RU2493464C2

RU2493464C2 - Клапан с импульсным приводом

Info

Publication number: RU2493464C2
Application number: RU2011139706/06A
Authority: RU
Inventors: Марк МАКЛЕЛЛАНД; Брэдфорд Т. СТИЛУЭЛЛ; Бон Ф. ШО; Майкл Д. КРЕБИЛЛ; ДеВанг ПАТЕЛ; Джон К. ШЕФЕР
Original assignee: Файк Корпорейшн
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2013-09-20
Also published as: US20100127195A1; SG171778A1; SI3460300T1; BRPI0922054B1; TW201027027A; CA2742618A1; WO2010059282A2; AU2009318049B2; MX2011004806A; PL3460300T3; BRPI0922054A2; EP3460300A1; CN102224365A; WO2010059282A3; KR20110102300A; PL2347151T3; SA109300585B1; TWI479117B; HK1159730A1; TR201900717T4

Abstract

Группа изобретений относится к арматуростроению и предназначена для защиты устройств от избыточного давления. Клапан для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства, включает в себя корпус клапана с проточным каналом сквозь него, прогибающийся в обратном направлении разрывной диск в корпусе клапана в обычно блокирующем расположении по отношению к потоку текучей среды через канал и выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана вблизи выпуклой поверхности диска. Диск имеет изгибающуюся центральную секцию, представляющую собой в основном выпуклую поверхность и вогнутую сторону. Выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением. Приводимое в действие устройство выполнено с возможностью разрыва без прокалывания диска так, чтобы инициировать реверсирование и разрыв диска и обеспечить поток текучей среды под давлением через канал. Имеется конструктивный вариант выполнения такого клапана, а также способ регулирования потока текучей среды, включающий такой клапан. Группа изобретений направлена на обеспечение регулирования потока текучей среды под давлением из ограниченного пространства с возможностью снижения состояния избыточного давления, а также на обеспечение потока текучей среды через клапан в ответ на команду снижения давления. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 19 ил.

Description

Область техники

Данное изобретение относится к клапану для регулирования потока текучей среды под давлением, направляющейся из ограниченного пространства, который выполнен с возможностью уменьшения состояния избыточного давления, а также обеспечения потока текучей среды вдоль пути в ответ на команду снижения давления. Клапан включает в себя корпус клапана, снабженный проточным каналом, и выполнен с возможностью установки в пути текучей среды. Прогибающийся в обратном направлении разрывной диск в корпусе клапана находится в обычном блокирующем положении к потоку текучей среды через канал клапана. Диск, который ориентирован так, что его выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением, выполнен с возможностью реверсирования, когда его подвергают заданному условию избыточного давления. Выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана вблизи его выпуклой поверхности, выполнено с возможностью, при приведении в действие, разрыва, без прокалывания, диска до такой степени, что начинается реверсирование диска с помощью текучей среды под давлением, чтобы обеспечить поток текучей среды через канал корпуса клапана.

Таким образом, клапан предпочтительно выполняет двойную функцию, при которой диск реверсирует и уменьшает заданное состояние избыточного давления текучей среды, хотя в то же самое время будучи выборочно приводимым в действие, чтобы заставить диск реверсировать и обеспечить поток текучей среды под давлением через корпус клапана при выбранном более низком давлении текучей среды.

Уровень техники

Защищающие от избыточного давления устройства, выполненные с прогибающимся в обратном направлении разрывным диском, имеющим выпукло-вогнутую центральную секцию, долго применялись, чтобы уменьшить условия избыточного давления, существующие в сосудах и трубопроводах, ведущих из ограниченного пространства. Выпуклая сторона разрывного диска была расположена в положении, обращенном к давлению текучей среды. Когда возникало состояние заданного избыточного давления, центральная секция диска реверсировала, открываясь и позволяя текучей среде под давлением вытекать из ограниченного пространства. Использовали один или более ножей, в некоторых случаях рядом с вогнутой стороной диска, чтобы разрезать центральную секцию диска при реверсировании для того, чтобы обеспечить его полное открытие. Многообразие запасных компонентов для разорванной центральной секции диска было смонтировано в устройстве избыточного давления, проксимального к вогнутой стороне диска в расположении, чтобы войти в зацепление с реверсированной центральной секцией диска и минимизировать отделение реверсированной центральной секции диска от периферийного участка его фланца.

Все эти устройства согласно предшествующему уровню техники выполняли функции уменьшения заданного состояния избыточного давления и не работали, чтобы выборочно реверсировать и открывать при заданном избыточном давлении текучей среды, которое значительно ниже, чем выдерживаемое давление центральной секции диска.

