КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ Российский патент 2006 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата.

Известен клапан, содержащий корпус, входной и выходной патрубки с фланцами, установленные на общей оси подвижный - запорно-регулирующий орган (ЗРО) и неподвижный - седло - запорные диски, в которых выполнены проходные отверстия, а привод подвижного диска, выполненный в виде подвижного резьбового штока (рейки), связанного с резьбой, выполненной на подвижном диске (см. патент RU №2160860, F 16 К 3/08, 31/54, 2000 г.).

Недостатком конструкции является то, что при больших размерах подвижного и неподвижного дисков возникают значительные силы трения между дисками из-за большой площади поверхности трения и отсутствия разгрузки пары трения при высоких рабочих давлениях, особенно в момент открытия и закрытия клапана.

Известен запорный узел шиберного затвора, содержащий выполненные с проходными окнами дисковые заслонки, контактирующие между собой торцевыми рабочими прецизионными поверхностями, причем одна из заслонок - ЗРО - установлена с возможностью поворота приводным элементом относительно другой заслонки - седла, причем на торцовых поверхностях одной из заслонок выполнены выборки или углубления, уменьшающие площадь поверхности контакта между заслонками, с образованием по контуру проходных окон заслонки выступа в форме полосы с шириной 1-5 мм, при этом рабочая прецизионная поверхность расположена на указанном выступе (см. патент RU №2116539, F 16 К 3/08, 1998 г.).

Недостатком устройства является то, что в нем также отсутствует разгрузка по давлению и при закрытом положении на диск со стороны рабочего давления действует усилие, равное произведению рабочего давления на площадь диска со стороны давления без площади проходных окон, а при частично открытом положении вместо рабочего давления берут в расчет перепад давления на дисках. Это ограничивает применение клапанов большого диаметра из-за значительных усилий трения при повороте подвижного диска, что требует мощного привода и приводит к интенсивному износу поверхности трения. По требованию заказчика при изготовлении клапана требуется профилировать небольшие окна для обеспечения требуемой расходной характеристики в зависимости от параметров рабочей среды. В таком случае из-за отсутствия разгрузки по давлению еще более увеличивается усилие на диск со стороны рабочего давления, т.к. отношение площади профилированных окон к общей площади диска еще меньше, чем в случае запорной (с максимальным размером окон) шиберной задвижки. Выполнение выступов с малой шириной 1...5 мм по рабочей поверхности приводит к их повреждению при больших рабочих давлениях и значительных сдвигающих усилиях трения в зоне трения выступов по контрповерхности. Использование керамики требует увеличения толщины дисков из соображения прочности, чтобы диск не прогибался, иначе теряется плоскостность рабочей поверхности под давлением, он может сломаться, а при использовании наплавленных поверхностей трудно обеспечить плоскостность прецизионных поверхностей, что увеличивает протечки в закрытом положении. Увеличение толщины дисков приводит к росту гидравлического сопротивления клапана, т.к. клапан неполнопроходного типа.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных способностей применения за счет полной разгрузки ЗРО, снижения сил трения, износа элементов клапана и повышения его долговечности, упрощения конструкции.

Техническим результатом является то, что в клапане регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещено седло и запорно-регулирующий орган с проходными окнами, причем последний установлен с возможностью перемещения относительно седла, седло и запорно-регулирующий орган выполнены из постоянных магнитов, одноименные полюсы которых расположены на уплотнительных поверхностях и связаны с корпусом через неподвижную и подвижную обоймы соответственно, которые выполнены из немагнитных и немагнитопроводных материалов, кроме того:

- неподвижная и подвижная обоймы выполнены из немагнитных и немагнитопроводных материалов;

- неподвижная и подвижная обоймы выполнены из магнитных и магнитопроводных материалов, а корпус выполнен из немагнитного и немагнитопроводного материала.

Сущность изобретения заключается в использовании сил отталкивания постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами, для разгрузки ЗРО.

На фиг.1 показан главный разрез клапана с вращающимся ЗРО, на фиг.2 - вид на седло или ЗРО с проходными окнами.

Клапан регулирующий (фиг.1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, внутри которого размещено седло 4 (в виде диска) с проходными окнами 5 с плоской уплотнительной поверхностью 6. В корпусе 1 размещена ЗРО 7 (в виде диска) с проходными окнами 8 с плоской уплотнительной поверхностью 9, имеющей возможность перемещения (вращения) относительно седла 4. Седло 4 и ЗРО 7 выполнены из постоянных магнитов, одноименные полюсы (N-N или S-S) которых расположены на плоских уплотнительных поверхностях 9 и 6. Седло 4 связано с корпусом 1 через неподвижную обойму 10, а ЗРО 7 - через подвижную обойму 11, которая связана с приводом клапана через рейку (червяк, рычаг) 12. Неподвижную обойму 10 и подвижную обойму 11 выполняют из немагнитных и немагнитопроводных материалов, когда корпус 1 выполнен из магнитного или магнитопроводного материала. Неподвижную обойму 10 и подвижную обойму 11 выполняют из магнитных или магнитопроводных материалов, когда корпус 1 выполнен из немагнитного и немагнитопроводного материала.

Работа клапана.

