Термозапорный клапан



Термозапорный клапан
Термозапорный клапан

 


Владельцы патента RU 2473000:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в теплоэнергетике, трубостроении, химической промышленности, газо- и нефтепроводах. Термозапорный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган, седло и шток. Запорный орган выполнен в виде сферического сегмента из сплава с эффектом памяти формы. Корпус клапана со стороны, противоположной входному патрубку, снабжен винтовым механизмом. Последний состоит из штока с маховичком и золотника. Шток находится в резьбовом сопряжении с шестигранным золотником со сферической головкой. При этом золотник установлен с возможностью совершения поступательного перемещения и деформирования сферического сегмента при вращении маховика. Технический результат: упрощение конструкции с обеспечением надежного срабатывания на мгновенное (с хлопком) закрытие клапана при заданной температуре и возврата в исходное состояние при неограниченных размерах запорного органа. 4 ил.

 

Термозапорный клапан относится к трубопроводной арматуре и может быть использован в теплоэнергетике, трубостроении, химической промышленности, газо - и нефтепроводах.

Известен клапан с термочувствительным элементом (см. а.с. SU №1357649, кл. F16K 31/64, 1989 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, золотник, запорный орган, седло, термосиловой и термочувствительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы.

Недостатком этого клапана является сложность конструкции и низкая скорость захлопывания проходного отверстия клапана.

По технической сущности близким к предлагаемому решению является термоклапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган в виде сферического сегмента, выполненного из сплава с эффектом памяти формы, седло и шток (см. RU №2171937, МПК F16K 17/38, 2001 г. - прототип). Недостатком этого термоклапана является невозможность возвратить запорный элемент в исходное положение после срабатывания и установить необходимый зазор между сферой запорного органа (сферического сегмента) и седлом для установки клапана в рабочее положение. Такая возможность в данном клапане отсутствует. Используемые пружины решают эту проблему частично и при достаточно низком давлении рабочей жидкости (менее 0.5 атм.). Затруднителен прогиб запорного органа (сферического сегмента) нажатием рукой на головку штока до контакта с седлом для формирования сферы. Например, чтобы прогнуть запорный орган диаметром 20 мм зеркально исходной форме, потребуется усилие 18-22 кгс, а при диаметре 30 мм - 28-32 кгс и т.д. Отсутствует возможность дозированного (контролируемого) перемещения штока в обратном направлении для создания требуемого зазора (z) между куполом запорного органа и сферой седла. В данном клапане отсутствует возможность измерения хода штока и его фиксация в заданном положении бесконечной жесткости. Упругие винтовые пружины податливы при давлении рабочей среды, поэтому они не могут обеспечить надлежащую плотность контакта органа (сферического сегмента) с седлом клапана.

Техническая задача изобретения - упрощение конструкции с обеспечением надежного срабатывания на мгновенное (с хлопком) закрытие клапана при заданной температуре и возврата в исходное состояние при неограниченных размерах запорного органа. Она достигается тем, что запорный орган клапана, выполняющий одновременно функции термочувствительного и термосилового элементов, изготовлен из сплава с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента, а в корпусе имеется шток в виде винта, находящийся в сопряжении с резьбовым отверстием золотника со сферической головкой, выполняющего роль пуансона, который служит для изменения выпуклости сферы в прямом направлении для прогиба сферического сегмента (запорного органа) при комнатной температуре и в обратном на строго заданную величину (z) при установке клапана в рабочее положение после каждого срабатывания при заданной (критической) температуре рабочей среды.

В предлагаемый термозапорный клапан введен винтовой механизм, обеспечивающий осевое перемещение золотника со сферическим наконечником, который выполняет роль пуансона при вращении маховичка. В предлагаемой конструкции сферический сегмент (запорный орган), постоянно омываясь рабочей средой, является термочувствительным элементом, реагирующим на изменение температуры. При комнатной температуре (в мартснситном состоянии) сегмент деформируется (прогибается) зеркально исходной форме, а при нагреве до температуры, близкой к температуре окончания обратного мартенситного превращения (Af), сегмент теряет устойчивость и мгновенно скачком (с хлопком) подобно взрыву восстанавливает заданную форму, выполняя механическую работу. Обнаруженный эффект использован в данном клапане.

Для пояснения предлагаемого изобретения представлены чертежи.

На фиг.1 представлен общий вид термозапорного клапана в разрезе с положением клапана в начальной стадии действия.

На фиг.2а представлена конструкция термозапорного клапана в рабочей стадии, когда имеется прогиб в мартенсите зеркально исходной (заданной) форме.

На фиг.2в представлена конструкция термозапорного клапана в положении «открыто».

На фиг.2с представлена конструкция термозапорного клапана в положении «закрыто».

