Предохранительный клапан

 

Изобретение относится к предохранительным клапанам для снижения избыточного давления жидкости в сосуде высокого давления и может быть использовано в гидравлических системах. Клапан содержит корпус, имеющий вход и выход, размещенную во входе втулку седла, образующую входное отверстие в форме сопла, подвижно размещенный в направляющей гильзе держатель тарели клапана. Тарель клапана содержит центральную часть, первую присоединительную концевую часть для присоединения тарели к держателю и вторую противоположную уплотнительную концевую часть. Последняя образована наружным кольцевым усеченно-коническим уплoтнитeльным участком, участком с выпуклой поверхностью, расположенной внутри седла, и наружной кольцевой канавкой, выполненной вокруг центральной части, и второй концевой части с образованием наружного кольцевого гибкого выступа, на котором выполнена уплотнительная поверхность. На седловой втулке выполнена, усеченно-коническая седловая поверхность вокруг отверстия входного сопла для взаимодействия с дисковой уплотнительной поверхностью тарели. Изобретение обеспечивает повышение степени плотности посадки предохранительного клапана. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к предохранительным клапанам для уменьшения избыточного давления в гидравлических системах во избежание порчи оборудования и травмирования персонала, более конкретно - к улучшению тарелки клапана и предохранительного клапана, использующего тарелку, путем улучшения степени плотности посадки в современных предохранительных клапанах такого рода.

Редуктор давления или предохранительный клапан используется в системах для производства, контроля и утилизации жидкостей, таких, как насыщенный или перегретый пар. Типичным видом таких предохранительных клапанов является клапан с камерой со сжимающейся пружиной. (патент US N 4708164, 22.08.89). Подобные клапаны содержат выпускное отверстие для пропуска струи в клапан из сосуда высокого давления. Седло клапана располагается на конце выпускного отверстия в камере основного корпуса клапана. Выпускное отверстие закрывается, чтобы предотвратить выпуск пара элементом клапана, обычно называемым "тарелка клапана", которая подвижна по отношению к седлу выпускаемого отверстия и принуждается к закрытой позиции на седле сжимающей пружиной. Когда давление пара в сосуде высокого давления превышает установленную величину, тарелка клапана под его воздействием поднимается от седла выпускного отверстия, чтобы пропустить пар из сосуда высокого давления в камеру клапана, из которой пар выходит через выходную трубу. Когда давление в сосуде высокого давления падает до установленного уровня, сжимающая пружина опускает тарелку клапана на седло выпускного отверстия, закрывая предохранительный клапан. Разница между давлением, при котором клапан открывается, и давлением, при котором он закрывается, называется "продувкой". Соотношение между давлением, при котором через клапан начинает течь жидкость или свистеть, и открывающим давлением клапана, называется "степень плотности посадки". Например клапан, имеющий установленное открывающее давление порядка 500 фунт/дюйм² и который начинает свистеть или подтекать при 480 фунт-дюйм², имеет степень плотности посадки 96%.

Наиболее близким к изобретению является предохранительный клапан, производимый Dresser Industries, патент US N 4858642, 22.08.89.

Принципиальным положением настоящего изобретения является представление нового и улучшенного предохранительного клапана для сбрасывания избыточного давления жидкостей.

Задачей изобретения является также создание предохранительного клапана, содержащего тарелку клапана с улучшенной степенью плотности посадки.

Другой задачей изобретения является создание тарелки предохранительного клапана, имеющего такую конфигурацию, которая уменьшает турбулентность под тарелкой, когда клапан закрывается, чтобы обеспечивать улучшенную центровку тарелки и посадку тарелки на втулку седла.

Еще одним объектом изобретения является тарелка предохранительного клапана, имеющего седло, размещенное на выступе, которая сгибается при изменении давления для поддержания постоянного контакта между тарелкой и седлом клапана на выпускном отверстии во время изменения температуры и давления.

Другим объектом изобретения является тарелка предохранительного клапана и предохранительный клапан, использующий такую тарелку и который может быть использован при применении любых жидкостей.

