Нагруженный усилием пружины тандемный клапан управления (варианты)

 

Арматура, в частности предохранительный клапан, который работает по нагрузочному принципу или по разгрузочному принципу, открывается и закрывается несколькими управляющими деталями. Управляющие детали включены последовательно в управляющей линии арматуры, соответственно приводится в действие каждая клапаном управления и открывают арматуру только тогда, когда все управляющие детали находятся в открывающем арматуру положении. Арматура закрывается, коль скоро хотя бы только одна из управляющих деталей находится в закрывающем арматуру положении. Изобретение повышает надежность устройства. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройству, состоящему из арматуры и блока управления с, по меньшей мере, двумя нагруженными усилием пружины клапанами управления, которые соответственно приводят в действие собственную управляющую деталь для открытия арматуры, которая открывается посредством одной управляющей линии за счет разгрузки давления или посредством другой управляющей линии за счет нагрузки давлением. При этом речь идет об арматурах, приводимых в действие собственной средой, предпочтительно о предохранительных клапанах для снижения нежелательных избыточных давлений в напорных трубопроводах или напорных резервуарах. При этом приводимые в действие собственной средой арматуры открываются клапаном управления при критическом давлении в напорном резервуаре или в напорном трубопроводе и должны снова закрываться тем же самым клапаном управления при понижении давления ниже критического значения. Клапаны управления при этом являются нагруженными усилием пружины. Предпочтительной областью применения подобных арматур, приводимых в действие собственной средой, является первый контур атомных электростанций, в частности реакторы, охлаждаемые водой под давлением.

Нагруженные усилием пружины клапаны управления, как таковые, достаточно известны в уровне техники и уже предлагаются для этих целей различными фирмами. Например, такой предохранительный клапан известен из патента Германии DE-PS 455133. В работающем по разгрузочному принципу устройстве клапанов управления давление в системе (давление в напорном резервуаре) работает против усилия действия пружины и дополнительной магнитной нагрузки и открывает контрольный клапан, после которого расположен обратный клапан. Клапанная тарелка этого обратного клапана поднимается тем самым в направлении, противоположном действию силы другой пружины, и поднимает конус обратного клапана из его седла клапана; за счет этого открывается управляющая линия предохранительного клапана напорного резервуара и пространство управления предохранительного клапана разгружается. Предохранительный клапан снова закрывается, когда давление в системе падает настолько, что контрольный клапан и обратный клапан закрывается.

Клапанное устройство второго изготовителя работает по нагрузочному принципу. Оно состоит, в основном, столько из одного клапана с пружинной и магнитной нагрузкой (подобно упомянутому клапану управления) и направляет - коль скоро достигнуто граничное значение ("установка") - массовый поток из напорного резервуара в управляющую линию, которая ведет к пространству управления предохранительного клапана и прижимает его.

Клапан управления третьего изготовителя приводит в действие несколько связанных между собой клапанных элементов, которыми пространство управления предохранительного клапана как нагружают давлением (закрытие предохранительного клапана), так и разгружают от давления (открывают).

Нагруженные усилием пружины клапаны управления имеют относительно высокую и не совпадающую с основной арматурой вероятность для отказа закрытия. Неспособность закрытия нагруженного усилием пружины клапана управления лежит при 10^-2/требование, то есть при 100 требованиях по теории вероятности уже наступает один случай отказа закрытия. По сравнению с этим вероятность отказа закрытия для основной арматуры лежит при 10^-4/требование. Эта хорошая вероятность отказа закрытия для основной арматуры, однако, не является эффективной вследствие сравнительно плохой вероятности отказа закрытия клапана управления.

Также в новой разработке клапана управления согласно немецкой заявке с регистрационным номером 19628610.7-12 вероятность отказа закрытия еще не является полностью удовлетворительной. При этом преобразователь давление-перемещение соединен с клапаном управления, причем преобразователь давление-перемещение механически соединен с заполняющим конусом и с разгрузочным конусом и оба конуса движутся в одном направлении. Заполняющий конус может в первую операцию сдвигаться сравнительно малой силой относительно седла, за счет чего управляющая линия клапана управления перекрывается. Только за счет относительно большой силы во второй операции разгрузочный конус может быть поднят со своего седла, за счет чего управляющая линия клапана управления соединяется с открытой относительно окружающей среды линией и предохранительный клапан разгружается (открывается).

Теоретические рассуждения показали, что вероятность отказа закрытия клапанов управления может быть уменьшена за счет того, что последовательно включают комбинацию таких клапанов управления. Например, тогда последовательное включение двух клапанов управления дало бы вероятность отказа закрытия (10^-2)²/требование, то есть 10^-4 на требование. Подобная вероятность отказа закрытия стоит в хорошем совпадении с вероятностью отказа закрытия основной арматуры.

В уровне техники являются известными последовательно включенные моторные клапаны управления. Они находят применение частично также в связи с предохранительным клапаном первого контура. Так как эти моторные клапаны управления работают, однако, по принципу работы согласно соответствующим инструкциям по технике безопасности они не должны применяться одни. Так, например, немецкая инструкция по технике безопасности TDR 421 предусматривает, что при наличии трех предохранительных клапанов, которые защищают напорный резервуар, только один предохранительный клапан может содержать клапаны управления, которые работают по принципу работы. Оба других имеющихся предохранительных клапана должны при этом содержать блоки управления, которые работают по принципу покоя.

В качестве включенных последовательно клапанов управления, которые работают по принципу покоя, известны только клапаны с электромагнитным управлением. Они, однако, не могут использоваться в первом контуре атомной электростанции, поскольку они могут открываться при отключении напряжения.