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 11 и выходным 9 патрубками, седла 12, запорного органа 2. В верхней части клапана установлены: золотник-пуансон 3, маховичок 7 с указателем поворота 8 по шкале круглого диска 5, манжеты 4, пружина сжатия 10, шток 6, уплотнительная прокладка 13.

Запорный орган 2 изготовлен из сплава с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента. Во время работы клапана запорный орган постоянно контактирует с рабочей средой. В данной конструкции клапана запорный орган (сферический сегмент) является термочувствительным и термосиловым элементом. В процессе нагрева рабочей среды до заданной температуры в материале сферического сегмента развиваются реактивные напряжения, которые достигают максимального значения при температуре, близкой к Af (температура окончания обратного мартепситного превращения). Здесь сферический сегмент теряет устойчивость и мгновенно (с хлопком) прощелкивает к исходной форме, выполняя механическую работу по закрытию проходного отверстия клапана.

Поскольку запорным органом является сферический сегмент с эффектом памяти формы, срабатывание клапана может выполняться только в интервале фазового перехода мартенсит-аустенит. Для этого запорный орган необходимо сдеформировать (прогнуть) в мартенситном состоянии зеркально исходной форме. Это начальное (необходимое) условие, чтобы затем при нагреве до критической температуры совершить работу с высокой скоростью (до 7 мкс) срабатывания клапана на закрытие прохода рабочей среды. Взрывной характер деформации сферического сегмента (запорного органа) обеспечивается при определенном соотношении геометрических размеров.

Клапан работает следующим образом.

Поворотом маховичка 7 золотник-пуансон 3 со сферическим наконечником перемещается вдоль оси клапана до контакта с поверхностью запорного органа 2 (сегмента с памятью формы). При дальнейшем перемещении золотника происходит прогиб сферического сегмента на величину ln=(fM+fA)-h зеркально исходной форме. Седло 12 формирует геометрически правильную сферическую форму сегмента. Это начальное (исходное) положение запорного органа. Проход жидкости или другой среды через клапан запрещен. Чтобы открыть проход среды через клапан, необходимо вращением маховичка (в обратную сторону) переместить шток-пуансон в осевом направлении для создания зазора (z) между куполом сегмента и впадиной седла (см. фиг 2в). В таком положении клапан открыт. Транспортируемая (рабочая) среда из патрубка 11 поступает в патрубок 9 и дальше в магистраль.

На фиг.2 представлены все положения запорного органа в созданном клапане. Начальное положение запорного органа показано на фиг.2а. Затем поворотом маховичка 7 шток 6 с резьбовым окончанием получает вращательное движение, способствуя золотнику шестигранной формы со сферическим наконечником перемещаться вдоль оси клапана до контакта с поверхностью запорного органа 2 (сегмента с памятью формы). При дальнейшем перемещении золотника происходит прогиб сферического сегмента на величину ln=(fM+fA)-h зеркально исходной форме, где fM - стрела подъема сегмента в мартенсите, fA - в аустените, h - толщина пластинки. Седло 12 формирует геометрически правильную сферическую форму сегмента (фиг.2а). Проход жидкости или другой среды через клапан запрещен. Чтобы открыть проход среды через клапан, необходимо вращением маховичка (в обратную сторону) переместить золотник-пуансон в осевом направлении для создания зазора (z≈lп) между куполом сегмента и впадиной седла (см. фиг.2в). В таком положении клапан открыт. Транспортируемая (рабочая) среда из патрубка 11 поступает в патрубок 9 и дальше в магистраль.

При повышении температуры рабочей среды до критического значения, близкого к Af (температура окончания обратного мартенситного превращения), развивающиеся в материале запорного органа реактивные напряжения достигают максимального значения, при котором сферический сегмент (запорный орган) проявляет взрывной характер памяти формы, скачком прижимаясь своими краями к уплотнительной прокладке 13 (фиг.2 с). Клапан в таком положении закрыт.

Таким образом, техническим результатом предложенного изобретения является упрощение конструкции с обеспечением надежного срабатывания на мгновенное (с хлопком) закрытие клапана при заданной температуре и возврата в исходное состояние при неограниченных размерах запорного органа, возможность дозированного (контролируемого) перемещения штока в обратном направлении для создания требуемого зазора (z) между куполом запорного органа и сферой седла. А также обеспечение надлежащей плотности контакта запорного органа (сферического сегмента) с седлом клапана.

Термозапорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, запорный орган в виде сферического сегмента, выполненного из сплава с эффектом памяти формы, седло и шток, отличающийся тем, что корпус клапана со стороны, противоположной входному патрубку, снабжен винтовым механизмом, состоящим из штока с маховичком и золотника, причем шток находится в резьбовом сопряжении с шестигранным золотником со сферической головкой, при этом золотник установлен с возможностью совершения поступательного перемещения и деформирования сферического сегмента при вращении маховика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования в системах регулирования расхода рабочей среды с переменной температурой в теплоэнергетике и машиностроении.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в нефте-, газо- и трубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности.

