Предохранительный клапан

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 17/14 У 1 У";,й 9 ИЯ НИ ЕЛЬСТ Э ф ом, Е, вишь СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВ(56) Авторское свидетельство СССР В 237510, кл. Р 16 К 17/40, 1968.Авторское свидетельство СССР У 553383, кл. Р 16 К 17/14, 1972. (54)(57) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, разрушающий элемент с ослабленным сечением и несквоэным каналом, сообщенным с выходной полостью, нагрузочиый механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной опоры и установленный во входной полости корпуса сильфон-сигнализатор, пере,Я 01034458, 3,:", 13РРГ.ПФйлФ дающий давление рабочей среды намеханизм фиксации клиновидной опоры,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных воэможностей клапана, механизм фиксации клиновидной опоры выполнен в виде установленной на сильфоне-сигналиэаторесквозной рамки, подпружиненного поворотного упора, удерживаемого указанной рамкой во вэвешенномсостоянии, и закрепленного на корпусе ко-ромысла, один .конец которого посредством серьги, проходящей через прорезь рамки сильфона-сигналиэаторашарнирно связан с поворотным упора другой конец взаимодействует сторцовой поверхностью клиновиднойопоры, образующей с соответствующимплечом коромысла угол Ы90 ф- , где,б- угол между плечом коромысла иторцовой поверхностью клиновиднойопоры, Р- угол трения, и имеющийдополнительную клиновидную поверхность с обратным углом,1 103445Изобретение относится к агрегатам гидропневматики и может бытьиспользовано в качестве предохрани. тельного устройства для систем атомной и общей энергетики, а также химической промышленности,Известны предохранительные клапаны одноразового действия, содержащие разрывной стержень, имеющийнесквозное отверстие, проходящее че-, 1 Орез ослабленное сечение, сильфон соштоком, передающим усилие рабочейсреды, сжатый упругий элемент, например пакет тарельчатых пружин, усилиесжатия которого направлено против 15давления рабочей среды.В данной конструкции максимальновозможный диаметр несквозного отверстия разрывного стержня и максимально возможная толщина стенки ослабленного сечения определяются эффективной площадью сильфона.В связи с ограниченной номенклатурой сильфонов для высоких давленийрабочей среды диаметр несквозногоотверстия разрывного стержня и толщина стенки ослабленного сечения ограничены относительно малыми значениями. Кроме того, в результате колебаний давления рабочей среды разрывной З 0стержень нагружается осевыми усилиями, что приводит к изменению механических свойств ослабленного сеченияи снижению точности срабатывания,а следовательно, к снижению надежности работы клапана. Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сути является предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, разрушающий элемент с ос" лабленным сечением и несквозным каналом, сообщенным с выходной полос" тью, нагрузочный механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм фиксации клиновидной опоры и установленной во входной полости корпуса сильфонсигнализатор, передающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры.В данной конструкции частично устранены недостатки вьппеуказанного клапана, так как за счет фиксации штока, соединенного с разрывным стер 35 40 45 50 55 8 гжнем, до момента срабатывания калиброванное сечение разрывного стержняразгруженоот осевых усилий, являющихся результатом колебаний давлениярабочей среды. Однако как и в аналогмаксимально возможный диаметр несквозного отверстия разрывного стержня и максимально возможная толщинастенки калиброванного сечения определяются эффективной площадью сильфона. Точность срабатывания клапанаи его надежность зависят от точностиизготовления калиброванного сеченияи механических (нрочностных) свойствметалла разрывного стержня. Крометого, клапанам данного типа присущисвор недостатки. Выполнение конструкции, в которой шток с сильфоном,соединенный с разрывным стержнем,является одновременно датчиком-сигнализатором для фиксирующего механизма и приводом для обрыва калиброванного сечения разрывного стержня,приводит к усложнению настройки клапана на давление срабатывания, невозможности проверки его работоспособности в условиях эксплуатациибез разрыва калиброванного сеченияразрывного стержня, снижению егонадежности. Целью изобретения является повышение надежности клапана, расширение его эксплуатационных возможностей.