Газообменное устройство


 


Владельцы патента RU 2459129:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Газообменное устройство предназначено для регулирования газовоздушного потока. Устройство содержит металлический корпус в виде составного полого цилиндра, диаметр носовой части которого меньше диаметра торцевой части, регулировочный орган в виде пакета из пористых мембранных элементов. Каждый элемент установлен во внутренней полости торцевой части корпуса герметично посредством эластичных кольцевых уплотнений, размещенных между каждым мембранным элементом так, что суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема. Мембранные элементы могут перемещаться в полости торцевой части корпуса. Пакет мембран поджат с торца прижимной гайкой посредством прижимных шайб. Шайбы размещены между прижимной гайкой и пакетом мембранных элементов. Последние выполнены из пористого металла группы никеля или из неметалла, такого как керамика. Снаружи носовой части корпуса выполнен фланец. На фланец опирается гайка для соединения со штуцером обратного клапана герметизированного объема. В кольцевой выемке наружной поверхности носовой части корпуса имеется кольцевое эластичное уплотнение круглого сечения. Технический результат: упрощение конструкции, более точное регулирование газообмена между гермообъемом и внешней средой. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое устройство относится к области средств регулирования газовоздушного потока и может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности для обеспечения дозированного газообмена герметизированных объемов с внешней средой.

Регулирование газообмена герметизированных объемов с внешней средой может быть осуществлено с помощью существующих конструкций дроссельных устройств, которые используются для регулирования расхода газа при постоянном перепаде давления (см., например, книгу: Л.А.Залманзон. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. АН СССР, 1961 г., стр.7).

Актуальность проблемы точного регулирования газообмена между герметичными объемами и средой основана на потребности в средствах обеспечения максимально точного и контролируемого изменения степени разгерметизации таких объемов.

Известно устройство для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой, содержащее металлический корпус и регулировочный орган (патент РФ №02022190, МПК F16R 47/14, опубл. 30.10.1994 г.).

К недостаткам известного устройства относится достаточно сложное выполнение и недостаточно точное регулирование газообмена между гермообъемом и внешней средой за счет поддержания заданной степени разгерметизации гермообъема и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.

Известно в качестве прототипа заявляемого устройство для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой (патент РФ №02066805, МПК F16R 47/14, опубл. 20.09.1996 г.), содержащее металлический корпус и регулировочный орган.

К недостаткам известного устройства (дросселя) относится достаточно сложное выполнение и недостаточно точное регулирование газообмена между гермообъемом и внешней средой за счет поддержания заданной степени разгерметизации гермообъема и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.

Задачей предлагаемого устройства является разработка конструкции для обеспечения высокоточного дозированного газообмена герметизированных объемов с внешней средой с требуемой степенью разгерметизации.

Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в обеспечении упрощения конструкции более точного регулирования газообмена между гермообъемом и внешней средой путем поддержания контролируемой и регулируемой заданной степени разгерметизации гермообъема за счет использования мембранных элементов с фиксированной величиной пористости и динамического изменения гидравлического сопротивления проточной части устройства и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном газообменом устройстве, содержащем металлический корпус и регулировочный орган, согласно изобретению металлический корпус выполнен в виде составного полого цилиндра, диаметр носовой части которого меньше диаметра торцевой части, регулировочный орган выполнен в виде пакета из заданного числа пористых мембранных элементов, каждый из которых установлен во внутренней полости торцевой части корпуса герметично посредством эластичных кольцевых уплотнений, размещенных между каждым мембранным элементом из такого расчета, чтобы суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема, мембранные элементы размещены с возможностью перемещения в полости торцевой части корпуса, пакет мембран поджат с торца прижимной гайкой посредством прижимных шайб, размещенных между прижимной гайкой и пакетом мембранных элементов, выполненных из пористого металла группы никеля или из неметалла, такого как керамика на основе оксидов металлов третьей группы периодической системы элементов, для фиксации устройства в рабочем положении снаружи носовой части цилиндрического корпуса за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается гайка для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема, носовая часть корпуса, в кольцевой выемке наружной поверхности которого имеется кольцевое эластичное уплотнение круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью носовой части корпуса, входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема с возможностью его открытия при достижении крайнего положения.