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для автоматического перекрытия проходного сечения трубопроводов, в частности газопроводов, в результате чрезмерного повышения температуры, например при пожарах.

Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к аварийным устройствам, служащим для перекрытия потока перекачиваемой среды в зону аварии для предотвращения усугубления аварии и дальнейшего ее развития вплоть до катастрофы, и может использоваться в первую очередь в системах обеспечения безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов для перекачки газа, нефти и продуктов ее переработки.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к предохранительным клапанам, и предназначено для предотвращения разрушения рабочих емкостей от избыточного давления.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к конструкции следящих устройств для управления энергетической установкой, и предназначено для использования в качестве устройств управления установок, имеющих теплонагруженные рабочие камеры.

Изобретение относится к отсечным противопожарным устройствам, чувствительным к повышению температуры и предназначенным для установки в трубопроводах с легковоспламеняющимися и другими огнеопасными средами.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для использования в системах автоматической аварийной отсечки каналов вентиляции промышленных помещений, через которые возможен выход в окружающую среду вредных продуктов взрывной аварии, в технологических установках и локализующих системах химической и атомной промышленности.

Изобретение относится к клапанам для сосудов высокого давления. Устройство содержит клапан, содержащий рычаг в первом положении, при котором клапан закрыт. Удлиненный элемент из сплава с эффектом памяти формы имеет первый конец, соединенный с рычагом. При этом элемент из сплава с эффектом памяти формы деформирован до первой длины. Причем подвергание по меньшей мере части элемента из сплава с эффектом памяти формы воздействию температуры при температуре его аустенитного превращения или с ее превышением вызывает укорачивание элемента из сплава с эффектом памяти формы до второй длины, меньшей первой длины. Указанное укорачивание заставляет первый конец элемента из сплава с эффектом памяти формы тянуть рычаг во второе положение, при котором клапан открыт. Смещающий элемент смещает рычаг в третье положение, при котором клапан открыт. Технический результат: повышение эффективности управления в сосудах высокого давления. 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с установленной в ней топливной форсункой, нагнетательную камеру переменного объема, ограниченную днищем поршня и головкой цилиндра, камеру сгорания, выполненную в поршне с горловиной и расположенный в головке цилиндра соосно с горловиной камеры сгорания управляемый шибер с размещенной в нем искровой свечой, разделяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания при движении поршня к верхней мертвой точке на ходе сжатия, а также расположенный в шибере соединительный канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке, в соответствии с изобретением на торце шибера, обращенном к горловине камеры сгорания, установлена перегородка, выполненная из материала, обладающего эффектом памяти формы, закрывающая в период пуска двигателя канал, соединяющий нагнетательную камеру и камеру сгорания. Изобретение обеспечивает повышение надежности пуска двигателя путем уменьшения площади охлаждения рабочего тела в период пуска. 3 ил.

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для защиты рабочих емкостей от избыточного давления при возникновении пожара, например для аварийного перекрытия систем трубопроводов. Пожарный клапан с входным и выходным отверстиями содержит установленные во внутренней полости корпуса перпендикулярно друг другу и взаимодействующие друг с другом подпружиненные запорный элемент и фиксатор, плавкую часть и отверстия для сброса газа. Клапан снабжен седлом с внутренним отверстием, сообщающимся с выходным отверстием клапана и установленным соосно с запорным элементом в виде поршня с отверстием. Седло выполнено в виде цилиндра переменного сечения с последовательным уменьшением диаметров в сторону запорного элемента. Фиксатор выполнен в виде цилиндра переменного сечения, один конец которого установлен в отверстии поршня, а другой конец выполнен в виде подпружиненного со стороны поршня диска, зафиксированного плавкой частью в виде диска. Обращенные друг к другу поверхности седла и поршня снабжены металлической режущей кромкой. Длина части фиксатора, взаимодействующая с поршнем, меньше высоты плавкой части. Отверстия для сброса газа расположены в плоскости, параллельной входному и выходному отверстиям. Изобретение направлено на повышение герметичности пожарного клапана. 4 ил.

В заявке описан предохранительный блок, предназначенной для добычи и транспорта ископаемого топлива арматуры, имеющий по меньшей мере два предохранительных клапана, которые гидравлически и/или пневматически соединены с по меньшей мере одним запорным механизмом арматуры и по меньшей мере один из которых выполнен переключающимся в зависимости от температуры, а по меньшей мере один другой из них выполнен переключающимся в зависимости от давления с тем, чтобы при изменении температуры до значения, находящегося вне пределов заданного интервала температур, и/или при изменении давления до значения, находящегося вне пределов заданного интервала давлений, инициировать аварийное перекрытие арматуры. Согласно изобретению предохранительный блок находится в физическом контакте с арматурой для возможности передачи на него тепла от нее и тем самым для предотвращения замерзания клапанов внутри него. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх