СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F16K31/04 

Изобретение относится к способам управления коммутационными устройствами с силовой герметизацией, эксплуатируемыми в многостадийных технологических процессах в нестационарных термических условиях, и может быть использовано для дистанционного управления вакуумными клапанами ответственного назначения.

Известен способ управления цельнометаллическими клапанами, в котором при многократном закрывании устройства усилие герметизации поддерживается на одном значении (А.И.Пипко, В.Я.Плисковский, Е.А.Пенчко. Конструирование и расчет вакуумных систем. М.: Энергия, 1979, А.Т.Александрова, В.С.Кондрашов, К.Пак, Г.А.Полотай. Высоковакуумные прогреваемые краны с пневматическим приводом// Обмен опытом в электронной промышленности, 1968, №3, с.72-77).

В условиях изменяющегося термического или силового воздействия приложение стабильных и воспроизводимых усилий механизмом герметизации самого клапана может привести к снижению ресурса или повышенному натеканию устройства вследствие избыточной или недостаточной нагрузки на уплотнитель. Необходимость изменения усилия герметизации может возникнуть при появлении перепада давлений перекрываемой среды по разные стороны запорного органа, при различном изменении внутренних и внешних размеров клапана (штока и корпуса), вызванных изменением температуры, изменении механических свойств материала уплотнителя и термических поводок герметизирующих поверхностей.

Известна схема дистанционного полуавтоматического (кнопочного) управления унифицированными электропроводами клапанов (Д.Ф.Гуревич. Трубопроводная арматура. Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1975, с.162-163), в которой кроме крайних положений «Открыто» и «Закрыто» возможна регулировка проходящего потока в промежуточных положениях запорного органа клапана кнопкой «Стоп».

Однако в указанной схеме не предусмотрена регулировка усилия герметизации в закрытом состоянии клапана, отсутствуют фиксации заданных потоков в промежуточном положении остановки запорного органа, что снижает воспроизводимость величины проходящего потока среды при многократном срабатывании. Невозможна полная автоматизация управления клапана в многостадийных технологических процессах с различными значениями проходящих потоков (например, в процессах первичной форвакуумной откачки, разрядной чистки камеры и ее элементов, на подготовительном этапе откачки камеры с напуском газа для основного технологического этапа).

Целью изобретения является повышение ресурса и надежности клапана, в основном определяемые надежностью герметизации и долговечностью уплотнителя.

Для достижения этих целей задают необходимые для всего технологического процесса наборы значений проходящего потока, по наборам определяют соответствующие положения запорного органа и величины усилия герметизации, устанавливают ограничители, настроенные на положения запорного органа и величины усилия герметизации с заданным набором проходящих потоков, перед срабатыванием клапана для достижения требуемого значения потока из заданного набора, подключают ограничитель, соответствующий требуемому выбранному значению потока, перемещают запорный орган и прикладывают усилие герметизации до значения, определяемого подключенным ограничителем. При необходимости изменения проходящего потока дистанционно отключают подготовленный для срабатывания ограничитель и корректируют поток малым изменением положения запорного органа или величины усилия герметизации.

Предлагаемое ограничение усилия герметизации до разных уровней обусловлено достижением вакуумной плотности клапана при величине деформации уплотнителя, существенно зависящей от температуры.

В процессе откачки объемов при сравнительно большом перепаде давлений (режим форвакуумной откачки) перевод клапана из герметично закрытого в минимально открытое состояние контролируемым снижением усилия герметизации снижает ударную нагрузку на средства откачки, повышая ресурс их работы.

При обнаружении натекания узла герметизации в закрытом состоянии клапана контролируемое дополнительное увеличение усилия герметизации сверх установочной величины способствует увеличению деформации уплотнителя, что позволяет в некоторых случаях восстановить вакуумную плотность. Необходимость такого воздействия определяется изменением условий взаимодействия - попадание пыли, некоторое незначительное окисление уплотнителя, микроповодки, отжиг или наклеп уплотнителя, отсутствие воспроизводимости совмещения герметизирующих элементов и распределения усилия герметизации при многократном закрывании клапана, повышением трением в направляющих запорного органа, более ранним (в пределах нормы) срабатыванием микровыключателя электромеханического привода.

Контролируемое снижение усилия герметизации в закрытом состоянии клапана ниже установочной величины при сохранении его герметичности позволит увеличить ресурс клапана путем исключения избыточной деформации уплотнителя вследствие уменьшения механических напряжений в зоне образовавшегося вакуумно-плотного контакта.