Предлагаемое устройство поясняется следующим образом.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого газообменного устройства, где:

1 - носовая цилиндрическая часть составного корпуса;

2 - накидная гайка;

3 - торцевая цилиндрическая часть составного корпуса;

4 - пакет пористых мембранных элементов;

5 - прижимная гайка;

6 - прижимная шайба;

7 - пакет эластичных кольцевых уплотнений пакета мембранных элементов;

8 - кольцевое эластичное уплотнение носовой части корпуса;

Корпус 1 устройства выполнен в виде составного полого цилиндра. Корпус 1 по длине имеет различные диаметры, диаметр носовой части которого меньше диаметра торцевой части.

Снаружи носовой части корпуса 1 за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается накидная гайка 2 для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема (на фиг.1 не показан).

Регулировочный орган выполнен в виде пакета 4 из заданного числа пористых мембранных элементов, каждый из которых установлен во внутренней полости торцевой части корпуса 3 герметично посредством эластичных кольцевых уплотнений 7, размещенных между каждым мембранным элементом из такого расчета, чтобы суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема, мембранные элементы пакета 4 размещены с возможностью перемещения в полости торцевой части корпуса 3, пакет 4 мембран поджат с торца прижимной гайкой 5 посредством прижимных шайб 6, размещенных между прижимной гайкой и пакетом мембранных элементов.

Мембранные элементы пакета 4 выполнены из пористого металла группы никеля, или из неметалла, такого как керамика на основе оксидов металлов третьей группы периодической системы элементов. Для фиксации устройства в рабочем положении снаружи носовой части корпуса 1 за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается гайка 2 для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема,

На наружной поверхности носовой 1 части корпуса выполнена кольцевая выемка, в которую установлено эластичное уплотнение 8 круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью этой части корпуса. Это обеспечивает герметизацию соединения предлагаемого устройства с внутренней полостью обратного клапана герметизированного объема.

Корпус 1 устройства носовой его частью входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема так, что позволяет открыть его без разгерметизации герметизированного объема при достижении крайнего положения за счет того, что длина носовой цилиндрической части корпуса выполнена равной глубине отверстия штуцера обратного клапана.

Сборка и монтаж устройства осуществляется в следующей последовательности. С торца корпуса 1 устанавливается (до соприкосновения с фланцем) гайка 2. В полость торцевой части 3 корпуса 1 вставляются последовательно эластичные уплотнения 7 и мембранные элементы 4, причем последний из эластичных кольцевых уплотнений устанавливается следом за последним мембранным элементом.

Пакеты мембранных элементов и кольцевых эластичных уплотнений с торца поджимаются прижимной гайкой 5 посредством прижимных шайб 6.

Носовая часть корпуса 1 с надетым эластичным уплотнением 8 вставляется в отверстие штуцера обратного клапана герметизированного объема. С помощью гайки 2 устройство окончательно монтируется на штуцер обратного клапана герметизированного объема.

Устройство работает следующим образом.

Для задействования предлагаемого устройства его устанавливают в полость штуцера обратного клапана (не показан) герметизированного объема. Дозированный газообмен герметизированного объема с внешней средой происходит естественным путем за счет градиентов парциальных и абсолютных давлений газа между герметизированным объемом и внешней средой. Перенос газа из герметизированного объема во внешнюю среду и (или) в обратном направлении осуществляется через пакет пористых мембранных элементов и отверстие в носовой части корпуса 1.

Как показали экспериментальные исследования предлагаемого устройства, данная конструкция позволяет максимально точно регулировать газообмен между герметизированным объемом и внешней средой. Результаты экспериментов сведены в таблицу 1.

Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность упрощения конструкции в части конструктивного исполнения регулировочного органа и более точного регулирования газообмена между герметизированным объемом и внешней средой, чем в прототипе, путем поддержания контролируемой и регулируемой заданной степени разгерметизации гермообъема за счет использования мембранных элементов с фиксированной величиной пористости и динамического изменения гидравлического сопротивления проточной части устройства и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа, а также восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.

Возможность промышленной реализации заявляемого устройства подтверждается следующими примерами конкретной реализации.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемое устройство реализовано на опытном образце, представленном на фиг.1.

Корпус 1 (сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72) устройства выполнен в виде составной (из носовой и торцевой частей) полой цилиндрической детали, имеющий по длине различные диаметры.

Во внутреннюю полость торцевой части цилиндрического корпуса 1 вмонтирован стационарно регулировочный орган, выполненный в виде пакета 4 из заданного числа пористых мембранных элементов (в условиях примера - 8 мембранных элементов, выполненных из пористого прессованного никеля марки ФНС-05 (пористостью 0,5 мкм) и вмонтированных сваркой в кольцевые обечайки из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72). Для герметизации зазоров между каждой из мембран и корпусом установлены эластичные (резина по ОСТ 95 1158-73) кольцевые уплотнения 7.

Количество мембранных элементов выбрано из такого расчета, чтобы суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема.

Пакет мембранных элементов 4 поджат с торца прижимной гайкой 5 посредством прижимных шайб 6, размещенных между прижимной гайкой и пакетом мембранных элементов, выполненных из пористого металла группы никеля.

Снаружи носовой части корпуса 1 за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается гайка 2 для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема (на фиг.1 не показан).

На наружной поверхности носовой 1 части корпуса выполнена кольцевая выемка, в которую установлено эластичное уплотнение 8 (кольцо резиновое 024 по ОСТ 95 1158-73) круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью этой части корпуса.

Корпус 1 устройства носовой его частью входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема так, что позволяет открыть его без разгерметизации герметизированного объема при достижении крайнего положения за счет того, что длина носовой цилиндрической части корпуса выполнена равной глубине отверстия штуцера обратного клапана.

Сборка и монтаж устройства осуществляется в следующей последовательности.

С торца корпуса 1 устанавливается (до соприкосновения с фланцем) гайка 2.

В полость торцевой части 3 корпуса 1 вставляются последовательно эластичные уплотнения 7 и мембранные элементы 4, причем последний из эластичных кольцевых уплотнений устанавливается следом за последним мембранным элементом.

Пакеты мембранных элементов и кольцевых эластичных уплотнений с торца поджимаются прижимной гайкой 5 посредством прижимных шайб 6.

Носовая часть корпуса 1 с надетым эластичным уплотнением 8 вставляется в отверстие штуцера обратного клапана герметизированного объема. С помощью гайки 2 устройство окончательно монтируется на штуцер обратного клапана герметизированного объема.

Пример 2. В условиях примера 1 выполнен данный пример, но в качестве материала мембранных элементов взята керамика на основе оксида алюминия, вмонтированная в обечайку из стали посредством клеевого соединения.

Результаты экспериментов сведены в табл.

Таблица
Примеры реализации Регулировоч-
ный орган
Степень разгерметизации Регулируемы параметры устройства Достигнутые результаты
1 2 3 4 5
Устройство прототипа Выполнен в виде штока, соединенного с дроссельным элементом Обеспечена возможность регулирования только в узком диапазоне величин, с резкой неконтролируемой потерей герметичности, которую лимитирует спецификой посадочного места дроссельного элемента Возможность регулирования только за счет изменения проходного сечения дросселя Необходимость использования при монтаже дополнительного переходного устройства и необходимость сложных механических манипуляций при эксплуатации известного устройства путем многократного подбора положения дроссельного элемента для обеспечения заданного газодинамического сопротивления
Устройство заявленное
Пример 1
Выполнен в виде пакета мембранных элементов, выполненных из пористых металлов или керамики Обеспечена возможность более точного регулирования в более широком диапазоне величин с незначительной и контролируемой потерей степени разгерметизации Возможность регулирования сопротивления потоку газа путем подбора необходимого количества мембранных элементов, типа пористого материала и величины пористости (пористость 0,5%) Отсутствует необходимость в дополнительном переходном устройстве, функцию которого воспринимает носовая цилиндрическая часть корпуса, упрощается эксплуатация за счет применения системы элементов динамического сопротивления потоку с однократно рассчитанными газодинамическими показателями

