КЛАПАН ОСЕВОГО ПОТОКА Российский патент 2005 года по МПК F16K1/12 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре, и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов с большим давлением и с температурой до 600°С. Наиболее эффективно данное решение может быть применено для регулировки и перекрытия особо токсичных и взрывоопасных рабочих сред.

Известны конструкции клапанов осевого потока, где в качестве привода разгруженного плунжера используется пневмо- или гидропривод, размещенный во внутреннем корпусе клапана (см. «Арматура ядерных энергетических установок» Д.Ф.Гуревич и др. Атомиздат, 1978, рис.38, стр.66). Недостатком этой конструкции является то, что привод плунжера размещен в потоке рабочей среды, что резко снижает надежность клапана.

Известны конструкции запорного и запорно-регулирующих прямоточных клапанов осевого потока голландской фирмы MOKVELD (см. журнал «Химическое машиностроение» №9 2002, стр.29 рис.1,2). Данные клапаны осевого потока состоят из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительными поверхностями и механизма его осевого перемещения, размещенного во внутреннем корпусе клапана. Герметичность затвора обеспечивается комбинированными мягкими радиальными уплотнениями специальной конструкции.

Основным недостатком вышеуказанных конструкций является ненадежная работа механизма осевого перемещения, выполненного в виде двух реек с наклонным зубом, наличие сальникового уплотнения, требующего постоянного контроля, наличие комбинированных мягких уплотнений, ограничивающих использование данной конструкции для рабочих сред с температурой более 200°С.

Наиболее близким техническим решением является конструкция клапана осевого потока (см. патент W 094/27069, 24.11.1994), принятого за прототип, у которого клапан осевого потока состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительными поверхностями и механизма его осевого перемещения, размещенных коаксиально в наружном корпусе. Недостатком данной конструкции является его низкая надежность, так как обеспечить надежную герметизацию полости управляющей среды от полости рабочей среды практически очень сложно, особенно при длительной работе и высоких давлениях. Данная конструкция не может быть использована при рабочих средах с температурой более 200°С.

Задача, решаемая изобретением, - повышение надежности работы клапана осевого потока, работающего при высокотемпературных рабочих средах до 600°С и при больших давлениях.

Сущность решения технической задачи заключается в том, что механизм осевого перемещения разгруженного плунжера выполнен в виде герметичного линейного электропривода, обмотки статора которого расположены в наружном корпусе клапана, а ротор помещен в плунжере, при этом на разгруженном плунжере установлен металлический сильфон, один конец которого герметично соединен с ним, а другой конец герметично соединен с наружным корпусом, обеспечивая при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу по направлению движения рабочей среды.

Металлический сильфон может быть выполнен сварным.

На фиг.1 представлен продольный разрез общего вида клапана осевого потока с электроприводом в открытом положении (верхняя часть) и в закрытом положении (нижняя часть);

на фиг.2 представлен узел В на фиг.1;

на фиг.3 представлен узел Г на фиг.1.

Клапан осевого потока состоит из наружного герметичного корпуса 1 и внутреннего корпуса 2, жестко соединенных между собой. В корпусе 2 выполнена металлическая уплотнительная поверхность 3. В корпусе 1 коаксиально расположен разгруженный плунжер 4 с уплотнительной поверхностью 5. В корпусе плунжера 4 установлен пакет 6 из листовой электротехнической стали, выполняющий роль обмотки статора линейного двигателя. В наружном корпусе 1 коаксиально установлена герметично втулка 7. Герметизация втулки 7 и корпуса 1 обеспечивается сварным швом 8. Во втулке 7 помещен набор катушек 9 обмотки статора, концы 10 которых выводятся через канал втулки 7 и корпуса 1. Герметизация электрокатушек и внешней среды относительно внутренней полости клапана с рабочей средой обеспечивается тонкостенной гильзой 11 из немагнитного материала, герметично приваренной по торцам с втулкой 7. На плунжере 4 установлен сильфон 12 с концевыми втулками 13, 14. Втулка 14 герметично соединена с плунжером 4, а втулка 13 герметично соединена с втулкой 7 корпуса 1. С корпусом 1 герметично соединен промежуточный фланец 15 через прокладку 16. Внутри фланца 15 установлена пружина 17, находящаяся в предварительно поджатом состоянии между опорной поверхностью втулки 14 и фланцем 15.

Клапан осевого потока работает следующим образом.

