RU23942U1

RU23942U1 - SAFETY VALVE

Info

Publication number: RU23942U1
Application number: RU2001119941/20U
Authority: RU
Inventors: В.А. Антонов; Н.В. Иванов; Л.Н. Архипов; В.Д. Петров; С.В. Иванов
Original assignee: Проектно-конструкторский и технологический институт трубопроводной арматуры "Атомармпроект"
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2002-07-20

Description

КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ SAFETY VALVE

Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована в энергетической, химической и других отраслях промышленности для защиты систем от повышения в них давления сверх допустимого, в частности в предохранительных клапанах, предназначенных для установки на железнодорожных цистернах, транспортирующих сжиженные углеводороды или аммиак, с целью защиты от недопустимого давления и автоматического выпуска рабочей среды при повышении давления относительно установленного.The utility model relates to valve engineering and can be used in the energy, chemical and other industries to protect systems from overpressure in them, in particular, safety valves designed for installation on railway tanks transporting liquefied hydrocarbons or ammonia, in order to protect from unacceptable pressure and automatic release of the working medium with increasing pressure relative to the set.

Нмеется клапан предохранительный DN 32, PN 20 серии 902R2207-1-0, выпускаемый в Польше фабрикой вагонов «Swidnica, а также на Украине объединением «Азовтяжмаш и устанавливаемый на железнодорожные цистерны. Клапан содержит фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и ножевую с углом при вершине 90° уплотнительные поверхности. Через проходное отверстие проходит шток с четырьмя направляющими ребрами и коническим золотником, прижимаемым к седлу пружиной. Над золотником установлены резиновая прокладка и отражающая втулка, обе в виде перевернутых тарелей. Коническое уплотнение «металл по металлу воспринимает ударные нагрузки при закрытии клапанаThere is a safety valve DN 32, PN 20 of the 902R2207-1-0 series, manufactured in Poland by the Swidnica wagon factory, as well as in Ukraine by the Azovtyazhmash association and installed on railway tanks. The valve comprises a flange in which a through hole is made with a seat in the upper part having a conical and knife-shaped sealing surfaces with an angle of 90 ° at the apex. A rod with four guide ribs and a conical spool pressed against the saddle by a spring passes through the bore. A rubber gasket and a reflective sleeve are installed above the spool, both in the form of inverted plates. Conical seal "metal to metal perceives shock loads when closing the valve

2Q011199412Q01119941

IIIIII

ItiO 1 - 1 9 4 t МКИ F16K17/04ItiO 1 - 1 9 4 t MKI F16K17 / 04

Ножевая часть седла, врезающаяся в закрытом положении в резиновую прокладку обеспечивает герметичность по I классу при номинальном настроенном давлении 20 кгс/см.The knife part of the saddle, which crashes in the closed position into the rubber gasket, provides tightness according to class I at a nominal set pressure of 20 kgf / cm.

Недостатками данной конструкции являются: низкая эксплуатационная надежность резиновой прокладки; сложность настройки предварительного обжатия прокладки; возможность её пережатия, изменение толщины в процессе эксплуатации; воздействие на прокладку протекающей с высокой скоростью среды; возможность попадания прокладки в зазор между седлом и золотником и последующего полного стравливания продукта цистерны.The disadvantages of this design are: low operational reliability of the rubber gasket; the difficulty of setting the preliminary compression of the gasket; the possibility of clamping it, changing the thickness during operation; impact on the laying of a medium flowing at a high speed; the possibility of the gasket getting into the gap between the seat and the spool and subsequent complete bleeding of the tank product.

