Запорная арматура с автономной системой уплотнения
Владельцы патента RU 2500944:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) (RU)
Изобретение относится к элементам гидро(пневмо)автоматики и может быть использовано в гидро(пневмо) системах авиационной техники, технологических стендах, заправочных станциях трубопроводных магистралей и тепловых линий. Запорная арматура с автономной системой уплотнения состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, запорного органа, седла, термочувствительного элемента. Последний выполнен из материала, обладающего эффектом памяти формы. Устройство управления термочувствительным элементом выполнено автономно управляемым. При этом термочувствительный элемент выполнен в форме полого усеченного цилиндра. Торцевая сторона указанного цилиндра закреплена в седле, а вторая расположена с зазором относительно запорного органа. По периметру внутренней поверхности термочувствительного элемента в герметичном кожухе размещено устройство управления термочувствительным элементом. Указанное устройство, выполненное из элементов Пельтье, соединенных электрически последовательно. Технический результат - исключение возможности протечек в условиях высокой температуры и давления рабочей среды. 6 ил.
Изобретение относится к элементам гидро(пневмо)автоматики, и может быть использовано в гидро(пневмо) системах авиационной техники, технологических стендах, заправочных станциях трубопроводных магистралей и тепловых линий.
Известна задвижка [Авторское свидетельство РФ 2166684 С2, кл. F16K 31/143, 1997], в которой запорный орган выполнен в виде седла с затвором, расположенными между входным и выходным патрубками. Привод запорного органа выполнен в виде поршня. Надпоршневая и подпоршневая полости привода разделены от входной полости гидросопротивлениями и сообщены с выходной полостью через сопла с заслонками. Штоки заслонок расположены под действием рычага, выполненного в виде трубки с продольными щелями. В щелях помещен указатель положения затвора. Затвор подпружинен внутри обоймы.
Недостатком герметизации этой задвижки является то, что устройство поджатия постоянно зависит от давления рабочей среды.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является запорный клапан [Авторское свидетельство РФ 2200267 С2, кл. F16K 31/64, 2000], состоящий из входного и выходного патрубков, седла, запорного органа и золотника с устройством управления на основе термочувствительного элемента, который выполнен из материала, обладающим эффектом памяти формы (ЭПФ). Материал с ЭПФ при нагреве расширяется, при охлаждения сужается. Срабатывание запорного клапана управляется температурой жидкости, контактирующей с термочувствительным элементом.
Недостатком этого устройства является зависимость устройства управления запорным клапаном от температуры рабочей среды, что не позволяет управлять запорным клапаном внешне, от оператора, что ограничивает область применения такой запорной арматуры.
Кроме того, важный недостаток запорного устройства в плане герметизации заключается в том, что герметизация зависит от давления рабочей среды, и от допусков на контактирующие поверхности элементов запорного клапана, в том числе запорного органа и седла, запорного органа и корпуса клапана, отверстия запорного органа и золотника. Требования надежности заставляют изготавливать подобные устройства с повышенной степенью точности, что влияет на себестоимость изделия.
Технической задачей данного устройства является создание регулируемой запорной арматуры с автономной системой уплотнения, степень герметизации которой не зависит от параметров рабочей среды.
Технический результат достигается тем, что в запорной арматуре с автономной системой уплотнения, состоящей из корпуса с входным и выходным патрубками, запорного органа, седла, термочувствительного элемента, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы и, согласно заявляемому изобретению устройство управления термочувствительным элементом выполнено автономно управляемым, при этом термочувствительный элемент выполнен в форме полого усеченного цилиндра, торцевая сторона которого закреплена в седле, а вторая расположена с зазором относительно запорного органа, а по периметру наружной поверхности термочувствительного элемента в герметичном кожухе размещено устройство управления термочувствительным элементом, выполненное из элементов Пельтье, соединенных электрически последовательно.
Изобретение поясняется чертежами.
На ФИГ.1 показан внешний вид затвора.
На ФИГ.2 приведен продольный разрез запорной арматуры с автономной системой уплотнения.
На ФИГ.3 приведен продольный разрез непосредственно самой системы уплотнения.
На ФИГ.4 показан продольный разрез термочувствительного элемента из материала с ЭПФ, его расширенное (пунктиром) и сокращенное состояние при режимах «открыто» и «закрыто» соответственно.