Газообменное устройство, содержащее металлический корпус и регулировочный орган, отличающееся тем, что металлический корпус выполнен в виде составного полого цилиндра, диаметр носовой части которого меньше диаметра торцевой части, регулировочный орган выполнен в виде пакета из заданного числа пористых мембранных элементов, каждый из которых установлен во внутренней полости торцевой части корпуса герметично посредством эластичных кольцевых уплотнений, размещенных между каждым мембранным элементом из такого расчета, чтобы суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема, мембранные элементы размещены с возможностью перемещения в полости торцевой части корпуса, пакет мембран поджат с торца прижимной гайкой посредством прижимных шайб, размещенных между прижимной гайкой и пакетом мембранных элементов, выполненных из пористого металла группы никеля, или из неметалла, такого, как керамика на основе оксидов металлов третьей группы Периодической системы элементов, для фиксации устройства в рабочем положении снаружи носовой части цилиндрического корпуса заодно целое с ним выполнен фланец, на который опирается гайка для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема, носовая часть корпуса, в кольцевой выемке наружной поверхности которого имеется кольцевое эластичное уплотнение круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью носовой части корпуса, входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема с возможностью его открытия при достижении крайнего положения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к клапанам осевого потока, применяемым в промышленной трубопроводной арматуре и предназначенным для регулирования и перекрытия рабочих сред, преимущественно жидкостных потоков, с большим давлением и с высокой температурой.

Изобретение относится к энергетической арматуре, в частности к регулирующим клапанам редукционно-охладительных устройств (РОУ), и предназначено для использования в системах дросселирования пара для технологических целей.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к дроссельным вставкам, и предназначено для регулирования расхода рабочей среды в трубопроводах, применяемых в ядерных энергетических установках, в паровых котлах тепловых электростанций и т.п.

Изобретение относится к конструкции энергетической трубопроводной арматуры, используемой в качестве запорного предохранительного органа в трубопроводах с жидкими средами, и предназначена для повышения безопасности эксплуатации действующих атомных электростанций с жидким теплоносителем.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно к дроссельным устройствам для срабатывания перепада давления, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС, а также в энергетическом, химическом, нефтяном, газовом машиностроении.

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным затворам, и предназначено для использования в энергетическом и нефтеперерабатывающем машиностроении.

Задвижка // 2253064
Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для защиты внутренних помещений реакторных оболочек АЭС, а также сооружений гражданской обороны от действия ударных волн.

Задвижка // 2253063
Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для защиты внутренних помещений реакторных оболочек АЭС, а также сооружений гражданской обороны от действия ударных волн и дефлаграционных взрывов.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к арматуростроению, а именно к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре, и может быть использовано в нефтегазодобывающей и других областях промышленности

Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам регулирования расхода рабочей среды в трубопроводе путем дросселирования потока среды, проходящего через дросселирующий элемент, создающий перепад давления между входом в устройство и выходом из него и пропускающее требуемый расход среды. Дроссельно-регулирующее устройство содержит корпус, в котором расположено седло с пересекающимися между собой под углом от 70 до 110 градусов каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла. Изобретение направлено на повышение коэффициента гидравлического сопротивления без снижения пропускной способности дроссельно-регулирующего устройства, снижение скорости протекания потока рабочей среды через каналы седла, что позволяет устранить процессы эрозии, кавитации, вибрации и перевести работу дроссельно-регулирующего устройства в область длительной устойчивой работы, а также расширить диапазон регулирования расхода рабочей среды. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Клапан регулирующий осесимметричный сильфонный с верхним разъемом для работы с агрессивными и радиоактивными средами при высоких параметрах. Клапан содержит цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, закрепленный посредством пилона на крышке верхнего разъема внутренний обтекатель, в полости которого размещен зубчато-реечный механизм, связанный с механизмом осевого перемещения разгруженного затвора, контактирующего с седлом, установленным в выходном патрубке, с седлом, снабженным рассекателем потока и выполненным с направляющим кольцевым выступом в зоне контакта с затвором. Затвор, перемещающийся над сепаратором седла и уплотненный в обтекателе посредством поршневых колец, обеспечивает непрерывный линейный или равнопроцентный прирост площади проходного сечения за счет отверстий, выполненных в сепараторе с переменным шагом. Седло жестко закреплено в выходном патрубке клапана или ввернуто посредством самоуплотняющейся конической резьбы и снабжено установленным внутри рассекателя потока и раструбом для ввода выровненного потока за пределы сварного шва приварки клапана к трубопроводу. Шток клапана содержит бурт, конструктивно выполненный заодно с телом штока, к которому одним концом приварен сильфонный узел, второй конец которого приварен к втулке, которая через напряженный многослойный торообразный уплотнительный элемент закреплена в крышке верхнего клапана регулирующего осесимметричного сильфонного с верхним разъемом, образуя герметичный замкнутый контур. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к регулирующей трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды. Регулирующий клапан содержит корпус с подводящим и отводящим патрубками и установленным внутри него запорным узлом, состоящим из двух коаксиальных полых цилиндров, в стенках которых выполнены преимущественно радиальные отверстия, а на внутренней и наружной поверхностях - опорная уплотнительная поверхность седла. За счет изменения проходного сечения отверстий происходит изменение проходного сечения всего запорного регулирующего органа. Регулирование расхода осуществляется за счет перемещения цилиндров друг относительно друга при помощи зубчатой реечной передачи, зубья которой установлены под углом к продольной оси клапана. Положение неподвижной части относительно подвижной части определяется по положению указателя положения. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей регулирующего клапана. 2 ил.

Изобретение относится к клапанному узлу (1), в особенности к редукционному клапанному узлу, содержащему первые рассеивающие средства (13) для рассеивания энергии, вторые рассеивающие средства (15) для рассеивания энергии и закрывающие средства (17) для открытия и закрытия клапана, причем геометрия отверстий (29) первых рассеивающих средств для рассеивания энергии и геометрия отверстий (37) вторых рассеивающих средств для рассеивания энергии выполнена такой, что независимо от открытого состояния клапанного узла перепад давления на первых и вторых рассеивающих средствах для рассеивания энергии оказывается лучше сбалансирован для обеспечения уменьшения эффекта кавитации на корпусе клапанного узла. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство для снижения давления текучей среды содержит несколько вставленных друг в друга цилиндров, образующих полую конструкцию, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, и множество каналов, проходящих между внутренней и наружной поверхностями через вставленные друг в друга цилиндры, причем по меньшей мере один цилиндр имеет первые проходы с формой поперечного сечения, по существу отличающейся от формы поперечного сечения вторых проходов во втором цилиндре, а по меньшей мере один первый проход имеет первый смоченный периметр, который больше второго смоченного периметра круглого прохода или прямоугольного прохода с такой же площадью поперечного сечения, как у указанного по меньшей мере одного первого прохода, причем указанный по меньшей мере один первый проход имеет по меньшей мере одно из следующего: прямоугольные стороны, многоугольную форму, форму полумесяца, форму звезды, треугольную форму, форму вогнутого треугольника, каплевидную форму, шестиугольную форму, двенадцатиугольную форму. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх