УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГОРЮЧЕГО ГАЗА В ГОРЕЛКУ Российский патент 2011 года по МПК F16K31/126 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для управления подачей горючего газа в горелку, соответствующему характеристикам, изложенным в вводной части к основному пункту 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится в частности, но не исключительно, к области устройств для многофункционального управления подачей горючих газов в горелки нагревательных устройств вообще, в которых пламя предназначено для непосредственного нагревания окружающей среды или промежуточной текучей среды, циркулирующей в паровом котле.

Известное типичное решение предусматривает пару клапанов с сервомеханизмом, которые установлены последовательно в газопроводе, в котором основным предохранительным клапаном (двухпозиционным) является также сервоклапан с электромагнитным устройством управления для управления его схемой сервопривода. Устройство, обладающее вышеупомянутыми характеристиками, известно, например, из международной заявки РСТ/IT2005/000686 заявителя.

В данном решении, в условии равновесия действующих сил давления и упругих усилий, упругое усилие, действующее на запорный элемент основного сервоклапана, находится под влиянием сил, которые вызываются давлением подачи и которые действуют в таком направлении, чтобы разгрузить пружину смещения. Для уменьшения потерь давления это приводит к использованию пружин смещения с упругими усилиями малой величины; однако в случае затруднения перемещения запорного элемента или случайных помех для него данные пружины не способны эффективно обеспечивать упругое усилие, необходимое для закрытия запорного элемента, и не гарантируют перекрытие отверстия для прохождения газа через седло клапана, таким образом, ставя под угрозу безопасность при перекрытии седла клапана в условиях неправильного срабатывания.

Следовательно, желательно использовать пружины смещения, которые в условиях равновесия способны оказывать упругие усилия, более значительные по сравнению с усилиями, создаваемыми обычно в известных устройствах.

Описание изобретения

Задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы создать устройство для управления подачей горючего газа в горелку, которое структурно и функционально предназначено для устранения ограничений, описанных со ссылкой на известный уровень техники.

Данная задача решается настоящим изобретением посредством устройства для управления подачей горючего газа в горелку, выполненного в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из приведенного ниже описания некоторых предпочтительных вариантов его осуществления, которые описаны в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг.1 изображает продольный разрез устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 изображает продольный разрез узла многофункционального узла клапана, содержащего устройство, соответствующее настоящему изобретению, и

Фиг.3 изображает продольный разрез варианта узла клапана в соответствии с фиг.2.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением для управления подачей горючего газа в горелку, обычно указано ссылочной позицией 1.

Устройство 1 содержит основной канал 2 подачи газа, проходящий между секцией 3 впуска газа и секцией 4 выпуска газа, в котором газ подается по направлению к горелке, не проиллюстрированной на чертеже.

Мембранный клапан с сервомеханизмом, обычно обозначенный ссылочной позицией 5 и расположенный в основном канале 2, содержит седло 5а клапана, связанное с соответствующим запорным элементом 5b с мембранным элементом управления 6 для открытия седла 5а вопреки действию упругого устройства смещения, такого как пружина 7.

Мембранный клапан 5 выполняет функцию основного двухпозиционного клапана для надежного перекрытия основного газопровода и соединен с управляющим электромагнитным клапаном схемы сервоуправления, причем управляющий электромагнитный клапан обозначен ссылочной позицией 8 и выполнен для открытия/закрытия канала 9 управления схемы сервопривода, который представляет собой канал для отвода сигнала давления для передачи в камеру управления 10 схемы сервопривода, как будет объяснено подробно в приведенном ниже описании. Мембрана 6 действует непосредственно на управляющий стержень 11 запорного элемента 5b, который в свою очередь обеспечивает принудительное закрытие седла посредством пружины 7.

Первая сторона 6а мембраны 6 образует камеру управления 10, которая соединяется с основным каналом 2 перед сервоклапаном 5 посредством канала управления 9. Более подробно, канал 9 образует первый элемент 9а, который соединен с секцией впуска и в котором расположен электромагнитный клапан 8, и второй элемент 9b, который образует удлинение первого элемента и соединен с камерой 10. На участке электромагнитного клапана 8 соответствующая часть канала 9 открывается или закрывается селективно посредством электромагнита 12 двухпозиционного типа с упругим смещением, который действует на запорный элемент 13, который соединяется с проходным отверстием через канал 9 и способен перемещаться в сторону от и по направлению к положению, в котором проходное отверстие перекрыто.

