego znajduje się rura, zamocowana do ścianek zbiornika. Jeden koniec rury stanowi ujście wyrzucanego gazu zmagazynowanego w zbiorniku, drugi koniec jest połączony z komorą powietrzną zbiornika. Ścianka zbiornika ma kołnierz z zamocowaną pokrywą, zawierającą rurę współśrodkową z rurą zamocowaną wewnątrz zbiornika. Pomiędzy rurą zamocowaną do ścianek zbiornika a rurą zamocowaną do pokrywy znajduje się przerwa, częściowo uzupełniona przesuwnym dyskiem. Zamykanie i otwieranie drogi łączącej koniec rury z komorą powietrzną zbiornika jest realizowane za pomocą przesuwnego dysku, który może spoczywać na czole rury zamocowanej do ścianek zbiornika lub na czole rury zamocowanej do pokrywy. Czoła rur stanowią gniazda do osadzania powierzchni czołowych dysku. Ruch dysku jest wywoływany na skutek różnicy sił oddziały4

PL 220 659 B1 wujących na przeciwległe powierzchnie dysku wywoływanych ciśnieniem sprężonego powietrza. Zmiana pozycji dysku powstaje w wyniku zmiany ciśnienia w komorze rury zamocowanej do pokrywy.

Podobne rozwiązanie, w którym ruch suwaka zamykającego lub otwierającego przepływ sprężonego powietrza jest wspomagany sprężyną znany jest z opisu patentowego US nr 5 441 171. Natomiast w opisach patentowych US nr 2007/0 209 648 oraz US nr 2011/0 000 936 przedstawiono mechanizm spustowy określany mianem działa pneumatycznego, w którym suwak zamykający drogę pomiędzy zbiornikiem powietrza a rurą stanowiącą dyszę wylotową jest wspomagany za pomocą zaworu grzybkowego. Trzpień zaworu grzybkowego może być przesuwany ręcznie lub pneumatycznie. Ruch powrotny trzpienia zaworu grzybkowego jest realizowany za pomocą sprężyny. Zmiana pozycji suwaka powstaje w wyniku zmiany ciśnienia w komorze nad suwakiem i pod suwakiem.

Działo powietrzne do usuwania narostów i spiętrzeń materiału sypkiego w silosach, wymiennikach ciepła, przewodach i tym podobnych za pomocą podmuchów powietrza znane jest także z opisu patentowego PL nr 173 444. Rozwiązanie zawiera zbiornik ciśnieniowy do gromadzenia sprężonego powietrza oraz dyszę wylotową, a także umieszczony pomiędzy zbiornikiem ciśnieniowym i dyszą wylotową, spustowy zawór wylotowy dla sprężonego powietrza. Zawór ma kadłub oraz tłok prowadzony wzdłuż prowadnicy, poddany od tylnej strony błyskawicznie opadającemu ciśnieniu zamykającemu, który na przedniej stronie zwróconej do dyszy wylotowej ma pierścieniową uszczelkę zaworu. Przed tą powierzchnią przy zamkniętym zaworze wylotowym, działa ciśnienie panujące w zbiorniku ciśnieniowym.

Podobne rozwiązania mechanizmów spustowych wykorzystywanych w działach pneumatycznych przeznaczonych do strącania zanieczyszczeń znane są z opisów patentowych nr nr CN 101 857 120, CN 101 857 119, WO 2010 022 686, CN 2014 11 181, CN 101 580 161, CN 201 411 180, CN 201 406 157, CN 201 372 070, MX 2008 011 372, BR P10 708 768, CN 201 240 624, EP 1 528 013, CN 2 797 264.

Celem wynalazku było umożliwienie cyklicznego otwierania zbiornika powietrza o dużym ciśnieniu roboczym dla szybkiego jego opróżnienia. Zadaniem technicznym było opracowanie konstrukcji zaworu szybkiego spustu o dużym współczynniku przepływu pozwalającego na opróżnienie wysokociśnieniowego zbiornika powietrza o dużym ciśnieniu roboczym w jak najkrótszym czasie.

Zawór szybkiego spustu, zwłaszcza do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu, wyposażony w korpus, przyłącze do instalacji pneumatycznej, uszczelnienia, według wynalazku odznacza się tym, że zawiera cylindryczny korpus z komorą obwodową, z którą połączony jest kołnierz z uszczelnieniem, stanowiący port przyłączeniowy zaworu do instalacji pneumatycznej, z której usuwane jest powietrze. W cylindrycznej części korpusu osadzona jest tuleja z umieszczonymi równomiernie na obwodzie wycięciami, korzystnie prostokątnymi. Jeden koniec tulei unieruchamia osadzony w korpusie pierścień ze stożkowym otworem tworzącym gniazdo zaworu, a drugi koniec tulei, poprzez elastyczny pierścień, podparty jest pokrywą, połączoną rozłącznie z korpusem. Wewnątrz tulei znajduje się zakończony stożkowo dwustopniowy, cylindryczny suwak z rowkami, wewnątrz których umieszczone są mające szczeliny pierścienie prowadzące, zmniejszające opory ruchu suwaka względem tulei. W części stożkowej suwaka, stanowiącej zakończenie fragmentu suwaka o mniejszej średnicy, osadzony jest pierścień o zewnętrznym kształcie odpowiadającym otworowi w pierścieniu. Zawór ma pierścień uszczelniający, osadzony pomiędzy korpusem i pierścieniem, oraz pierścień uszczelniający, osadzony pomiędzy korpusem i pokrywą które zapewniają niezbędną szczelność zaworu.