Эта цель достигается тем, что в клапане, содержащем корпус с входным. и выходным штуцерами, разрушаемый элемент с ослабленным сечением и не- сквозным каналом, сообщеНным с вы" ходной полостью, нагрузочный механизм со штоком, связанным с разрушаемым элементом, клиновидную опору, размещенную в направляющих роликах корпуса и удерживающую шток нагрузочного механизма от перемещения, механизм Фиксации клиновидной. опоры и установленный во входной полости корпуса сильфон-сигнализатор, передающий давление рабочей среды на механизм фиксации клиновидной опоры, последний выполнен в виде установленной на сильфоне-сигнализаторе сквозной рамки, подпружиненного поворотного упора, удерживаемого указанной рамкой во взвешенном состоянии, и закрепленного на корпусе коромысла, один конец которого посред-, ством серьги, проходящей через прорезь рамки сильфона-сигнализатора,1034458 5 10 15 20 25 35 40 45 50 55 шарнирно связан с поворотным упором, а другой конец взаимодействует с торцовой поверхностью клиновидной опоры, образующей с соответствующим плечом коромысла угол д. 90 - р , где Ы - угол между плечом коромысла и торцовой поверхностью клиновидной опоры,- угол трения, и имеющей дополнительную клиновидную поверхность с обратным углом.Подобное выполнение механизма фиксации позволяет получить:небольшое удельное давление на поверхности контакта поворотного упора и рамки путем уменьшения усилия за счет соотношения плеч коромысла;максимальное перемещение клиновидной опоры и вследствие этого перемещение пакета упругих элементов, усилие сжатия которого направлено на обрыв ослабленного сечения разрывного элемента;надежное срабатывание механизма фиксации при перемещении рамки и ос,вобождении поворотного упора с моментом опрокидывания относительно оси вращения М=Р:1, .Кроме того, выполнение клиновидной опоры с дополнительной клиновидной поверхностью с обратным углом, размещенной в направляющих роликах, корпуса, а также исполнение механизма фиксации не распадающимся, а расщепляющимся обеспечивает:надежное сохранение настройки клапана на давление срабатывания в условиях эксплуатации, в том числе и условиях вибрации и ударных нагрузок;возможность осуществления периодических проверок механизма фиксации путем принудительного перемещения подвижных частей в пределах специально предусмотренных зазоров, что по-вышает надежность клапана в условиях эксплуатации;возможность приведения клапана в рабочее состояние после срабатывания без его разборки и настройки, осуществляя лишь насложную замену разрывного элемента, что существенно расширяет эксплуатационные возможности предохранительного клапана.На фиг.1 схематически изображен общий вид предохранительного клапана; на фиг.2 - узел механизма фиксации. В корпусе 1 клапана размещен входной штуцер 2 для подвода рабочей среды, сильфон-сигнализатор 3 со штоком 4, на котором установлена пружина 5 и жестко закреплена рамка б, сильфон 7 со штоком 8 и разрывной элемент 9, имеющий несквозное отверстие и ослабленное сечение. Разрывной элемент байонетно закреплен в штоке 8. Полости предохраняемой системы, в которых размещены сильфоны, сообшающиеся с помощью отверстия 10 в корпусе 1, герметизированы. Наштоке 8 закреплены вилка 11 с роликом 12, сжимающая пакет упругих элементов (тарельчатые пружины) 13, усилие сжатия которых направлено на обрыв ослабленного сечения разрывного элемента 9. Шток 8 с вилкой 11 зафиксирован от осевого перемещения клиновидной опорой 14, расположенной в направляющих роликах 15 корпуса 