Имеется клапан предохранительный американской фирмы «Dresser, приведенный в каталоге «Consolidated Sofety Relief Valves SRV-1 Fall 1993-Valve Types.В корпусе клапана имеется вставка (насадка) с проходным отверстием и седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности. Над седлом расположена отражающая втулка (держатель золотника). Установленная над ней пружина поджимает через отражающую втулку к седлу нижней конической поверхностью золотник (фиксатор кольца). Во внутренней проточке втулки установлено упругое, круглое кольцо, поджатое к ней верхней конической под углом 45° поверхностью золотника с пазами наThere is a safety valve made by the American company Dresser, listed in the Consolidated Sofety Relief Valves SRV-1 Fall 1993-Valve Types catalog. The valve body has an insert (nozzle) with a bore and a seat in the upper part with conical and toroidal sealing surfaces. Reflecting sleeve (spool holder) is located above the seat. A spring installed above it compresses the spool (ring retainer) through the reflective sleeve to the saddle with the lower conical surface. In the inner groove of the sleeve, an elastic, round ring is installed, pressed to it by the upper conical surface of the spool with slots on

садки), обеспечивая герметичное «безпузырьковое уплотнение до 95% установленного давления. При подаче давления в клапан работает уплотнение «металл по металлу, при достижении давления контрольной точки среда начинает проникать через металлическое уплотнение и по пазам проходит выше кольца и прижимает кольцо к седлу до тех пор пока не будет достигнуто давление отрыва. При открытом клапане давление над (за) кольцом снижается через пазы золотника. Это предохраняет кольцо от выталкивания при понижении давления. Золотник и отражающая втулка предохраняют кольцо от воздействия (вытягивания) высокой скоростью среды. Как и во многих клапанных уплотнениях давление отрыва происходит (считается) по «условному диаметру. В данном случае отрыв происходит по диаметру Вотр. DH DoTp. DB, где DH наружный диаметр седла; DB - диаметр высшей линии тороидальной поверхности седла. Диаметр отрыва зависит от температуры, силы трения, состава и свойств среды, что снижает точность срабатывания клапана. Повышенные требования, предъявляемые к цистерне для охраны окружающей среды (действующие посты на границах с соседними странами), вызывают необходимость обеспечения герметичного «безпузырькового уплотнения при 100% установленного давления.cages), providing a tight "bubble-free seal up to 95% of the set pressure. When pressure is applied to the valve, the metal-to-metal seal works, when the pressure of the control point is reached, the medium begins to penetrate through the metal seal and passes through the grooves above the ring and presses the ring to the seat until the separation pressure is reached. With the valve open, the pressure above (behind) the ring decreases through the slots of the spool. This prevents the ring from being pushed out when the pressure drops. The spool and reflective sleeve protect the ring from exposure (stretching) by a high medium velocity. As in many valve seals, separation pressure occurs (is considered) according to the "nominal diameter. In this case, the separation occurs along the diameter of Votr. DH DoTp. DB, where DH is the outer diameter of the seat; DB is the diameter of the highest line of the toroidal surface of the saddle. The separation diameter depends on temperature, friction, composition and properties of the medium, which reduces the accuracy of the valve. The increased requirements for the tank for environmental protection (existing posts at the borders with neighboring countries) necessitate the provision of a tight “bubble-free seal at 100% of the set pressure.

Имеется клапан по А.С. № 947553 F16 К17/04 от 30.07.82 г., в котором запорный орган выполнен в виде охватывающего седло стакана, на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, аThere is a valve according to A.S. No. 947553 F16 K17 / 04 dated 07/30/82, in which the locking element is made in the form of a cup covering the saddle, on the inner surface of which an annular groove is made, and

г ///// /g ///// /

овальное уплотнительное кольцо, большая ось которого расположена в радиальном направлении, установлена в канавке с осевым зазором. В данной конструкции усилие, воздействующее на клапан определяется точно наружным диаметром седла.An oval o-ring, the major axis of which is located in the radial direction, is mounted in a groove with axial clearance. In this design, the force acting on the valve is determined exactly by the outer diameter of the seat.

К недостаткам данной конструкции относятся наличие большого предварительного хода перед срабатыванием, воздействие силы трения и воздействие скоростной струи на уплотнительное кольцо. Все это понижает надежность работы и точность срабатывания клапана.The disadvantages of this design include the presence of a large preliminary stroke before actuation, the effect of friction and the impact of a high-speed jet on the o-ring. All this reduces the reliability and accuracy of the valve.