Из предшествующего уровня техники известно множество клапанов, в которых используется подвижное устройство для проникновения в разрывной диск, чтобы осуществить его открытие так, чтобы освободить текучую среду под давлением из ограниченного пространства. Сюда также включены дротики и заостренные элементы, которые перемещают в зацепление и через диск, как показано устройствами на примерах в патентах США №№ 2206818, 2441011, 3134390, 3913604, 3938704, 4566476, 4830052, 5010911, 5076312, 5257819, 6672616, 6748743, 6834885 и 6938421. Также были выполнены элементы типа поршней, которые перемещаются в разрывной диск и через него, чтобы осуществить его разрыв. Примеры приводов типа поршней раскрыты в патентах США №№ 1671368, 2417082, 3027903, 3101733, 3129716, Re.29614, 4006780, 4421005, 4542761, 4630682, 5345876, 6234522, 6755439, 7140381, 7143775 и 7143776, и публикации № US 2006/0137742. Другие клапаны основаны на взрывном заряде для осуществления открывания разрывного диска. Примеры клапанов, приводимых в действие взрывом, описаны в патентах США №№ 2766832, 3604511, 3811511, 4046156, 4084602, 4263971, 4779683 и 6240948.

Сущность изобретения

Предложен клапан для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства. Клапан включает в себя корпус клапана, снабженный проточным каналом и выполненный с возможностью расположения в пути текучей среды под давлением. Прогибающийся в обратном направлении разрывной диск (или действующий в обратном направлении диск) смонтирован в корпусе клапана в обычном блокирующем расположении к потоку текучей среды через канал корпуса клапана. Разрывной диск имеет изогнутую центральную секцию, имеющую обычно противоположные выпуклую и вогнутую поверхности. Выпуклая поверхность диска расположена обращенной к текучей среде под давлением. Выборочно приводимое в действие устройство находится на корпусе, в расположении вблизи выпуклой поверхности центральной секции диска. Устройство работает при выборочном приведении в действие, чтобы разорвать, без прокалывания, диск до такой степени, что реверсирование центральной секции диска инициируется с помощью текучей среды под давлением в канале корпуса клапана, посредством этого обеспечивая свободный поток текучей среды под давлением через корпус клапана.

Выборочно приводимое в действие устройство включает в себя сдвигаемый элемент, обычно отстоящий от выпуклой поверхности диска и перемещаемый на заданное смещение при приведении в действие, чтобы войти в зацепление с выпуклой поверхностью и осуществить механический разрыв диска без прокалывания центральной секции. Сдвигаемый элемент предпочтительно является стержнем, имеющим тупой конец, расположенный с возможностью взаимодействия с выпуклой поверхностью центральной секции диска.

Пиротехнический заряд связан со сдвигаемым элементом и действует, чтобы сдвинуть элемент на его заданное смещение при воспламенение заряда. Центральная секция диска реверсирует при большей скорости, чем перемещение элемента по направлению к диску при инициации реверсирования центральной секции диска. Сдвигаемый элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль в целом прямолинейного пути перемещения под некоторым углом по отношению к проксимальной поверхности выпуклой стороны диска, или вдоль криволинейного пути. В большинстве случаев сдвигаемый элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль пути перемещения не больше, чем от около 6 мм до около 12 мм.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения прогибающийся в обратном направлении разрывной диск выполнен из куска металла, при этом изогнутая центральная секция диска имеет сегмент, образующий отдельную область, в которой металл сегмента имеет измененную зерновую структуру, которая имеет большее остаточное напряжение, чем металл оставшейся части центральной секции диска. Реверсирование центральной секции диска инициируется в его отдельной области. Выпуклая поверхность и вогнутая сторона центральной секции диска являются гладкими и имеют непрерывающуюся конфигурацию по всей его площади, включая сегмент, образующий отдельную область, имеющую большее остаточное напряжение. Приводимый в действие элемент расположен с возможностью вхождения в зацепление с областью повышенного напряжения диска, чтобы осуществить инициирование разрыва центральной секции диска в отдельной области.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - вид в перспективе одной стороны клапана для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства;

фиг.2 - вид в перспективе другой стороны клапана, показанного на фиг.1;

фиг.3 - вид клапана сверху;

фиг.4 - вид вертикального разреза клапана, взятого по существу по линии 4-4 с фиг.3, если смотреть в направлении стрелок;

фиг.5 - вид вертикального разреза клапана, взятого по существу по линии 5-5 с фиг.5, если смотреть в направлении стрелок;

фиг.6 - вид горизонтального разреза клапана, взятого по существу по линии 6-6 с фиг.4, если смотреть в направлении стрелок;

фиг.7 - вид в горизонтальном разрезе клапана с фиг.6 с изъятым блоком разрывного диска;

фиг.8 - вид вертикального разреза клапана, подобный фиг.4 и схематично иллюстрирующий выборочно приводимое в действие устройство в его расположении, которое вызывало бы разрыв диска без прокалывания, инициируя реверсирование центральной секции диска;

фиг.9 - вид в вертикальном разрезе клапана, показанного на фиг.4, на котором показана центральная секция изогнутого прогибающегося в обратном направлении разрывного диска в его полностью открытом положении в результате разрыва его центральной секции сдвигаемым элементом;

фиг.10 - вид с разнесением деталей прогибающегося в обратном направлении разрывного диска, опорного кольца, связанного с разрывным диском, и дополнительного сегмента, расположенного с возможностью вхождения в зацепление с центральной секцией диска при его реверсировании и открытии, и зажимного кольца, которое входит с зацепление с опорным кольцом;