Канал 9 выполняет функцию канала для отвода сигнала давления для передачи в камеру управления 10 схемы сервопривода. Вспомогательный инициирующий канал, обозначенный ссылочной позицией 14, отходит от канала 9 в той его части, которая расположена ниже по потоку электромагнитного клапана 8; вспомогательный канал выполнен для обеспечения пускового воспламенителя запирающим соплом 15.

Элемент, обычно обозначенный ссылочной позицией 20, для регулирования давления подаваемого газа, расположен в основном канале 2 ниже по потоку клапана 5 и проиллюстрирован на фиг.1 только схематично. Данный элемент может содержать, например, регулятор давления с приводом от электродвигателя или может содержать второй сервоклапан, установленный последовательно с клапаном 5 и соединенный с возможностью управления с мембранным регулятором давления, причем второе конструктивное решение проиллюстрировано на фиг.2 и описано более подробно ниже.

С дополнительной ссылкой на клапан 5, вторая сторона мембраны, обозначенная ссылочной позицией 6b и обратная стороне 6а, образует пространство 21, которое отделено от части канала 2, которая проходит ниже по потоку седла 5а клапана, так что вторая сторона 6b мембраны не подвергается воздействию давления подачи газа, которое имеется в части канала 2 ниже по потоку седла 5а клапана.

Более подробно, пространство 21 образует камеру, которая ограничена в совокупности стороной 6b и противостоящей стенкой 22, причем данная камера открыта наружу через отверстие 23, так что вторая сторона 6b мембраны подвергается воздействию атмосферного давления.

Управляющий стержень 11 запорного элемента проходит через стенку 22 и содержит конец 11а, прочно прикрепленный к запорному элементу 5b, и второй, противоположный конец 11b, который может контактировать с мембраной 6 для перемещения с возможностью управления запорного элемента в сторону от седла клапана и по направлению к седлу клапана.

Вторая, гибкая мембрана 24, предпочтительно, смонтирована в стенке 2 и прочно прикреплена к стержню 11; благодаря своей гибкости мембрана 24 обеспечивает осевое перемещение стержня во время перемещения с возможностью управления для открытия/закрытия седла клапана.

Вторая мембрана 24 и запорный элемент 5b, предпочтительно, содержат соответственные взаимно обращенные друг к другу стороны, которые содержат выступающие части поверхности, которые, по существу, эквивалентны друг другу таким образом, чтобы результат напряжений, создаваемых в данном устройстве давлением подачи, действующим на вышеупомянутые стороны запорного элемента и второй мембраны, был преимущественно такой, чтобы он не оказывал влияния или даже был равен нулю.

Благодаря тому, что камера 21 расположена между каналом 2 и камерой управления 10, давление подачи газа не действует на сторону 6b мембраны 6, которая на самом деле подвергается воздействию атмосферного давления. В результате в равновесном состоянии упругое усилие пружины 7 не подвергается влиянию давления подачи (стремящегося разгрузить пружину) и, кроме того, по существу, равно силе, создаваемой давлением подачи, действующим на площадь, эквивалентную разности между площадью мембраны 6 и площадью запорного элемента 5b.

Таким образом, для данных условий можно использовать пружину смещения, которая оказывает упругое усилие, которое может быть значительно больше (даже в пять раз больше), чем упругие усилия пружин, используемых в известных решениях. Таким образом, можно более надежно и безопасно управлять открытием/закрытием запорного элемента, обеспечивая принудительное перемещение седла клапана в закрытое положение, когда отверстие для прохода газа должно быть перекрыто.

Фиг.2 схематично иллюстрирует одно из возможных применений устройства, соответствующего настоящему изобретению, в узле клапана для регулирования давления подачи газа, в котором детали, подобные деталям варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг.1, обозначены подобными ссылочными позициями.

В данном применении мембранный клапан 5, выполняющий функцию основного двухпозиционного клапана, объединен с регулятором 20, который включает в себя второй сервоклапан 25, установленный последовательно с первым клапаном 5 и в свою очередь включающим в себя мембранный регулятор давления 30.