Ближайшим аналогом является клапан предохранительный DN 32, PN 20 американской фирмы «Midland, разработки 1995 г., выпускаемый для российских железнодорожных цистерн. Данный клапан содержит фланец, прикрепляемый к верхней съемной крышке лаза цистерны. Во фланце выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеюпдим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности. В проходном отверстии расположен шток, прижимаемый к седлу пружиной, расположенной со стороны подвода среды. На штоке установлена отражающая втулка, во внутренней проточке которой расположено упругое, круглое кольцо, поджатое к ней верхней конической под углом 45° поверхностью золотника с пазами для пропуска среды. Работа, свойства и достоинства узла уплотнения аналогичны клапану фирмы «Dresser. К фланцу клапана сверху крепится промежуточная труба сброса, в крестовине которой выполнено направляющее отверстие дляThe closest analogue is the safety valve DN 32, PN 20 of the American company Midland, developed in 1995, manufactured for Russian railway tanks. This valve contains a flange attached to the upper removable cover of the tank manhole. A through hole with a saddle in the upper part is made in the flange; we have conical and toroidal sealing surfaces. A rod is located in the bore, pressed to the saddle by a spring located on the side of the medium supply. A reflective sleeve is installed on the stem, in the inner groove of which there is an elastic, round ring, pressed against it by the upper conical surface of the spool with grooves for passing the medium. The operation, properties and advantages of the seal assembly are similar to the Dresser. An intermediate discharge pipe is attached to the valve flange from above, in the cross of which a guide hole is made for

штока. В промежуточную трубу ввинчивается труба сброса. Пружина помещена в направляющий стакан, который поджимается к фланцу пружиной через щток с закрепленным па нем крестообразным хвостовиком для прохода среды и опорным направляющим кольцом, скользящим в стакане. Недостатками данной конструкции являются недостаточная точность работы и недостаточная герметичность при 100% установленного давления (см. клапан фирмы «Dresser), а также высокая стоимость за счет относительной сложности и трудоемкости получения соосности седла и разнесенных направляющих штока, сложность обслуживания (замены упругого уплотнительного кольца).stock. A discharge pipe is screwed into the intermediate pipe. The spring is placed in a guide cup, which is pressed against the flange by a spring through a flap with a cross-shaped shank fixed to it for medium passage and a support guide ring sliding in the cup. The disadvantages of this design are the lack of accuracy and tightness at 100% of the set pressure (see the Dresser valve), as well as the high cost due to the relative complexity and the complexity of obtaining alignment of the seat and spaced guide rails, the complexity of maintenance (replacing the elastic sealing ring) .

Технической задачей данной полезной модели являются повышение герметичности, надежности и точности работы клапана, простота обслуживания, снижение стоимости изготовления при сохранении или уменьшении массы и внутренних, находящихся в цистерне, габаритных размеров клапана.The technical task of this utility model is to increase the tightness, reliability and accuracy of the valve, ease of maintenance, lower manufacturing costs while maintaining or reducing the weight and internal valve dimensions that are in the tank.

Согласно полезной модели, поставленная задача достигается тем, что в клапане предохранительном, содержащем фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемым к седлу пружиной, закрепленную на штоке отражающую втулку, во внутренней проточке которой расположено упругое круглое кольцо, поджатое к втулке верхней коническойAccording to a utility model, the task is achieved by the fact that in the safety valve containing a flange in which a through hole is made with a seat in the upper part having a conical and toroidal sealing surfaces, a rod with a conical spool pressed against the seat by a spring, a reflective sleeve fixed to the rod , in the inner groove of which an elastic round ring is located, pressed to the upper conical sleeve

поверхностью золотника, причем наружный диаметр седла DH выбирается из условия: Dcp DH Dcp-0,3dk, где Dcp - средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником; dk - диаметр сечения кольца, при этом верхняя коническая поверхность золотника выполнена под углом 20°.,. 10°. В предпочтительном варианте пружина изготовлена из коррозионностойкой стали, с меньшим модулем сдвига и большим чем у штока коэффициентом линейного расширения, а шток выполнен с пятью направляющими ребрами, расположенными в проходном отверстии фланца клапана.the surface of the spool, and the outer diameter of the saddle DH is selected from the condition: Dcp DH Dcp-0,3dk, where Dcp is the average diameter of the elastic ring in the groove pressed by the spool; dk is the diameter of the cross section of the ring, while the upper conical surface of the spool is made at an angle of 20 °.,. 10 °. In a preferred embodiment, the spring is made of corrosion-resistant steel, with a smaller shear modulus and a linear expansion coefficient greater than that of the stem, and the stem is made with five guide ribs located in the bore of the valve flange.

