Способ управления клапанами импульсно-предохранительного устройства и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2687198:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретения относятся к области трубопроводной арматуры и могут быть использованы при разработке предохранительных клапанов со вспомогательным клапаном для управления главным и иными клапанами. Технический результат заключается в повышении функциональной надежности импульсно-предохранительного устройства (ИПУ) за счет введения в его состав дополнительного управляющего элемента в виде адаптивного регулятора, повышающего эффективность способа управления клапанами и обеспечивающего срабатывание ИПУ при частичном или полном отказе импульсного клапана (ИК). Для его достижения в способе управления клапанами ИПУ, содержащем операции выпуска из полости над поршнем главного предохранительного клапана (ГПК) объема рабочей среды на этапе открытия ГПК через ИК, заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК, согласно изобретению управление клапанами ИПУ осуществляется с помощью дополнительного управляющего элемента и дополнительных операций, включающих распределение давления и подачу рабочей среды в привод ИК для создания дополнительного усилия его открытия в случае параметрического отказа ИК или сброс рабочей среды из полости над поршнем ГПК без участия ИК в случае его отказа. Для осуществления способа предложено ИПУ, содержащее работающий по схеме "разгружения" ГПК (1) поршневого типа, соединенный с ИК (2), выполненным в виде подпружиненного клапана с приводом и с патрубками ввода (12) и сброса (13) рабочей среды. При этом надпоршневая полость ГПК сообщена линией (25) с патрубком (7) подачи/сброса рабочей среды через ИК. Новым является то, что ИПУ дополнительно снабжено адаптивным регулятором (3), установленным перед ГПК с возможностью распределения давления и подачи рабочей среды по трем линиям (26, 27 и 29). ИК выполнен с мембранным приводом с возможностью подачи/сброса рабочей среды в его подмембранную полость для создания дополнительного усилия открытия ИК с помощью адаптивного регулятора (3), содержащего корпус с входным патрубком (16) и с приводом поршневого типа, к которому присоединен трехпозиционный золотниковый распределитель (20), соединенный линией (26) с патрубком (7) сброса/подачи рабочей среды из надпоршневой полости ГПК, второй линией образующий линию нагнетания (27), соединенную с патрубком (15) подачи/сброса рабочей среды в привод ИК, а третьей линией (29) соединенный с линией сброса. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретения относятся к области трубопроводной арматуры и могут быть использованы при разработке предохранительных клапанов со вспомогательным клапаном для управления главным и иных клапанов.
Наиболее близким из известных решений к заявленному способу является способ управления главным предохранительным клапаном (ГПК) с помощью импульсного клапана (ИК), включающий операции выпуска из полости над поршнем ГПК избыточного объема рабочей среды через ИК на этапе открытия ГПК, заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК (Патент РФ №2610838 С2, дата приоритета 03.03.2015, дата публикации 16.02.2017, авторы: Куршин А.П. и Усов А.Г., RU, прототип).
Недостатком известного способа, принятого в качестве прототипа, является невозможность управления ГПК в случае выхода из строя ИК.
Известно импульсное предохранительное устройство для защиты систем от превышения в них давления, содержащее ГПК, импульсные каналы, соединяющие ГПК и ИК, чувствительный элемент которого продублирован сильфоном (Авторское свид. СССР №1689705, дата приоритета 24.07.1989, дата публикации 07.11.1991, авторы: Маринченко В.В. и Беликова А.Л., RU).
К недостаткам известного устройства относится однотипность основного и дублирующего чувствительных элементов ИК, и то, что чувствительный элемент в виде сильфона ГПК нагружается внутренним давлением рабочей среды и внешним давлением линии сброса, что уменьшает его рабочий ресурс.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является импульсно-предохранительное устройство (ИПУ), содержащее работающий по схеме "разгружения" ГПК поршневого типа, надпоршневая полость которого сообщена линией с патрубком подачи (сброса) рабочей среды в (из) надпоршневую полость ГПК из ИК, выполненного в виде подпружиненного клапана (Патент РФ №2272206 С2, дата приоритета 04.12.2002, дата публикации 20.03.2006, авторы: Визерский В.А. и др., UA, прототип).
