RU34682U1 - Клапан предохранительный - Google Patents

Abstract

1. Клапан предохранительный, содержащий фланец (корпус), 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 конической поверхностью золотника, выполненной под углом 20...10°, наружный диаметр седла Dвыбран из условия D≥D≥D- 0,3 d, где D- средний диаметр упругого кольца в проточке; d- диаметр сечения кольца, отличающийся тем, что отражающая втулка имеет увеличенную по высоте цилиндрическую поверхность, параллельную наружной цилиндрической поверхности седла диаметра D, а отражающая коническая поверхность втулки максимально приближена к отражающей конической поверхности седла с возможностью демпфирования движения запорного органа при закрытии клапана, при этом в клапане конические уплотняющие поверхности седла и золотника уменьшены на 25-30% и, соответственно, уменьшен наружный диаметр седла D.2. Клапан предохранительный по п.1, отличающийся тем, что во фланце установлена центральная направляющая втулка, через которую проходит шток, вокруг которого выполнено несколько проходных отверстий, переходящих в одно проходное, а пружин установлено одна или более.3. Клапан предохранительный по п.1, отличающийся тем, что к его фланцу со стороны подачи среды прикреплена цилиндрическая труба с закрепленным на ее конце между двумя фланцами мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны и двух прокладок из более мягкого материала.

Description

КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ

,Й. о 5 ) . 5 t.

F16K17/04

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 предохранительных клапанах, предназначенных для установки на железнодорожных вагонах-цистернах, на контейнерцистернах (железнодорожный, автомобильный, водный транспорт), трансцортирзтопцих сжиженные углеводородные газы или аммиак, с целью зашиты цистерн от недопустимого давления и автоматического выпуска рабочей среды при повышении давления относительно установленного.

Имеется клапан предохранительный DN80 англоамериканонидерландской фирмы «FORT VALE черт. 006/2 5 и 005/2 5. Во фланце (корпусе) клапана имеются проходные отверстия, переходящие в одно проходное отверстие и седло в верхней части, имеющее коническзоо уплотнительную поверхность, шток с коническим золотником, прижимаемым к седлу пружиной (пружинами), закреплённая на штоке отражающая втулка с конической поверхностью, являющейся продолжением конической поверхности золотника, и упругий уплотняющий кольцевой элемент, установленный между золотником и втулкой. Пружины

соответствуют пружинам III класса разряда 2 по ГОСТ 13775 и разряда 3 по ГОСТ 13776.

В частном случае (черт. 005/2 5) к фланцу приварена цилиндрическая труба с закреплённым на конце между двумя фланцами мембранным узлом, состоящим из мембраны, выполненной из нержавеющего материала, и двух прокладок.

При малых давлениях до 50-60% от давления настройки работает уплотнение «металл по металлу, при дальнейшем повышении давления среда проникает через металлическое уплотнение и задерживается упругим уплотняющим кольцевым элементом, обеспечивается герметичное «безпузырьковое уплотнение до 90-95% установленного давления. Отрыв клапана происходит по условному диаметру отрыва, расположенному между коническими поверхностями золотника и конической поверхностью отражающей втулки и зависит от температуры, силы трения, состава и свойств среды, что снижает точность срабатывания. Используемые (для уменьшения размеров) пружины III класса в условиях транспортировки по российским дорогам при низких отрицательных температурах обладают малой долговечностью. Давление обратной посадки (закрытия) клапана составляет не менее 90% установленного.

Недостатками клапана являются негерметичность при давлении равном 100%. установленного, что определяется повышенными-требованиями при перевозке грузов для охраны окружающей среды, недостаточная точность

срабатывания, малое давление обратной посадки, вызывающее большой выброс среды в атмосферу при срабатывании, низкая долговечность пружин, относительно большие габаритные размеры, масса и стоимость.

Ближайшим аналогом является клапан предохранительный (свидетельство на полезную модель RU 239442 U1 7 F16K17/04 от 20.07.2002), содержащий фланец, в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеющим коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемый к седлу пружиной, закреплённую на штоке отражаюшую втулку, во внутренней проточке которой расположено упругое кольцо, поджатое к втулке верхней конической поверхностью золотника, наружный диаметр седла DH выбран из условия DCP DH DCP - 0,3 ёк , где DCP средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником; ёк диаметр сечения кольца, при этом верхняя коническая поверхность золотника выполнена под углом 20°.. .10°.

Данный клапан имеет большую точность срабатывания, определяемую точностью изготовления наружного диаметра седла DH , обеспечивает герметичное «безпузырьковое уплотнение при 100% установленного давления, определяемое самоуплотнением данной конструкции, давление закрытия - не менее 0,95 установленного, давление полного открытия - не более 1,15 установленного.