Мембранный сервоклапан 25 расположен ниже по потоку клапана 5 относительно направления перемещения газа, подаваемого через канал 2, и содержит соответствующую схему сервопривода, включающую в себя соответствующее седло 25а клапана, связанный с соответствующим запорным элементом 25b с мембранным устройством управления 25с для открытия седла 25а вопреки действию упругого устройства смещения, такого как пружина 27.

Вторая часть 9b канала 9 соединяется с каналом управления 28, в котором расположен электромагнитный клапан 29, выполненный для управления сервоклапаном 25, как описано для клапана 5.

Второй электромагнитный клапан 29 конструктивно и функционально эквивалентен электромагнитному клапану 8.

На участке электромагнитного клапана 29 соответствующая часть канала 28 селективно открывается и закрывается посредством электромагнита 29а двухпозиционного типа с упругим смещением, действующего на запорный элемент 31, соединенный с проходным отверстием через канал 28 и способный перемещаться в сторону от и по направлению к положению, в котором он перекрывает данное проходное отверстие.

Канал 28 совместно с частью канала 9, соединенной с ним, выполняет функцию канала для отвода сигнала давления для передачи в камеру управления 32 соответствующей схемы сервопривода, причем камера 32 образуется на одной стороне посредством мембраны 25с.

Сужение, обозначенное ссылочной позицией 26а, находится в канале 28 и, в частности, в той его части, которая расположена между электромагнитным клапаном 29 и камерой управления 32.

В данном варианте осуществления направляющий канал 14 отходит от части канала 9, которая расположена между электромагнитными клапанами 8 и 29 (впереди клапана 29 и ниже по потоку клапана 8).

Камера управления 32 также соединяется с выпускной секцией 4 основного канала 2, ниже по потоку седла 25а второго сервоклапана 25, посредством соответствующего выпускного канала 33, в котором, предпочтительно, имеется сужение 34.

Канал управления 28 также ответвляется, в части перед камерой управления 32, в канал 35, который соединяется с выпускным отверстием, то есть который соединяется с выпускной секцией 4 основного канала 2, ниже по потоку седла 25а клапана. Предпочтительно, в канале 35 расположен регулятор давления 30, который схематично проиллюстрирован на фиг.2. Регулятором давления является обычный мембранный регулятор давления, в котором одна сторона мембраны образует камеру управления 36, соединяющуюся с выпускной секцией 4 канала 2 посредством части 35а канала 35, и способен также перекрывать выпускную секцию другой части 35b канала 35, которая соединяется с камерой 32. Обратная сторона мембраны находится под действием калибровочной пружины 37, расположенной в камере, которая открыта в атмосферу через отверстие 38. Регулятор давления 30 выполнен с возможностью реагирования и компенсации изменений в давлении подачи и приведения давления обратно к калибровочному значению, предварительно установленному посредством регулировки пружины 37.

При работе, при обесточенных электромагнитах 12, 29а, отводные каналы 9, 28, соединяющиеся с камерой управления, перекрыты (посредством соответствующих электромагнитных клапанов 8, 29), и упругое усилие смещения пружин 7, 27 обеспечивает закрытие обоих седел 5а, 25а соответствующих сервоклапанов. При необходимости включения горелки в первую очередь подается ток только в электромагнит 12, и посредством открытия канала 9 обеспечивается подача газа в пусковой воспламенитель и открытие мембранного клапана 5 под действием давления, созданного в камере управления 10 посредством отводного канала 9 (в частях 9а и 9b).

Во время данного этапа зажигания пускового воспламенителя отводной канал 28, соединяющийся с камерой управления 32, еще перекрыт электромагнитным клапаном 29 (при обесточенном его электромагните 29а), обеспечивая закрытие седла 25а клапана.

После того как пусковой воспламенитель соответствующим образом зажжен, во второй электромагнит 29а также подается ток, и, следовательно, отводной канал 28 открывается для прохождения газа, и соответствующее давление, связанное с входным давлением, создается в камере управления 32. Таким образом, мембрана 25с, на которую действует сила вышеупомянутого давления, стремится поднять соответствующий запорный элемент 25b из соответствующего седла 25а, обеспечивая прохождение газа через основной канал 2 по направлению к основной горелке. Давление подачи также регулируется мембранным регулятором давления 30.

Необходимо понимать, что описанный выше регулятор 20 представляет собой лишь один из возможных вариантов осуществления регулятора давления, который может быть объединен с основным клапаном 5, при этом другие типы являются в равной степени применимыми и использующими одну концепцию настоящего изобретения, относящуюся к вышеописанному основному клапану 5.

Фиг.3 изображает вариант узла клапана, проиллюстрированного на фиг.2, в котором детали, подобные деталям предыдущего варианта осуществления, обозначены подобными ссылочными позициями.

Данный вариант отличается от варианта, проиллюстрированного на фиг.2, прежде всего тем, что канал 28 для отвода давления управления для сервоклапана 25 проходит между камерой управления 32 и частью основного канала 2, расположенной между седлами 5а и 25а клапанов. В данном клапане 28 расположен электромагнитный клапан 29 для управления сервоприводом сервоклапана 25. В данном варианте осуществления сигнал (давления) для управления мембранным сервоклапаном 25 отводится в положении канала 2, которое находится между клапанами 5 и 25, в отличие от предыдущего варианта осуществления (фиг.2), в котором отвод сигнала осуществлялся последовательно с электромагнитным клапаном 8.

Преимущество настоящего изобретения (фиг.3) заключается в том, что открытие мембранного сервоклапана 25 зависит от открытия мембранного клапана 5.

Таким образом, настоящее изобретение решает поставленные задачи, обеспечивая упомянутые преимущества по сравнению с известными решениями.

Изобретение относится к устройству для управления подачей газа в горелку. Устройство для управления подачей горючего газа в горелку содержит основной канал подачи газа, в котором расположен, по меньшей мере, один мембранный клапан с сервоприводом, включающий в себя седло клапана, соединенное с соответствующим запорным элементом с мембранным устройством управления для открытия седла вопреки действию упругого устройства смещения, причем мембранный клапан содержит соответствующий управляющий электромагнитный клапан с электромагнитным устройством управления для управления открытием/закрытием соответствующего клапана, причем электромагнитный клапан выполнен с возможностью осуществления открытия/закрытия канала соответствующей схемы управления с сервоприводом, для того чтобы управлять запорным элементом клапана опосредованно, посредством мембранного устройства управления, причем канал схемы управления приводит часть основного канала, которая расположена выше по потоку седла клапана относительно направления прохождения газа, в сообщение по текучей среде с соответствующей камерой управления мембранного клапана, при этом первая сторона мембраны мембранного устройства управления подвергается воздействию давления, существующего в соответствующей камере управления. Вторая, обратная сторона мембраны ограничивает пространство, которое отделено от части основного канала, которая проходит ниже по потоку седла клапана, так что вторая сторона мембраны не подвергается воздействию давления подачи газа, которое существует в упомянутой части канала, ниже по потоку седла клапана. Изобретение позволяет снизить угрозу безопасности при перекрытии седла клапана. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для управления подачей горючего газа в горелку, содержащее основной канал подачи газа, в котором находится, по меньшей мере, один мембранный клапан с сервоприводом, включающий в себя седло клапана, связанное с соответствующим запорным элементом с мембранным устройством управления для открытия седла вопреки действию упругого устройства смещения, причем мембранный клапан содержит соответствующий управляющий электромагнитный клапан с электромагнитным устройством управления для управления открытием/закрытием соответствующего клапана, причем электромагнитный клапан выполнен с возможностью осуществления открытия/закрытия канала соответствующей схемы управления с сервоприводом для того, чтобы управлять запорным элементом клапана опосредованно посредством мембранного устройства управления, при этом канал схемы управления приводит часть основного канала, которая расположена выше по потоку седла клапана относительно направления прохождения газа, в сообщение по потоку с соответствующей камерой управления мембранного клапана, причем первая сторона мембраны мембранного устройства управления подвергается воздействию давления, существующего в соответствующей камере управления, отличающееся тем, что вторая, обратная сторона мембраны ограничивает пространство, которое отделено от части основного канала, которая проходит ниже по потоку седла клапана таким образом, что вторая сторона мембраны не подвергается воздействию давления подачи газа, которое существует в упомянутой части канала, ниже по потоку седла клапана, причем вторая мембрана и запорный элемент содержат обращенные друг к другу стороны, которые содержат соответствующие выступающие части поверхности, которые по существу эквивалентны друг другу для того, чтобы результат напряжений, создаваемых в данном устройстве давлениями, воздействующими на обращенные друг к другу стороны запорного элемента и второй мембраны, был преимущественно такой, чтобы он не оказывал влияния или даже был равен нулю.

