КЛАПАН ОБРАТНЫЙ Российский патент 1999 года по МПК F16K15/02 

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано на магистральных газопроводах.

Изобретение относится также к энергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях, на трубопроводах отбора пара из турбин.

Известен обратный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган (диск), седло (Тубянский Л.И., Френкель Л.Д., Паровые турбины высокого давления Л.М.З., М-Л., ГЭИ, 1956, с. 248).

Недостатками клапана являются ненадежность при аварийных остановках турбин в виду наличия внешней системы для закрытия запорного органа, а также повышенные потери давления при невзведении механизма, разрешающего посадку запорного органа. Влияние этого недостатка особенно заметно на отборах низкого давления.

Известен обратный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган в виде подвижного диска с направляющей обечайкой, обтекатель с неподвижной обечайкой, прикрепленной к корпусу и неподвижному диску, и сопло, при этом между подвижным и неподвижным дисками и направляющей обечайкой образована демпферная полость. (SU 356409 A, МПК⁶ F 16 K 15/02, опубл. 23.10.72) - прототип.

Недостатками этого клапана являются повышенные потери давления в диффузоре сопла, т. к. через сопло протекает весь рабочий поток среды, а также ненадежность клапана при работе на среде, содержащей механические примеси, т. к. требуется повышенная плотность между направляющей и неподвижной обечайками, вследствие чего возможно заклинивание их.

Решаемые изобретением задачи - повышение надежности клапана и повышение экономичности за счет снижения потерь давления среды при прохождении ее через устройство.

Указанные задачи решаются следующим образом.

В клапане обратном, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган в виде подвижного диска с направляющей обечайкой, обтекатель с неподвижной обечайкой, прикрепленной к корпусу и неподвижному диску, и сопло, при этом между подвижным и неподвижным дисками и направляющей обечайкой образована демпферная полость, - подвижный диск выполнен с центральным отверстием и снабжен втулкой, размещенной против этого отверстия и заглушенной со стороны обращенной к входному патрубку, и подшипником, при этом сопло выполнено в виде кольцевой профильной щели, ограниченной с внутренней стороны - направляющей обечайкой и обечайкой обтекателя, а с наружной - профильной перегородкой, закрепленной на направляющей обечайке, причем узкое сечение упомянутой щели расположено против торца направляющей обечайки и сообщено с демпферной полостью посредством радиального зазора, образованного между указанными обечайками, кроме этого на конце профильной перегородки со стороны, обращенной к выходному патрубку, установлено дополнительное кольцевое щелевое сопло, сужающееся к торцу профильной перегородки, а неподвижный диск выполнен с центральным отверстием и снабжен размещенной против этого отверстия втулкой, выполненной с внутренним уступом и снабженной заглушкой со стороны ее свободного конца, в заглушке выполнено резьбовое отверстие для нажимного болта, при этом во втулке неподвижного диска установлена ось, выполненная с бобышкой, поджатой нажимным болтом к внутреннему уступу упомянутой втулки, на оси размещен ряд предварительно сжатых посредством нажимного болта пружин, снабженных на стыках соседних пружин опорами с гнездами и упирающихся с одной стороны в бобышку, а с другой - в подшипник; подвижный диск со стороны, обращенной к входному патрубку, снабжен отклоняющим поток среды усеченным конусом; неподвижная обечайка обтекателя снабжена усеченным конусом, служащим опорой для втулки неподвижного диска; подвижный диск закреплен на корпусе подшипника посредством фланцев типа "выступ-впадина", соединенных между собой с помощью пружинных шайб.

Сущность изобретения состоит в том, что повышение надежности достигается: наличием радиального зазора между направляющей и неподвижной обечайками, благодаря чему исключена возможность заклинивания; применением предварительного сжатия пружин, что обеспечивает быструю и опережающую посадку подвижного диска на седло; применением пружинных шайб при соединении фланцев типа "выступ-впадина", что обеспечивает долговечность работы подшипника; продувкой демпферной полости через радиальный зазор между направляющей и неподвижной обечайками с использованием пульсации давления в газопроводе, что устраняет отложения механических частиц в ней.

Повышение экономичности достигается тем, что через сопло течет незначительная часть потока среды, что дает возможность выполнить клапан полнопроходным, с минимальным гидравлическим сопротивлением. Сжатие пружин за счет понижения давления в демпферной полости, обеспечиваемого соплом, исключает дросселирование потока среды подвижным диском. Применение дополнительного сопла позволяет увеличить расход среды через основное сопло, а, следовательно, его эффективность.