Пусть для определенности заданному режиму эксплуатации требуется два фиксированных положения запорного органа открытого состояния клапана («открыто», «приоткрыто») и три значения величины усилия герметизации («закрыто», «уплотнено I» и «уплотнено II»).

На чертеже представлен пример реализации способа с вариантом принципиальной электрической схемы полуавтоматического (кнопочного) управления для клапанов. Схема содержит электродвигатель 1, сетевой выключатель 2, реле открывания 3 и реле закрывания 4 клапана, управляемые контакты 5-7 реле 3 и управляемые контакты 8-10 реле 4, переключатель 11 конечных выключателей 12, 13, ограничивающих перемещение запорного органа в открытом состоянии клапана, переключатель 14 конечных выключателей 15-17, ограничивающих величину усилия герметизации клапана, осветительная арматура 18-22 отработки выполненных установок ограничительных микропереключателей 12-13, 15-16, сдвоенную кнопку 23 включения реле открывания клапана 3 и отключения реле 4, сдвоенные и независимо срабатываемые кнопки 24-26 реле закрывания клапана 4 и отключения реле 3, реле времени 27 с условно обозначенным независимым электропитанием, обеспечивающее срабатывание реле 3, реле времени 28 с условно обозначенным независимым электропитанием, обеспечивающим срабатывание реле закрывания 4, кнопку включения 29 реле времени 27 и кнопку включения 30 реле времени 28, нормально разомкнутые контакты 31, 32 и 33, 34, управляемые соответственно реле времени 27 и 28.

При включенном сетевом выключателе 2 в любом состоянии клапана без нажатия управляющих кнопок 23, 24-26, 29, 30, 35, 36 цепи электропитания управляющих реле 3, 4 и электродвигателя 1 обесточены, могут светиться только некоторые запитанные индикаторные лампочки осветительной арматуры 18-22.

Управление клапаном происходит следующим образом (см. чертеж). Пусть первоначально клапан находится в открытом состоянии. Включают сетевой выключатель 2. Перед закрыванием клапана (в зависимости от условий эксплуатации) определяют, какое должно быть фиксированное значение величины усилия герметизации. Переключателем 14 устанавливают соответствующее значение, определяемое одним из конечных выключателей 15-17. Далее нажимают сдвоенную кнопку 24 «закрывание», что приводит к замыканию цепи тока питания реле 4: фаза А - нижний замкнутый контакт сдвоенной кнопки 23, нижняя нажимаемая сдвоенная кнопка 24, нормально замкнутый контакт реле 3 - реле 4 - переключатель 16 - контакт выбранного ограничителя величины усилия герметизации, одного из 17-19 - нулевой провод N. Срабатывание реле 4 ведет к замыканию силовых трехфазных контактов 5 и разрыву силовых трехфазных контактов 6 силовой проводки электропитания электродвигателя 1, размыканию контакта 10 в управляющей цепи питания реле 3. При этом включается электродвигатель 1 и осуществляется перемещение запорного органа к седлу клапана. По мере выхода из первоначального состояния контакты ограничителей запорного органа 14 и 15 размыкают цепь питания осветительной арматуры 20 и 21 (они гаснут) и соединяют контакты переключателя 13 с нулевым проводом N. Перемещение запорного органа в закрытое положение заканчивается при срабатывании заданного ограничителя величины усилия герметизации - размыкании одного из контактов 17-19 с разрывом цепи питания реле 4 и замыкании контактов питания соответствующей осветительной арматуры 22-24. Обесточивание реле 4 приводит к размыканию контактов 5 и замыканию контактов 6 и 10. При этом электродвигатель 1 останавливается и включается осветительная арматура.

Пусть было задано повышенное значение величины герметизации, осветительная арматура, визуально показывающая достижение пониженных значений усилий герметизаций, также будет включена. Например, если требовалось получить максимальную степень герметичности с наименьшей температурой эксплуатации и перед срабатыванием устанавливалось положение переключателя 16 на контакт 19 с наибольшим значением усилия герметизации (положение «уплотнено II») и осветительной индикаторной арматурой 24, то по мере замыкания промежуточных контактов 17 и 18 будут включаться осветительная арматура 22 и 23 состояний «закрыто» и «уплотнено I».