фиг.11 - вид в частичном разрезе выборочно приводимого в действие устройства, имеющего сдвигаемый элемент, перемещаемый в зацеплении с выпуклой стороной диска, как показано на фиг.4;

фиг.12 - вид в частичном разрезе выборочно приводимого в действие устройства, иллюстрирующий его сдвигаемый элемент в его активированном положении;

фиг.13 - увеличенный вид частичного вертикального разреза участка структуры, показанной на фиг.4, и наилучшим образом иллюстрирующий расположение сдвигаемого элемента перед тем, как он перемещается в разрывающее зацепление с выпуклой стороной разрывного диска;

фиг.14 - вид в частичном вертикальном разрезе корпуса клапана, иллюстрирующий альтернативное поворотное выборочно приводимое в действие устройство для разрыва, без прокалывания, диска, чтобы осуществить реверсирование центральной секции диска;

фиг.15 - частичный вид в вертикальном разрезе, подобный виду с фиг.14 и показывающий поворотное устройство в его разрывающем диск положении;

фиг.16 - вид в перспективе с разнесением деталей клапана, иллюстрирующий его составные части;

фиг.17 - вид в вертикальном разрезе альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения, содержащего пружинный привод, показанный в неразвернутом положении;

фиг.18 - вид в вертикальном разрезе клапана с фиг.17, иллюстрирующий приведение в действие пружинного привода; и

фиг.19 - вид вертикального разреза клапана с фиг.17, на котором показан пружинный привод в полностью развернутом положении.

Подробное описание изобретения

В нижеследующем описании даны приведенные в качестве примеров варианты осуществления согласно настоящему изобретению. Однако необходимо понимать, что эти варианты осуществления настоящего изобретения выполнены только в качестве иллюстрации, и ничто в них не должно приниматься в качестве ограничения полного объема изобретения.

Как показано на фиг.1 и 2, клапан 20 согласно изобретению имеет любое из множества использований для снижения давления из ограниченного пространства, когда это давление превышает заданное значение, и для эффективного выборочного освобождения текучей среды под давлением по команде. Одна форма клапан 20, как показано на чертежах, специально выполнена с возможностью соединения с имеющей внутреннюю резьбу горловиной 22 сосуда 24, показанного как находящегося в обычном вертикальном положении и содержащего источник текучей среды под давлением, такой как подавляющее огонь или взрыв вещество. Однако необходимо понимать, что сосуд 24 может быть ориентирован иначе, чем вертикально. Уплотнительное кольцо 25 выполнено для обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между клапаном 20 и сосудом 24. Клапан 20 включает в себя состоящий из двух деталей корпус, в целом обозначенный позицией 26 и имеющий цилиндрическую верхнюю секцию 28 и отдельную цилиндрическую нижнюю секцию 30. Нижняя секция 30 корпуса клапана имеет самый нижний участок 32 с наружной резьбой, который выполнен с возможностью навинчивания на горловину 22 сосуда 24. Нижний участок 34 с наружной резьбой верхней цилиндрической секции 28 клапана 20 выполнен с возможностью завинчивания в верхний сегмент 36 с внутренней резьбой нижней секции 30 корпуса. Самый верхний сегмент 38 верхней секции 28 корпуса выполнен с возможностью соединения с подающей подавляющее вещество линией через соответствующие трубопроводы или т.п., которая ведет к соответствующей насадке подачи подавляющего вещества.

Нижняя секция 30 корпуса клапана 20 имеет проточный канал 40 для текучей среды, который аксиально выровнен с проточным каналом 42 текучей среды, проходящим через секцию 28 корпуса клапана, который имеет по существу тот же самый диаметр, что и канал 40. Сегмент 38 подачи подавляющего агента корпуса 26 клапана имеет канал 44, который сообщается с каналом 42, но имеет меньший диаметр, как показано на фиг.4.

Прогибающийся в обратном направлении разрывной диск 46 расположен в обычном блокирующем отношении к каналам 40 и 42. Диск 46 имеет ограничивающий фланец 48, который захвачен между соседними краями верхней секции 28 корпуса клапана и нижней секции 30 корпуса клапана. Диск 46 имеет центральную вогнуто-выпуклую изогнутую секцию 52, в которой выпуклая поверхность 54 находится в положении, обращенном к текучей среде под давлением в сосуде 24. В одном варианте осуществления настоящего изобретения изогнутая центральная секция 52 диска 46 имеет сегмент 56 (см. фиг.3), образующий отдельную область, в которой металл сегмента 56 имеет измененную зерновую структуру, которая имеет большее остаточное напряжение, чем металл оставшейся части изогнутой секции 52 диска 46. Область с относительно малым диаметром изогнутой секции 52, имеющая характеристики остаточного напряжения сегмента 56, описана и подробно проиллюстрирована в патенте США № 6945420, содержание которого полностью включено здесь по ссылке. Предпочтительно, чтобы сегмент 56 был расположен в промежуточном положении между центром разрывного диска 46 и продолжающейся по окружности переходной областью между изогнутой секцией 52 и фланцем 48.