Известные нагруженные усилием пружины клапаны управления, как они описаны, например, во вводной части, вследствие их конструктивного выполнения не могут быть включены последовательно. По этой причине в настоящее время в первом контуре нагруженные усилием пружины клапаны управления используют только в устройствах отдельных клапанов управления, то есть даже если предусмотрены многие клапаны, то в управляющей линии предохранительного клапана установлена только одна единственная управляющая деталь, которая нагружает или разгружает предохранительный клапан. Относительно высокая вероятность отказа закрытия принимается как неизбежная.

Задачей изобретения является введение блока управления для арматуры, который хотя и может содержать нагружающие пружины, однако, несмотря на это приводит к малой вероятности отказа арматуры.

Для этого указан блок управления, которым арматура посредством управляющей линии для открытия или разгружается, или нагружается, то есть арматура может работать или по разгрузочному принципу, или нагрузочному принципу. Блок управления может работать также без электромагнитных или других дополнительных нагрузок.

Блок управления содержит для решения этой задачи, по меньшей мере, два нагруженных усилием пружины клапана управления, а также такое же количество управляющих деталей. Каждая из управляющих деталей соответствует одному из клапанов управления и соединена с ним. Согласно изобретению управляющие детали расположены на управляющей линии. Работающая по разгрузочному принципу арматура открывается тогда и только тогда, когда все управляющие детали находятся в разгружающем арматуру положении. Арматура закрывается, коль скоро хотя бы только одна из управляющих деталей находится в нагружающем арматуру положении. Если арматура работает по нагрузочному принципу, то она открывается тогда и только тогда, когда все управляющие детали находятся в загружающем арматуру положении, и закрывается снова, коль скоро хотя бы только одна из управляющих деталей находится в разгружающем арматуру положении.

Изобретение исходит из того, что вероятность отказа закрытия тем меньше, чем больше управляющих деталей работают независимо друг от друга, причем каждая управляющая деталь уже одна закрывает арматуру. С комбинацией независимо действующих управляющих деталей таким образом вероятность отказа закрытия арматуры значительно повышается. Так, например, комбинация двух управляющих деталей каждая с вероятностью отказа закрытия 10^-2/требование дает в результате общую вероятность отказа закрытия (10^-2)²/требование, то есть 10^-4/требование. Тем самым также достигнуто совпадение вероятности отказа закрытия арматуры с таковой комбинированием управляющих деталей.

Предпочтительным образом управляющие детали содержат клапаны, которые приводятся в действие соответствующими клапанами управления и включены в управляющую линию последовательно с арматурой. При этом каждая из управляющих деталей содержит первое подключение ("управляющее подключение", которое через управляющий канал связано с соответствующим клапаном управления) и второе подключение ("рабочие подключения", которыми управляющая деталь встроена в управляющую линию арматуры). Рабочее подключение каждой управляющей детали, таким образом, или непосредственно (например, через подводящую линию), или через одну или несколько управляющих деталей (то есть косвенно) соединено с арматурой. Таким образом только одна единственная управляющая деталь соединена непосредственно через рабочее подключение с арматурой, в то время как другое рабочее подключение этой управляющей детали подсоединено к рабочему подключению другой управляющей детали. В качестве "последовательного соединения" или, соответственно, "тандемного клапана" это устройство обозначают потому, что исходящая от арматуры или текущая к арматуре рабочая среда проходит последовательно друг за другом множество управляющих деталей.

Не менее предпочтительным является то, что арматура является предохранительным клапаном.

Далее, рассматривается в качестве преимущества, что соответствующие клапаны управления и/или управляющие детали имеют одинаковый тип конструкции. За счет этого производство и хранение ограничивается немногими компонентами, а конструкция и монтаж становятся нагляднее.

В предпочтительной форме выполнения, по меньшей мере, один из клапанов управления содержит преобразователь давление-перемещение. Этот преобразователь давление-перемещение представляет собой заполняющий конус и разгрузочный конус, расположенные таким образом, что они вступают в механическое взаимодействие друг с другом (по меньшей мере в некоторых положениях, например, соединены друг с другом) и могут одновременно перемещаться в одинаковом направлении. Заполняющий конус расположен в первой камере с возможностью перемещения относительно седла клапана ("седло заполняющего конуса") за счет относительно малой силы. Он служит для того, чтобы закрывать или открывать подводящую давление соединительную линию, которая впадает в первую камеру, относительно управляющего канала, который соединяет эту первую камеру с управляющей деталью. Разгрузочный конус расположен во второй камере с возможностью поднятия с соответствующего седла ("седла разгрузочного конуса") за счет относительно большой силы. За счет поднятия разгрузочного конуса со своего седла создается соединение между каналом, который ведет от управляющей детали к первой камере, и пространством выше первого седла, с одной стороны, и дренажом клапана управления (например, открытой относительно окружающей среды отводящей линии), с другой стороны.

В особенно предпочтительной форме выполнения по меньшей мере один из клапанов управления блока управления выполнен так, как это предложено в немецкой заявке с регистрационным номером 19628610.7-12. При этом преобразователь давление-перемещение расположен на одной общей средней оси с заполняющим конусом и разгрузочным конусом. Устройство выполнено таким образом, что заполняющий конус и разгрузочный конус являются механически соединенными с преобразователем давление-перемещение и перемещаемыми в том же направлении, что и преобразователь (то есть, например, одновременно).

В особенно предпочтительной форме выполнения преобразователь давление-перемещение снабжен толкателем. Этот толкатель соединен своим нижним концом с преобразователем давление-перемещение. Верхний конец толкателя находится ниже и в непосредственной близости к разгрузочному конусу. Он является перемещаемым таким образом, что при соответствующем сдвиге касается разгрузочного конуса на его нижней стороне. Толкатель направляется на продолжении заполняющего конуса. Вторая камера с седлом разгрузочного конуса находится внутри заполняющего конуса.

В не менее предпочтительной форме выполнения клапаны управления и управляющие детали приводятся в действие рабочей средой из напорного резервуара, который содержит отводящую линию с арматурой.