На фиг. 1 изображен обш;ий вид клапана предохранительного, на фиг. 2 показано сечение А-А клапана, на фиг. 3 показан уплотнительный узел Б в закрытом клапане, на фиг. 4 показан узел Б при возникновении самоуплотнения, на фиг. 5 показан узел Б в момент начала открытия клапана, на фиг. 6 показан узел Б в открытом положении.In FIG. 1 shows a general view of the safety valve, in FIG. 2 shows a section AA of the valve, FIG. 3 shows the sealing assembly B in a closed valve; FIG. 4 shows the assembly B when self-sealing occurs; FIG. 5 shows the assembly B at the moment the valve opens, FIG. 6 shows the assembly B in the open position.

Клапан состоит из фланца 1 с проходным отверстием 2 и седлом 3, имеюш;им коническую 4 и тороидальную 5 уплотнительные поверхности. В проходном отверстии 2 установлен шток 6 с направляюш,ими ребрами 7 и коническим золотником 8. Золотник 8 прижимается к конической улотнительной поверхности 4 пружиной 9 через втулку 10 и сферическую шайбу 11 гайками регулировочной 12 и стопорной 13. На штоке 6 закреплена отражаюш;ая втулка 14 гайками 15. Во внутренней проточке отражаюш;ей втулки 14 расположено упругое круглое кольцоThe valve consists of a flange 1 with a bore 2 and a seat 3, which has a conical 4 and toroidal 5 sealing surface. A stem 6 is installed in the bore 2 with a guide, ribs 7 and a conical spool 8. The spool 8 is pressed against the conical sealing surface 4 by the spring 9 through the sleeve 10 and the spherical washer 11 with the adjusting nuts 12 and the lock 13. The reflecting sleeve is fixed to the stem 6; 14 with nuts 15. Reflected in the inner groove; its sleeve 14 has an elastic round ring

16, поджатое к ней верхней конической поверхностью 17 золотника 8. Фланец 1 имеет четыре присоединительных отверстия 18 для соединения с верхней съемной крышкой лаза цистерны. На фланец 1 навинчивается труба 19 для защиты окружающих клапан изделий от действия потока сбрасываемой среды. В шток 6 ввинчивается рым-болт 20 для проверки работоспособности клапана. Для предотвращения протечек среды на штоке установлено уплотнительное кольцо 21, Позицией 22 обозначена наружная поверхность седла 3, а 23 - полость над кольцом 16.16, drawn to it by the upper conical surface 17 of the valve 8. Flange 1 has four connecting holes 18 for connection with the upper removable cover of the tank manhole. A pipe 19 is screwed onto the flange 1 to protect the products surrounding the valve from the action of the flow of discharged medium. An eyebolt 20 is screwed into the stem 6 to verify the valve is operational. To prevent leakage of the medium, a sealing ring 21 is installed on the stem, Position 22 indicates the outer surface of the seat 3, and 23 indicates the cavity above the ring 16.

Клапан предохранительный, в частном случае на номинальное давление PN 20, работает следующим образом. Газовая фаза продукта, перевозимого в цистерне, попадает через зазоры между витками пружины 9 в проходное отверстие 2 и воздействует своим давлением на золотник 8 клапана.The safety valve, in particular in the nominal pressure PN 20, operates as follows. The gas phase of the product transported in the tank enters through the gaps between the turns of the spring 9 into the passage 2 and acts by its pressure on the valve spool 8.