Если после срабатывания привода выявилось наличие натекания, то корректирующее повышение усилия герметизации проводится дополнительным кратковременным контролируемым включением реле 4. Для этого нажимают кнопку 30, включая реле времени 28. Его контакты 33 и 34 совместно с контактом 7 замыкают фазу А на нулевой провод через реле 4 независимо от положения переключателя 16 и выбранных положений контактов ограничителей 17-19. При этом кратковременно на установленное время включается электродвигатель 1, контролируемо увеличивая величину усилия герметизации более предела, заданного ограничителем на вполне определенную величину.

Если клапан находится в закрытом состоянии («уплотнено II») и его нужно прогревать, то для снижения избыточной деформации усилие герметизации можно снизить, используя реле времени 27. Для этого нажимают кнопку 29 «открывание клапана», срабатывание реле 27 ведет к контролируемому временному включению реле 3 по цепи: фаза А - временно замкнутый контакт 31 - контакт 10 - реле 3 - временно замкнутый контакт 31 - нулевой провод N. Срабатывание реле 3 ведет к замыканию контактов 8 и разрыву контактов 9 силовой проводки электропитания электродвигателя 1, а также размыкает контакт 7 в цепи питания реле 4. При этом электродвигатель 1 начинает вращаться в противоположную сторону и перемещает запорный орган от седла клапана. По мере выхода из состояния «уплотнено II» контакты ограничителя величины усилия герметизации 19 размыкают цепь питания осветительной арматуры 24. При этом осветительная арматура 23 состояния «уплотнено I» продолжает светиться. Возможное число таких коррекций определяется по приближению к минимуму усилия герметизации данной схемы герметизации и условий эксплуатации, при которых сохраняется допустимая величина натекания.

Перед началом открывания клапана определяется требуемое конечное положение запорного органа, контакт переключателя 13 соединяют с контактом требуемого ограничителя 14 или 15. Затем нажимают сдвоенную кнопку 11 «открывание» клапана. При этом размыкается контакт 7, разрывая цепь питания реле 4, замыкаются силовые трехфазные контакты 8 и разрываются силовые трехфазные контакты 9, подавая питание на электродвигатель 1. По причине смены фаз А и С электродвигатель вращается в противоположном направлении, производя разгерметизацию, открывание клапана и перемещение запорного органа от седла. При достижении соответствующего положения запорного органа, определяемого заданной установкой микровыключателя с контактами 14 или 15, размыкается цепь питания реле 3 и замыкается цепь питания осветительной арматуры 20 или 21. Происходит замыкание трехфазных контактов 9 и размыкание трехфазных контактов 8, что ведет к обесточиванию и остановке электродвигателя 1. Открывание запорного органа произошло, что отражается в загорании соответствующей осветительной лампочки (20 или 21).

Одновременное применение указанных существенных признаков предоставляет самые широкие возможности регулирования перекрываемыми потоками. Особо эффективно предлагаемое дистанционное управление для прогреваемых цельнометаллических клапанов с большим проходным сечением, в которых площадь контакта не меняется при многократном срабатывании и наблюдается гистерезис натекания (в закрытом герметичном состоянии клапана величина натекания слабо меняется при значительном снижении прикладываемого усилия).

Изобретение относится к способам управления коммутационными устройствами с силовой герметизацией, эксплуатируемых в многостадийных технологических процессах в нестационарных термических условиях, и предназначено для дистанционного управления вакуумными клапанами. Способ дистанционного управления клапаном с применением ограничителей положений запорного органа и величины усилия герметизации клапана заключается в установлении нескольких ограничителей положений запорного органа и величины усилия герметизации. Ограничители положений дистанционно подключают, и применяют ограничители требуемых положений запорного органа и величины усилия герметизации. Повышается надежность герметизации клапана, удобство управления потоком перекрываемой среды, снижается избыточная деформация уплотнителя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дистанционного управления клапаном с применением ограничителей положений запорного органа и величины усилия герметизации клапана, отличающийся тем, что устанавливают несколько ограничителей положений запорного органа и величины усилия герметизации, из них дистанционно подключают и применяют ограничители требуемых положений запорного органа и величины усилия герметизации.2. Способ дистанционного управления клапаном с применением ограничителей положений запорного органа и величины усилия герметизации клапана, отличающийся тем, что независимо от применяемых ограничителей контролируемо изменяют положения запорного органа и величины усилия герметизации.