ОТСЕЧНОЙ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН Российский патент 1999 года по МПК F16K31/56 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к отсечным (аварийным) и запорно-регулирующим клапанам, предназначенным для работы в теплоэнергетических системах с водогрейными котлами на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании и в других отраслях промышленности.

Известен предохранительный (аварийный) запорный клапан с мембранным устройством, разделенным на две части, в приводном узле [1]. Подъем тарельчатой заслонки при открытии клапана осуществляется вручную при помощи двух рычагов, при этом удержание заслонки происходит при помощи специальной механической защелки.

Нижняя часть мембранной коробки при помощи импульсной трубки соединяется с газопроводом низкого давления, находящегося после регулятора. Конец одного из рычагов находится в зацеплении с ударным молотком.

При повышении давления газа после регулятора выше допустимого мембрана деформируется и вызывает расцепление рычага с ударным молотком, что приводит к аварийному закрытию.

Главным недостатком этого клапана является малонадежное срабатывание узла защелки. Практика показала "капризность" настройки такого клапана: либо он может ложно срабатывать при незначительных изменениях давления, либо от случайного толчка, сотрясения, либо срабатывает только при больших превышениях давления.

Наиболее близким по функциональным свойствам и по конструкции к заявляемому клапану является аварийный клапан с шариковым соединительным фиксатором, обеспечивающий аварийное закрытие при помощи освобождающегося запорного органа с возвратной пружиной [2].

Аварийное закрытие клапана производится путем подачи напряжения на электромагнит, расположенный на штоке электромеханического привода.

Хотя в этом клапане отсутствует нежелательное малонадежное устройство с защелкой, однако имеется шариковый фиксатор сцепления штока привода и запорного органа, который также требуется тщательно настраивать. При изготовлении клапана требуется повышенная точность изготовления сопрягаемых деталей.

В настоящее время к отсечным (аварийным) клапанам, помимо основного требования аварийного герметичного закрытия, предъявляются ряд существенных дополнительных требований.

Во-первых, клапаны должны открываться достаточно медленно (в течение примерно 40-60 с). Клапаны, предназначенные для использования в газовых системах тепловых станций, должны медленно открываться с целью обеспечения плавного розжига горелок водогрейных котлов.

Аналогичные клапаны также полезны при использовании на форвакуумных линиях сложных вакуумных систем для обеспечения "мягкой" предварительной откачки и быстрого перекрытия магистралей при аварийной ситуации.

Во-вторых, клапаны при аварийной ситуации, например при внезапном отключении электроэнергии, или по внешней команде должны обязательно быстро закрываться при любой степени открытия клапана (при любом положении заслонки в открытом состоянии клапана).

В-третьих, клапаны должны обеспечить контролируемый расход среды, т.е. должны быть регулируемыми. Чаще требуется линейная характеристика.

Всем этим современным требованиям не соответствуют описанные [1, 2] и другие имеющиеся в эксплуатации клапаны.

Задачей изобретения является повышение надежности и безопасности конструкции, расширение функциональных возможностей, заключающихся в способности герметично перекрывать поступление рабочей среды через клапан, как при штатных режимах эксплуатации, так и в аварийных ситуациях, а также регулировать поступление среды через клапан.

Технический результат достигается тем, что в отсечном запорно-регулирующем клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и седлом, расположенный в нем запорный орган с возвратной пружиной и толкателем, заключенный в кожух привод, между штоком которого и толкателем размещен промежуточный узел, обеспечивающий срабатывание клапана и снабженный электромагнитом с плоским якорем, причем указанные шток и толкатель расположены соосно, корпус клапана снабжен сальниковым узлом, уплотняющим толкатель, последний и возвратная пружина расположены с разных сторон запорного органа, а промежуточный узел выполнен в виде рычага, один конец которого шарнирно закреплен на основании-базе привода, а второй соединен с плоским якорем электромагнита, и двух серег, имеющих общую ось, причем одна серьга шарнирно связана с толкателем запорного органа, а другая - шарнирно со штоком привода, при этом в рычаге выполнен с наклоном к толкателю и штоку паз и в него введена указанная общая ось серег.

Изобретение иллюстрируется представленным чертежом.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками и присоединительными фланцами, запорного органа 2, седла 3, толкателя 4. Для предотвращения утечки рабочей среды толкатель 4 уплотнен сальниковым узлом 5, представляющим собой набор манжет 6, поджатых пружиной 7, и гайкой 8. Запорный орган прижимается к седлу двумя возвратными пружинами 9, создающими усилие на уплотнителе запорного органа, достаточное для герметичного перекрытия среды. Запорный орган имеет форму, обеспечивающую заданную зависимость расхода газа от степени открытия.

Электромеханический привод состоит из электродвигателя 10, крутящий момент которого через цилиндрические зубчатые пары механизма перемещения 12, предохранительную муфту 13 и гайку 14 преобразуется в усилие, которое создается при поступательном движении ходового винта-штока 15. Предохранительная муфта обеспечивает защиту электродвигателя от перегрузок по крутящему моменту. Усилие, передаваемое предохранительной муфтой, регулируется гайкой 16 и пружиной 17. Между толкателем 4 и штоком 15 размещен промежуточный узел в виде рычага 11 и двух серег 18, 19, имеющих общую ось-палец 20, введенный с возможностью перемещения в наклонный паз рычага 11. Конец каждой серьги шарнирно соединен с втулками 21, 22, закрепленными соответственно с толкателем 4 и штоком 15, которые расположены соосно.