На фиг. 1 показан продольный разрез клапана в положении "закрыто", а пружины - в предварительно сжатом состоянии; на фиг. 2 показано размещение пружинных шайб на фланцевом соединение, продольный разрез; на фиг. 3 показан продольный разрез опоры для пружин.

Клапан обратный содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 среды, седло 4, прикрепленное к патрубку 2, обтекатель, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть содержит запорный орган в виде подвижного диска 5. Диск 6 выполнен с центральным отверстием 5 и снабжен втулкой 7, размещенной против этого отверстия и заглушенной со стороны, обращенной к входному патрубку 2, и отклоняющим поток среды усеченным конусом 8. При этом между диском 5 и большим основанием конуса 8 для предотвращения отложений механических частиц в нем предусмотрен зазор δ. С другой стороны диска 5 к нему прикреплены корпус 9 подшипника, опирающегося на неподвижную ось 10, и направляющая обечайка 11. Скользящего типа подшипник перемещается вдоль оси 10. Соединение диска 5 с корпусом 9 подшипника выполнено с помощью фланцев 12 типа "выступ-впадина", при этом скрепление фланцев предусмотрено с применением пружинных шайб с целью предотвратить передачу ударной нагрузки от диска 5 на корпус подшипника, возможной при наличии перекоса оси 10 и оси диска 5. Со стороны свободного торца обечайки 11 вокруг ее размещено сопло, выполненное в виде кольцевой профильной щели, ограниченной с внутренней стороны обечайками обтекателя, а с наружной - профильной перегородкой 13, закрепленной посредством радиальных планок 14 на обечайке 11, причем узкое сечение щели расположено против торца направляющей обечайки 11 и сообщено с демпферной полостью посредством радиального зазора, образованного обечайками обтекателя. Кроме этого, на конце профильной перегородки со стороны, обращенной к выходному патрубку, установлено дополнительное щелевое кольцевое сопло 15, сужающееся к торцу профильной перегородки 13 и прикрепленное к ней.

Неподвижная часть обтекателя содержит неподвижный диск 16, выполненный с центральным отверстием 17 и снабженный размещенной против этого отверстия втулкой 18, выполненной с внутренним уступом 19 и снабженной заглушкой 20 со стороны свободного ее конца. В заглушке выполнено резьбовое отверстие для нажимного болта 21. Во втулке 18 размещена ось 10, выполненная с бобышкой 22, поджатой с помощью нажимного болта 21 к внутреннему уступу втулки 18. Бобышка 22 введена во втулку 18 со скользящей посадкой. Поджатие бобышки 22 к уступу 19 втулки 18, прикрепленной к неподвижному диску 16 обеспечивает неподвижность оси 10. На оси 10 размещен ряд пружин 23, состыкованных между собой посредством скользящих опор 24 (фиг. 3), снабженных гнездами, упирающихся с одной стороны в бобышку, а с другой - в подшипник, в которых также выполнены гнезда для пружин 23.

К неподвижному диску 16 прикреплена неподвижная обечайка 25, которая посредством пластин 26 крестовины крепится к корпусу 1. Втулка 18 посредством усеченного конуса 27 соединена с неподвижной обечайкой 25. Обечайки 11 и 25 установлены соосно, с радиальным зазором 1-2 мм.

Работает клапан следующим образом.

Открытие клапана производится под воздействием давления среды перед диском 5. При этом на диск действует сила, равная произведению площади диска на перепад давления на нем. Этой силе противодействуют две силы: сила трения в подшипнике 9 и сила, возникающая при сжатии пружин 23 (с учетом предварительного сжатия). При ходе диска в пределах 50-60% от полного в узком сечении сопла 13 вследствие увеличения скорости снижается статическое давление. Так как узкое сечение сопла соединено посредством радиального зазора между направляющей и неподвижной обечайками 11 и 25 с демпферной полостью, то в ней также снижается статическое давление и на диске 5 возникает дополнительный перепад давления в сторону открытия клапана. При полном открытии диска имеет место равновесие сил от сжатия пружин и от дополнительного перепада давления на диске 5. При этом гидравлическое сопротивление обуславливается только геометрией проточной части клапана. Оно мало, поскольку клапан выполнен полнопроходным.