При давлении в цистерне, в частном случае до 12-14 кгс/см , за счет усилия пружины уплотнение осуществляется по конической поверхности 4 седла и золотника. При давлении большем вышеуказанного фиг. 4 среда начинает проникать через уплотнение «металл по металлу к упругому круглому кольцу 16 деформируя его. Деформация кольца заставляет его вдавливаться между наружной тороидальной поверхностью 5, седла 3 и отражающей втулкой 14 и, за счет выполнения условия -0,3 dk, в зазор между наружной поверхностью 22, седла 3At a pressure in the tank, in the particular case of up to 12-14 kgf / cm, due to the force of the spring, the seal is carried out on the conical surface 4 of the seat and spool. At a pressure greater than the above FIG. 4, the medium begins to penetrate through the metal-to-metal seal to the elastic circular ring 16 deforming it. The deformation of the ring causes it to be pressed between the outer toroidal surface 5 of the seat 3 and the reflective sleeve 14 and, due to the condition -0.3 dk, in the gap between the outer surface 22 of the seat 3

и отражающей втулкой 14, происходит самоуплотнение. При дальнейшем повышении давления среда начинает проникать в полость 23 над (за) кольцом 16 и часть давления передается на кольцо сверху, увеличивая самоуплотнение. При достижении величины давления начала открытия (фиг.5), в частном случае ,6 кгс/см, начинается подъем золотника 8 с отражаюш;ей втулкой 14 и кольцом 16 над седлом 3 и отжим поверхности кольца 16 от наружной тороидальной поверхности 4, седла 3 и в момент начала открытия клапана от наружной поверхности 22, седла 3, по диаметру которой точно рассчитывается давление начала открытия Рно - повышается точность работы клапана. При номинальном давлении, в частном случае PN 20, за счет вдавливания кольца в зазор между наружной поверхностью седла и втулкой отражаюш;ей обеспечивается герметичное «безпузырьковое уплотнение, при 100% установленного давления - повышается герметичность и надежность работы клапана.and reflective sleeve 14, self-sealing occurs. With a further increase in pressure, the medium begins to penetrate into the cavity 23 above (behind) the ring 16 and part of the pressure is transferred to the ring from above, increasing self-sealing. When the value of the pressure of the beginning of the opening (Fig. 5) is reached, in the particular case of 6 kgf / cm, the spool 8 begins to rise with a reflector; it has a sleeve 14 and a ring 16 above the seat 3 and the surface of the ring 16 is pressed from the outer toroidal surface 4, seat 3 and at the moment of starting the opening of the valve from the outer surface 22, of the seat 3, the diameter of which accurately calculates the pressure of the beginning of the opening of Rno - increases the accuracy of the valve. At a nominal pressure, in the particular case of PN 20, the ring is pressed into the gap between the outer surface of the seat and the bushing, it is provided with a tight “bubble-free seal”, at 100% of the set pressure, the valve tightness and reliability increase.

При дальнейшем повышении давления до величины давленияWith a further increase in pressure to a pressure value

полного открытия Рп.о (фиг. 6), в частном случае Рп. кгс/см , подъемная сила становится больше усилия пружины и происходит полное открытие клапана, в частном случае на величину Н не менее 6 мм, соответствз юшую величине проходной плош;ади между седлом и золотником большей плош;ади проходного отверстия между фланцем и штоком.full opening of Rp (Fig. 6), in the particular case of Rp. kgf / cm, the lifting force becomes greater than the spring force and the valve opens completely, in the particular case by a value of H of at least 6 mm, corresponding to a lower passage diameter; if there is a larger gap between the seat and the spool; if there is a passage hole between the flange and the stem.

В открытом положении клапана фиг. 6, за счет выполнения верхней конической поверхности 17, золотника 8 под углом 20°... 10°, объем среды (полости 23) за кольцом незначительный и снижение давления при сбросе среды не вызывает выдавливания кольца 16, отпадает необходимость выполнения пазов на конической поверхности 17, снижается стоимость изготовления, скоростной поток среды проходит мимо кольца 16 клапана, не оказывая на него воздействия. При понижении давления в цистерне до величины давления закрытия, в частном случае РЗ 19In the open position of the valve of FIG. 6, due to the implementation of the upper conical surface 17, the spool 8 at an angle of 20 ° ... 10 °, the volume of the medium (cavity 23) behind the ring is insignificant and the pressure drop when the medium is released does not cause extrusion of the ring 16, there is no need to make grooves on the conical surface 17, the manufacturing cost is reduced, a high-speed fluid flow passes by the valve ring 16 without affecting it. When the pressure in the tank decreases to the closing pressure, in the particular case of relay protection device 19

кгс/см , подъемная сила становится меньше усилия пружины и происходит закрытие клапана.kgf / cm, the lifting force becomes less than the spring force and the valve closes.