Недостатком прототипа устройства является низкая надежность ИПУ, обусловленная тем, что частичное снижение работоспособности или полный отказ ИК, воспринимающего давление рабочей среды и определяющего исправность работы всей предохранительной системы, приводит к невозможности срабатывания ИПУ. Поэтому наличие единственного управляющего элемента в составе ИПУ снижает надежность всей системы, особенно при условии воздействия на него негативных факторов рабочей среды.
Технической проблемой, решаемой изобретениями, является повышение функциональной надежности ИПУ и обеспечение срабатывания при условии отказа ИК.
Для решения технической проблемы предложен способ управления клапанами импульсно-предохранительного устройства (ИПУ), содержащий операции выпуска из полости над поршнем главного предохранительного клапана (ГПК) объема рабочей среды на этапе открытия ГПК через импульсный клапан (ИК), заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК. Новым является то, что управление клапанами ИПУ осуществляется с помощью дополнительного управляющего элемента и дополнительных операций, включающих распределение давления и подачу рабочей среды в привод ИК для создания дополнительного усилия его открытия в случае параметрического отказа ИК, или сброс рабочей среды из полости над поршнем ГПК без участия ИК в случае его полного отказа.
Для решения технической проблемы и осуществления заявленного способа также предложено импульсно-предохранительное устройство (ИПУ), содержащее работающий по схеме "разгружения" главный предохранительный клапан (ГПК) поршневого типа, соединенный с импульсным клапаном (ИК), выполненным в виде подпружиненного клапана с приводом и с патрубками ввода и сброса рабочей среды. При этом надпоршневая полость ГПК сообщена линией с патрубком подачи в нее и сброса из нее рабочей среды через ИК. Новым является то, что ИПУ дополнительно снабжено адаптивным регулятором, установленным перед ГПК с возможностью распределения давления и подачи рабочей среды по трем линиям. ИК выполнен с мембранным приводом, с возможностью подачи/сброса рабочей среды в его подмембранную полость для создания дополнительного усилия открытия ИК с помощью адаптивного регулятора, содержащего корпус с входным патрубком и с приводом поршневого типа, к которому присоединен трехпозиционный золотниковый распределитель, соединенный одной линией с патрубком сброса/подачи рабочей среды из надпоршневой полости ГПК, второй линией образующий линию нагнетания, соединенную с патрубком подачи/сброса рабочей среды в привод ИК, а третьей линией соединенный с линией сброса.
Согласно изобретению, трехпозиционный золотниковый распределитель выполнен в виде цельного литого поршня, помещенного в полость, образованную пересечением трубок в линиях, соединяющих полость над поршнем ГПК с приводом ИК и с линией сброса, причем верхняя часть поршня представляет собой сплошной цилиндр, средняя часть снабжена сквозным поперечным отверстием в цилиндре, а нижняя часть выполнена в виде сегмента цилиндра на стороне входа в линию нагнетания в привод ИК.
Согласно изобретению, привод адаптивного регулятора образован металлическим сильфоном, герметично закрытым с торцов, верхний из которых закрыт неподвижной крышкой, а нижний закрыт подвижной крышкой, к которой снизу в центральной части прикреплен трехпозиционный золотниковый распределитель.
Согласно изобретению, в линии, соединяющей адаптивный регулятор с линией сброса, установлен обратный клапан.
На фиг. 1 схематично представлено импульсно-предохранительное устройство (ИПУ) для осуществления предлагаемого способа управления клапанами ИПУ; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1, исходное положение; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.
Заявляемое ИПУ состоит из собранных в блок основных элементов: ГПК 1, ИК 2 и адаптивного регулятора 3 (фиг. 1).
ГПК 1 содержит поршень 4, входной патрубок 5, выходной патрубок 6 и патрубок 7 сброса (подачи) рабочей среды из (в) надпоршневой полости "С".