к

Однако, для контейнер-цистерн по международным нормам требуются клапаны с давлением полного открытия - не более 1,1 установленного, а клапан по свидетельству №239442 не обеспечивает с достаточной надёжностью данное давление полного открытия.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение нижнего предела давления закрытия клапана, уменьшение верхнего предела давления полного открытия, повышение надёжности работы при одновременном снижении стоимости и уменьшении массы и размеров клапана.

Согласно полезной модели поставленная задача достигается тем, что в клапане предохранительном, содержаш;ем фланец (корпус), в котором выполнено проходное отверстие с седлом в верхней части, имеюш;им коническую и тороидальную уплотнительные поверхности, шток с коническим золотником, прижимаемый к седлу пружиной, закреплённую на штоке отражаюшую втулку, во внутренней проточке которой расположено упругое кольцо, поджатое к втулке верхней конической поверхностью золотника, выполненной под углом 20°.,. 10°, с наружным диаметром седла DH, выбранном из условия DCP DH DCP - 0,3 ёк , где DCP - средний диаметр упругого кольца в проточке, поджатого золотником; dx - диаметр сечения кольца, причём отражающая втулка имеет увеличенную по высоте цилиндрическую поверхность, параллельную наружной цилиндрической поверхности седла диаметром DH , а отражающая коническая поверхность

щ

втулки максимально приближена к отражающей конической поверхности седла с возможностью демпфирования движения запорного органа при закрытии клапана, при этом в клапане конические уплотняющие поверхности седла и золотника уменьшены на 25-30% и, соответственно, уменьшен наружный диаметр седла DH .

В частном случае во фланце установлена направляющая втулка, через которую проходит шток, вокруг выполнено несколько проходных отверстий, переходящих в одно проходное, и пружин установлена одна или более.

Согласно предлагаемой полезной модели к фланцу клапана со стороны подачи среды может быть прикреплена цилиндрическая труба с закреплённым на конце между двумя фланцами мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны и двух прокладок из более мягкого материала.

На фиг. 1 изображен общий вид клапана предохранительного с направляющей втулкой, на фиг. 2 приведено исполнение клапана с мембраной, на фиг. 3 показан уплотнительный узел А в момент начала открытия клапана, на фиг. 4 приведены характеристики зависимости подъёмной силы от хода предлагаемого клапана предохранительного и прототипа.

Клапан предохранительный состоит из фланца 1 с проходными отверстиями 2, переходящими в одно проходное отверстие 3, седла 4,

(i((

имеющего коническую 5 и тороидальную 6 уплотнительные поверхности. В проходном отверстии 3 расположен шток 7 с коническим золотником 8, прижимаемым к седлу 4 пружинами 9 и 10 (или одной пружиной) через втулку 11, регулировочной резьбовой втулкой 12 и контровочной гайкой 13. На штоке 7 закреплена отражаюш;ая втулка 14 гайкой 15. Во внутренней проточке отражаюш;ей втулки 14 расположено упругое круглое кольцо 16, поджатое к ней верхней конической поверхностью 17 золотника 8. Шток 7 перемеш,ается в направляющей втулке 18, закреплённой во фланце 1. Фланец 1 имеет шесть или восемь присоединительных отверстий 19 для соединения с ответным фланцем цистерны. Для предотвращения протечек среды на штоке 8 установлено уплотнительное кольцо 20. Фланец 1 имеет цилиндрический отражающий выступ 21, в частном случае с наружной резьбой 22. К штоку 8 болтом 23 прикреплена крышка 24, защищающая клапан от атмосферных осадков. Позицией 25 обозначена наружная цилиндрическая поверхность седла 4, 26 - внутренняя цилиндрическая поверхность отражающей втулки 14, а 27 и 28 - конические отражающие поверхности седла 4 и втулки 14, соответственно.

При исполнении клапана предохранительного с мембраной (фиг. 2) к фланцу 1 клапана прикреплена цилиндрическая труба 29 с закреплённым на конце между фланцами 30 и 31 мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны 32, изготовленной в частном случае из стали

12X18H10T и двух прокладок 33, изготовленных в частном случае из паронита.

Клапан предохранительный работает следующим образом. Газовая фаза продукта, перевозимого в цистерне, проходит через проходные отверстия 2 и 3 и воздействует своим давлением на золотник 8. При давлении 0,6 - 0,7 от номинального (фиг. 3) среда начинает проникать через уплотнение металл по металлу, воздействуя на упругое круглое кольцо 16. Кольцо 16 деформируется и вдавливается в зазор между наружной поверхностью 25 седла 4 и отражающей втулкой 14, происходит самоуплотнение. При давлении близком к номинальному начинается подъём золотника 8 с отражающей втулкой 14 и кольцом 16, и при давлении начала открытия равном 1,03 от номинального происходит отжим поверхности кольца 16 от наружной поверхности 25 седла 4, по диаметру которой точно рассчитывается давление начала открытия. При номинальном давлении за счёт вдавливания кольца 16 в зазор обеспечивается герметичное «безпузырьковое уплотнение.

