ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F16K17/38 

Изобретение относится к отсечным клапанам для теплообменной аппаратуры в атомной энергетике и может использоваться в теплоэнергетической промышленности, а также в газо- и нефтепроводах.

Известны клапаны с термочувствительными элементами (а.с. СССР 13576649, кл. F 16 К 31/64, 1987; а.с. СССР 1488653, кл. F 16 К 31/64, 1989), содержащие корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган, подпруженный к седлу и термочувствительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Недостатком этих клапанов является довольно сложная конструкция, небольшие усилия прижатия запорного органа к седлу, определяемые лишь диаметром проволоки пружинных элементов с памятью формы. При этом оба типа клапанов автоматически совершают прямое действие, закрытие клапана, и обратное, открытие клапана.

Наиболее близким по техническому решению является отсечной клапан с термочувствительным управлением (а.с. СССР 6299393, кл. F 16 К 17/38, 1978). Недостатком таких клапанов является малое усилие пружины запорного клапана к седлу. Отсутствует возможность ручного управления.

Техническая задача - повышение надежности клапана за счет его срабатывания при заданной температуре с заданным усилием и обеспечение возможности ручного управления при охлаждении рабочей среды до температуры релаксации реактивных напряжений в материале термочувствительного элемента.

Поставленная задача достигается тем, что запорный клапан дополнительно содержит механизм возврата, снабженный термочувствительным элементом, выполненным из материала с эффектом памяти формы, рычаг и фиксатор, причем в один конец рычага упирается шток механизма возврата, а другой жестко связан с кулачком, осуществляющим перемещение штока с запорным органом.

Термочувствительный элемент механизма возврата выполнен в виде спирали или в виде выпуклого сегмента.

На фиг.1 изображен общий вид клапана-отсекателя, на фиг.2 - механизм возврата.

Клапан содержит корпус 1 с каналами подвода 2 и отвода 3 теплоносителя, запорный орган 4, закрывающий проходное отверстие клапана за счет жесткости силовой пружины 5, которая обеспечивает заданное усилие прижатия запорного органа к седлу 6. Шток 7, скользящий во втулке 8 и манжете 9, закрепленной гайкой 10, создает необходимую герметичность клапана и предотвращает утечку теплоносителя. Торец штока 7 упирается в кулачок 11, жестко соединенный с рычагом 12. Другой конец рычага закреплен фиксатором 13 с возможностью поворота и в него упирается торец штока 14 механизма возврата. Механизм возврата содержит установленные в стакане 15 шток 14 и термочувствительный элемент 16, выполненный в виде спирали из материала с эффектом памяти формы.

В качестве термочувствительного элемента в механизме возврата может быть использован выпуклый сегмент 17 из материала с эффектом памяти формы, передающий движение штоку 14 и, соответственно, рычагу 12, через упругую одновитковую пружину 18 (фиг.2). При этом ход одновитковой пружины равен 1,5f, где f - стрела прогиба выпуклого сегмента.

Клапан работает следующим образом.

Теплоноситель поступает в клапан через входной патрубок 2. Перемещением рычага 12 поворачивают кулачок 11, который, упираясь выпуклой частью в торец штока 7, сжимает пружину 5 и, отодвигает запорный орган 4 от седла 6, открывает проход в выходной патрубок 3. Одновременно рычаг, другим концом нажимая на торец штока 14, установленного в стакане 15, сжимает спираль термочувствительного элемента 16. Рычаг удерживается в таком положении фиксатором 13, закрепленным на корпусе 1. Клапан открыт.

При нагреве теплоносителя до заданной температуры (температуры окончания обратного мартенситного превращения) термочувствительный элемент 16 за счет реализации эффекта памяти формы увеличивает свою длину и при одновременном развитии реактивных усилий, достаточных для перемещения штока 14, сообщает движение рычагу. При этом резко поворачивается кулачок, фиксирующий силовую пружину запорного органа, обеспечивая скачок штока 7. Происходит мгновенный возврат пружины, в результате чего запорный орган 4 прижимается к седлу 6. Клапан закрыт.

При охлаждении рабочей среды до температуры ниже начала прямого мартенситного перехода (<М_н) для термочувствительного элемента 16, вручную, рычагом 12 поворачивают кулачок 11, вызывая перемещение штока 7, который отодвигает запорный орган 4 от седла 6. Клапан открыт. Рычаг 12 в этом положении, нажимая на шток 14, сжимает термочувствительный элемент 16, приводя его к исходному положению.

Температурный режим работы клапана-отсекателя определяется составом сплава с эффектом памяти формы, а усилие прижатия запорного органа к седлу может достигать 600 кг и более.

Наличие в конструкции клапана эксцентрикового кулачка установленного в подшипниковых опорах и втулки, через которую передается усилие на шток запорного органа, позволяет открывать клапан вручную с приложением небольших усилий. В свою очередь рычаг, жестко связанный с кулачком, деформирует (сжимает) термочувствительный элемент и фиксирует в таком положении. Кулачок легко выводится из состояния равновесия резким возвратом рычага при восстановлении формы термочувствительного элемента на этапе нагрева рабочей жидкости до заданной температуры.

Циклы в дальнейшем могут повторяться многократно. Перемещение запорного органа и прижатие его к седлу при достижении заданной температуры рабочей среды определяется жесткостью силовой пружины. Поэтому усилия прижатия могут быть сколь угодно большими.

Запорный клапан-отсекатель предназначен для использования в теплоэнергетической промышленности, а также в газо- и нефтепроводах. Запорный клапан-отсекатель содержит корпус с каналами подвода и отвода среды, седло, подпружиненный запорный орган и механизм возврата, снабженный термочувствительным элементом. Последний выполнен из материала с эффектом памяти формы. Запорный клапан-отсекатель содержит также рычаг и фиксатор. Причем один конец рычага уперт в шток механизма возврата, а другой связан с кулачком. Последний установлен с возможностью перемещения штока с запорным органом. Изобретение позволяет повысить надежность клапана, обеспечить возможность ручного управления в необходимых случаях. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Запорный клапан-отсекатель, содержащий корпус с каналами подвода и отвода среды, седло, подпружиненный запорный орган и механизм возврата, снабженный термочувствительным элементом, выполненным из материала с эффектом памяти формы, отличающийся тем, что он содержит рычаг и фиксатор, причем один конец рычага уперт в шток механизма возврата, а другой жестко связан с кулачком, установленным с возможностью перемещения штока с запорным органом. 2. Запорный клапан по п. 1, в котором термочувствительный элемент механизма возврата выполнен в виде спирали. 3. Запорный клапан по п. 1, в котором термочувствительный элемент механизма возврата выполнен в виде выпуклого сегмента.