КОНДЕНСАТООТВОДЧИК
CONDENSATE TRAP

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано, в частности, для отделения жидкой фазы из газожидкостных систем.
Известны конденсатоотводчики в виде дроссельных шайб [1]. Достоинством их является простота устройства. Но они допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления на входе по отношению к номинальным их величинам, что ограничивает область применения данных конденсатоотводчиков.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком, рычагом и запорным органом, который содержит 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 на входе по отношению к номинальным их величинам. Недостатком его является то, что возможные коррозионные и иные повреждения закрытого поплавка приводят к прекращению функционирования устройства. При большой разности давлений на входе и выходе конденсатоотводчика поплавок имеет увеличенные размеры и вес, что приводит к громоздкости и повышенной металлоемкости всего устройства.
Известен также конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый стакан», запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и 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 и с неподвижной опорой, закрепленной на крышке [3]. 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. 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.
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», запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, имеющим шарнирное соединение через рычаг с поплавком, причем седло и клапан размещены на выходе из клапанного отверстия, а седло запорного органа выполнено конусным [4] - прототип. Достоинством конденсатоотводчика является повышенная надежность работы за счет самоустановки шарового клапана в седле запорного органа, что обеспечивает плотность контакта данных элементов, а также хорошая приспособляемость к динамическим условиям работы, малые габариты и металлоемкость.
Недостаток состоит в том, что конденсатоотводчик с поплавком определенного размера и веса способен эффективно работать в ограниченном допустимом диапазоне разностей давлений пропускаемого потока на входе и выходе устройства. Если эта разность давлений превысит верхнюю границу допустимого диапазона, то конденсатоотводчик вместе с конденсатом будет пропускать пролетный пар. Если же в процессе работы разность давлений потока на входе и выходе окажется меньше нижней границы допустимого диапазона, то конденсатоотводчик не будет пропускать конденсат. Данная разность давлений зависит, главным образом, от величины давления греющего пара в предвключенном теплообменном аппарате, которое в процессе управления работой аппарата может изменяться в больших пределах. К недостаткам следует отнести и то, что выходящая из впускного патрубка струя пароконденсатной смеси может оказывать динамическое воздействие на поплавок. В результате такого воздействия может происходить импульсное, кратковременное закрытие запорного органа, что приведет к перерывам в выпуске конденсата из конденсатоотводчика и ухудшению его работы.
Задачей настоящего изобретения является устранение влияния разности давлений пропускаемого потока на входе и выходе конденсатоотводчика на эффективность его функционирования, расширение интервала допускаемых рабочих давлений, устранение динамического воздействия потока, выходящего из впускного патрубка, на поплавок.
Поставленная задача решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый стакан», запорный орган, включающий клапан, а также клапанное отверстие и шарнирно соединенный с поплавком шток клапана, клапан выполнен в виде вертикальной цилиндрической трубки, на стенке которой выполнено одно или несколько клапанных отверстий, клапан установлен с зазорами в отверстиях в стенке кармана, соединенного открытой стороной с выпускным патрубком, шток клапана выполнен в виде пластины, верхний конец которой расположен в цилиндрической трубке, внизу пластина имеет выборку в виде сквозного паза, на верхнем и нижнем концах цилиндрической трубки в диаметральном направлении закреплены проволочные штифты, причем нижний штифт проходит через паз штока клапана, на выходе из впускного патрубка установлен соединенный с ним отбойник, вертикальный цилиндрический корпус имеет внутренние ограничительные выступы.
В отличие от известного устройства исполнение клапана в виде вертикальной цилиндрической трубки, на стенке которой имеется одно или несколько клапанных отверстий, размещение клапана с зазорами в отверстиях в стенке кармана, соединенного открытой стороной с выпускным патрубком позволяет разгрузить клапан от силового воздействия разности давлений потока на входе и выходе запорного органа. Это обеспечивает одинаковые условия работы запорного органа при любых величинах разности давлений потока. Предлагаемое решение выводит разность давлений из числа параметров, влияющих на вес и размеры поплавка, обеспечивает эффективную работу конденсатоотводчика в широком интервале рабочих давлений, верхняя граница которого определяется механической прочностью корпуса конденсатоотводчика.
Выполнение штока клапана в виде пластины, верхний конец которой расположен в цилиндрической трубке, и наличие на пластине выборки в виде сквозного паза, а также наличие на верхнем и нижнем концах цилиндрической трубки расположенных в диаметральном направлении и соединенных с цилиндрической трубкой проволочных штифтов, из которых нижний проходит через паз штока клапана, создают благоприятные условия для перемещения клапана - цилиндрической трубки в вертикальном направлении без перекосов и заеданий. При движении штока клапана вверх, он упирается в верхний штифт и через него передает тянущее усилие на цилиндрическую трубку. Приложение силы к верхнему концу цилиндрической трубки способствует хорошему самоцентрированию ее в отверстиях в стенке кармана и тем самым минимизирует силу трения, противодействующую движению цилиндрической трубки вверх. При движении штока клапана вниз верхняя кромка выполненного в нем паза входит в соприкосновение с нижним штифтом и через него тянущее усилие от штока передается на цилиндрическую трубку. В этом случае тянущая сила прикладывается к нижнему концу цилиндрической трубки, что опять-таки способствует хорошему самоцентрированию ее в отверстиях в стенке кармана и уменьшает сопротивление движению цилиндрической трубки вниз.