Принцип действия блока управления более подробно поясняется на нижеприведенных чертежах, где фиг.1 - нагруженный усилием пружины тандемный клапан управления, который работает по разгрузочному принципу, с предохранительным клапаном, причем фиг.1а представляет предохранительный клапан и фиг.1b - управляющие детали в увеличенном масштабе; фиг.2 - нагруженный усилием пружины тандемный клапан управления, который работает по нагрузочному принципу, причем фиг.2а представляет соответствующий предохранительный клапан в увеличенном масштабе и фиг. 3 - отдельный клапан управления с предохранительным клапаном, который работает по разгрузочному принципу, причем отдельный клапан управления на фиг.3а представлен в увеличенном масштабе.

На фиг.1 можно видеть блок управления для предохранительного клапана 2. Этот предохранительный клапан 2 служит для разгрузки давления напорного резервуара (корпуса реактора) 1. Предохранительный клапан 2 в этом примере выполнения является работающим по разгрузочному принципу предохранительным клапаном 21 (фиг.1a). Для управления предохранительным клапаном 2 предусмотрены по два клапана 4 управления и управляющие детали 3 (фиг.1). Управляющие детали 3 и клапаны 4 управления по сравнению с предохранительным клапаном 2 по причинам лучшей различимости графического изображения представлены в значительно большем масштабе. По тем же самым причинам напорный резервуар 1 показан только схематично в существенно меньшем масштабе по сравнению с предохранительным клапаном 2.

Устройство, в котором производят управление предохранительным клапаном 2 соответственно двумя управляющими деталями 3 и клапанами 4 управления, обозначается как "тандемное устройство".

Работающий по разгрузочному принципу предохранительный клапан 21 (фиг. 1а) соединен с напорным резервуаром 1 через напорную линию 93. Эта напорная линия 93 впадает в нижнее пространство 212 клапана. Это нижнее пространство 212 клапана отделено от верхнего пространства 211 клапана ("управляющего пространства" клапана) пластиной 213 клапана. Верхнее пространство 211 клапана и нижнее пространство 212 клапана сообщены между собой через отверстие 214, которое проходит через пластину 213 клапана. Для поддержки силы закрытия выше пластины 213 клапана размещена пружина 215 клапана, один конец которой опирается на пластину 213 клапана, а другой конец которой опирается на стенку 217 корпуса клапана. В закрытом состоянии клапана отводящая давление линия 92 закрыта конусом 218 клапана. Этот конус 218 клапана сидит своим нижним концом на конусном седле 219.

Разгрузочная линия 81, которая является частью управляющей линии 8, соединяет верхнее пространство 211 клапана с рабочим подключением к нижнему пространству 32 первой управляющей детали 3а, которая также представляет собой клапан. Это нижнее пространство 32 отделено относительно верхнего пространства 31 этой первой управляющей детали 3а за счет поршня 33 управляющей детали, нижний затвор 34 которого выполнен в виде усеченного конуса. Нижний затвор 34 поршня 33 управляющей детали запирает промежуточную линию 82, которая как дальнейшая часть управляющей линии 8 служит для того, чтобы соединять нижнее пространство 32 управляющей детали 3а с нижним пространством 32 второй управляющей детали 3b. Эта управляющая деталь 3b имеет одинаковую конструкцию с управляющей деталью 3а. Она имеет поршень 33 управляющей детали, который отделяет нижнее пространство 32 управляющей детали 3b от его верхнего пространства 31. Этот поршень 33 управляющей детали содержит также нижний затвор 34 в виде усеченного конуса. Этот нижний затвор 34 в виде усеченного конуса перекрывает относящуюся к системе управляющей линии 8 отводящую линию 83, которая выходит из нижнего пространства 32 управляющей детали 3b и в качестве конца управляющей линии 8 ведет к внешнему пространству блока управления или, соответственно, дренажу.

Верхние пространства 31 управляющих деталей 3а и 3b соединены через промежуточные каналы 5 с клапанами 4 управления. При этом управляющие каналы 5 впадают в первую камеру 44 клапанов 4 управления. Эта первая камера 44 соединена через соединительную линию 6 или с нижним пространством 212 клапана непосредственно, или с напорной линией 93, которая также впадает в нижнее пространство 212 клапана. Вторая камера 45 клапанов 4 управления соединена с напорным резервуаром 1 через соединительные линии 7.

Работающий по разгрузочному принципу предохранительный клапан 21 при нормальном рабочем давлении закрыт, то есть конус 218 клапана находится на седле 219 клапана. В системе управляющей линии 8 разгрузочная линия 81 нагружена давлением. Это давление действует на верхнюю сторону пластины 213 клапана так, что конус 218 клапана прижимается к своему седлу 219 клапана. Давление в линии 81 и в верхнем пространстве 211 клапана постоянно увеличивается за счет того, что верхнее пространство 211 клапана сообщено с нижним пространством 212 клапана через отверстие 214 в пластине 213 клапана. Так как в закрытом состоянии предохранительного клапана 21, работающего по разгрузочному принципу, поршень 33 управляющей детали 3а своим нижним затвором 34 запирает разгрузочную линию 81 относительно промежуточной линии 82 и тем самым также относительно отводящей линии 83, возросшее в линии 81 и верхнем пространстве 211 клапана давление не может исчезнуть и нагружает поэтому верхнюю сторону пластины 213 клапана. Так как сумма площадей, эффективных для запирающего давления, а именно площадь пластины 213 клапана, площадь находящихся на пластине 213 клапана направляющих 216 клапана и площадь конуса 218 клапана является больше, чем площадь, эффективная для противодавления с нижней стороны пластины 213 клапана, то конус 218 клапана прижимается к своему седлу 219 клапана. Положение закрытия поддерживается пружиной 215 клапана.

