ТЕРМОКЛАПАН Российский патент 2001 года по МПК F16K17/38 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности, газо- и нефтепроводах.

Известны клапаны с термочувствительными элементами [Авт. свид. СССР N 1357649, кл. F 16 K 31/64, 1987, авт. свид. СССР N 1488653, кл. F 16 K 31/64, 1989 г.], содержащие корпус с входным и выходными патрубками, запорный орган, седло и термочувствительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Недостатком этих клапанов является сложность конструкции.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому решению является отсечной клапан с термочувствительным управлением (прототип) [Ав. свид. СССР N 629393, кл. F 16 K 17/38, 1978 г.]. Недостатком этого клапана является невозможность быстро и просто возвращаться в исходное положение после срабатывания.

Техническая задача изобретения - упрощение конструкции с обеспечением надежного возврата клапана в исходное состояние после срабатывания. Она достигается тем, что запорный орган клапана, выполняющий одновременно функции силового и термочувствительного элементов, изготовлен из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента, а в корпусе со стороны выходного патрубка имеется подпружиненный шток для возврата запорного органа в исходное положение после срабатывания в результате повышения температуры рабочей среды до критической.

В любом термоклапане, перекрывающем поток рабочей среды в случае, если температура ее достигает критического значения, должен быть запорный орган и силовой элемент, обеспечивающий прижатие запорного органа к седлу. Команда силовому элементу должна поступить от термочувствительного элемента.

В предлагаемом термоклапане функции всех этих трех элементов объединены в одном. Элемент этот - запорный орган, выполненный из материала с эффектом памяти формы. Он представляет собой сферический сегмент, который при обратном мартенситном превращении материала резко (хлопком) изменит выпуклость сферы в обратном направлении, с определенным усилием прижимая сам себя к седлу клапана. Так как сферический сегмент постоянно омывается рабочей средой, он является сам для себя термочувствительным элементом.

Введение в конструкцию термоклапана элемента, выполняющего функцию трех основных элементов, отражает новизну предлагаемого технического решения.

На фиг. 1 представлена конструкция термоклапана с перекрытием проходного сечения седла клапана торцом сферического сегмента;
на фиг. 2 - конструкция термоклапана с перекрытием его проходного сечения сферой сегмента;
на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, но с уплотняющей шайбой.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками седла 4 и запорного органа 5. В крышке 9 клапана со стороны выходного патрубка установлен шток 6 с пружинами 7 и 8. За пределами клапана шток соединен с нажимной кнопкой 10. Запорный орган 5 изготовлен из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента. Во время работы клапана запорный орган постоянно омывается рабочей средой, поэтому он может выполнить функцию термочувствительного элемента. Критическая температура рабочей среды, на которую настраивается термоклапан, является температурой окончания обратного мартенситного перехода для материала запорного органа. В ходе такого перехода в материале сферического сегмента накапливаются реактивные напряжения, которые в определенный момент позволяют быстро (хлопком) изменить положение сферы в пространстве на обратное. Таким образом, сферический сегмент в состоянии выполнить сам для себя функцию силового элемента.

Клапан работает следующим образом. Нажатием рукой на кнопку 10 шток 6 перемещается вниз до контакта его со сферой запорного органа 5. При дальнейшем перемещении штока сфера сегмента меняет свое положение в пространстве на обратное (выпуклостью вниз). Запорный орган 5 отходит от седла 4, открывая проходное сечение клапана. Рабочая среда из патрубка 2 поступает в патрубок 3 и дальше в магистраль. Клапан открыт.

При повышении температуры рабочей среды до значения, близкого к критическому, в омываемом ею сферическом сегменте 5 начинается обратный мартенситный переход, который при температуре, равной критической температуре среды, заканчивается скачкообразным переходом сферы в обратном направлении (выпуклостью вверх). При этом запорный орган 5, преодолев в конце своего перемещения усилие пружины 8, приподнимает шток 6 и с некоторым усилием прижимается своим торцом к седлу 4 (фиг. 1), перекрывая проходное сечение клапана. Клапан закрыт.

Во втором варианте (фиг. 2) запорный орган 5 при своем перемещении вверх торцом упирается в горизонтальную плоскость проходного пространства клапана, а сферой - с некоторым усилием к упругому седлу 4. Для этого кольцевое пространство, где расположен сферический сегмент, по высоте выполняется меньше высоты сегмента - запорного органа. Клапан закрыт.

При установке термоклапана в системах с давлением рабочей среды более 5 атм и повышенных требованиях к перекрытию проходного сечения клапан выполняется по третьему варианту. В этом случае конструкция клапана полностью соответствует первому (фиг. 1), но между сферическим сегментом 5 и горизонтальной плоскостью, где устанавливается седло, вводится уплотняющая шайба 4 (фиг. 3). При срабатывании клапана сферический сегмент, преодолевая усилие пружины 8, с таким же усилием своим торцом прижимает уплотняющую шайбу 4 притертой конической поверхностью к седлу. Пружина 11 перемещает уплотняющую шайбу вверх при открытии клапана.

Для возвращения клапана в исходное состояние (открытое) необходимо нажатием на кнопку 10 переместить вниз шток 6 и переместить им сферический сегмент, изменив положение сферы в пространстве выпуклостью вниз. Проходное сечение в этом случае открыто для рабочей среды. Клапан открыт.

Объединение функций трех элементов в одном упрощает конструкцию клапана, обеспечивая высокую надежность его срабатывания, число которых достигает 10⁵ раз.

Термоклапан предназначен для использования в теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности, газо- и нефтепроводах. Термоклапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган, силовой и термочувствительный элементы. Запорный орган выполнен из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента. Запорный орган также является термочувствительным и термосиловым элементом. Корпус клапана со стороны выходного патрубка снабжен подпружиненным штоком. Изобретение позволяет упростить конструкцию клапана и обеспечить высокую надежность его срабатывания. 3 ил.

Термоклапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган, силовой и термочувствительный элементы, отличающийся тем, что запорный орган, выполненный из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента, одновременно является термочувствительным и термосиловым элементами, а корпус клапана со стороны выходного патрубка снабжен подпружиненным штоком.