Дополнительно установленный на выходе из впускного патрубка и соединенный с ним отбойник защищает поплавок от динамического воздействия входящего пароконденсатного потока. Тем самым устраняются нерегламентированные закрытия запорного органа и в целом повышается эффективность работы конденсатоотводчика.
Наличие ограничительных выступов в вертикальном цилиндрическом корпусе минимизирует горизонтальные перемещения поплавка, что способствует снижению скорости износа шарнирного соединения поплавка с штоком клапана и элементов запорного органа.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Известные конденсатоотводчики [1, 2, 3] работают в ограниченных интервалах давления входящих потоков конденсата и не являются универсальными по данному параметру.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».
На фиг.1 показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2. Впускной патрубок 3 размещен в торце корпуса 1, а выпускной патрубок 4 проходит через крышку 2. В корпусе 1 размещен открытый поплавок 5 типа «перевернутый стакан», который через проушину 6 шарнирно соединен с нижним концом пластины 7, являющейся штоком клапана 8. Верхний конец пластины 7 расположен в клапане 8, выполненном в виде вертикальной цилиндрической трубки, стенка которой имеет одно или несколько клапанных отверстий 9. Клапан 8 размещен с зазорами в отверстиях в стенке кармана 10, который открытой стороной соединен с выпускным патрубком 4. На верхнем и нижнем концах вертикальной цилиндрической трубки 8 имеются проволочные штифты 11 и 12. Нижний штифт 12 проходит через сквозной паз 13, выполненный в пластине 7. На выходе впускного патрубка 3 установлен соединенный с ним отбойник 14. На внутренней поверхности стенки вертикального цилиндрического корпуса 1 имеются ограничительные выступы 15 и 16. На торце корпуса 1 имеется резьбовая пробка 17 для очистки от отложений и слива конденсата. Поплавок 5 имеет отверстие 18 малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка.
Конденсатоотводчик работает следующим образом.
При пуске в работу поплавок 5 и клапан 8 находятся в нижнем положении. Поступающий через впускной патрубок 3 конденсат заполняет вертикальный цилиндрический корпус 1 и полость поплавка 5, вытесняя воздух через отверстие 18 в поплавке 5, отверстия 9 в цилиндрической трубке 8 и затем через полость кармана 10 в выпускной патрубок 4. При подъеме уровня конденсата, он заполняет внутреннее пространство цилиндрической трубки 8, проходит через отверстия 9 в карман 10 и далее через выпускной патрубок 4 выходит из конденсатоотводчика. Если через впускной патрубок 3 будет поступать пар, то он, накапливаясь в полости поплавка 5, вытесняет из нее конденсат. При этом создается подъемная архимедова сила, действующая на поплавок 5. Поплавок 5 под действием этой силы вместе с пластиной 7 перемещаются вверх. При ходе вверх пластина 7 соприкасается с верхним штифтом 11, соединенным с цилиндрической трубкой 8, и, упираясь в штифт 11, перемещает трубку 8 вверх. Клапанные отверстия 9 при движении цилиндрической трубки 8 вверх оказываются выше полости кармана 10 и проход конденсата в выпускной патрубок 4 прерывается. Запорный орган конденсатоотводчика оказывается в положении «закрыто» и пролетный пар не пропускается. По истечении некоторого времени, за счет передачи теплоты через стенку вертикального цилиндрического корпуса 1 в окружающую среду пар в полости поплавка 5 конденсируется, полость заполняется конденсатом. Действующая на поплавок 5 подъемная архимедова сила становится ничтожно малой и под действием собственного веса поплавок 5 вместе с пластиной 7 перемещаются вниз. При движении вниз пластина 7 соприкасается верхней кромкой паза 13 с нижним штифтом 12, соединенным с цилиндрической трубкой 8, и через штифт 12 тянет за собой трубку 8, которая в данном случае следует за движением поплавка 5 вниз. Клапанные отверстия 9 вновь оказываются в полости кармана 10 и запорный орган принимает положение «открыто». Конденсатоотводчик при этом пропускает поступающий конденсат.
Таким образом, при поступлении конденсата без пара работа конденсатоотводчика осуществляется в режиме непрерывного пропуска конденсата, а при наличии в поступающем потоке включений пара пропуск конденсата производится порционно.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- конденсатоотводчик устойчиво и эффективно работает в условиях весьма значительных колебаний давления поступающего потока и разности давлений пропускаемого конденсата на входе и выходе устройства;
- прямое соединение штока клапана с поплавком, без использования рычажного перехода, упрощает конструкцию, уменьшает габариты конденсатоотводчика, обеспечивает большую его надежность;
- устранено динамическое воздействие на поплавок струи поступающей в конденсатоотводчик среды, что способствует равномерному выпуску конденсата и меньшему износу подвижных элементов;
- конструкция проста, имеет малое количество подвижных элементов и только одно шарнирное соединение;
- конденсатоотводчик технологичен в изготовлении, удобен в обслуживании и ремонте.
Источники информации
1. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. - М.: Энергия. 1971. с.63, 54.
2. Патент на изобретение RU №2137022 С, М.кл. F16T 1/20 от 22.01.1998. Опубл. 10.09.1999, бюл. №25.
3. Патент США №1839999 А. М.кл. F16T 1/00 от 1929 г.
4. Патент на изобретение RU №2387918 C2, МПК F16T 1/30 от 20.07.2006. Опубл. 27.01.2008, бюл. №12.