Использование пружины из коррозионностойкой стали повышает долговечность и, соответственно, надежность работы клапана, меньший модуль сдвига материала пружины позволил, в частном случае, сократить число рабочих витков с 8 до 7 и уменьшить высоту пружины, повысив при этом её устойчивость и надежность работы клапана, использовав при этом одну направляюшую поверхность проходное отверстие направляющие ребра. Снижается масса, габариты, трудоемкость и стоимость изготовления клапана. Использование пружины и материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем у материала штока компенсирует частично влияние температуры на величину давления срабатывания, повышая точность настройки клапана. Например, увеличение температуры на 40° за счет снижения модуля упругости уменьшает усилие пружины на 1,5%, линейная деформация пружины относительно штока к величине сжатия пружины увеличивается, в частном случае на 1,1%, соответственно увеличивая усилие пружины и компенсируя частично влияние температуры, что также повышает точность работы клапана.The use of a spring made of corrosion-resistant steel increases the durability and, accordingly, the reliability of the valve, a smaller shear modulus of the spring material made it possible, in the particular case, to reduce the number of working turns from 8 to 7 and reduce the height of the spring, while increasing its stability and reliability of the valve, using wherein one guide surface the passage hole guiding ribs. The weight, dimensions, laboriousness and manufacturing cost of the valve are reduced. The use of a spring and a material with a greater coefficient of linear expansion than that of the stem material partially compensates for the influence of temperature on the value of the set pressure, increasing the accuracy of the valve settings. For example, an increase in temperature by 40 ° due to a decrease in the modulus of elasticity reduces the spring force by 1.5%, linear deformation of the spring relative to the rod increases the compression ratio of the spring, in the particular case by 1.1%, correspondingly increasing the spring force and partially compensating for the effect of temperature , which also improves the accuracy of the valve.

Использование пяти направляюп1,их ребер 7 вместо четырех позволило уменьшить несоосность при посадке золотника на седло в 1,27 раза, что увеличивает надежность и точность работы клапана. Увеличение числа ребер до 6 не приводит к дальнейшему положительному эффекту.The use of five rails 1, their ribs 7 instead of four, made it possible to reduce misalignment when landing the spool on the seat by 1.27 times, which increases the reliability and accuracy of the valve. An increase in the number of ribs to 6 does not lead to a further positive effect.

Отсутствие верхней направляюш;ей штока делает более простым обслуживание клапана. Достаточно отвинтить трубу 19, гайки 15, чтобы снять отражаюшую втулку 14 и заменить упругое круглое кольцо 16.The absence of an upper guide; the stem makes it easier to maintain the valve. It is enough to unscrew the pipe 19, nuts 15 to remove the reflective sleeve 14 and replace the elastic round ring 16.

Claims

1. A safety valve containing a flange in which a passage hole is made with a seat in the upper part having conical and toroidal sealing surfaces, a stem with a conical spool pressed against the seat by a spring, a reflective sleeve fixed to the stem, in the inner groove of which is an elastic circular ring , preloaded to the hub upper tapered surface of the spool, characterized in that the outer seat diameter Dout chosen from the condition Dcp≥Dn≥Dcp-0,3 d _k, where D _cp - average diameter of the elastic ring in the groove, odzhatogo spool; d _k - the diameter of the cross section of the ring, while the upper conical surface of the spool is made at an angle of 20-10 ^o .

2. The safety valve according to claim 1, characterized in that the valve spring is made of corrosion-resistant steel with a smaller shear modulus and a coefficient of linear expansion larger than the stem, and the stem is made with five guide ribs located in the passage opening of the valve flange.