Круглое зажимное кольцо 50 и опорное кольцо 51 расположены между самым нижним круглым краем верхней секции 28 корпуса и фланцем 48 диска 46. Опорное кольцо 51 имеет продолжающийся внутрь фланец 53, который функционирует как опора для изогнутой секции 52 и, в частности, ее «подвешенного» участка (то есть участка изогнутой секции 52, который остается прикрепленным к фланцу 48 после разрыва диска) и объяснен более подробно далее. Уплотнительное кольцо 55 выполнено в ограничивающем канале 57, образованном в нижней секции 30 корпуса клапана, чтобы способствовать образованию непроницаемого для текучей среды уплотнения между фланцем 48 разрывного диска и нижней секцией 30 корпуса клапана. Установочные штифты 49 взаимодействуют с соответствующими канавками 43, 45 и 47, выполненными в кольцах 50, 51 и фланце 48 диска, соответственно, чтобы обеспечить надлежащую ориентацию колец 50, 51 и диска 46, когда они установлены внутри корпуса 26 клапана.

Нижняя секция 30 корпуса клапана 20 имеет встроенный цилиндрический выступ 58, который находится под некоторым углом по отношению к оси канала 40. Открывающийся наружу канал 60 в выступе 58 сообщается с каналом 62 меньшего диаметра, который продолжается до канала 40 в нижней секции 30 корпуса. Блок 64 привода размещен в каналах 60, 62 и прикреплен к выступу 58 с помощью фиксирующего зажима 66. Блок 64 привода обычно содержит цилиндрический корпус 68 привода, через который проходит механизм 70 толкателя. Механизмом 70 толкателя может быть привод METRON от компании Nobel Enterprises или другое устройство подобного типа. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения пиротехнически воспламеняемый механизм 70 толкателя может быть замещен механизмом толкателя соленоидного типа, в частности, в случаях применения, где скорость приведения в действие не является критической. Блок 64 привода включает в себя удлиненный стержень или ударный штифт 72, который проходит через канал 62 в канал 40 в нижней секции 30 корпуса. Как показано на фиг.4, ударный штифт 72 имеет тупой наружный наконечник 74, который обычно расположен рядом, хотя и в отстоящем положении, с выпуклой поверхностью 54 диска 46, когда штифт 72 находится в неактивированном положении.

Механизм 70 толкателя вставлен в корпус 68 привода и закреплен на месте с помощью резьб 76. Ход ударного штифта 72 ограничен стопором 78, который вставлен с помощью резьбового соединения внутри выступа 58. Уплотнительное кольцо 84 расположено на углубленном участке ударного штифта 72, чтобы предотвратить внутри сосуда 24 утечку текучей среды через сквозной канал 62 клапан.

Как показано на фиг.11, механизм 70 толкателя содержит цилиндрическую камеру 86, в которой расположен ударник 88 и сжигаемый пиротехнический заряд 90. Камера 86 герметично закрыта с одного конца уплотнительной пробкой 92, через которую проходит пара вводных проводов 94, 96. При приведении в действие механизма 70 толкателя открытые концы вводных проводов 94, 96, расположенные внутри камеры 86, воспламеняют пиротехнический заряд 90. Воспламенение заряда 90 сдвигает ударник 88 в активированное положение, как показано на фиг.12. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения ход или линейное смещение ударника 88 (и, следовательно, ударного штифта 72) составляет от около 6 до около 12 мм и предпочтительно около 9 мм. Как пояснено ниже, при приведении в действие ударник 88 взаимодействует и/или действует на конец 100 ударного штифта 72, заставляя таким образом ударный штифт 72 сдвигаться к активированному положению и ударять разрывной диск 46.

Нижняя секция 30 корпуса клапана также имеет боковой проход 102, продолжающийся наружу и наклонно из секции. Боковой проход 102 имеет канал 104 в форме усеченного конуса, в котором расположен клапан 106 Шредера. Канал 104 сообщается с отверстием 108, имеющим больший диаметр. Как показано на фиг.4, пробка 110 вставлена с помощью резьбового соединения внутрь отверстия 108. Однако отверстие 108 может быть также снабжено датчиком давления с тем, чтобы можно было отслеживать давление текучей среды внутри канала 40 и сосуда 24.

Нижняя секция 30 корпуса клапана также имеет продолжающийся поперечно загрузочный проход 112, который может быть использован, чтобы загрузить сосуд 24 требуемой текучей средой после установки на нем клапана 20. Как показано на фиг.5, загрузочный проход 112 содержит в целом цилиндрическое отверстие 114, в котором обычно расположены и закреплены в нем с помощью резьбового соединения вкладыш 116 загрузочного прохода и пробка 118 загрузочного прохода. Вкладыш 116 загрузочного прохода является в основном обратным клапаном, который имеет первый канал 120, который сообщается со вторым каналом 122, причем первый канал 120 имеет диаметр, который меньше, чем диаметр второго канала 122. Шарик 124, имеющий диаметр, который больше, чем диаметр первого канала 120, расположен внутри вкладыша 116 загрузочного прохода и работает, чтобы блокировать сообщение между первым каналом 120 и вторым каналом 122, когда давление текучей среды внутри канала 40 и сосуда 24 больше, чем давление текучей среды внутри первого канала 120. Таким образом, вкладыш 116 загрузочного прохода обычно обеспечивает только однонаправленный поток текучей среды из отверстия 114 загрузочного прохода в канал 40 нижней секции корпуса клапана. Фриттованный обратный диск 126 выполнен на конце отверстия 114, противоположного пробке 118, чтобы предотвращать выход шарика 124 из второго канала 122 во время заполнения сосуда 24.