1, Клиновидная опора снабжена дополнительной клиновидной поверхностью 16 с обратным углом, выполнена с байонетным зацеплением 17 и наклонной торцовой поверхностью 18, контактирующей с коромыслом 19. Контакт коромысла 19 с торцовой поверхностью 18 осуществлен 30 через ролик 20. Кроме ролика возмож-. но применение других элементов, обеспечивающих снижение трения. Коромысло закреплено на оси 21 выступа корпуса 1. Один конец его через ролик20 введен в контакт с клиновиднойопорой 14, фиксируя ее от перемещения под действием горизонтальныхсоставляющих от усилия сжатия пакетаупругих элементов 13, а другой черезсерьгу 22 соединен с поворотным упором 23, закрепленным на оси 24 выступа корпуса 1. Поворотный упор 23снабжен возвращающей пружиной 25 ивведен в контакт с рамкой 6. Рамка 6выполнена со сквозным пазом 26, обеспечивающим проход поворотного упора23 с серьгой 22, и с резьбовым отверстием 27, Сверху корпус 1 клапаназакрыт крышкой 28 и уплотнен прокладкой 29. В крышке 28 выполнены триокна 30,31,32, уплотненные и закрытые крышками. Байонетное зацепление 17 на клиновидной опоре 14 и резьбовое отвер тие 27 на рамке 6 выполнены для при соединения приспособлений, устанавливаемых через окна 30,31,32 на крыс ке 28 для периодических проверок ра5 1034458ботоспособности механизмов клапанабез его срабатывания и приведенияклапана в рабочее состояние послесрабатывания.Работает предохранительный клапанследующим образом. 10 15 вания поворотный упор 23 выходит из ляющей от усилия сжатия пакета упругих элементов 13 и усилия от давлениярабочей среды. Шток 8 с вилкой 11,перемещаясь под действием этих жеусилий, захватывает головку разрывного элемента 9 и разрушает его по ослабленному сечению. Кинетическаяэнергия подвижных частей клапана в момент срабатывания гасится дополнительной клиновидной поверхностью 16с .обратным углом на клиновидной опоре 14, благодаря которой энергияудара поглощается пакетом упругихэлементов, что исключает возможностьповреждения подвижных частей механизма клапана в момент срабатывания: 35 40 Значительное увеличение угла сс нецелесообразно, так как приводитк увеличению опрокидывающего моментана коромысле 19 и момента на поворотном упоре 23, а также к увеличению удельного. давления в месте контакта поворотного упора 23 и рамки 6,Приведение клапана в рабочее состояние после срабатывания осуществляется без его разборки путем замены разрывного элемента 9 и принудительного перемещения приспособления, устанавливаемыми в окошках 30 и 31 в крьппке 28, штока 4 с рамкой 6 и клиновидной опоры 14, имеющих для соединения с приспособлениями резьбовое отверстие 27 и байонетное зацепление 17. Механизм фиксации, т,е,50 55При повышении давления рабочейреды во внутренней полости корпуса 1 до давления страгивания шток 4 с адамкой 6 сильфона-сигнализатора 3 перемещается вверх, сжимая пружину 5. Ло достижении давления срабатывания поворотный упор 23 выходит из зацепления с рамкой 6 и поворачивается на оси 24 в направлении против часовой стрелки, проходя через сквозной паз 26 в рамке 6. Коромысло 19, связанное через серьгу 22 с поворотным упором 23, также поворачивается на оси 21, при этом ролик 20 освобождает клиновидную опору 14, которая перемещается, катясь по направляющим роликам 15, освобождая шток 8 с вилкой 11, Шток 8 с вилкой 11 под действием усилия сжатия пакета упругих элементов 13 перемещается в осевом направлении, захватывая головку разрывного элемента 9 и разрушая его по ослабленному сечению усилием сжатия пакета 13 и усилием от давления рабочей среды на эффективную площадь сильфона 7. Полость предохранительной системы соединяется с системой сброса, обеспечивая тем самым снижениедавленияв предохраняемой.системе,Перемещение всех подвижныхчастей клапана в момент срабатывания осуществляется,за счет усилия пакета , упругих элементов 13 и усилия от давления рабочей среды. Под действием горизонтальной составляющей от этих усилий в точке контакта торцовой поверхности 18 клиновидной опоры 14 и ролика 20 коромысла 19 возникает усилие Р (см.