Технический результат достигается тем, что предохранительный клапан, который используется при повышенном уровне температуры и давления, включает в себя тарелку клапана, имеющую седельную часть, определенную внешним угловым седлом в форме усеченного конуса, ограниченную конечной поверхностью с выступом, и внешний кольцевой желоб по окружности тарелки, определенный внешним кольцевым изгибающим выступом, на котором размещается седло, посредством чего седло изгибается в зависимости от изменений давления и температуры, и кольцевую седельную поверхность в форме усеченного конуса на втулке седла клапана вокруг входного отверстия, открывающего внутрь корпуса клапана, для взаимодействия седла на тарелке клапана при закрытии клапана.

Изобретение представлено чертежами, где на фиг. 1 изображен боковой вид в сечении и с увеличением предохранительного клапана прежней конструкции с камерой сжимающегося типа, к которому относится данное изобретение; на фиг. 2 - продольный схематический вид в сечении, демонстрирующий применение примерного предпочтительного варианта конструкции изобретения в предохранительном клапане типа, представленного на фиг. 1; на фиг. 3 - увеличенный фрагментный схематический вид в сечении предохранительной седельной части тарелки клапана изобретения, демонстрирующий выступ тарелки клапана без нагрузки и в условиях отсутствия действия давления при температуре 70^oF; на фиг. 4 - увеличенный схематический фрагментный вид выступа тарелки клапана без нагрузки и при нагрузке давлением 1200 psi и температуре 1000^oF.

Типичный предохранительный клапан прежней конструкции 10, с которым соотносится изобретение, содержит корпус клапана 11, имеющий входное и выходное фланцевые соединения 12 и 13. Открытая чашка 14, смонтированная на корпусе клапана, поддерживает ось клапана 15, управляемую вручную подъемным устройством 20. Отрегулированная спиральная пружина 21 размещена на оси клапана внутри втулки, зажатая между пружинными ограничителями 22 и 23. Нижний пружинный ограничитель 23 может сцепляться с наружной конической втулкой 24, образованной на оси клапана. Тарелка 25 клапана размещена на нижнем конце оси клапана внутри направляющей монтажной трубы или тарелкодержателя 30 и поддерживается муфтой 31. Тарелка 25 клапана имеет кольцеобразную скошенную вниз и внутрь контактную поверхность 32, выполненную под углом 45^o, которая взаимодействует с 45-градусным седлом 33 на втулке 34, расположенной во фланцевом входном соединении 12, и определяет вход 35 жидкости, идущей в предохранительный клапан.

При работе предохранительный клапан прежней конструкции 10 монтируется на сосуд высокого давления, не показанный, с целью уменьшения чрезмерного давления жидкости, которое может развиться в сосуде высокого давления. Давление жидкости в сосуде передается на предохранительный клапан через вход 35 во втулке 34 седла клапана. Предохранительный клапан находится в закрытом положении посредством пружины сжатия 21, которая толкает тарелку 25 клапана в герметичное соединение с седлом 33 на втулке 34 седла. Когда давление в сосуде высокого давления приближается к установленному давлению предохранительного клапана, клапан начинает "течь", предваряя полное открытие при установленном давлении. Этот уровень давления, при котором клапан начинает подтекать, определяется в соотношении с открывающим давлением и известен под названием "напряженность или степень плотности посадки". Типичная напряженность посадки предохранительного клапана прежней конструкции, представленного на иллюстрации, может быть 94%. Это означает, что клапан начнет течь, когда давление в сосуде достигнет 94% от установленного давления предохранительного клапана. Когда начинается протекание через клапан, тарелка 25 клапана поднимается давлением жидкости от седла 33, пропуская струю из входа 35 жидкости вокруг тарелки клапана внутрь через седло 33 и к выходу 13 предохранительного клапана. Когда давление жидкости в сосуде высокого давления уменьшается благодаря сбросу давления предохранительным клапаном, оно приближается к давлению обратной посадки клапана, при котором тарелка клапана садится на седло 33, закрывая клапан. Уменьшение давления между установленным давлением клапана и давлением обратной посадки называется перепадом продувки или, более "продувка клапана".