Положение закрытия предохранительного клапана 21, работающего по разгрузочному принципу, может быть достигнуто только за счет того, что в разгрузочной линии 81 давление повышается. Для этого необходимо, чтобы разгрузочная линия 81 была заперта относительно отводящей линии 83. Запирание разгрузочной линии 81 относительно отводящей линии 83 происходит таким образом, что, по меньшей мере, за счет одной из управляющих деталей 3 система управляющей линии 8 закрыта. В нормальном случае систему управляющей линии 8 закрывают за счет этих двух управляющих деталей 3а и 3b. При этом поршни 33 управляющих деталей своими нижними затворами 34 в виде усеченного конуса прижаты к своему седлу 35. Тем самым за счет первой управляющей детали 3а промежуточная линия 82 закрывается относительно первой линии 81 и за счет другой управляющей детали 3b промежуточная линия 82 закрывается относительно отводящей линии 83. Запирание происходит таким образом, что верхние пространства 31 управляющих деталей 3 нагружаются давлением и за счет этого поршни 33 управляющих деталей прижимаются своими затворами 34 к седлу 35.

Если теперь давление в напорном резервуаре достигает критического значения, то верхние пространства 31 управляющих деталей 3 разгружаются от давления клапанами 4 управления. Так как нижнее пространство 32 первой управляющей детали 3а находится в соединении с разгрузочной линией 81 и поэтому нагружено давлением, поршень 33 управляющей детали первой управляющей детали 3а отжимается от своего седла 35 вверх. Давление, имеющееся в разгрузочной линии 81, может теперь распространяться через промежуточную линию 82 в нижнее пространство 32 второй управляющей детали 3b. Так как также во второй управляющей детали 3b верхнее пространство 31 через соответствующий клапан 4 управления разгружено от давления, поршень 33 управляющей детали второй управляющей детали 3b отжимается от своего седла 35 вверх. За счет этого отводящая линия 83 отпирается. Возникает проницаемое для давления соединение между верхним пространством 211 клапана предохранительного клапана 21, работающего по разгрузочному принципу, и окружающим блок управления пространством. За счет этого верхнее пространство 211 клапана разгружается от давления. Предохранительный клапан 21 открывается вследствие давления, имеющегося в нижнем пространстве 212 клапана. При открывании предохранительного клапана 21, работающего по разгрузочному принципу, конус 218 клапана приподнимается со своего седла 219 так, что возникает соединение между напорной линией 93 и напорной отводящей линией 92. Через напорную линию 93 и напорную отводящую линию 92 может вытекать среда из напорного резервуара 1 и тем самым сбрасываться давление в напорном резервуаре 1.

Если давление в напорном резервуаре 1 падает ниже определенного предусмотренного значения, то верхние пространства 31 управляющих деталей 3 нагружаются давлением за счет клапанов 4 управления. За счет этого поршни 33 управляющих деталей прижимаются своими нижними затворами к седлам 35. Тем самым проходы от разгрузочной линии 81 к промежуточной линии 82 и от промежуточной линии 82 к отводящей линии 83 запираются. Через отверстие 214 в пластине 213 клапана предохранительного клапана 21, работающего по разгрузочному принципу, в верхнем пространстве 211 клапана и в первой линии 81 возрастает давление, которое прижимает конус 218 клапана к седлу 219 клапана. Предохранительный клапан 21, работающий по разгрузочному принципу, закрывается.

Если - по какой бы то ни было причине - одна из управляющих деталей 3 отказывает, то система управляющей линии 8 тем не менее закрывается за счет по меньшей мере одной из управляющих деталей 3. За счет этого в верхнем пространстве 211 клапана возрастает давление, которое прижимает конус 218 клапана к его седлу 219 клапана.

На фиг.2 представлено устройство тандемного клапана управления, который работает по нагрузочному принципу. На напорном резервуаре 1 расположен предохранительный клапан 2', причем этот предохранительный клапан 2' является предохранительным клапаном 22, работающим по нагрузочному принципу (фиг.2а). Этот работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 управляется двумя одинаковыми управляющими деталями 3, которые соединены соответственно каждый с одним клапаном 4 управления. Оба клапана 4 управления имеют одинаковый тип конструкции.

Работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 по изобразительным причинам представлен в большем масштабе относительно напорного резервуара 1 и в меньшем масштабе относительно управляющих деталей 3 и клапанов 4 управления.

Работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 соединен с напорным резервуаром 1. Он содержит нижнее пространство 222 клапана, к которому подключена отводящая линия 92 пара. В закрытом состоянии клапана нижнее пространство 222 клапана закрыто относительно напорного резервуара 1 конусом 228 клапана, который прижимается действующим в напорном резервуаре 1 давлением относительно своего седла 229. С клапанной стороны конуса 228 клапана на нем размещен толкатель 226 клапана, который через нижнее пространство 222 клапана ведет в верхнее пространство 221 клапана. На верхнем конце толкателя 226 клапана находится пластина 223 клапана, которая разделяет верхнее пространство 221 клапана на верхнее полупространство 221а и нижнее полупространство 221b. Пластина 223 клапана снабжена отверстием 224, через которое верхнее полупространство 221а сообщено с нижним полупространством 221b. Между нижней стороной пластины 223 клапана и дном клапана 22 в нижнем полупространстве 221b размещена пружина 225, охватывающая толкатель 226 клапана. Отделение верхнего пространства 221 клапана от нижнего пространства 222 клапана происходит при этом через сужение стенки 227 корпуса клапана.

Через первую линию 84, которая принадлежит к системе управляющей линии 8, напорный резервуар 1 соединен с нижним пространством 32 первой управляющей детали 3а. Это нижнее пространство 32 первой управляющей детали 3а при нормальном режиме работы установки, то есть в положении закрытия предохранительного клапана 2', закрыто имеющим форму усеченного конуса затвором 34 поршня 33 управляющей детали относительно также принадлежащей к управляющей линии 8 промежуточной линии 82, причем промежуточная линия 82 впадает в нижнее пространство 32 второй управляющей детали 3b. Нижнее пространство 32 второй управляющей детали 3b содержит также принадлежащую к управляющей линии 8 нагрузочную линию 85, которая соединяет его с верхним полупространством 221а верхнего пространства клапана 22. В нормальном режиме работы установки также эта нагрузочная линия 85 закрыта от нижнего пространства второй управляющей детали 3b за счет имеющего форму усеченного конуса нижнего затвора 34 поршня 33 управляющей детали второй управляющей детали 3b.

