КРИОГЕННЫЙ КЛАПАН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F16K49/00 F16K31/06 F16K21/02 

Изобретение относится к арматуростроению и широко может быть использовано в криогенной технике с давлением рабочей криогенной среды в диапазоне от 10 МПа до 100 МПа.

Известна конструкция криогенного клапана, содержащая внутренний корпус, в котором выполнено седло и установлена шпиндельная группа в составе клапана, штока и сильфонного узла, соединенная с пневмоприводом, и вакуумный кожух, соединенный с внутренним корпусом (см. Романенко Н.Т. и Куликов Ю.Ф» Криогенная арматура» М. Машиностроение,1978 г, стр28, рис 19).

Несмотря на высокую тепловую эффективность арматуры, ее конструкция может применяться в криогенных системах с давлением рабочей криогенной среды не более 10 МПа.

Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому изобретению является криогенный клапан высокого давления, содержащий корпус, в котором выполнено седло и установлена шпиндельная группа в виде клапана и штока, соединенного с пневмоприводом, и уплотнение штока, установленное в теплой зоне корпуса (см. mvif.ru>2021/GasWorld/82/MV@F-82.pdf).

Хотя данная арматура нашла широкое применение в криогенной технике с давлением рабочей криогенной среды от 10 МПа до 100 МПа, основными недостатками указанной арматуры являются:

- работа клапана в режиме: открыт, закрыт;

- большой габарит пневмопривода;

- необходимость отдельной пневмосистемы, требующей для работы компрессорного оборудования и времени для его эксплуатации;

- ненадежность сальникового узла уплотнения штока клапана.

Решаемая задача - создание надежной, малогабаритной конструкции криогенного запорно-регулирующего клапана высокого давления без сальникового узла уплотнения штока.

Поставленная цель достигается тем, что в криогенном клапане высокого давления, содержащим корпус с седлом, входной и выходной патрубки, шпиндельную группу в виде штока и клапана, уплотнение штока, выполненное в корпусе, и привод штока, на корпусе клапана смонтирован привод штока, выполненный в виде цилиндра с головкой, внутри которого установлен подпружиненный шток с клапаном с радиальным зазором 0,02-0,03 мм, при этом в головке цилиндра выполнены отверстия для прохода рабочей среды и закреплен корпус, в котором установлен плунжер, имеющий продольный паз и ограничитель хода, и выполнено седло, полость которого подключена трубопроводом к выходному патрубку, а кроме того на внешней стороне цилиндра, корпуса с плунжером и трубопроводе нанесена теплоизоляция, поверх которой в области расположения плунжера размещен поляризованный магнит, а в зоне штока - электромагнит. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизна. На чертеже дана принципиальная конструктивная схема криогенного клапана высокого давления, состоящего из корпуса 1, в котором выполнено седло 2, входной патрубок 3 и выходной патрубок 4. На корпусе 1 через прокладку 5 смонтирован привод штока, выполненный в виде цилиндра 6 с головкой 7, внутри которого установлен шток 8 с клапаном 9 с радиальным зазором 0,02-0,03 мм и пружина 10, при этом в головке 7 цилиндра 6 выполнены отверстия 11 для прохода рабочей среды и через прокладку 12 закреплен корпус 13, в котором установлен плунжер 14, имеющий продольный паз 15 и ограничитель хода 16, и выполнено седло 17, полость 18 которого подключена трубопроводом 19 к выходному патрубку 4, а кроме того на внешней стороне цилиндра 6, корпуса 13 с плунжером 14 и трубопроводе 19 нанесена теплоизоляция 20, поверх которой в области расположения плунжера 14 размещен поляризованный магнит 21, а в зоне штока 8 - электромагнит 22.