В соответствии с изобретением примерный предпочтительный вариант конструкции модифицированной формы предохранительного клапана 10 схематично представлен на фиг. 2. На фиг. 2 тарелка 25 клапана прежней конструкции клапана 10 заменена тарелкой 40 клапана и втулка 41 седла включает черты изобретения. Остальные элементы предохранительного клапана 10 показаны на фиг. 1.

Обращаемся к фиг. 2-4. Тарелка 40 клапана имеет первую присоединительную концевую часть 42, которая связывается с муфтой 31 и зажимается между ней и держателем 30 тарелки, поддерживающим тарелку клапана в рабочей позиции внутри предохранительного клапана. Тарелка 40 клапана имеет вторую седельную концевую часть 43, имеющую выпуклую внешнюю поверхность 44 и кольцеобразную скошенную вниз и внутрь поверхность 45 седла в форме усеченного конуса на внешнем кольцеобразном изогнутом выступе 50. Часть центрального корпуса 51 тарелки 40 клапана снабжена внешним кольцевым желобом или углублением 52, которое ограничивает корпус тарелки клапана на противоположной стороне выступа 50, посредством чего выступ 50 является упругой принадлежностью тарелки клапана. Поверхность седла 45 на тарелке клапана взаимодействует поверхностью седла 53 в форме усеченного конуса, расположенной на первой концевой части втулки 41 седла для предотвращения течения жидкости через вход 35 для жидкости втулки седла, когда предохранительный клапан закрыт. В примере клапана, иллюстрируемого изобретением, поверхности седла 45 и 53 располагаются в основном под углом 60^o к вертикальной оси, проходящей через тарелку и втулку седла, как это представлено на фиг. 2-4. Однако нужно понять, что эти углы седла не критические. Изгибающийся выступ 50 тарелки 40 клапана на поверхности седла 45 изготовлен в соответствии с изобретением, так, чтобы позволять поверхности седла изгибаться при изменении действующей силы и температуры предохранительного клапана, с целью поддерживания максимального контакта между поверхностью седла тарелки клапана и поверхностью седла втулки седла.

Предохранительный клапан 10 монтируется на сосуде высокого давления при помощи соответствующего крепления (не показано) с тем, чтобы жидкость могла направленно поступать во вход для жидкости втулки 41 седла. Сила спиральной пружины 21, направленная через ось 15 клапана, удерживает тарелку 40 клапана напротив втулки 41 седла, при этом поверхность седла 45 тарелки клапана контактирует с поверхностью седла 53 втулки, чтобы препятствовать протеканию жидкости из сосуда высокого давления наружу через предохранительный клапан до тех пор, пока давление жидкости не возрастет до установленной величины, при которой предохранительный клапан открывается. На фиг. 2 демонстрируется тарелка 40 клапана в закрытом положении. На фиг. 3 периферия тарелки 40 клапана продемонстрирована графически в условиях отсутствия давления и при температуре окружающей среды около 70^oF. Нижнее изображение тарелки показывает позицию выступа 50 с седлом 45 до начала действия нагрузки со стороны пружины 21 на тарелку. При получении нагрузки в виде силы со стороны спиральной пружины наружная периферия тарелки, включающая в себя выступ и седло, изгибается вверх, как показано. Затем, как продемонстрировано на графическом изображении тарелки на фиг. 4, при действующих условиях 1200 psi и температуре 1000^oF нагрузка спиральной пружины на верхнюю часть тарелки и давление жидкости на ее нижнюю часть, а также температура, приводят к радиальному расширению тарелки и деформации выступа тарелки и седла вниз, как показано. При дальнейшем увеличении температуры и давления с сохранением пружинной нагрузки на тарелку, удерживающей клапан закрытым, эластичность выступа тарелки вызывает существование в основном постоянной контактной области между седлом тарелки и седлом на втулке седла. Когда давление приближается к установленному уровню, при котором предохранительный клапан открывается, при уровне давления в основном 97-98% от установленного давления клапана, тарелка клапана начинает двигаться вверх, в направлении, противоположном направлению действия силы пружины, и клапан при этом начинает подтекать, а затем двигаться в полностью открытое положение, в котором клапан будет уменьшать давление в сосуде до достижения перепада продувки, при котором тарелка клапана вернется на свое место, закрывая клапан.