Управляющие детали 3, как на фиг.1, соответственно соединены через управляющий канал 5 с первой камерой 44 клапана 4 управления. Эта первая камера 44 клапанов 4 управления сообщена через соединительную линию 6 с напорным резервуаром 1. Кроме того, клапаны 4 управления содержат вторую камеру 45, которая через соединительные линии 7 также связана с напорным резервуаром 1.

В нормальном рабочем состоянии напорного резервуара работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 закрыт. Верхнее пространство 221 клапана является свободным от давления так же, как и подключенная к нему нагрузочная линия 85, которая соединяет его с нижним пространством 32 управляющей детали 3b. Также и промежуточная линия 82, соединяющая нижние пространства 32 управляющих деталей 3а и 3b, является свободной от давления. В противоположность этому первая линия 84, которая соединяет напорный резервуар 1 с нижним пространством 32 первой управляющей детали 3а, находится при таком же давлении, как и напорный резервуар 1. Для того чтобы поршень 33 управляющей детали первой управляющей детали 3а не поднимался имеющимся в нижнем пространстве 32 давлением со своего седла 35, этот поршень 33 управляющей детали нагружен в верхнем пространстве 31 давлением. Подобно этому поршень 33 управляющей детали второй управляющей детали 3b в верхнем пространстве 31 нагружен давлением. Это давление подводится от соединения верхнего пространства 31 управляющих деталей 3 через управляющие каналы 5, первые камеры 44 клапанов 4 управления и соединительные линии 6 к напорному резервуару 1.

Если давление в напорном резервуаре повышается выше критического значения, то пространство 31 управляющих деталей 3 разгружается через клапан 4 управления. Вследствие давления, действующего через первую линию 84 в нижнем пространстве 32 первой управляющей детали 3а, поршень 33 управляющей детали отжимается от своего седла 35 наверх. За счет этого имеющееся в первой линии 84 и исходящее от напорного резервуара 1 давление может распространяться в промежуточную линию 82 и нагружать давлением нижнее пространство 32 второй управляющей детали 3b. Вследствие этой нагрузки давлением тогда поршень 33 управляющей детали этой второй управляющей детали 3b отжимается со своего седла 35 наверх. За счет этого нагрузочная линия 85 освобождается так, что давление может распространяться дальше внутрь верхнего полупространства 221а верхнего пространства 221 клапана. Там это давление нагружает пластину 223 клапана и прижимает ее вниз. Через связанный с пластиной 223 клапана толкатель 226 клапана конус 228 клапана прижимается вниз к своему седлу 229. Работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 открывается. Среда из напорного резервуара 1 течет затем в нижнее пространство 222 клапана, где она отводится через отводящую линию 92 пара. За счет этого давление в напорном резервуаре 1 понижается. Если давление падает ниже определенного своего значения, то первое пространство 31 управляющих деталей 3 нагружается давлением через клапаны 4 управления. Имеющий форму усеченного конуса 34 нижний затвор поршней 33 управляющих деталей прижимается к своему седлу 35. За счет этого заканчивается нагрузка давлением верхнего полупространства 221а верхнего пространства 221 клапана. Тогда еще имеющееся в верхнем полупространстве 221a и в нагрузочной линии 85 давление исчезает через отверстие 224 в нижнее полупространство 221b. Исходящим от напорного резервуара 1 давлением конус 228 клапана снова прижимается к своему седлу 229 клапана и работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 закрывается.

Если - по какой бы то ни было причине - одна из управляющих деталей 3 отказывает, то запирание системы управляющей линии 8 тем не менее достигается также за счет, по меньшей мере, одной единственной из управляющих деталей 3. За счет этого обеспечивается то, что даже при отказе одной управляющей детали 3 работающий по нагрузочному принципу предохранительный клапан 22 переводится обратно в положение закрытия.

Управление управляющими деталями 3 за счет клапанов 4 управления происходит одинаковым образом, независимо от того, работает ли предохранительный клапан 2 по нагрузочному принципу или разгрузочному принципу. Так как обе управляющие детали 3а и 3b соответственно имеют одинаковую конструкцию, является достаточным пояснить конструкцию и функционирование соответственно одного клапана 4 клапана и одной управляющей детали 3. На фиг.3 клапан 4 управления и управляющая деталь 3 представлены вместе с предохранительным клапаном 2, который работает по разгрузочному принципу. Далее, можно видеть вырез из напорного резервуара 1. Чтобы можно было лучше пояснить принцип действия клапана 4 управления и управляющей детали 3, здесь отказались от представления последовательного включения управляющих деталей 3.

Предохранительный клапан 2 выполнен, как это уже пояснялось в случае фиг.1. Он соединен разгрузочной линией 81, которая принадлежит к управляющей линии 8, с нижним пространством 32 управляющей детали 3. В положении закрытия предохранительного клапана 2 нижний затвор 34 поршня 33 управляющей детали находится на седле 35. За счет этого также относящаяся к управляющей линии 8 отводящая линия 83 запирается от нижнего пространства 32 управляющей детали 3 и тем самым от разгрузочной линии 81. Отводящая линия 83 ведет в свободное от давления пространство вне блока управления.