Отметим, что при истечении среды через сопло в его диффузоре из-за потерь полного восстановления давления не происходит, вследствие этого снижается расход через сопло и его эффективность. Чтобы компенсировать этот недостаток около выхода из диффузора сопла установлено суживающееся сопло 15, с помощью которого понижается статическое давление на выходе из диффузора и тем самым увеличивается расход через сопло 13. При прекращении расхода среды через клапан происходят следующие явления. Выравнивается давление перед диском 5 и за ним, в демпферной полости. Под воздействием силы сжатых пружин 23, преодолевая силу трения в подшипнике 9, диск 5 перемещается в сторону закрытия. При этом в демпферной полости понижается давление за счет дросселирования среды в радиальном зазоре между обечайками 11 и 25, благодаря чему предотвращается разгон диска 5 и его удар об уплотнительную поверхность седла 4.

Отметим, кроме того, что при малых расстояниях между уплотнительными поверхностями диска 5 и седла 4 между ними возникает значительная скорость среды и понижается статическое давление, возникает на диске 5 дополнительное усилие в сторону закрытия клапана, но т.к. усилие от пружин при этом снижается, а давление в демпферной камере понижается, удара при посадке диска не происходит.

Отметим также три обстоятельства.

1. Во время нормальной работы диск 5 прижат к диску 16, находится в неподвижном состоянии, тем самым предупреждается износ подшипника 9.

2. В газе имеются механические примеси и возможны их сепарация и оседание в демпферной полости. Учитывая наличие значительной пульсации давления в газопроводе, движение газа в зазоре между обечайками 11 и 25 является возвратно-поступательным, благодаря чему обеспечивается продувка примесей через нижнюю часть зазора.

3. Благодаря применению пружинных шайб при креплении подшипника 9 к диску 5 предотвращается передача на подшипник ударной нагрузки, возможной при наличии перекосов оси 10 и оси диска 5.

Изобретение использовано соответственно на магистральных газопроводах и на ТЭС и АЭС для установки на трубопроводах отбора пара из турбин. Клапан обратный содержит корпус с патрубками входа и выхода среды, седло, обтекатель, прикрепленный к корпусу, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть содержит запорный орган, прикрепленный к нему подшипник, направляющую обечайку, прикрепленные к ней сопла. Неподвижная часть обтекателя содержит неподвижный диск, прикрепленные к нему неподвижную обечайку, неподвижную втулку, в которой размещена ось, являющаяся опорой подшипника, снабженная бобышкой. На оси размещен ряд предварительно сжатых посредством нажимного болта пружин, имеющих упоры в бобышке и подшипнике. Изобретение повышает надежность устройства. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Клапан обратный, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган в виде подвижного диска с направляющей обечайкой, обтекатель с неподвижной обечайкой, прикрепленной к корпусу и неподвижному диску, и седло, при этом между подвижным и неподвижным дисками и направляющей обечайкой образована демпферная полость, отличающийся тем, что подвижный диск выполнен с центральным отверстием и снабжен втулкой, размещенной против этого отверстия и заглушенной со стороны, обращенной к входному патрубку, и подшипником, при этом сопло выполнено в виде кольцевой профильной щели, ограниченной с внутренней стороны направляющей обечайкой и обечайкой обтекателя, а с наружной - профильной перегородкой, закрепленной на направляющей обечайке, причем узкое сечение упомянутой щели расположено против торца направляющей обечайки и сообщено с демпферной полостью посредством радиального зазора, образованного между указанными обечайками, кроме этого на конце профильной перегородки со стороны, обращенной к выходному патрубку, установлено дополнительное щелевое кольцевое сопло, сужающееся к торцу профильной перегородки, а неподвижный диск выполнен с центральным отверстием и снабжен размещенной против этого отверстия втулкой, выполненной с внутренним уступом и снабженной заглушкой со стороны ее свободного конца, в заглушке выполнено резьбовое отверстие для нажимного болта, при этом во втулке неподвижного диска установлена ось, выполненная с бобышкой, поджатой нажимным болтом к внутреннему уступу упомянутой втулки, на оси размещен ряд предварительно сжатых посредством нажимного болта пружин, снабженных на стыках соседних пружин опорами с гнездами и упирающихся с одной стороны в бобышку, а с другой - в подшипник. 2. Клапан обратный по п.1, отличающийся тем, что подвижный диск со стороны, обращенной к входному патрубку, снабжен отклоняющим поток среды усеченным конусом. 3. Клапан обратный по п.1, отличающийся тем, что неподвижная обечайка обтекателя снабжена усеченным конусом, служащим опорой для втулки неподвижного диска. 4. Клапан обратный по п.1, отличающийся тем, что подвижный диск закреплен на корпусе подшипника посредством фланцев типа "выступ-впадина", соединенных между собой с помощью пружинных шайб.