Особым преимуществом клапана данного изобретения является увеличение степени плотности посадки, о чем уже говорилось, с примерно 94% до приблизительно 97-98%. Сферическая концевая поверхность 45 тарелки клапана позволяет равномерно распределить поток жидкости из сосуда высокого давления, текущий к выходу из клапана, вокруг тарелки клапана, что приводит к эффекту центровки на тарелке клапана с уменьшением турбулентности под ней, результатом чего является более равномерная посадка тарелки обратно на втулку седла при закрытии клапана.

Дальнейшие разновидности и модификации предохранительного клапана и тарелки клапана могут быть изготовлены без выхода за пределы изобретения, что подтверждается формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Предохранительный клапан, содержащий полый корпус с входом и выходом для жидкости, седловую втулку, размещенную во входе для жидкости с образованием входного отверстия в форме сопла, открывающегося в полость корпуса, направляющую гильзу, расположенную в корпусе клапана соосно с седловой втулкой, держатель тарели клапана, подвижно размещенный в направляющей гильзе по отношению к седловой втулке для открытия и закрытия клапана, тарель клапана, закрепленную в упомянутом держателе с возможностью совместного с ним перемещения относительно седловой втулки, и гайку, размещенную в держателе для закрепления тарели клапана, отличающийся тем, что тарель клапана содержит центральную часть, первую присоединительную концевую часть для присоединения тарели к держателю и вторую противоположную уплотнительную концевую часть, образованную наружным кольцевым усеченно-коническим уплотнительным участком, расположенным по периферии центральной части, участком с выпуклой поверхностью, расположенной внутри седла и выступающей вниз по отношению к седлу, и наружной кольцевой канавкой, выполненной вокруг центральной части и второй концевой части с образованием наружного кольцевого гибкого выступа, на котором выполнена уплотнительная поверхность, при этом на седловой втулке выполнена усеченно-коническая седловая поверхность вокруг отверстия входного сопла для взаимодействия с дисковой уплотнительной поверхностью тарели при закрытии клапана.

2. Предохранительный клапан по п.1, отличающийся тем, что кольцевой выступ на тарели клапана выполнен с возможностью изгиба при изменениях давления и температуры для обеспечения в основном постоянной площади контакта между уплотнительной поверхностью на тарели клапана и седловой поверхностью на седловой втулке.

3. Предохранительный клапан по п.2, отличающийся тем, что тарель клапана выполнена с кольцевой соединительной выемкой на наружной поверхности ее центральной части для соединения тарели и ее держателя.

4. Предохранительный клапан по п.2, отличающийся тем, что выпуклая поверхность на тарели выполнена криволинейной для выравнивания потока жидкости, выходящего из соплового отверстия, обеспечения центрирования тарели и равномерной повторной посадки тарели на седловую втулку.

5. Тарель клапана для использования в предохранительном клапане, закрепленная в держателе с возможностью совместного с ним перемещения относительно седловой втулки, отличающаяся тем, что она содержит центральную часть, первую присоединительную концевую часть для присоединения тарели к ее держателю и вторую противоположную уплотнительную концевую часть, образованную наружным кольцевым усеченно-коническим уплотнительным участком, расположенным по периферии центральной части, выпуклой поверхностью, расположенной внутри усеченно-конического седла и выступающей вниз по отношению к седлу, и наружной кольцевой канавкой, выполненной вокруг центральной части и второй концевой части с образованием наружного кольцевого гибкого выступа, деформирующегося в соответствии с изменениями давления и температуры для обеспечения в основном постоянного контакта между усеченно-конической уплотнительной поверхностью на тарели клапана и ответной седловой поверхностью внутри предохранительного клапана в закрытом положении тарели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4