На ФИГ.5 показан продольный разрез запорной арматуры при режиме «открыто».
На ФИГ.6 показан продольный разрез запорной арматуры при режиме «закрыто».
Запорная арматура состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками, запорного органа 2 - задвижки типа «клин» с возможностью движения вверх-вниз вдоль седла 3. Седло 3, выполненное в виде кольцеобразной втулки, прикреплено к внутренней стенке корпуса 1. Стальной вкладыш 4, выполненный в виде полого кольца, вставлен в корпус 1 с противоположной от седла 3 стороны запорного органа 2. В торце вкладыша 4, обращенном к запорному органу 2, выполнена кольцевая прорезь, в которую вставлен термочувствительный элемент 5 из материала ЭПФ и устройство управления, обеспечивающее нагрев и охлаждение термочувствительного элемента 5 в момент срабатывания запорной арматуры.
Одна из торцевых сторон термочувствительного элемента 5 примыкает к вкладышу 4, а противоположная сторона расположена с зазором относительно запорного органа 2. Так как запорный орган 2 имеет форму клина, термочувствительный элемент 5 выполнен в форме усеченного полого цилиндра, Устройство управления термочувствительным элементом 5 размещено в герметичном кожухе, который примыкает к внутренней поверхности полого цилиндра термочувствительного элемента 5. Герметичный кожух состоит из П-образных кожухов 6 и 7, теплоизолирующих колец 8 и 9. Кольца 8 и 9 из теплоизоляционного материала препятствуют прямому теплообмену между кожухом 6 и кожухом 7 и усиливают гидроизоляцию всей терморегулирующей системы. Терморегулирующая система состоит из наполнителя 10, двухкаскадного ряда элементов Пельтье 11, соединенных электрически последовательно. Элемент Пельтье представляет собой кремниевую прямоугольную пластину, обернутую в керамический каркас. Эффект Пельтье наблюдается при замыкании электрической цепи и заключается в том, что в зависимости от направления тока на одной поверхности пластины наблюдается повышение температуры, на другой стороне - понижение. Кольца 8 и 9 из теплоизоляционного материала препятствуют прямому теплообмену между горячей и холодной сторонами элементов Пельтье 11. Для увеличения разности температур на противоположных сторонах терморегулирующего элемента внутренняя сторона вкладыша 4 имеет гофрированную поверхность с целью интенсивного отвода тепла в рабочую среду. Для увеличения площади контакта элементов Пельтье с кожухом 6 и кожухом 7, во внутренний объем герметичного кожуха добавлен наполнитель 10 из материала с высоким коэффициентом теплопроводности,
Запорная арматура с автономной системой уплотнения работает следующим образом:
При закрытии запорный орган 2 опускается вниз и блокирует проход течению жидкости, после чего включаются элементы Пельтье 11, которые нагревают термочувствительный элемент 5 из материала с ЭПФ. В результате полый усеченный цилиндр термочувствительного элемента 5 расширяется в продольном направлении и прижимается с большим усилием к поверхности клина запорного органа 2, тем самым создавая герметизацию.
При открытии через элементы Пельтье 11 пропускается ток обратного направления. Элементы Пельтье 11 охлаждают термочувствительный элемент 5 из материала с ЭПФ. В результате полый усеченный цилиндр термочувствительного элемента 5 сокращается в продольном направлении, отходит от поверхности запорного органа 2, после чего запорный орган 2 поднимается.
Использование термочувствительного элемента с ЭПФ вокруг проходного отверстия и ряда элементов Пельтье, соединенных электрически последовательно, повышает эффективность герметизации независимо от диапазона температур и давления рабочей среды
Запорная арматура с автономной системой уплотнения, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, запорного органа, седла, термочувствительного элемента, выполненного из материала, обладающего эффектом памяти формы, и устройства управления термочувствительным элементом, отличающаяся тем, что устройство управления термочувствительным элементом выполнено автономно управляемым, при этом термочувствительный элемент выполнен в форме полого усеченного цилиндра, торцевая сторона которого закреплена в седле, а вторая расположена с зазором относительно запорного органа, а по периметру внутренней поверхности термочувствительного элемента в герметичном кожухе размещено устройство управления термочувствительным элементом, выполненное из элементов Пельтье, соединенных электрически последовательно.
