Привод автоматического запорного клапана

Привод автоматического запорного клапана.
Автоматический запорный клапан (далее клапан ПЗКА) является частью блока газооборудования автоматического (далее БГА), предназначенного для прекращения подачи природного газа в качестве топлива к горелке парового или водогрейного котлов средней или большой производительности.
Клапан ПЗКА относится к исполнительным устройствам технологических защит котлов. Привод клапана ПЗКА предназначен для приведения в действие запорного органа клапана ПЗКА и обеспечивает закрытие клапана за время - не более 1 с. и открытие клапана за время - не более 2,8 с.
Известен привод автоматического запорного клапана (далее привод клапана ПЗКА) (RU 137759 U1), принятый в качестве прототипа для предлагаемой полезной модели. Известный привод клапана ПЗКА закреплен на крышке корпуса клапана. На основании привода закреплена опора и магнитный пускатель. В опоре с возможностью вращения закреплены основной рычаг и вспомогательный рычаг. Вспомогательный рычаг является связующим звеном между основным рычагом и рычагом исполнительного механизма. Основной рычаг в средней части соединен первой серьгой со штоком клапана. На одном конце основной рычаг имеет ось, с помощью которой основной рычаг и вспомогательный рычаг закреплены в опоре, и прямоугольную пластину для закрепления на ней электромагнита. На этом же конце основного рычага закреплен блок концевых выключателей, предназначенный для внешней сигнализации для управления электрооборудованием привода. На другом конце основного рычага закреплен с возможностью вращения фиксатор с гнездом. Палец фиксатора закреплен на конце вспомогательного рычага. Фиксатор шарнирно соединен со второй серьгой, которая в свою очередь шарнирно соединена со штоком, соединенным с якорем электромагнита. При рабочем ходе электромагнита фиксатор поворачивается на угол 90°. Обратный поворот фиксатора обеспечивается пружиной, расположенной на штоке. Известный привод содержит блок форсировки, который формирует стартовый (кратковременный режим) и удерживающий (длительный режим) токи электромагнита. Недостатком является то, что в качестве блока концевых выключателей используется электромеханическое устройство, имеющее значительные размеры. К тому же для работы электромеханического блока концевых выключателей привод клапана ПЗКА содержит два дополнительных рычага, один из которых закреплен на опоре, а другой на оси блока концевых выключателей. Наличие такого количества взаимодействующих между собой рычагов и наличие зазоров между рычагами, приводит к необходимости постоянной настройки блока концевых выключателей.
Для устранения недостатка прототипа предложено заменить электромеханический блок концевых выключателей на два индуктивных бесконтактных датчика крайних положений запорного органа, для работы которых на штоке запорного органа закреплен объект воздействия из металла, например металлический диск. Установка индуктивных бесконтактных датчиков позволило исключить из состава привода дополнительные рычаги, необходимые для работы электромеханического блока концевых выключателей, а расположение индуктивных бесконтактных датчиков рядом со штоком запорного органа позволило уменьшить время и увеличить точность определения положения запорного органа.
Технический результат достигается тем, что привод автоматического запорного клапана содержит опору, закрепленную на основании, основной рычаг и вспомогательный рычаг, закрепленные в опоре с возможностью вращения, электромагнит, закрепленный на одном конце основного рычага, фиксатор, закрепленный с возможностью вращения на другом конце основного рычага, первую серьгу, шарнирно соединенную с основным рычагом и предназначенную для воздействия привода на шток запорного органа автоматического запорного клапана, палец фиксатора, закрепленный на конце вспомогательного рычага, пружину, магнитный пускатель, блок форсировки, поворотный исполнительный механизм, рычаг которого имеет возможность воздействовать на вспомогательный рычаг и индуктивные бесконтактные датчики крайних положений запорного органа автоматического запорного клапана. При этом якорь электромагнита воздействует на фиксатор через вторую серьгу, а на штоке запорного органа закреплен объект воздействия на индуктивные бесконтактные датчики крайних положений.
Согласно «Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности "Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления"» N542 от 15 ноября 2013 г.перед каждой горелкой котла необходима установка двух ПЗКА - предохранительных запорных клапанов. Наличие двух клапанов ПЗКА в БГА приводит к значительным размерам самого БГА, что не всегда удобно при монтаже. Для уменьшения габаритных размеров БГА предложено объединить запорные органы первого и второго клапанов ПЗКА в одном общем корпусе. На крышке общего корпуса предстояло установить два идентичных привода первого и второго клапанов ПЗКА, что потребовало уменьшения габаритных размеров привода клапана ПЗКА. Замена электромеханического блока концевых выключателей на два индуктивных бесконтактных датчика позволило значительно уменьшить габаритные размеры привода клапана ПЗКА.
Конструктивное выполнение блока газооборудования автоматического, в состав которого входят два клапана ПЗКА, и конструктивное выполнение привода клапана ПЗКА поясняется следующими чертежами, где:
фиг. 1 - первый вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид спереди);
фиг. 2 - показан первый вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид сбоку);
фиг. 3 - блок газооборудования автоматический с первым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид спереди);
фиг. 4 - блок газооборудования автоматический с первым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид сверху);
фиг. 5 - соединитель для блока газооборудования автоматического с первым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид спереди);
фиг. 6 - соединитель для блока газооборудования автоматического с первым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид сбоку);
фиг. 7 - второй вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид спереди);
фиг. 8 - второй вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид сбоку);
фиг. 9 - блок газооборудования автоматический со вторым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид спереди);
фиг. 10 - блок газооборудования автоматический со вторым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе (вид сбоку);
фиг. 11 - привод первого клапана ПЗКА и привод второго клапана ПЗКА (вид спереди);
фиг. 12 - привод первого клапана ПЗКА и привод второго клапана ПЗКА (сечение А-А);
фиг. 13 - привод клапана ПЗКА (сечение Б-Б);
фиг. 14 - датчик крайних положений запорного органа клапана ПЗКА и шток запорного органа с диском;
фиг. 15 - пружина в корпусе (вырез А);
фиг. 16 - схема электрическая принципиальная привода клапана ПЗКА.