фиг.2), направленное вдоль плеча коромысла 19 и образующее с ним небольшой угол приведенный угол трения), обусловленный трением во всех элементах механизма фиксации. Опрокидывающий момент М=Р Х , возникающий под действием1 йэтого усилия Р и стремящийся повернуть коромысло 19 вокруг оси 21, передается через серьгу 22 на поворотный упор 23 и также стремится повернуть его против часовой стрелки на оси 24. 6За счет соотношения плеч коромысла и того, что угол небольшой, крутящий момент, а следовательно, и удельное давление в точке контакта поворотного упора 23 и рамки 6 имеют минимальные значения, что ограничивает потери на трение и исключает возможность задирания контактирующих поверхностей. Длина контактируемой поверхности рамки и поворотного упора равна величине перемещения штока 4 с рамкой 6 сильфона-сигнализатора 3 при увеличении давления рабочей среды до давления срабатывания.По достижении давления срабаты-. зацепления с рамкой 6 и под действием крутящего момента от усилия Р поворачивается на оси 24, проходя черезсквозной паз 26 в рамке 6. Коромысло19 также поворачивается на оси 21,ри этом ролик 20 освобождает клиновидную опору 14, которая перемещаетсяпод действием горизонтальной состав7 1034 поворотный упор 23 и соединенное с ним через серьгу 22 коромысло 19 с роликом 20 под действием возвращаю- . щей пружины 25 автоматически устанавливаются в исходное положение. Одновременно при вытягивании клиновидной опоры 14 происходит вэведение. пакета упругих элементов 13, усилие которого направлено на разрушение элемента 9 по ослабленному сечению.Проверка точности срабатывания клапана при установленном разрывном элементе 9 производится в следующей последовательности:при помощи приспособления, уста" новленного на крышке 28 в окошке 30 и присоединенного с помощью байонетного зацепления 17, фиксируется от перемещения клиновидная опора 14, предохраняя тем самым от перемещения под действием усилия пакета упругих элементов 13 шток 8, а следовательно, разрывной элемент 9 от разрушения;подается давление через штуцер 2 во внутренние полости корпуса 1;фиксируется давление в момент расцепления поворотного упора 23 с рамкой 6 при приложении усилия к ко ромыслу 19 через окошко 32 в крышке 28. Данное давление и будет являться давлением срабатывания.Проверка работоспособности механизма фиксации предохранительного клапана при установленном разрывном элементе 9 и точности срабатывания клапана в условиях эксплуатации осуществляется в следующей последовательности: 458 8при помощи приспособления, установленного на крышке 28 в окошке 30,фиксируется от перемещения клиновидная опора 14;с помощью приспособления, установленного на крышке 28 в окошке 31н соединенного с рамкой 6 через резьбовое отверстие 27, рамка 6 переме;щается вверх на величину, равную пе- Ю ремещению штока 4 с рамкой 6 сильфона-сигнализатора 3 при давлениисрабатывания;через окошко 32 в крышке 28 проверяется выход из зацепления пово ротного упора 23 с рамкой 6 и легкость хода звеньев механизма фиксации при приложении усилия к коромыслу19. Настройка клапана на давлениесрабатывания и его регулировка осу ществляется эа счет поджатия пружины5 на штоке 4 сильфона-сигнализатора3 и последующей проверки точностисрабатывания.Предложенное решение дает воэможность получить механизм фиксациирасцепляющимся, образованным взаимноскоординированными кинематическнмизвеньями, позволяет создать предохранительные клапаны многоразового дей ствия с заменой разрывного стержняи взведением устройства после сра"батывания, удобные в условиях эксплуатации, не требующие разборки,ремонта и.настройки после срабаты вания, имеющие более высокую надежность и более широкие эксплуатационные возможностипо сравнению с известными.1034458 ЯО 18 Ф 14 Фиг Составитель Редактор С.Титова Техред Н.Глущенко Корректор СТираж 811 ВНИИПИ Государств по делам изобр 1 13035, Москва, Ж