Отсечный клапан

 

Использование: в газопроводах. Сущность изобретения: сопло подпружиненного плунжера с сквозным каналом выполнено со стороны входного канала. Сквозной канал выполнен из двух частей с разными сечениями, одно-калиброванное и в нем установлено седло, разделяющее обе части сквозного канала. Неподвижная перегородка выполнена с размещенным в калиброванной части канала хвостовиком со сквозным осевым отверстием и калиброванной наружной поверхностью. Между седлом и торцом хвостика установлен клапан, выполненный в виде шарика. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автоматизированной пневмогидравлической запорной аппаратуре, в частности к отключающим и отсечным клапанам для газопроводов, по которым перекачиваются под давлением жидкости.

Известен отсечной клапан, содержащий цилиндрический корпус с входными и выходными отверстиями в торцовых крышках и установленный в корпусе подпружиненный запорный орган в виде плунжера со сквозным проходным каналом и установленной перегородкой, обводным каналом и дополнительным запорным элементом со смещенным выходным отверстием в торцовой крышке относительно проходного отверстия в запорной ступенчатой втулке [1] Недостатком известной конструкции является малая надежность, обусловленная тем, что при приближении расхода на выходе к максимальному, расчетному, происходит частичное перемещение подпружиненного плунжера, пропорциональное изменение расхода, которое в свою очередь оказывает воздействие на ступенчатую втулку, окончательно отключающую выходной канал. Наличие такой последовательной цепочки с тремя цилиндрическими уплотнениями и двумя подвижными плунжерами существенно снижает надежность срабатывания на заданном расходе, а в случае установки такого клапана, например, на газопроводе, где требуется отсекать трубопроводы как в прямом, так и в обратном направлениях относительно рабочего потока газа, потребуется встречная установка таких клапанов, что также снижает надежность и увеличивает габариты клапанной защиты.

Задачей изобретения является увеличение надежности срабатывания путем уменьшения количества перекрывающих пар-плунжер-отверстие и компенсации негативного воздействия гидравлических ударов, а также расширение области применения таких клапанов для трубопроводов несжимаемых жидкостей, оснащая их дополнительно обратными клапанами. Исключение гидроударов обеспечивается автоматически, так как перемещение перекрывающего элемента связано с изменением объема камеры, который заполняется и опорожняется через дроссель, т.е. перекрытие трубопровода осуществляется плавно.

После устранения аварийной ситуации клапан автоматически устанавливается в исходное рабочее положение. Сигналом возвращения клапана в исходное положение служит выравнивание давлений в трубопроводе до и после клапана. Кроме того, регулирующее кольцо, поджимающее пружину плунжера, обеспечивает возможность настройки клапана на необходимый предельный рабочий расход, т.е. использование клапана для трубопроводов, отличающихся не только перекачиваемыми средами, но и расходами.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема отсечного клапана.

Клапан содержит цилиндрический корпус 1, размещенную в нем неподвижную перегородку 2, крышки 3 и 4, установленные на торцах корпуса 1, причем в крышке 4 выполнено уплотнение 5 и обводной канал 6. Плунжер 7, размещенный в корпусе 1, имеет уплотнение 8 и поджат пружиной 9, другой конец которой поджат регулируемым кольцом 10, установленным в корпусе 1. По оси плунжера 7 выполнен сквозной канал в виде двух частей с разными сечениями. Клапанное седло 11 размещено на границе этих частей, одна из которых выполнена калиброванной. В калиброванной части канала размещен клапан 12, выполненный, например, в виде шарика, и калиброванное по наружному диаметру сопло, выполненное заодно с неподвижной перегородкой 2 и имеющее сквозной осевой канал. Клапан 12 помещен между клапанным седлом 11 и соплом перегородки 2. Перегородка 2 снабжена обратным клапаном 13, поджатым пружиной 14, закрепленной одним концом в крышке 3, и отверстием, выполненным в перегородке 2. По оси корпуса 1, в крышках 4 и 3, выполнены соответственно входное 15 и выходное 16 отверстия. В плунжере 7 выполнен канал 17, в котором размещены обратный клапан, содержащий шарик 18, пружину 19 и стопор 20. Полость корпуса 1 условно разделена на камеру А, образованную перегородкой 2 и плунжером 7, Б, образованную крышкой 4 и плунжером 7, и В, образованную крышкой 3 и перегородкой 2.

Устройство работает следующим образом. В отверстие 15 подается рабочий поток, например, газа, который через камеру Б, обводной канал 6, камеру В и отверстие 16 уходит дальше по трубопроводу. При этом в камере А динамический напор осевых струек из отверстия 15, проникающих через сопло плунжера 7 и клапанное седло 11 по сквозному каналу вдоль наружной поверхности сопла перегородки 2, преобразуется в статическое давление, произведение которого на площадь торца плунжера 7 развивает силу, направленную на перемещение его в сторону отверстия 15, но компенсируемую силой поджатой пружины 9. Клапан 12 при этом плотно закрывает торец сопла перегородки 2, так как давление в камере В ниже, чем в камере Б и тем более меньше, чем в камере А из-за того, что в нее попадают центральные струйки, обладающие максимальной динамической скоростью, из отверстия 15.

