КОНДЕНСАТООТВОДЧИК ПЕЧЕНЕГОВА
PECHENEGOV STEAM TRAP

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано в различных областях техники.
Известны конденсатоотводчики в виде подпорных шайб [1]. Данные конденсатоотводчики составляют большое гидравлическое сопротивление потоку и по этой причине пропускают преимущественно конденсат и со значительно меньшим расходом пар. Они просты по устройству, но допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления на входе по отношению к номинальным их величинам.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком, закрепленным на рычаге, и запорным органом, содержащим конусное седло на стороне выхода клапанного отверстия, а также шаровой клапан и шток [2]. Данный конденсатоотводчик работает без пропуска пара при многократных увеличении или уменьшении расхода и давления конденсата по отношению к номинальным их величинам, и он дополнительно выполняет функцию обратного клапана. Недостатком его является то, что возможные коррозионные и иные повреждения закрытого поплавка приводят к прекращению функционирования устройства. Подвижный шток, механически не связанный с шаровым клапаном и рычагом, размещен в отверстии направляющей втулки, на торцовых сторонах которой в рабочем состоянии устройства имеется разность давлений рабочей среды. Последнее приводит к нерегулируемым перетокам рабочей среды через кольцевую щель, образованную штоком и стенкой отверстия в направляющей втулке, и возможным загрязнениям щели. Перетоки снижают эффективность работы конденсатоотводчика, а возможные загрязнения узкой кольцевой щели могут привести к "заклиниванию" штока, и по этой причине прекратится нормальная работа устройства.
Наиболее близким по технической, сущности к предлагаемому изобретению является конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа "перевернутый стакан", неподвижную опору, закрепленную на крышке, запорный орган, включающий седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, имеющим шарнирное соединение с рычагом, который имеет шарнирное соединение с поплавком на конце рычага [3], - прототип. Использование в известном устройстве открытого поплавка типа "перевернутый стакан" повышает надежность работы конденсатоотводчика по отношению к устройству [2] с закрытым поплавком, так как отпадает необходимость в обеспечении герметичности поплавка для сохранения работоспособности конденсатоотводчика. Недостатком известного устройства является то, что трудно обеспечить соосность клапанного отверстия запорного органа и клапана. В процессе работы конденсатоотводчика из-за износа подвижных элементов происходит смещение осей клапанного отверстия и клапана. В результате клапан не садится плотно на седло. Данное обстоятельство приводит к утрате рабочей функции запорного органа, и конденсатоотводчик вместе с конденсатом будет пропускать пар. При работе с загрязненным конденсатом часты случаи засорения запорного органа с клапанным отверстием малого диаметра. Другим крупным недостатком конденсатоотводчика является то, что необходимо выполнять поплавок тяжелым, а следовательно, металлоемким. Данный недостаток особенно проявляется при больших разностях давлений рабочей среды в корпусе конденсатоотводчика и за запорным органом. Клапан откроет клапанное отверстие для выпуска конденсата при условии, что вес поплавка достаточен для преодоления силы давления на клапан со стороны рабочей среды. Повышение веса поплавка приводит к необходимости увеличивать и его объем. Это требуется для обеспечения "плавучести" поплавка, чтобы он в состоянии был всплыть для закрытия запорного органа при поступлении через впускной патрубок пара. В результате поплавок приходится выполнять тяжелым, со значительным объемом, что приводит к большому весу и габаритам всего конденсатоотводчика. Данный недостаток проявляется тем в большей степени, чем выше давление рабочей среды в конденсатоотводчике.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности работы конденсатоотводчика.
Поставленная задача решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа "перевернутый стакан", неподвижную опору, закрепленную на крышке, запорный орган, включающий седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, имеющим шарнирное соединение с рычагом, который имеет шарнирное соединение с поплавком на конце рычага, запорный орган примыкает к выпускному патрубку, шарнирное соединение рычага со штоком расположено на конце рычага, противоположном другому концу рычага, имеющему шарнирное соединение с поплавком, седло и клапан размещены на выходе из клапанного отверстия, седло запорного органа выполнено конусным.
В отличие от известного устройства примыкание запорного органа к выпускному патрубку упрощает конструкцию, размещение шарнирного соединения рычага со штоком на конце рычага, противоположном другому концу рычага, имеющему шарнирное соединение с поплавком, за счет изменения кинематики и схемы действия сил в системе "поплавок-рычаг-шток клапана-неподвижная опора" позволяет значительно уменьшить вес и объем поплавка, а следовательно, снизить массогабаритные показатели и дополнительно упростить конструкцию конденсатоотводчика. Предлагаемое решение выводит вес поплавка из числа параметров, значимых для работы конденсатоотводчика. В отличие от прототипа, где равенство действующих на клапан силы веса поплавка и противоположно направленной силы давления рабочей среды является условием открытия клапаном клапанного отверстия для выпуска конденсата, в предлагаемом конденсатоотводчике данные силы действуют на клапан однонаправленно. Сила давления обычно велика, и, следовательно, поплавок может выполняться с минимально возможным из условий прочности весом.