Отделенное от нижнего пространства 32 поршнем 33 управляющей детали верхнее пространство 31 управляющей детали 3 соединено через промежуточный канал 5 с первой камерой 44 клапана 4 управления. Эта первая камера 44 опять-таки через соединительную линию 6 соединена с нижним пространством 212 клапана предохранительного клапана 2 и стоит тем самым через напорную линию 93 в соединении с напорным резервуаром 1. Альтернативно является также возможным проводить соединительную линию 6 не через предохранительный клапан 2, а соединять непосредственно с напорным резервуаром 1.

Клапан 4 управления содержит три главные компоненты: преобразователь 41 давление-перемещение, заполняющий конус 42 и разгрузочный конус 43. Преобразователь 41 давление-перемещение своим поршнем 412 находится во второй камере 45 клапана 4 управления. Он разделяет эту вторую камеру 45 на нижнее полупространство 451 и верхнее полупространство 452. Поршень 412 преобразователя расположен с возможностью перемещения во второй камере 45. На его нижней стороне находится первая пластина 414, горизонтальные размеры которой меньше, чем размеры поршня 412 преобразователя. Нижняя часть этой пластины 414 сидит на плече 461, которое образовано внутренней стенкой корпуса 46 клапана 4 управления. За счет этого обеспечивается то, что при смещении поршня 412 преобразователя нижнее полупространство 451 второй камеры 45 всегда имеет минимальный объем. Это нижнее полупространство 451 второй камеры 45 соединено через соединительную линию 7, которая впадает в области минимального объема, с напорным резервуаром 1.

К нижней стороне первой пластины 414 примыкает проходящий через стенку корпуса 46 клапана палец 415. Этот палец 415 частично выходит в пространство вне корпуса. На его конце находится вторая пластина 416. Между этой пластиной 416 и наружной стенкой корпуса 46 расположена мощная пружина 417. Сила натяжения пружины 417 действует в направлении против смещения поршня 412 вверх. Сила натяжения пружины составляет при этом, например, 13 кН.

На верхней стороне поршня 412 размещен толкатель 411 преобразователя. Этот толкатель 411 преобразователя направляется за счет цилиндрического продолжения заполняющего конуса 42. Если преобразователь 41 давление-перемещение находится первой пластиной 414 на плече 461 -положение, которое соответствует нормальному режиму работы установки, то толкатель 411 преобразователя заканчивается несколько ниже разгрузочного конуса 43.

Цилиндрическое продолжение заполняющего конуса 42 содержит на своем нижнем конце лапы 421. Эти лапы 421 выполнены таким образом, что они могут захватываться размещенными на верхней стороне поршня 412 преобразователя лапами 413.

В нормальном режиме работы установки заполняющий конус 42 своим упором 422 находится на (нижнем) седле 462 заполняющего конуса ("упор заполняющего конуса"), который образован корпусом 46. Сбоку от упора 422 заполняющего конуса находится подключение соединительной линии 6 к первой камере 44. Эта первая камера 44 ограничена наружной стенкой заполняющего конуса 42 в области выше упора 422 и соседней к ней внутренней стенкой корпуса 46. Эта первая камера 44 соединена через проход 423 в стенке заполняющего конуса 42 с внутренней камерой 441. Эта внутренняя камера 441 выполнена в виде полости заполняющего конуса 42 и охватывает разгрузочный конус 43. Этот разгрузочный конус 43 содержит в своей нижней области поршень 431 разгрузочного конуса, который в нормальном состоянии установки расположен своим нижним краем на образованном плечом заполняющего конуса 42 седле 424 разгрузочного конуса. Выше поршня 431 разгрузочный конус 43 содержит палец 432 разгрузочного конуса, который направлен наверх в выемку 425 заполняющего конуса 42. Между внутренней стенкой заполняющего конуса 42 на верхнем конце внутренней камеры 441 и верхней стороной поршня 431 разгрузочного конуса размещена пружина 433, которая прижимает разгрузочный конус 43 малой силой натяжения пружины к его седлу 424 разгрузочного конуса.

Выше заполняющего конуса 42 находится третья камера 47, которая образована верхней наружной стенкой заполняющего конуса 42 и внутренней стенкой корпуса 46. Внутри этой третьей камеры находится пружина 426, которая прижимает заполняющий конус 42 малой силой натяжения пружины относительно упора 422 заполняющего конуса.

В нормальном состоянии напорного резервуара 1 он находится под давлением, например, 150 бар. Это давление напорного резервуара 1 через соединительную линию 7 сообщается нижнему полупространству второй камеры 45. Это давление действует на преобразователь 41 давление-перемещение и пытается давить его наверх. Ходу преобразователя 41 давление-перемещение, однако, препятствует действующая вниз сила сильной пружины 417.

Давление в напорном резервуаре 1 через соединительную линию 6 сообщается сквозь первую камеру 44 и промежуточный канал 5 верхнему пространству 31 управляющей детали 3. За счет этого поршень 33 управляющей детали своим имеющим форму усеченного конуса нижним затвором 34 прижимается вниз на седло 35.

Исходящее от напорного резервуара давление действует также в первой камере 44 и внутренней камере 441. Однако на заполняющий конус 42 это давление действует, выравнивая силу, так как уплотнительные элементы 464, 465 (например, сильфоны) выше и ниже камер 44 и 441 соответственно уплотняют одинаковое поперечное сечение.

Только относительно слабая пружина 426 (возможным было бы также упругое сопротивление сильфонов) прижимает заполняющий конус 42 в нормальном режиме работы установки своим упором 422 к седлу 462 корпуса 46.

Верхнее полупространство 452 второй камеры 45, а также третья камера 47 являются свободными от давления.