Дополнительный проход 128 продолжается наружу от нижней секции 30 корпуса клапана и имеет в целом цилиндрическое отверстие 130, проходящее через него. Как показано на фиг.5, пробка 132 обычно вставлена с помощью резьбового соединения внутрь отверстия 130. Однако, дополнительное устройство, такое как дополнительный датчик давления, может быть соединено с проходом 128 вместо пробки 132. Перепускной канал 134 осуществляет сообщение отверстия 114 загрузочного прохода с нижним каналом 40 корпуса клапана и дополнительным отверстием 130.

Клапан 20 может быть использован, чтобы освободить текучую среду под давлением из ограниченного пространства путем активной инициации реверсирования и разрыва разрывного диска 46. Клапан 20 также обеспечивает пассивную защиту против опасных условий избыточного давления внутри сосуда 24 путем реверсирования и разрыва разрывного диска 46, если такое условие избыточного давления начинает существовать. Таким образом, прогибающийся в обратном направлении разрывной диск 46 может выдерживать более низкие обычные давления текучей среды внутри сосуда 24, причем он также может быть выборочно открыт при выпуске текучей среды под давлением, если это требуется. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения клапан 20 смонтирован в протоке устройства подавления огня и взрыва, чтобы обеспечивать через него поток подавляющего вещества в ответ на команду снижения давления. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения команда снижения давления автоматически вырабатывается детектором или датчиком, расположенным внутри пространства, в котором установлено устройство подавления, однако, такая команда может быть также задана вручную.

В своей обычной, неактивированной конфигурации, как показано на фиг.13, ударный штифт 72 показан вблизи, а не отстоящим от выпуклой поверхности 54 диска 46. Как отмечалось ранее, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения диск 46 может быть снабжен предварительно напряженным отдельным сегментом 56, имеющим измененную зерновую структуру в отличие от остальной изогнутой секции 52 диска. В одном варианте осуществления настоящего изобретения наконечник 74 ударного штифта расположен вблизи сегмента 56, но не дотрагиваясь до него. При приведении в действие наконечник 74 входит в зацепление с сегментом 56, чтобы инициировать реверсирование диска 46. Однако в неактивированной конфигурации клапана 20 диск фактически содержит текучую среду под давлением находящейся в канале 40 и сосуде 24, путем блокировки протока к каналу 42.

При обнаружении состояния (другого, чем состояние избыточного давления внутри сосуда 24), требующего освобождения текучей среды под давлением, электрический сигнал передается на блок 64 привода и, конкретно, на механизм 70 толкателя через подводные провода 94, 96. Электрический сигнал воспламеняет пиротехнический заряд 90, содержащийся внутри камеры 86, посредством чего продвигая ударник 88 к выдвинутому положению, как показано на фиг.12. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения скорость, при которой ударник продвигается вперед, меньше, чем скорость звука, предпочтительно меньше, чем 1100 фут/сек (335,3 м/сек). Ограничивая скорость таким образом, прокалывание разрывного диска 46 и расщепление диска 46 при открытии устраняются более надежно. Ударник 88 контактирует с концом ударного штифта 100, посредством чего заставляя ударный штифт продвигаться вдоль прямолинейного пути к выпуклой поверхности 54 разрывного диска и входить с ней в контакт. Наконечник 74 ударного штифта имеет округлую форму. Таким образом, когда ударный штифт 72 сдвигается на заданное смещение, контакт с выпуклой поверхностью 54 является достаточным, чтобы осуществить ее разрыв без прокалывания диска 46. Как показано на фиг.8, ударный штифт 72 механически разрывает и вызывает деформацию изогнутой секции 52 диска, но не проникает через диск 46. Проникновение диска 46 является нежелательным, поскольку штифт 74 мог бы просто закупорить созданное отверстие, тем самым блокируя поток текучей среды в канал 42 и вызывая сбой в открытии диска.

Ударный штифт 72 передает достаточную кинетическую энергию к изогнутой секции 52 диска, так что при сочетании с силой текучей среды, действующей на выпуклую поверхность 54 диска, диск 46 реверсирует и открывается. Более конкретно, усилие, оказываемое на изогнутую секцию 52 посредством удара ударного штифта 72, вместе с усилием, оказываемым текучей средой под давлением, являются достаточными, чтобы инициировать реверсирование и открытие диска 46. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения центральная изогнутая секция 52 реверсирует на большей скорости, чем перемещение ударного штифта 72 к диску 46 при инициации реверсирования секции 52. Таким образом, полное открытие диска 46 достигается при условиях давления текучей среды, таких низких как 20% (одна пятая) от среднего давления прорыва диска (т.е. давление, при котором диск будет автоматически реверсировать и разрываться без содействия блока 64 привода до допуска ±5%). Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения полное открытие диска достигается тогда, когда давление текучей среды не превышает около одной второй от среднего давления прорыва. В еще других вариантах осуществления настоящего изобретения полное открытие диска достигается при давлении около от 25-75% от среднего давления прорыва диска и, более конкретно, давлении около 33% от среднего давления прорыва диска. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения полное открытие диска 46 может быть достигнуто за такое малое значение как 5-10 мсек.