ИК 2 содержит тарелку 8 со штоком 9, соединенным с металлической мембраной 10, образующей подмембранную полость «D» мембранного привода с пружиной 11, патрубок входа 12, патрубок сброса 13 и патрубок 14 подачи (сброса) рабочей среды из ИК 2 в (из) надпоршневую полость "С" ГПК 1, патрубок 15 подачи (сброса) рабочей среды в (из) привод ИК (полость «D»).
Адаптивный регулятор 3 содержит корпус с входным патрубком 16, металлический сильфон 17, герметично закрытый с торцов подвижной крышкой 18 и неподвижной крышкой 19. На подвижной крышке 18 металлического сильфона 17 снизу в центре прикреплен трехпозиционный золотниковый распределитель 20, выполненный в виде цельного литого поршня. Верхняя часть поршня представляет собой сплошной цилиндр, средняя часть снабжена сквозным поперечным отверстием 21, а нижняя часть выполнена в виде сегмента 22 цилиндра на стороне входа в линию нагнетания в привод ИК 2. Трехпозиционный поршень 20 находится в полости пересечения импульсных трубок 23 и 24, находящихся в полости адаптивного регулятора 3, и в линиях, соединяющих патрубок 7 сброса (подачи) рабочей среды из надпоршневой полости "С" и патрубок 14 подачи (сброса) рабочей среды из ИК 2 в (из) надпоршневую полость ГПК 1 с патрубком 15 подачи (сброса) рабочей среды в полость «D» ИК 2 и с линией сброса через импульсные трубки 23, 24.
Связь между основными элементами в ИПУ для реализации способа управления клапанами ИПУ, работающего под действием давления рабочей среды, осуществляется с помощью системных линий 25, 26, 27, 28 и 29. При этом ГПК 1 и ИК 2 соединены линией 25, а их входные патрубки соответственно 5 и 12 соединены с линией давления рабочей среды; патрубки 7 и 14 соединены с адаптивным регулятором 3 линией 26; адаптивный регулятор 3 и полость «D» ИК 2 соединены линией нагнетания 27; патрубок 13 ИК 2 соединен с линией сброса линией 28; адаптивный регулятор 3 соединен с линией сброса линией 29, в которой установлен обратный клапан 30.
Импульсно-предохранительное устройство работает под действием давления рабочей среды следующим образом.
Давление рабочей среды при поступлении во входной патрубок 5 создает усилие на поршень 4 ГПК 1, в то же время, это давление рабочей среды, поступая во входной патрубок 12 ИК 2, оказывает воздействие на надпоршневую полость «С» ГПК 1 через патрубок 14, а также на тарелку 8 ИК 2, настройка которого осуществляется поджатием пружины 11. За счет разницы площадей давления S1<S2 поршень 4 ГПК при повышении давления более плотно прилегает к седлу ГПК. При достижении установочного давления ИК 2 открывается, тарелка 8 со штоком 9 поднимается и происходит сброс объема рабочей среды из полости «С» по линии 25 через патрубок 7, патрубок 14 и патрубок 13 в линию сброса через линию 28. ГПК 1 открывается.
При параметрическом отказе ИК 2 при установочном давлении, под действием роста давления в системе чувствительный элемент в виде сильфона 17 адаптивного регулятора 3 сжимается, и прикрепленный к крышке 18 трехпозиционный золотниковый распределитель 20, помещенный в полость пересечения импульсных трубок 23 и 24, устанавливается во второе положение с расположением сквозного поперечного отверстия 21 в линии. Открывается проход из надпоршневой полости «С» через патрубок 7 по линиям 25 и 26 в импульсную трубку 23 и по линии 27 в полость «D» мембранного привода. За счет увеличенной площади давления мембраны 10 привод срабатывает, поднимается шток 9, вместе с ним тарелка 8, и происходит сброс объема рабочей среды из полости «С» по линии 25 через патрубок 7, патрубок 14 и патрубок 13 в линию сброса через линию 28. ГПК 1 открывается.