Если давление в напорном резервуаре 1 возрастает, то тем самым одновременно повышается на ту же самую величину давление в обозначенных нагруженных давлением пространствах. Преобразователь 41 давление-перемещение давится наверх, пока он своим толкателем 411 упрется на нижнюю сторону поршня 431 разгрузочного конуса 43. Если давление в напорном резервуаре 1 возрастет дальше, то преобразователь 41 давление-перемещение через толкатель 411 преобразователя и разгрузочный конус 43 сдвигает заполняющий конус 42 наверх. Разгрузочный конус 43 остается при этом своим поршнем 431 на седле 424 разгрузочного конуса, так как господствующая во внутренней камере 441 гидравлическая сила закрытия не дает поднять его от седла 424 разгрузочного конуса. Процесс хода заполняющего конуса продолжается с дальнейшим ростом давления в напорном резервуаре до тех пор, пока заполняющий конус 42 верхней частью своего упора 422 не прижмется к верхнему седлу 463 заполняющего конуса. За счет прижатия упора 422 к верхнему седлу 463 заполняющего конуса соединение между соединительной линией 6 и первой камерой 44 прерывается. Дальнейшее выравнивание давления между напорным резервуаром 1 и первой камерой 44, а также промежуточным каналом и верхним пространством 31 управляющей детали 3 больше не происходит. Господствующее там до сих пор давление, однако, сохраняется.

При дальнейшем повышении давления в напорном резервуаре 1 тем самым растет еще только давление в нижнем полупространстве 451 второй камеры 45, так как она сообщается с напорным резервуаром через соединительную линию 7. При давлении срабатывания, например, 176 бар преобразователь 41 давление-перемещение сдвигается дальше наверх и давит своим толкателем 411 на разгрузочный конус 43 против господствующего во внутренней камере 411 давления и снимает его с седла 424 разгрузочного конуса. За счет этого имеющееся во внутренней камере 441, первой камере 44, управляющем канале 5 и верхнем пространстве 31 управляющей детали 3 давление может исчезать через внутреннее пространство цилиндрического продолжения заполняющего конуса 42. Сброс давления происходит через выходящий от верхнего полупространства 452 второй камеры 45 из блока управления дренаж 48 клапана управления. Так как теперь верхнее пространство 31 управляющей детали 3 больше не нагружено давлением, поршень 33 управляющей детали поднимается давлением, имеющимся в нижнем пространстве 32, со своего седла 35 наверх. За счет этого давление в верхнем пространстве 211 клапана предохранительного клапана 2 уменьшается через разгрузочную линию 81 и отводящую линию 83. Предохранительный клапан 2 открывается.

С открытием предохранительного клапана 2 освобождается путь для отводящей линии 92 пара. Напорный резервуар 1 сбрасывает свое давление, за счет этого нижнее полупространство 451 второй камеры 45 клапана 4 управления разгружается от давления, так как через соединительную линию 7 между ним и напорным резервуаром 1 происходит выравнивание давления. За счет силы натяжения пружины 415 поршень 412 преобразователя соответственно понижению давления в нижнем полупространстве 451 прижимается вниз. Заполняющий конус 42 остается своим упором 422 на (верхнем) седле 463 заполняющего конуса. С нижней стороны упора 422 он подвергается воздействию гидравлической силы, которая прижимает его против его силы тяжести наверх. Гидравлическая сила вызывается тем, что пространство ниже упора 422 через соединительную линию 6, как и прежде, нагружено давлением, в то время как первая камера 44 и внутренняя камера 441, как и прежде, свободны от давления. Гидравлическая сила закрытия на седле 463 заполняющего конуса хотя и уменьшается вниз за счет действующей на уплотнительном элементе 465 гидравлической силы, результирующая в направлении закрытия заполняющего конуса 42 сила, однако, остается, поскольку поперечное сечение седла 463 заполняющего конуса является больше, чем уплотненное уплотнительным элементом 465 поперечное сечение.

За счет опускания преобразователя 41 давление-перемещение и тем самым его преобразовательного толкателя 411 разгрузочный конус 43, приводимый своей пружиной 433, опускается обратно на седло 424 разгрузочного конуса. Тем самым первая камера 44, внутренняя камера 441, управляющий канал 5, а также верхнее пространство 31 управляющей детали 3 отделяется от ведущего наружу дренажа 48 клапана управления. В этом состоянии не происходит никакого изменения давления в названных пространствах.

При понижающемся дальше давлении в напорном резервуаре 1 до нормального давления, например 150 бар, преобразователь 41 давление-перемещение сдвигается дальше вниз пружиной 417 до тех пор, пока он своими лапами 413 не зацепится с лапами 421 заполняющего конуса 42 и освободит его с его верхнего седла 463 заполняющего конуса. В этот момент давление напорного резервуара 1 распространяется через соединительную линию 6 в первую камеру 44, внутреннюю камеру 441, управляющий канал 5 и верхнее пространство 31 управляющей детали 3. Заполняющий конус 42 прижимается своим упором 422 к седлу 462 заполняющего конуса. Кроме того, поршень 33 управляющей детали прижимается своим имеющим форму усеченного конуса нижним затвором 34 к своему седлу 35. За счет этого отводящая линия 83 закрывается относительно разгрузочной линии 81. В разгрузочной линии 81 и в верхнем пространстве 211 клапана через отверстие 214 увеличивается давление, которое прижимает конус 218 клапана к седлу 219 клапана. Предохранительный клапан 2 закрывается.

За счет этой конструкции удается то, что предохранительный клапан открывается только при относительно более высоком давлении срабатывания, например 176 бар, в то время как он закрывается только при относительно низком давлении, например 150 бар. Эта разница давления закрытия является желательной. За счет нее эффективно исключается попеременное открывание и закрывание предохранительного клапана 2, вызванное малыми колебаниями давления.

Как пояснялось относительно фиг.1 и 2, множество управляющих деталей 3 с соответствующими клапанами 4 управления могут быть включены последовательно. Элементы конструкции отдельных клапанов управления предпочтительно размещают в общем корпусе, за счет чего получается очень компактный многократный клапан управления - в данном случае тандемный клапан управления. Практически не существенно, является ли давление срабатывания отдельных клапанов управления одинаковым или различным. Для исключения какого бы то ни было влияния обоих деталей управления многократного клапана управления - здесь тандемного клапана управления - давление срабатывания целесообразно выбирают отличающимся на несколько бар.