В открытом положении (см.фиг.1, верхняя часть) клапан обеспечивает осесемметричное протекание среды между внутренней поверхностью плунжера 4, наружным корпусом 1 и внутренним корпусом 2 с высокой пропускной способностью, при этом работает группа катушек статора 9, управляемых электронным блоком управления (не показан), которые удерживают плунжер 4 через пакеты 6 в открытом положении. Пружина 17 находится в сжатом состоянии при максимальной нагрузке, а сильфон 12 (см.фиг.2) находится в растянутом состоянии, не испытывая при этом перепада давления, так как давление рабочей среды в наружной полости сильфона А и внутренней полости Б одинаковы.

При подаче команды о закрытии клапана электропитание поступает последовательно в последующие катушки статора 9 с постепенным отключением предыдущих, и плунжер 4 начинает смещаться в направлении к уплотнительной поверхности 3, при этом блок управления может фиксировать положение плунжера 4 в любом дискретном положении, изменяя скорость перемещения плунжера, и выдавать данные о его месторасположении. При перекрытии проходного сечения клапана плунжером 4 пружина 17 распрямляется, давление в полости сильфона А и Б постепенно перераспределяется, а в конце закрытия, когда уплотнительная поверхность плунжера 5 касается уплотнительной поверхности 3 происходит резкое нагружение сильфона наружным давлением, то есть весь перепад давления полостей А и Б сжимает снаружи сильфон 12. Конструктивно сильфон выполнен так, что в положении клапана «закрыто» сильфон почти полностью сжат. У сварного металлического сильфона все гофры плотно поджаты и сильфон практически представляет собой жесткую втулку, которая выдерживает значительные давления. Внутреннее давление в полости Б сильфона при аварийном разрыве трубопровода практически может упасть до атмосферного, а наружное давление в полости А выравнивается с давлением рабочей среды. Герметичность клапана в закрытом положении определяется герметичностью сильфона 12 и герметичностью сопряжения уплотнительных поверхностей 3 и 5. Усилие, действующее на эти уплотнительные поверхности в положении клапана «закрыто» складываются от усилия линейного электропривода, от усилия предварительного поджатая пружины 17 и от усилия давления рабочей среды, действующей на кольцевую поверхность сильфона, если конструктивно средний диаметр сильфона выполнен больше среднего диаметра уплотнительной поверхности. Герметизация внешней среды относительно внутренней полости клапана надежно обеспечивается гильзой 11. При подаче команды на открытие клапана электропитание линейного электропривода поступает в последующие катушки статора в обратном порядке.

Созданный перепад давления на сильфон дополнительно создает усилие на уплотнительной поверхности плунжера 4 и уплотнительной поверхности 3. Это усилие тем больше, чем больше перепад давления на сильфоне 12.

В случае аварийной ситуации, когда отключается электропитание линейного электропривода, пружина 17 возвращает плунжер 4 в нормально закрытое положение клапана. Использование в конструкции сварного сильфона позволяет обеспечить большой ход запорного органа, высокую цикличность и необходимую прочность при высоких давлениях и температурах.

Работа клапана осевого потока аналогична и в режиме регулирования рабочей среды.

Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность. Описанная выше конструкция значительно повысила надежность работы клапана осевого потока, работающего при высокотемпературных рабочих средах и больших давлениях.

Перечисленные признаки отличают техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.

Клапан осевого потока предназначен для использования в области машиностроения. Клапан состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом. Корпуса и седло образуют спрямленную осесимметричную проточную часть. Клапан содержит разгруженный плунжер с уплотнительной поверхностью при контакте с седлом и механизм осевого перемещения плунжера. Механизм осевого перемещения плунжера выполнен в виде герметичного линейного электропривода. Обмотки статора последнего расположены в наружном корпусе клапана. Ротор помещен в плунжере. На последнем установлен металлический сильфон. Один конец последнего герметично соединен с наружным корпусом. Последний обеспечивет при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу по направлению движения рабочей среды. Сильфон выполнен сварным. Обеспечивается высокая надежность при высоких рабочих параметрах рабочей среды. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Клапан осевого потока, состоящий из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, из разгруженного плунжера с уплотнительной поверхностью при контакте с седлом и механизма осевого перемещения плунжера, размещенных коаксиально в наружном корпусе, отличающийся тем, что механизм осевого перемещения плунжера выполнен в виде герметичного линейного электропривода, обмотки статора которого расположены в наружном корпусе клапана, а ротор помещен в плунжере, при этом на плунжере установлен металлический сильфон, один конец которого соединен с ним, а другой его конец герметично соединен с наружным корпусом, обеспечивающим при сжатии сильфона осевое перемещение уплотнительной поверхности плунжера к седлу по направлению движения рабочей среды.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что сильфон выполнен сварным.