В случае полного отказа ИК 2 давление в системе растет, заставляя сильфон 17 сжаться до установления трехпозиционного золотникового распределителя 20 в третье положение с расположением сегмента 22 цилиндра в пересечении импульсных трубок 23, 24, обеспечивая сброс объема рабочей среды из полости «С» по линиям 25, 26 и 29 через патрубок 7 и импульсную трубку 24 в линию сброса. В этом случае ГПК открывается без помощи ИК.
На линии 29, соединенной с линией сброса, установлен обратный клапан 30 во избежание влияния противодавления за трехпозиционный поршень 20.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления обеспечивают функциональную надежность ИПУ за счет управления клапанами ИПУ введенным в его состав адаптивным регулятором.
Технический результат заключается в повышении функциональной надежности импульсно-предохранительного устройства за счет введения в состав ИПУ дополнительного управляющего элемента в виде адаптивного регулятора, повышающего эффективность способа управления клапанами и обеспечивающего срабатывание ИПУ при частичном или полном отказе ИК.
1. Способ управления клапанами импульсно-предохранительного устройства (ИПУ), содержащий операции выпуска из полости над поршнем главного предохранительного клапана (ГПК) объема рабочей среды на этапе открытия ГПК через импульсный клапан (ИК), заполнения полости над поршнем ГПК рабочей средой на этапе закрытия ГПК, отличающийся тем, что управление клапанами ИПУ осуществляется с помощью дополнительного управляющего элемента и дополнительных операций, включающих распределение давления и подачу рабочей среды в привод ИК для создания дополнительного усилия его открытия в случае параметрического отказа ИК или сброс рабочей среды из полости над поршнем ГПК без участия ИК в случае его полного отказа.
2. Импульсно-предохранительное устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее работающий по схеме "разгружения" главный предохранительный клапан (ГПК) поршневого типа, соединенный с импульсным клапаном (ИК), выполненным в виде подпружиненного клапана с приводом и с патрубками ввода и сброса рабочей среды, при этом надпоршневая полость ГПК сообщена линией с патрубком подачи в нее и сброса из нее рабочей среды через ИК, отличающееся тем, что ИПУ дополнительно снабжено адаптивным регулятором, установленным перед ГПК с возможностью распределения давления и подачи рабочей среды по трем линиям, ИК выполнен с мембранным приводом с возможностью подачи/сброса рабочей среды в его подмембранную полость для создания дополнительного усилия открытия ИК с помощью адаптивного регулятора, содержащего корпус с входным патрубком и с приводом поршневого типа, к которому присоединен трехпозиционный золотниковый распределитель, соединенный одной линией с патрубком сброса/подачи рабочей среды из надпоршневой полости ГПК, второй линией образующий линию нагнетания, соединенную с патрубком подачи/сброса рабочей среды в привод ИК, а третьей линией соединенный с линией сброса.
3. Импульсно-предохранительное устройство по п. 2, отличающееся тем, что трехпозиционный золотниковый распределитель выполнен в виде цельного литого поршня, помещенного в полость, образованную пересечением трубок в линиях, соединяющих полость над поршнем ГПК с приводом ИК и с линией сброса, причем верхняя часть поршня представляет собой сплошной цилиндр, средняя часть снабжена сквозным поперечным отверстием в цилиндре, а нижняя часть выполнена в виде сегмента цилиндра на стороне входа в линию нагнетания в привод ИК.
4. Импульсно-предохранительное устройство по п. 2, отличающееся тем, что привод адаптивного регулятора образован металлическим сильфоном, герметично закрытым с торцов, верхний из которых закрыт неподвижной крышкой, а нижний закрыт подвижной крышкой, к которой снизу в центральной части прикреплен трехпозиционный золотниковый распределитель.
5. Импульсно-предохранительное устройство по п. 2, отличающееся тем, что в линии, соединяющей адаптивный регулятор с линией сброса, установлен обратный клапан.