Zaletą wynalazku jest możliwość uzyskania maksymalnego współczynnika przepływu w krótkim czasie, pozwalającym na cykliczne opróżnienie wysokociśnieniowego zbiornika powietrza o dużej objętości, w procesach technologicznych lub sytuacjach awaryjnych.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór szybkiego spustu do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu w przekroju poprzecznym w stanie zamkniętym, a fig. 2 - w stanie otwartym.

Zawór szybkiego spustu do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu zawiera cylindryczny korpus 1 z komorą obwodową 13, z którą połączony jest kołnierz 2 z uszczelnieniem 11, stanowiący port przyłączeniowy zaworu do instalacji pneumatycznej 16, z której usuwane jest powietrze. W cylindrycznej części korpusu 1 osadzona jest tuleja 4 z umieszczonymi równomiernie na obwodzie prostokątnymi 12 wycięciami. Jeden koniec tulei 4 unieruchamia osadzony w korpusie 1 pierścień 9, ze stożkowym otworem tworzącym gniazdo zaworu. Drugi koniec tulei 4 poprzez elastyczny pierścień 6 podparty jest pokrywą 14, zamocowaną do korpusu 1. Wewnątrz tulei 4 znajduje się zakończony stożkowo dwustopniowy, cylindryczny suwak 3 z rowkami, wewnątrz których umieszczone są mające szczeliny pierścienie prowadzące 5, zmniejszające opory ruchu suwaka 3 względem tulei 4. W części stożkowej

PL 220 659 B1 suwaka 3, stanowiącej zakończenie fragmentu suwaka 3 o mniejszej średnicy, osadzony jest pierścień 10, o zewnętrznym kształcie odpowiadającym otworowi w pierścieniu 9. Zamknięcie zaworu polega na dostarczeniu do otworu 18 w pokrywie 14 ciśnienia o wartości równej ciśnieniu panującemu w instalacji 16, do której przyłączany jest zawór kołnierzem 2. Dostarczone powietrze powoduje przesunięcie suwaka 3 z pierścieniem 10 do pierścienia 9, zamykając przestrzeń pomiędzy zbiornikiem 16 i otworem wylotowym 15 zaworu. Niezbędną szczelność zaworu zapewnia pierścień uszczelniający 8, pomiędzy korpusem 1 i pierścieniem 9 oraz pierścień uszczelniający 7, pomiędzy korpusem 1 i pokrywą 14. Sprężone powietrze znajdujące się w zbiorniku 16, poprzez wycięcia w tulei 4, przedostaje się szczelinami w pierścieniach prowadzących 5 w przestrzeń pomiędzy suwakiem 3 i elastycznym pierścieniem 6. Wielkość szczelin 17 w pierścieniach prowadzących 5 zostaje tak dobrana, aby suma pól ich przekrojów była znacznie mniejsza od średnicy otworu przyłączeniowego w pokrywie 14. Na skutek różnic średnic suwaka 3 w części stożkowej i części z pierścieniami prowadzącymi 5 następuje dociskanie suwaka 3 z pierścieniem 10 do pierścienia 9 domykając zawór. Otwarcie zaworu polega na usunięciu do atmosfery powietrza z przestrzeni pomiędzy suwakiem 3 i pierścieniem 6, poprzez otwarcie zewnętrznego zaworu połączonego z otworem w pokrywie 14. Powstała różnica ciśnień oraz średnic „s” fragmentów suwaka powoduje rozpoczęcie ruchu suwaka 4 w kierunku pierścienia 6, amortyzującego ruch suwaka 3 w końcowej fazie. W powstałą szczelinę pomiędzy pierścieniami 9 i 10 przedostaje się powietrze z komory obwodowej 13, połączonej poprzez wycięcia 14 w tulei 4 ze zbiornikiem 16, przyspieszając ruch suwaka 3 i jednocześnie wypływając przez otwór 15 w korpusie 1.

Claims (1)

1. Zawór szybkiego spustu, zwłaszcza do zbiorników o dużej objętości i ciśnieniu, wyposażony w korpus, przyłącze do instalacji pneumatycznej, uszczelnienia, znamienny tym, że zawiera cylindryczny korpus (1) z komorą obwodową (13), z którą połączony jest kołnierz (2) z uszczelnieniem (11), stanowiący port przyłączeniowy zaworu do instalacji pneumatycznej (16), z której usuwane jest powietrze, natomiast w cylindrycznej części korpusu (1) osadzona jest tuleja (4), z umieszczonymi równomiernie na obwodzie wycięciami (12), korzystnie prostokątnymi, przy czym jeden koniec tulei (4) unieruchamia osadzony w korpusie (1) pierścień (9), ze stożkowym otworem tworzącym gniazdo zaworu, a drugi koniec tulei (4), poprzez elastyczny pierścień (6), podparty jest pokrywą (14), połączoną rozłącznie z korpusem (1), natomiast wewnątrz tulei (4) znajduje się zakończony stożkowo dwustopniowy, cylindryczny suwak (3) z rowkami, wewnątrz których umieszczone są mające szczeliny pierścienie prowadzące (5), zmniejszające opory ruchu suwaka (3) względem tulei (4), a w części stożkowej suwaka (3), stanowiącej zakończenie fragmentu suwaka (3) o mniejszej średnicy, osadzony jest pierścień (10) o zewnętrznym kształcie odpowiadającym otworowi w pierścieniu (9), natomiast zawór ma pierścień uszczelniający (8), osadzony pomiędzy korpusem (1) i pierścieniem (9) oraz pierścień uszczelniający (7), osadzony pomiędzy korpusem (1) i pokrywą (14), które zapewniają niezbędną szczelność zaworu.