Рычаг 11 является "рычагом второго рода", один конец которого шарнирно закреплен с помощью кронштейна 23 на основании-базе привода, а второй соединен с плоским якорем 24, удерживаемым электромагнитом при работе клапана. Толкатель 4 и пружины 9 расположены с разных сторон запорного органа 2.

Работа клапана.

При отсутствии напряжения питания рычаг 11 может свободно поворачиваться на шарнире кронштейна 23. Под действием сил, создаваемых пружинами 9, запорный орган 2 прижат к седлу 3, а толкатель 4 находится в верхнем крайнем положении, независимо от того, в каком положении находится шток 15 привода, т.к. за счет силы реакции, возникающей в пазах рычага при воздействии на него пальца 20, серьги 18, 19 образуют между собой некоторый угол, а рычаг повернут вокруг своей оси.

При наличии напряжения питания конец рычага 11 притянут к электромагниту и удерживается им. Паз рычага в этом случае удерживает палец 20 и препятствует складыванию серег 18, 19, образующих между собой угол от 160^o до 175^o, установленный при настройке для создания первоначальной боковой силы.

Таким образом, при плавном открытии и закрытии клапана усилие ходового винта-штока передается на толкатель 4, т.к. палец 20 перемещается вдоль оси штока и толкателя по пазу рычага. При открытии клапана усилие, развиваемое ходовым винтом-штоком 15, преодолевает усилие, создаваемое рабочей средой, усилие пружин 9, силу трения в манжетах, и запорный орган отходит от седла.

При плавном закрытии шток движется в обратном направлении, а запорный орган прижимается к седлу.

При отсечке снимается питание электромагнита и, если клапан был открыт, под действием сил, развиваемых пружинами, палец 10 поворачивает рычаг 11 вокруг его оси, т.к. другой конец рычага в этом случае не удерживается электромагнитом, серьги складываются и плунжер прижимается к седлу. Отсечка происходит мгновенно.

Таким образом, в конструкции предлагаемого клапана сочетаются функции 3-х клапанов: отсечного, запорного и регулирующего.

Источники информации
[1] . В. М. Чеппель. Сжигание газов в топках котлов и печей. - Л.: Гостоптехиздат, 1980 г., стр. 99-102.

[2] . Н.С. Вагин, И.Ф. Лобанов., А.С. Шувалов. Вакуумный аварийный клапан. А.С. 870834, БИ N 37, 17.10.81 г.

Клапан предназначен для работы в теплоэнергетических системах с водогрейными котлами на тепловых станциях, в вакуумных системах, нефтехимическом и газовом оборудовании и в других отраслях промышленности. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками и седлом. В корпусе расположен запорный орган с возвратной пружиной и толкателем. Привод заключен в кожух. Между штоком привода и толкателем размещен промежуточный узел, обеспечивающий срабатывание клапана и снабженный электромагнитом с плоским якорем. Указанные шток и толкатель расположены соосно. Корпус клапана снабжен крышкой с сальниковым узлом, уплотняющим толкатель. Возвратная пружина и толкатель расположены с разных сторон запорного органа. Промежуточный узел выполнен в виде рычага и двух серег. Один конец рычага шарнирно закреплен на основании - базе привода. Другой конец рычага соединен с плоским якорем электромагнита. Серьги имеют общую ось. Одна серьга шарнирно связана с толкателем запорного органа. Другая серьга шарнирно связана со штоком привода. В рычаге выполнен с наклоном к толкателю и штоку паз. В паз введена указанная общая ось серег. Изобретение позволяет повысить надежность и безопасность конструкции, расширить функциональные возможности, заключающиеся в способности герметично перекрывать поступление рабочей среды через клапан как при штатных режимах эксплуатации, так и в аварийных ситуация, а также рационально регулировать поступление среды через клапан. 1 ил.

Отсечной запорно-регулирующий клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и седлом, расположенный в нем запорный орган с возвратной пружиной и толкателем, заключенный в кожух привод, между штоком которого и толкателем размещен промежуточный узел, обеспечивающий срабатывание клапана и снабженный электромагнитом с плоским якорем, причем указанные шток и толкатель расположены соосно, отличающийся тем, что корпус клапана снабжен крышкой с сальниковым узлом уплотняющим толкатель, последний и возвратная пружина расположены с разных сторон запорного органа, а промежуточный узел выполнен в виде рычага, один конец которого шарнирно закреплен на основании - базе привода, а второй соединен с плоским якорем электромагнита, и двух серег, имеющих общую ось, причем одна серьга шарнирно связана с толкателем запорного органа, а другая - шарнирно со штоком привода, при этом в рычаге выполнен с наклоном к толкателю и штоку паз и в него введена указанная общая ось серег.