В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.1-13, выступ 58 и блок 64 привода расположены под косым углом относительно пути потока текучей среды через каналы 40 и 42. Однако в пределах объема настоящего изобретения выступ 58 и блок 64 привода могут быть перпендикулярными или параллельными этому пути потока. Кроме того, блок 64 привода может быть выполнен так, что ударный штифт 72 контактирует с разрывным диском 46 в любом участке выпуклой поверхности 54 диска. В одном варианте осуществления настоящего изобретения ударный штифт 72 перемещается к центральной изогнутой секции 52 в целом в тангенциальном взаимном расположении по отношению к выпуклой поверхности 54. В другом варианте осуществления настоящего изобретения ударный штифт 72 перемещается к центральной изогнутой секции в целом в перпендикулярном положении к выпуклой поверхности 54. Несмотря на относительное направление перемещения, предпочтительно ударять диск в его самую слабую точку или вблизи нее. В случае диска 46, ударный штифт 72 показан контактирующим с диском вблизи предварительно напряженного сегмента 56, образованного в изогнутой секции 52. В случае других дисков, не имеющих соответствующего сегмента 56, ударный штифт 72 может контактировать с диском в месте по направлению к вершине изогнутой секции, где материал диска является наиболее тонким. При ударе диска в его самую слабую точку или рядом с ней требуется меньше кинетической энергии, так что уменьшается вероятность того, что ударный штифт 72 будет прокалывать диск. В любой выбранной конфигурации блока привода, чтобы достичь успешного выборочного открытия диска 46, вектор силы, приложенной штифтом 72, действующим на диск в том же самом направлении, что и вектор силы, приложенной текучей средой под давлением, должен быть достаточным, чтобы инициировать реверсирование и открытие диска 46.

Прогибающийся в обратном направлении разрывной диск 46 может быть снабжен полукруглой линией зазубрин или линией наименьшего сопротивления, которая расположена проксимальной к переходной зоне 138 между фланцем 48 и изогнутой секцией 52 (см. фиг.10). При активации блока 64 привода и контакте между ударным штифтом 72 и выпуклой поверхностью 54 диска изогнутая секция 56 диска открывается проксимальной к линии наименьшего сопротивления, оставляя только малый участок 140 петли, прикрепленный к фланцу 48. При открытии диска участок 140 петли удерживается фланцем 53 опорного кольца 51. Утечка текучей среды из сосуда 24 через проток, представленный каналами 40, 42, заставляет диск 46 складываться вокруг фланца 53, как показано на фиг.9. Таким образом, фланец 53 способствует предотвращению нежелательного расщепления диска 46. Будет понятно, что другие типы нерасщепляемых прогибающихся в обратном направлении разрывных дисков могут быть использованы с различными конфигурациями линий зазубрин, такие как диски, которые образуют множество лепестков при открытии.

Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.14 и 15. В общем, клапан 20 выполнен, как описано выше. Однако блок 64 привода был заменен приводом 142 качающегося рычага. Привод 142 включает в себя поперечно продолжающийся пальцевый сегмент 144, выполненный с возможностью контактирования, но без прокола, с выпуклой поверхностью 54 разрывного диска 46. Сдвиг привода 142 вдоль криволинейного пути может быть осуществлен путем использования фиксатора или пружинного механизма (не показано), или с помощью другого известного специалистам средства, чтобы заставить привод 142 сдвинуться и пальцевый сегмент 144 ударить выпуклую поверхность 54.

Еще один вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.17-19. Этот вариант осуществления настоящего изобретения является очень похожим на вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.1-9 и 16, за исключением того, что пружинный приводной механизм 146 расположен между блоком 64 привода и выступом 58. Одной функцией пружинного привода 146 является перевод усилия, вырабатываемого механизмом 70 толкателя, в гораздо большее усилие, которое бы действовало на ударный штифт 72. Таким образом, пружинный привод 146 особенно подходит для тех применений, в которых механизм 70 толкателя сам по себе недостаточен, чтобы заставить ударный штифт 72 контактировать с изогнутым участком 54 разрывного диска с требуемым уровнем усилия. За счет использования пружинного привода 146 относительно большое движущее выходное усилие может быть создано действием относительно малого движущего входного усилия.