2. Устройство по п.1, в котором пространство, ограниченное второй, обратной стороной мембраны, образует вторую камеру, которая открыта наружу, так что вторая сторона мембраны подвергается воздействию атмосферного давления.

3. Устройство по п.1, в котором вторая камера содержит на стороне, удаленной от мембраны, стенку, через которую проходит стержень для управления запорным элементом, причем стержень содержит первый конец, прочно прикрепленный к запорному элементу, и второй противоположный конец, выполненный с возможностью контактирования с управляющей мембраной.

4. Устройство по п.3, в котором вторая гибкая мембрана, прочно прикрепленная к стержню, установлена на стенке таким образом, чтобы обеспечить осевое перемещение стержня во время перемещения с возможностью управления запорного элемента для открытия/закрытия седла.

5. Устройство по п.1, в котором обращенные друг к другу стороны запорного элемента и второй мембраны соответственно подвергаются воздействию давления подачи газа, проходящего через данное устройство.

6. Устройство по п.4, в котором стержень для управления запорным элементом проходит через вторую мембрану и прочно прикреплен к ней.

7. Устройство по п.1, в котором устройство смещения включает в себя пружину, действующую непосредственно на запорный элемент для принудительного перемещения его по направлению к положению перекрытия.

8. Устройство по п.1, в котором часть канала схемы управления, которая проходит между электромагнитным клапаном и камерой управления, соединена с направляющим каналом для подачи газа в соответствующий пусковой воспламенитель.

9. Устройство по п.1, в котором первая сторона мембраны, ограничивающая камеру управления, подвергается воздействию давления подачи газа, проходящего через основной канал.

10. Устройство по п.5, содержащее регулятор давления подачи в канале ниже по потоку седла клапана.

11. Устройство по п.10, в котором регулятор содержит второй мембранный сервоклапан, расположенный последовательно с мембранным клапаном относительно направления прохождения газа, причем второй сервоклапан включает в себя мембранный регулятор давления.

12. Устройство по п.11, в котором второй сервоклапан содержит соответствующий второй управляющий электромагнитный клапан с электромагнитным устройством управления для управления открытием/закрытием второго сервоклапана, причем второй электромагнитный клапан выполнен с возможностью открытия/закрытия канала соответствующей схемы управления с сервоприводом для того, чтобы управлять запорным элементом сервоклапана опосредованно посредством мембранного устройства управления.

13. Устройство по п.12, в котором оба канала предназначены для отвода управляющих давлений соответствующих схем управления, причем указанные каналы выполнены с возможностью отводить сигнал давления для передачи в соответствующие камеры управления соединены и находятся в сообщении по текучей среде с основным каналом выше по потоку первого клапана.

14. Устройство по п.12, в котором канал предназначен для отвода управляющего давления соответствующей схемы управления, причем данный канал выполнен с возможностью отводить сигнал давления для передачи в соответствующую камеру управления, соединен и находится в сообщении по текучей среде с частью основного канала, которая расположена между седлами соответствующих клапанов.

15. Устройство по п.11, в котором мембранный регулятор давления расположен в части канала схемы управления второго сервоклапана, которая проходит между соответствующей камерой управления второго сервоклапана и частью основного канала ниже по потоку второго сервоклапана.

16. Устройство по п.2, в котором вторая камера содержит на стороне, удаленной от мембраны, стенку, через которую проходит стержень для управления запорным элементом, причем стержень содержит первый конец, прочно прикрепленный к запорному элементу, и второй противоположный конец, выполненный с возможностью контактирования с управляющей мембраной.

17. Устройство по п.16, в котором вторая гибкая мембрана, прочно прикрепленная к стержню, установлена на стенке таким образом, чтобы обеспечить осевое перемещение стержня во время перемещения с возможностью управления запорного элемента для открытия/закрытия седла.