Формула изобретения

1. Устройство, состоящее из арматуры и блока управления, с, по меньшей мере, двумя нагруженными усилием пружины клапанами (4) управления, которые соответственно приводят в действие собственную управляющую деталь (3, 3а, 3b) для открытия арматуры, которая открывается посредством управляющей линии (81, 82, 82) за счет разгрузки давления, отличающееся тем, что управляющие детали (3, 3а, 3b) расположены на управляющей линии (81, 82, 83) и открывают эту арматуру тогда и только тогда, когда все управляющие детали (3, 3а, 3b) находятся в разгружающем арматуру положении, и закрывают арматуру, коль скоро хотя бы только одна из управляющих деталей (3, 3а, 3b) находится в нагружающем арматуру положении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющие детали содержат клапаны, которые приводятся в действие клапанами (4) управления и включены в управляющей линии последовательно.

3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что арматура является предохранительным клапаном (2, 21, 22).

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что соответствующие клапаны (4) управления и/или управляющие детали (3, 3а, 3b) имеют тот же самый тип конструкции.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из клапанов (4) управления содержит преобразователь (41) давление-перемещение, и преобразователь (41) является механически соединенным с заполняющим конусом (42) и с разгрузочным конусом (43), которые являются перемещаемыми преобразователем (41) в одинаковом направлении; заполняющий конус (42) расположен с возможностью перемещения в первой камере (44) меньшей силой относительно соответствующего ему седла (463) заполняющего конуса, чтобы закрыть проводящую давление соединительную линию (6), которая впадает в первую камеру (44), относительно промежуточного канала (5) управляющей детали (3, 3а, 3b); разгрузочный конус (43) расположен в другой камере (441) заполняющего конуса (42) с возможностью поднятия со своего седла (424) разгрузочного конуса большей силой преобразователя (41) и при поднятии разгрузочного конуса (42) соединяет промежуточный канал (5) управляющей детали (3, 3а, 3b) и первую камеру (44) с дренажом (48) клапана управления.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразователь (41), заполняющий конус (42), и разгрузочный конус (43) расположены на общей оси и являются подвижными.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что преобразователь (41) связан с нижним концом толкателя (411) преобразователя, причем другой верхний конец толкателя (411) преобразователя находится ниже и в непосредственной близости к разгрузочному конусу (43) и является подвижным так, что он касается разгрузочного конуса, толкатель (411) преобразователя направляется на продолжении заполняющего конуса (42) и другая камера (441) с седлом (424) разгрузочного конуса находится внутри заполняющего конуса (42).

8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что клапаны (4) управления и управляющие детали (3, 3а, 3b) приводятся в действие рабочей средой из напорного резервуара, который содержит отводящую линию (92) с арматурой.

9. Устройство, состоящее из арматуры и блока управления, с, по меньшей мере, двумя нагруженными усилием пружины клапанами (4) управления, которые соответственно приводят в действие собственную управляющую деталь (3, 3а, 3b) для открытия арматуры, которая открывается посредством управляющей линии (84, 82, 85) за счет нагрузки давлением, отличающееся тем, что управляющие детали (3, 3а, 3b) расположены на управляющей линии (84, 82, 85) арматуры и открывают эту арматуру тогда и только тогда, когда все управляющие детали (3, 3а, 3b) находятся в нагружающем арматуру положении, и управляющие детали (3, 3а, 3b) закрывают арматуру, коль скоро хотя бы только одна из управляющих деталей (3, 3а, 3b) находится в разгружающем арматуру положении.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что управляющие детали содержат клапаны, которые приводятся в действие клапанами (4) управления и включены в управляющей линии последовательно.

11. Устройство по любому из п.9 или 10, отличающееся тем, что арматура является предохранительным клапаном (2, 21, 22).

12. Устройство по любому из пп.9-11, отличающееся тем, что соответствующие клапаны (4) управления и/или управляющие детали (3, 3а, 3b) имеют тот же самый тип конструкции.

13. Устройство по любому из пп.9-12, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из клапанов (4) управления содержит преобразователь (41) давление-перемещение и преобразователь (41) является механически соединенным с заполняющим конусом (42) и с разгрузочным конусом (43), которые являются перемещаемыми преобразователем (41) в одинаковом направлении; заполняющий конус (42) расположен с возможностью перемещения в первой камере (44) меньшей силой относительно соответствующего ему седла (463) заполняющего конуса, чтобы закрыть проводящую давление соединительную линию (6), которая впадает в первую камеру (44), относительно промежуточного канала (5) управляющей детали (3, 3а, 3b); разгрузочный конус (43) расположен в другой камере (441) заполняющего конуса (42) с возможностью поднятия со своего седла (424) разгрузочного конуса большей силой преобразователя (41) и при поднятии разгрузочного конуса (42) соединяет промежуточный канал (5) управляющей детали (3, 3а, 3b) и первую камеру (44) с дренажом (48) клапана управления.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что преобразователь (41), заполняющий конус (42) и разгрузочный конус (43), расположены на общей оси и являются подвижными.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что преобразователь (41) связан с нижним концом толкателя (411) преобразователя, причем другой верхний конец толкателя (411) преобразователя находится ниже и в непосредственной близости к разгрузочному конусу (43) и является подвижным так, что он касается разгрузочного конуса, толкатель (411) преобразователя направляется на продолжение заполняющего конуса (42) и другая камера (441) с седлом (424) разгрузочного конуса находится внутри заполняющего конуса (42).

16. Устройство по любому из пп.9-15, отличающееся тем, что клапаны (4) управления и управляющие детали (3, 3а, 3b) приводятся в действие рабочей средой из напорного резервуара, который содержит отводящую линию (92) с арматурой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6