При увеличении расхода газа сверх допустимого, что является сигналом аварийной ситуации, например, разрыва газопровода за отверстием 16, давление газа в камерах В и Б падает, согласно уравнению Бернулли, а динамический напор, поступающий в камеру А через сопло плунжера 7 и клапанное седло, возрастает настолько, что суммарное давление в камере А, умноженное на площадь торца плунжера 7, представляет собой силу большую, чем сила пружины 9, и плунжер 7 перекрывает отверстие 15. Причем во время переходного процесса давление в камерах Б и В будет еще больше уменьшаться, так как щель между торцом плунжера 7 и уплотнением 5 будет все время уменьшать расход газа, а давление в камере А будет сравнительно увеличиваться до полного перекрытия отверстия 15.

Если же разрыв трубопровода произойдет перед отверстием 15, то давление в камере Б будет меньше, чем в камере В, а поток газа, устремившийся в отверстие 15, передаст через сопло плунжера 7 и клапанное седло 11 "отрицательное" динамическое давление в камеру А, что приведет к перемещению клапана 12 в сторону седла 11 и переключению его, а это обеспечит поступление через сопло перегородки 2 непосредственно в камеру А давления из камеры В, усиленное динамической составляющей, направленной осевыми струйками потока из отверстия 16. В итоге в камере А образуется давление и сила, перемещающая плунжер 7 в сторону отверстия 15, причем по мере перекрытия отверстия 15 перепад давлений в камере А по сравнению с давлением в отверстии 15 будет возрастать за счет торможения потока и поступления его в камеру А, вплоть до полного перекрытия отверстия 15 плунжером 7.

В случае использования предложенного отсечного клапана в трубопроводах для жидкости появляется возможность реализации гидравлического удара при внезапном перекрытии потока. Однако и в этом случае клапан будет работоспособным.

При нормальной работе, т.е. при расчетных расходах, работа клапана на жидкости не отличается от его работы на газе. При аварийной ситуации, например, при разрыве трубопровода за отверстием 16 аналогично, как и для газа увеличение давления в камере А приведет к перемещению плунжера 7 в сторону отверстия 15, уменьшению давления в камере Б и полному перекрытию отверстия 15. Отличием будет то, что между калиброванным отверстием плунжера 7 и наружной поверхностью сопла неподвижной стенки 2 образуется гидравлический дроссель R, который в сочетании с гидроемкостью С камеры А образует RC-цепочку, которая не позволит мгновенно перекрыть отверстие 15, а закрытие будет медленным и определяться постоянной времени этой цепочки RC. Если же гидроудар произойдет, то и в этом случае клапан обеспечит работоспособность. При резком увеличении давления в отверстии 15 оно будет воздействовать непосредственно на торец плунжера 7 (слева) и через сопловое отверстие плунжера 7, седло клапана 11 и дроссель на давление в камере А. При этом как только давление в камере А превысит рассчитанное на закрытие отверстия 15 без гидроудара, сразу же откроется обратный клапан с шариком 13 и жидкость через отверстие выльется из камеры А, а приток в камеру А жидкости из-за наличия дросселя R будет ограничен. Таким образом, из-за понижения давления в камере А как следствие вытекания жидкости в камеру В плунжер отойдет от отверстия 15 и пропустит пиковую волну гидроудара. Тем самым будет предотвращен новый разрыв трубопровода. Если же разрыв трубопровода произойдет со стороны отверстия 15, то клапан сработает по аналогии, как и для газопровода, причем в этом случае скорость движения на закрытие отверстия 15 плунжера 7 также будет ограничена из-за перемещения жидкости по дросселю R, т.е. через сопло крышки 2 и между калиброванными поверхностями отверстия плунжера 7 и наружной поверхностью сопла крышки 2. Кроме того, если произойдет гидравлический удар, что маловероятно из-за скорости потока, направленного от клапана, то увеличение давления в камере Б приведет к воздействию на плунжер 7 и увеличению давления в камере А, что приведет к открытию в плунжере отверстия обратного клапана, т.е. дополнительному сжатию пружины 19 шариком 18 и переливанию жидкости из камеры А в отверстие 15, что повлечет за собой частичное перемещение плунжера 7 вправо (по рисунку), открытие отверстие 15 и перелив пикового расхода из камеры Б в отверстие 15. Тем самым будет предотвращен разрыв трубопровода в районе установки отсечного клапана из-за возможного гидроудара жидкости со стороны выходного отверстия 16. Перелив жидкости из камеры А в отверстие 15 через обратный клапан осуществляется в гораздо большем объеме, чем через дроссельный канал, образованный калиброванными поверхностями отверстия в плунжере 7 и соплом крышки 2.

Формула изобретения

1. ОТСЕЧНЫЙ КЛАПАН, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным отверстиями в торцевых крышках, обводной канал, неподвижную перегородку и подпружиненный плунжер со сквозным каналом и соплом, выполненным со стороны входного канала, отличающийся тем, что сквозной канал выполнен из двух частей с разными сечениями, одно из которых калиброванное и в нем установлено седло, разделяющее обе части сквозного канала, перегородка выполнена с размещенным в калиброванной части канала хвостовиком со сквозным осевым отверстием и калиброванной наружной поверхностью, при этом между седлом и торцем хвостовика установлен клапан, выполненный, например, в виде шарика.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в корпусе со стороны выходного отверстия установлен обратный клапан, выполненный, например, в виде подпружиненного шарика, а в неподвижной перегородке выполнено сквозное отверстие, перекрываемое указанным обратным клапаном.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что плунжер снабжен дополнительным обратным клапаном, выполненным, например, в виде подпружиненного шарика, запирающего выполненное в плунжере отверстие, соединяющее торцы плунжера, причем выход указанного отверстия со стороны сопла расположен в створе входного отверстия торцевой крышки.

РИСУНКИ

Рисунок 1