На чертеже отражено состояние, когда подача рабочей криогенной среды через клапан не происходит, при этом плунжер 14, расположенный в корпусе 13, под действием усилия от поляризованного электромагнита 21 перекрывает седло 17, а клапан 9 со штоком 8, под действием усилия пружины 10 перекрывает седло 2, выполненное в корпусе 1. При подаче, например, рабочей криогенной среды - жидкого азота от криогенного насоса с давлением в диапазоне от 10 МПа до 100 МПа через входной патрубок 3 клапан 9 остается в закрытом положении. В тоже время при подаче рабочей криогенной среды часть рабочей среды заполняет через радиальный зазор между штоком 8 и цилиндром 6, смонтированны м через прокладку 5 на корпусе 1, заполняет объем над штоком 8 и через отверстия 11 в головке 7 объем под плунжером 14, что создает дополнительное усилие на седло 2 и 17, при этом герметичность затворов обеспечивается за счет притирки поверхностей клапана 9 и седла 2, плунжера 14 и седла 17. Для того, чтобы обеспечить проход и регулирование рабочей криогенной среды через затвор клапана, необходимо вначале произвести переключение поляризованного электромагнита 21, в результате которого ограничитель хода 16 плунжер а 14 садится на головку 7. Одновременно при перемещении плунжера 14 вниз происходит открытие седла 17, которое сопровождается сбросом рабочей криогенной среды из полости 18 по трубопроводу 19 в выходной патрубок 4. В результате давление над штоком 8 снижается до давления, равного давлению под клапаном 2, и остается равным ему в процессе дальнейшего регулирования расхода рабочей криогенной среды через затвор клапана, так как через радиальный зазор между штоком 8 и цилиндром 6, равным 0,02-0,03 мм, постоянно дросселируется небольшой расход рабочей криогенной среды в выходной патрубок 4 по тракту: отверстия 11 в головке 7 цилиндра 6, продольный паз 15 в плунжере 14, полость 18 седла 17 и трубопровод 19, при этом температура рабочей криогенной среды сохраняется, что обеспечивается за счет слоя теплоизоляции 20, нанесенной на трубопроводе 19, внешней стороне цилиндра 6 и корпуса 13, который через прокладку 12 закреплен в головке 7 цилиндра 6. Такое решение обеспечивает разгрузку штока 8 с клапаном 9 от осевого усилия при регулировании рабочей криогенной среды через затвор клапана и позволяет использовать электромагнит 22 с усилием, рассчитанным только на преодоление усилия, создаваемое от пружины 10.

Дальнейший процесс регулирования рабочей криогенной среды через затвор клапана производится с помощью электромагнита 22, управление которым, так же как и поляризованного электромагнита 21, осуществляется от электронного блока (на чертеже не показан), при этом в зависимости от заданного алгоритма происходит плавной или ступенчатый подъем штока 8 с клапаном 9 относительно седла 2, сопровождающийся сжатием пружины 10.

Для перевода клапана в исходное закрытое положение необходимо вначале отключить электромагнита 22, в результате чего шток 8 с клапаном 9 под действием пружины 10 опуститься на седло 2. Далее необходимо подать команду на переключение поляризованного магнита, что приведет к появлению усилия, обеспечивающего подъем плунжера 14 посадку его на седло 17.

Таким образом, как видно из описания предложенное техническое решение позволяет создать надежную, малогабаритную конструкцию криогенного запорно-регулирующего клапана высокого давления без сальникового узла уплотнения штока.

Изобретение относится к арматуростроению и широко может быть использовано в криогенной технике с давлением рабочей криогенной среды в диапазоне от 10 МПа до 100 МПа. Изобретение позволяет создать надежную малогабаритную конструкцию криогенного клапана высокого давления без сальникового узла уплотнения штока, что достигается за счет того, что на корпусе клапана смонтирован привод штока, выполненный в виде цилиндра с головкой, внутри которого установлен подпружиненный шток с клапаном с радиальным зазором 0,02-0,03 мм, при этом в головке цилиндра выполнены отверстия для прохода рабочей среды и закреплен корпус, в котором установлен плунжер, имеющий продольный паз и ограничитель хода, и выполнено седло, полость которого подключена трубопроводом к выходному патрубку, а кроме того, на внешней стороне цилиндра, корпуса с плунжером и трубопроводе нанесена теплоизоляция, поверх которой в области расположения плунжера размещен поляризованный магнит, а в зоне штока - электромагнит. 1 ил.

Криогенный клапан высокого давления, содержащий корпус с седлом, входной и выходной патрубки, шпиндельную группу в виде штока и клапана, уплотнение штока, выполненное в корпусе, и привод штока, отличающийся тем, что на корпусе клапана смонтирован привод штока, выполненный в виде цилиндра с головкой, внутри которого установлен подпружиненный шток с клапаном с радиальным зазором 0,02-0,03 мм, при этом в головке цилиндра выполнены отверстия для прохода рабочей среды и закреплен корпус, в котором установлен плунжер, имеющий продольный паз и ограничитель хода, и выполнено седло, полость которого подключена трубопроводом к выходному патрубку, а кроме того, на внешней стороне цилиндра, корпуса с плунжером и трубопроводе нанесена теплоизоляция, поверх которой в области расположения плунжера размещен поляризованный магнит, а в зоне штока - электромагнит.