Предлагаемое расположение шарнирных соединений рычага с сопрягаемыми элементами предопределяет размещение седла и клапана запорного органа на выходе из клапанного отверстия. При этом шток клапана располагается в клапанном отверстии.
Размещение седла и клапана на выходе из клапанного отверстия и выполнение седла запорного органа конусным обеспечивают следующие преимущества.
В процессе работы конденсатоотводчика осуществляется самоцентрирование клапана при его посадке на конусное седло. Клапан плотно прилегает к поверхности седла при любых возможных смещениях рычага, обусловленных неточностью изготовления или износом.
Вертикальные перемещения штока клапана в клапанном отверстии при работе конденсатоотводчика будут способствовать самоочистке запорного органа и исключат его засорение. Ширина кольцевой щели, образованной штоком и стенкой клапанного отверстия, превышает размер обычных для потока конденсата механических примесей. Это обстоятельство и большие скорости потока выпускаемой через клапанное отверстие среды также будут способствовать исключению засорения запорного органа.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Известны конденсатоотводчики с открытым, тонущим поплавком [1], выпускающие конденсат периодически. В них седло с клапаном размещены на стороне входа клапанного отверстия запорного органа, что приводит к необходимости выполнять поплавок громоздким. Размеры и металлоемкость данных известных конденсатоотводчиков особенно велики при больших давлениях на входе.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия".
На чертеже показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и торцом 3. Впускной патрубок 4 и выпускной патрубок 5 установлены на крышке 2. В корпусе 1 размещен открытый поплавок 6 типа "перевернутый стакан", который через проушину 7 шарнирно соединен с концом рычага 8. Другой конец рычага 8 шарнирно соединен с штоком 9 шарового клапана 10. Шток 9 размещен в клапанном отверстии 11. Неподвижной опорой рычага является проушина 12, которая закреплена на крышке 2 и выпускном патрубке 5. Конусное седло 13 запорного органа выполнено в гайке 14, которая имеет резьбовое соединение с выпускным патрубком 5. Поплавок 6 имеет отверстие 15 малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка. На впускном патрубке 4 закреплено направляющее кольцо 16, ограничивающее горизонтальные перемещения поплавка 6. Герметичность фланцевого соединения крышки 2 с корпусом 1 конденсатоотводчика обеспечивается наличием прокладки 17. На торце 3 установлена резьбовая пробка 18 для очистки от отложений и слива конденсата.
Конденсатоотводчик работает следующим образом. При пуске поплавок 6 находится в нижнем положении, а клапан 10 поднят над конусным седлом 13. При поступлении через входной патрубок 4 конденсата он беспрепятственно проходит через запорный орган в выпускной патрубок 5. Если через входной патрубок 4 будет поступать пар, то он, вытесняя из полости поплавка 6 конденсат, создает действующую на поплавок подъемную архимедову силу, которая через рычаг 8 и шток 9 опустит клапан 10 на конусное седло 13. Сила прижатия клапана 10 к седлу 13 не меньше противодействующей силы давления, действующей на клапан 10 со стороны полости корпуса 1. Доступ пара и конденсата в выпускной патрубок 5 при этом будет закрыт. По истечении некоторого времени пар, находящийся в полости поплавка 6, сконденсируется из-за теплопотерь через корпус 1. Накопившийся за это время в подводящих трубах и патрубке 4 конденсат снова заполнит полость поплавка 6. Поплавок при этом опустится, запорный орган откроется, произойдет выталкивание в выпускной патрубок 5 скопившихся под крышкой 2 инертных газов, и следом начнет выходить конденсат. Выпуск конденсата будет продолжаться до тех пор, пока очередная порция пара не приведет к подъему поплавка и закрытию запорного органа, после чего цикл снова повторяется.
При работе конденсатоотводчика внешняя по отношению к поплавку 6 полость корпуса 1 постоянно заполнена конденсатом, что полностью исключает проход пара к запорному органу и далее в выпускной патрубок 5.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;
- повышенная надежность работы за счет самоустановки клапана в седле запорного органа, обеспечивающей плотность контакта данных элементов;
- отсутствие влияния износа трущихся элементов на эффективность работы конденсатоотводчика;
- самоочистка при возможных засорениях клапанного отверстия запорного органа за счет вертикальных перемещений штока клапана в отверстии;
- конденсатоотводчик дополнительно выполняет функцию обратного клапана;
- имеет хорошую приспособляемость к динамическим условиям работы;
- не требует каких-либо специальных действий персонала при запуске в работу;
- имеет малые габариты и металлоемкость.
Например, вес предлагаемого конденсатоотводчика меньше на порядок величины по отношению к прототипу при равных с ним пропускных способностях по конденсату.
Источники информации
1. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. - М.: Энергия. 1971, с.63, 54.
2. Патент РФ 2137022, F16T 1/20, опубл. 1999.
3. Патент США 1839999, F16T 1/00, опубл. 1929.