Пружинный привод 146 обычно содержит корпус 148 входного усилия, прикрепленный с помощью резьбового соединения к корпусу 150 выходного усилия. Корпус 148 входного усилия соединен с корпусом 68 привода и прикреплен с помощью фиксирующего зажима 152. Выходной корпус 150 прикреплен к выступу 58 с помощью удерживающего зажима 66. Приводной поршень 154 содержится внутри входного корпуса 148 и рядом с профилированным поршнем 156. Профилированный поршень 156 проходит между входным корпусом 148 и выходным корпусом 150 в кольцевую область 158 плунжера 160. Профилированный поршень 156 содержит множество углубленных участков 162, выполненных с возможностью приема шариков 164. Головка профилированного поршня 156 содержит пустой участок 166, в котором размещена пружина 168. Пружина 168 также входит в зацепление с плунжером 160 так, чтобы разводить врозь профилированный поршень 156 и плунжер 160. Головка поршня 156 удерживается внутри кольцевой области 158 с помощью фиксирующего кольца 170. Шайба 172 лежит над кольцом 170 и эффективно закрывает кольцевую область 158. Вторая шайба 174 предназначена для взаимодействия с шайбой 172 в создании поверхностей, на которые основная пружина 176, обвитая вокруг профилированного поршня 156, оказывает воздействие, сдвигая плунжер 160 к ударному штифту 72. При неактивированном положении шарики 164 остаются в отверстиях 178, образованных в кольцевой области 158 плунжера 160. Шарики 164 опираются на седла 180, таким образом подавляя сдвиг плунжера 160 в ответ на усилие, оказываемое на него основной пружиной 176.

Как показано на фиг.18, при активации механизма 70 толкателя ударник 88 взаимодействует с поршнем 154 привода, посредством чего сдвигая приводной поршень 154 к корпусу 26 клапана. Сдвиг поршня 154 привода заставляет профилированный поршень 156 также сдвигаться в том же самом направлении. Сдвиг профилированного поршня 156 сжимает пружину 168 и заставляет отверстия 178 выравниваться с углубленными участками 162. В результате этого выравнивания гнезда 180 толкают шарики 164 в углубленные участки 162 и выталкивают из зацепления с гнездами. При такой конфигурации шарики 164 фактически фиксируют профилированный поршень 156 и плунжер 160 вместе, чтобы подавить относительное перемещение между ними. Кроме того, когда шарики 164 выходят из зацепления с гнездами 180, основная пружина 176, которая к этому моменту была сжата, действует на комбинированный блок профилированного поршня 156 и плунжера 160, заставляя его сдвигаться к корпусу 26 клапана и в контакт с ударным штифтом 72.

На фиг.19 проиллюстрирован пружинный привод 146 в своем полном развернутом положении. Как можно видеть, поршень 154 привода и профилированный поршень 156 больше не находятся в контакте друг с другом. Ударный штифт 72 контактирует с изогнутой секцией 52 разрывного диска 46, таким образом инициируя реверсирование и открытие диска.

Пружинный привод 146 может быть приведен в действие посредством другого, отличного от механизма 70 толкателя средства, в котором применяется пиротехнический заряд. Пружинный привод 146 выполнен со множеством проходов 182 текучей среды, которые могут быть соединены с источником текучей среды под давлением, такой как сжатый воздух или азот. При выявлении условий, требующих приведения в действие клапана 20, текучая среда под давлением может быть подана к проходам 182. Проходы 182 сообщаются с внутренней частью входного корпуса 148 через каналы 184. Текучая среда под давлением действует на головку поршня 154 привода, заставляя поршень сдвигаться к корпусу 26 клапана. Уплотнительные кольца 186, 188, размещенные на поршне 154 привода, предотвращают утечку текучей среды под давлением в другие участки пружинного привода 146.

Специалисту будет понятно другое средство активации пружинного привода 146, такое как с использованием соленоида. Следовательно, настоящее изобретение не ограничено только вышеописанными вариантами осуществления настоящего изобретения.

После активации, пружинный привод 146 может быть отсоединен от выступа 58 и переустановлен для повторного использования. Во время переустановки плунжер 160 сдвигается назад в выходной корпус 150, за счет чего сжимая основную пружину 176. Как только плунжер 160 и профилированный поршень 156 достаточно сдвигаются к входному корпусу 148, а шарики 164 проходят гнезда 180, шарики 164 смещаются из углубленных участков 162, отделяя плунжер 160 и профилированный поршень 156. Пружина 168 сдвигает профилированный поршень 156 в соприкосновение с поршнем 154 привода, и оба поршня 154 и 156 возвращаются к своим исходным положениям, как показано на фиг.17.

Claims

1. Клапан для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства, содержащий:
корпус клапана, снабженный проточным каналом и выполненный с возможностью установки в упомянутом пути текучей среды,
прогибающийся в обратном направлении разрывной диск, находящийся на корпусе клапана в обычном блокирующем положении к потоку текучей среды через упомянутый канал, причем диск имеет изгибающуюся центральную секцию, представляющую собой в основном выпуклую поверхность и вогнутую сторону, при этом выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением; и
выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана, в расположении вблизи выпуклой поверхности центральной секции диска, которое работает при приведении в действие, чтобы разорвать, без прокалывания, диск до такой степени, что реверсирование центральной секции диска начинается с помощью текучей среды под давлением в упомянутом канале, чтобы обеспечить поток текучей среды через канал клапана.

2. Клапан по п.1, в котором упомянутое устройство включает в себя сдвигаемый элемент, обычно отстоящий от выпуклой поверхности центральной секции диска и перемещаемый на заданное смещение при приведении в действие, чтобы взаимодействовать с выпуклой поверхностью и осуществить механический разрыв диска без прокалывания центральной секции.

3. Клапан по п.2, в котором упомянутый элемент является стержнем, имеющим тупой конец, взаимодействующий с выпуклой поверхностью изогнутой центральной секции диска.

4. Клапан по п.2, в котором имеется пиротехнический заряд, действующий, чтобы осуществить сдвиг элемента на упомянутое смещение при воспламенении заряда.

5. Клапан по п.2, в котором упомянутый элемент выполнен с возможностью перемещения на заданное смещение, достаточное только для того, чтобы осуществить разрыв выпуклой поверхности центральной секции диска без прокалывания центральной секции.

6. Клапан по п.2, в котором центральная секция диска реверсирует при большей скорости, чем перемещение элемента по направлению к диску при инициации реверсирования центральной секции диска.

7. Клапан по п.2, в котором упомянутый элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль в основном прямолинейного пути перемещения.

8. Клапан по п.2, в котором упомянутый элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль в основном криволинейного пути перемещения.

9. Клапан по п.2, в котором упомянутый подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль пути перемещения от около 6 мм до около 12 мм.

10. Клапан по п.1, в котором разрывной диск выполнен из куска металла, при этом изогнутая центральная секция диска имеет сегмент, образующий отдельную область, в которой металл сегмента имеет измененную зерновую структуру, которая имеет большее остаточное напряжение, чем металл оставшейся части центральной секции диска, причем реверсирование центральной секции диска инициируется в его упомянутой отдельной области.

11. Клапан по п.10, в котором выпуклая поверхность и вогнутая сторона центральной секции диска являются гладкими и имеют непрерывающуюся конфигурацию по всей площади секции, включая сегмент, образующий отдельную область изогнутой центральной секции.

12. Клапан по п.10, в котором упомянутое устройство расположено с возможностью взаимодействия с упомянутой отдельной областью диска, чтобы осуществить инициирование разрыва центральной секции диска в упомянутой отдельной области.

13. Клапан для регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего из ограниченного пространства, содержащий:
трубчатый корпус клапана, снабженный проточным каналом и выполненный с возможностью установки в упомянутом пути текучей среды,
прогибающийся в обратном направлении разрывной диск, находящийся на корпусе клапана в обычном блокирующем положении к потоку текучей среды через упомянутый канал, причем диск имеет изгибающуюся центральную секцию, имеющую в основном выпуклую поверхность и вогнутую сторону, при этом центральная секция диска выполнена с возможностью оказания сопротивления реверсированию и разрыву диска при заданном первом давлении текучей среды против нее, причем диск расположен таким образом, что его выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением, и
выборочно приводимое в действие устройство, находящееся на корпусе клапана, в расположении вблизи выпуклой поверхности центральной секции диска, которое выполнено при приведении в действие с возможностью механического разрыва, без прокалывания, центральной секции диска до такой степени, что реверсирование центральной секции диска инициируется при заданном втором давлении текучей среды, которое меньше, чем первое заданное давление, чтобы обеспечить поток текучей среды через канал клапана.

14. Клапан по п.13, в котором устройство включает в себя сдвигаемый элемент, обычно отстоящий от выпуклой поверхности центральной части диска и перемещаемый на заданное смещение при приведении в действие, чтобы взаимодействовать с выпуклой поверхностью и осуществить механический разрыв диска без прокалывания центральной секции.

15. Клапан по п.14, в котором упомянутый элемент выполнен с возможностью перемещения к центральной секции диска в основном в тангенциальном положении к его выпуклой поверхности.

16. Клапан по п.13, в котором упомянутый элемент выполнен с возможностью перемещения к центральной секции диска в основном в перпендикулярном положении к его выпуклой поверхности.

17. Способ регулирования потока текучей среды под давлением вдоль пути, ведущего от ограниченного пространства, включающий этапы:
монтажа трубчатого корпуса клапана в упомянутом пути текучей среды;
обеспечения прогибающегося в обратном направлении разрывного диска в корпусе в обычном блокирующем расположении к потоку текучей среды под давлением вдоль упомянутого пути, причем диск имеет изогнутую центральную секцию, имеющую в основном выпуклую поверхность и вогнутую сторону, при этом центральная секция диска выполнена с возможностью оказания сопротивления реверсированию и разрыву диска при заданном первом давлении текучей среды, действующем на нее, причем диск расположен таким образом, что его выпуклая поверхность обращена к текучей среде под давлением; и
расположения выборочно работающего устройства вблизи выпуклой поверхности центральной секции диска для механического разрыва выпуклой поверхности, без прокалывания, центральной секции диска, чтобы инициировать его реверсирование при заданном втором давлении, которое меньше, чем первое заданное давление, чтобы обеспечить поток текучей среды вдоль упомянутого пути.

18. Способ по п.17, при котором второе давление не превышает около одной второй заданного первого давления.

19. Способ по п.17, при котором второе давление не превышает около одной пятой заданного первого давления.