На фиг. 4 приведены характеристики для клапанов по свидетельству на полезную модель RU 23942 U1 7 F16K17/04 от 20.07.2002 и по данной заявке (для клапанов предохранительных DN32). Сплошными линиями изображены характеристики по данной заявке, пунктирными для прототипа. Разница в начале характеристик объясняется уменьшением наружного диаметра седла клапана. Характеристики имеют промежуточные явно

lWi X443

выраженные максимумы, величина нологого участка после них определяется высотой цилиндрической поверхности отражающей втулки. Большая высота подъёма первого максимума по заявленной полезной модели объясняется приближением отражающих конических поверхностей седла и втулки. Прямыми линиями показаны зависимости усилий пружин от хода золотника, пересчитанные относительно подъёмной силы при определённом давлении.

Увеличение высоты цилиндрической поверхности отражающей втулки сдвигает второй максимум на характеристике заявленной полезной модели вправо. Энергия удара при закрытии клапана (обратной посадке) пропорциональна площади между прямой усилия пружины и характеристикой подъёмной силы при давлении закрытия РЗ . Из сравнения видно, что энергия удара при обратной посадке предлагаемого клапана предохранительного намного ниже, и первый промежуточный выступ оказывает как бы демпфирующее действие. Это позволило уменьщить величину конических уплотняющих поверхностей седла и отражающей втулки, снизить расчётный наружный диаметр седла DH и снизить расчётные значения усилий пружин. Одновременно сдвиг второго максимума на характеристике заявленной полезной модели вправо позволил увеличить нижний предел давления закрытия клапана.

Снижение расчетных значений усилий пружин позволило применить пружины II класса, что в десятки-сотни раз увеличивает долговечность

WJ

пружин при эксплуатации на вагонах-цистернах и контейнер-цистернах, особенно в зимнее время при низких отрицательных температурах, а также изготовить пружины из проволоки меньшего диаметра, с меньшей жесткостью и большей устойчивостью, что позволило уменьшить верхний предел давления полного открытия РПО

При условном диаметре DN 65 предлагаемый клапан предохранительный обеспечивает 90% расхода от аналога DN 80, что достаточно для существующих вагон-цистерн и контейнер-цистерн. Клапан имеет давление закрытия РЗ 0,97 - 1,02 PN от номинального, герметичен при PN, имеет давление полного открытия РПО 1Д PN. Уменьшение размеров клапана позволило снизить его вес по сравнению с аналогом в 1,5 раза, соответственно уменьшить и стоимость клапана.

В клапане предохранительном с мембраной основным предохраняющим элементом является мембрана, рассчитанная на определённое давление срабатывания Рср . Давление разрыва мембраны Рразрыва (1 - 1Д) Рср Пружина клапана настраивается на давление начала открытия РНО (0,975 - 1) Рср , что позволяет повысить точность настройки клапана данной конструкции. Давление закрытия клапана будет в пределах РЗ (0,95 - 0,99) РСР против 0,8 - 0,9 Рср у аналога, что примерно в два раза уменьшает объём сбрасываемого в атмосферу продукта.

Claims (3)

1. Клапан предохранительный, содержащий фланец (корпус), 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 конической поверхностью золотника, выполненной под углом 20...10°, наружный диаметр седла D_H выбран из условия D_СР≥D_H≥D_СР - 0,3 d_К, где D_СР - средний диаметр упругого кольца в проточке; d_К - диаметр сечения кольца, отличающийся тем, что отражающая втулка имеет увеличенную по высоте цилиндрическую поверхность, параллельную наружной цилиндрической поверхности седла диаметра D_H, а отражающая коническая поверхность втулки максимально приближена к отражающей конической поверхности седла с возможностью демпфирования движения запорного органа при закрытии клапана, при этом в клапане конические уплотняющие поверхности седла и золотника уменьшены на 25-30% и, соответственно, уменьшен наружный диаметр седла D_H.

2. Клапан предохранительный по п.1, отличающийся тем, что во фланце установлена центральная направляющая втулка, через которую проходит шток, вокруг которого выполнено несколько проходных отверстий, переходящих в одно проходное, а пружин установлено одна или более.

3. Клапан предохранительный по п.1, отличающийся тем, что к его фланцу со стороны подачи среды прикреплена цилиндрическая труба с закрепленным на ее конце между двумя фланцами мембранным узлом, состоящим из металлической мембраны и двух прокладок из более мягкого материала.