Перемещением ЗРО 7 относительно седла 4 изменяют площадь проходного сечения потока рабочей среды, проходные окна 5, 8 перекрываются частично или полностью, так происходит процесс регулирования расхода рабочей среды. Плоские уплотнительные поверхности 6 седла 4 и 9 ЗРО 7 постоянно отталкиваются, так как одноименные полюсы постоянных магнитов всегда отталкиваются. Причем сила отталкивания обратно пропорциональна расстоянию между поверхностями в третьей степени. Чем большее усилие действует на ЗРО 7, тем большее усилие противодействия со стороны взаимодействующих магнитов и их магнитных потоков. При полном перекрытии потока среды ЗРО 7 усилие со стороны потока на него наибольшее, при этом зазор между ЗРО 7 и седлом 4 минимален, усилие противодействия магнитов максимально. Это усилие не бесконечно, а определяется свойствами магнитного материала (удельная коэрцитивная сила), площадью магнитов, расстоянием между магнитами, но при использовании современных магнитных материалов может достигать сотен, тысяч Н. В результате ЗРО 7 получается разгруженным, при правильно подобранных материалах магнитов. При движении в направлении, перпендикулярном действию силовых линий, - усилия со стороны взаимодействующих полей нет, поэтому перемещение ЗРО 7 производится небольшим усилием. Это снижает мощность привода, уменьшает силы трения и износ поверхностей трения 6 и 9. При снижении усилия со стороны потока на ЗРО 7 автоматически уменьшается и усилие противодействия со стороны магнитов, они несколько удаляются друг от друга (доли мм) до момента, когда усилие прижима со стороны потока станет равным усилию противодействия магнитов (ЗРО 7 установлен с осевым зазором до 0,5...1 мм в расточке подвижной обоймы 11). При этом зазор между седлом 4 и ЗРО 7 изменяется незначительно и становится максимальным при полном открытии клапана.

ЗРО 7 и седло 4, особенно их открытые к среде и уплотнительные поверхности, могут быть выполнены с антикоррозионными и эрозионностойкими покрытиями (хромирование, титанирование, никилирование, напыление тончайших слоев твердого сплава, керамики, фторопласта). Это называют еще экранированием, что может несколько снижать магнитную индукцию и усилие взаимодействия двух магнитов, но резко повышает их стойкость и долговечность в коррозионных средах - воде, паре, кислотах, щелочах и др., т.к. самые мощные магниты на основе Nd-Fe-Co, а также многие другие магниты обладают невысокой коррозионной стойкостью в этих средах из-за присутствия активных редкоземельных металлов и железа. Повышение эрозионной стойкости (титанирование, хромирование) необходимо для увеличения стойкости к размыву от скоростного потока среды в высокоскоростных потоках при больших перепадах давления среды. В средах нефти и сухих неагрессивных газов магниты могут использоваться и без покрытий.

Клапан регулирующий имеет расширенные функциональные возможности, т.к. при больших перепадах рабочего давления и больших размерах ЗРО 7 обеспечивает его разгрузку, минимизирует усилия по его перемещению, силы трения и износ поверхностей трения, что повышает надежность и долговечность его работы. Важно то, что при изменении перепада давления на ЗРО 7 усилие прижима контактных поверхностей 6 и 9 отсутствуют или минимальны (зависит от свойств магнитов, рабочих давлений, размеров) и автоматически поддерживаются на этом уровне при всем процессе регулирования за счет автоматического изменения усилия противодействия со стороны магнитного потока при сближении, удалении магнитов.

Магниты ЗРО 7 и седла 4 не должны замыкаться магнитными потоками через корпус 1, когда он выполняется из магнитного или магнитопроводного материала (обычная сталь, чугун), может произойти намагничивание корпуса 1, трубопровода и частичная нейтрализация, рассеивание магнитных потоков. В этом случае обоймы 10 и 11 выполняют из немагнитных и немагнитопроводных материалов, чтобы разорвать возможное замыкание магнитных потоков. Когда корпус 1 выполнен из немагнитных и немагнитопроводных материалов (цветные, нержавеющие металлы) обоймы 10 и 11 могут выполняться из любых материалов, в том числе и из магнитных, магнитопроводных. Выполнение обойм 10 и 11 из магнитных материалов позволяет усилить магнитные потоки и усилия от магнитов седла 4 и ЗРО 7, а выполнение обойм из магнитопроводных материалов - применить обычные стали.

Клапан может быть использован в арматуре шиберного типа в энергетическом, химическом, нефтяном, газовом машиностроении.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата, Клапан регулирующий содержит корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса размещены седло и запорно-регулирующий орган с проходными окнами. Запорно-регулирующий орган установлен с возможностью перемещения относительно седла. Седло и запорно-регулирующий орган выполнены из постоянных магнитов. Одноименные полюсы этих магнитов расположены на уплотнительных поверхностях. Седло и запорно-регулирующий орган связаны с корпусом через неподвижную и подвижную обоймы соответственно. Изобретение направлено на расширение функциональных способностей применения за счет полной разгрузки ЗРО, снижения сил трения, износа элементов клапана и повышения его долговечности, упрощения конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Клапан регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, внутри которого размещено седло и запорно-регулирующий орган с проходными окнами, причем последний установлен с возможностью перемещения относительно седла, отличающийся тем, что седло и запорно-регулирующий орган выполнены из постоянных магнитов, одноименные полюсы которых расположены на уплотнительных поверхностях и связаны с корпусом через неподвижную и подвижную обоймы соответственно.2. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что неподвижная и подвижная обоймы выполнены из немагнитных и немагнитопроводных материалов.3. Клапан регулирующий по п.1, отличающийся тем, что неподвижная и подвижная обоймы выполнены из магнитных или магнитопроводных материалов, а корпус выполнен из немагнитного и немагнитопроводного материала.