БГА и привод клапана ПЗКА на фигурах показаны без электрических кабелей.
БГА содержит расположенные последовательно на основном газопроводе первый клапан ПЗКА и второй клапан ПЗКА.
На фиг. 1-2 показан первый вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе, где: 1 - запорный орган первого клапана ПЗКА; 2 - запорный орган второго клапана ПЗКА; 3 - корпус; 4 - впускной патрубок; 5 - выпускной патрубок; 6 - патрубок для соединения с газопроводом опрессовки; 7 - патрубок для соединения с соединителем; 8 - первая полость корпуса; 9 - вторая полость корпуса; 10 - промежуточная камера корпуса; 11 - нижняя крышка корпуса; 12 - верхняя крышка корпуса; 13 - шток первого клапана ПЗКА; 14 - шток второго клапана ПЗКА; 15 - кожух приводов первого и второго клапанов ПЗКА.
Запорные органы 1 и 2 клапанов ПЗКА расположены в одном корпусе
3. Общий для первого и второго клапанов корпус 3 имеет: впускной патрубок 4, выпускной патрубок 5, патрубок 6 для соединения с газопроводом опрессовки, патрубок 7 для соединения с соединителем. Внутреннее пространство корпуса 3 разделено запорными органами 1 и 2 клапанов ПЗКА на первую полость 8, соединенную с впускным патрубком
4, вторую полость 9, соединенную с выпускным патрубком 5, и промежуточную камеру 10, отделенную (в статическом состоянии при обесточенных приводах клапанов ПЗКА) от указанных полостей запорными органами первого и второго клапанов ПЗКА. Патрубок 6 для соединения с газопроводом опрессовки соединен с впускным патрубком 4, а патрубок 7 для соединения с соединителем соединен с промежуточной камерой 10. Снизу и сверху корпус 3 закрыт нижней крышкой (крышками) 11 и верхней крышкой (крышками) 12. На верхней крышке (крышках) 12 расположены идентичные друг другу электромеханические привода первого клапана ПЗКА и второго клапана ПЗКА. Привод первого клапана ПЗКА воздействует на запорный орган первого ПЗКА через шток 13, а привод второго клапана ПЗКА воздействует на запорный орган второго клапана ПЗКА через шток 14. Оба привода защищены одним общим кожухом 15. Расположение первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе позволяет значительно уменьшить размеры БГА.
На фиг. 3-4 показан БГА с первым вариантом выполнения первого и второго клапанов ПЗКА.
БГА содержит: первый и второй клапаны ПЗКА; 16 - газопровод опрессовки; 17 - клапан опрессовки; 18 - дроссель; 19 - соединитель; 20 - газопровод безопасности; 21 - газопровод подвода газа к запальной горелке; 22 - запорно-разделительное устройство для контрольно-измерительных приборов (далее устройство КМ); 23 - клапан безопасности; 24 - клапан запальной горелки.
Для клапана опрессовки взят нормально-закрытый запорный электромагнитный клапан. Для клапана безопасности взят нормально-открытый запорный электромагнитный клапан. Для клапана запальной горелки взят нормально-закрытый запорный электромагнитный клапан.
На газопроводе 16 опрессовки расположены последовательно клапан 17 опрессовки и дроссель 18. Газопровод 16 опрессовки расположен параллельно первому клапану ПЗКА. Для этого газопровод 16 опрессовки соединен с впускным патрубком 4 через патрубок 6 и соединен с промежуточной камерой 10 через патрубок 7 и соединитель 19. Конструктив соединителя 19 для БГА, в котором первый и второй клапаны ПЗКА выполнены по первому варианту, показан на фиг. 5-6. Соединитель 19 предназначен для соединения газопровода 16 опрессовки, газопровода 20 безопасности, газопровода 21 подвода газа к запальной горелке, промежуточной камеры корпуса 3 и устройства КМ 22. На газопроводе 20 безопасности расположен клапан 23 безопасности. На газопроводе 21 подвода газа к запальной горелке расположен клапан 24 запальной горелки. БГА работает следующим образом.
При первоначальном и повторных розжигах горелки должна быть проведена опрессовка. Управление опрессовкой производится клапаном 17 опрессовки, обеспечивающим пропуск газа в промежуточную камеру 10 при закрытых клапанах ПЗКА, и клапаном 23 безопасности, обеспечивающим выход газа из промежуточной камеры 10 в атмосферу. Метод опрессовки основан на сравнении утечки газа через запорную арматуру блока с утечкой через дроссель 18. Утечка оценивается по динамике изменения давления в промежуточной камере 10. Значение давления в промежуточной камере 10, измеренное аналоговым датчиком давления, установленным на устройстве КМ 22, поступает на соответствующий вход контроллера управления.
Перед началом опрессовки первый и второй клапаны ПЗКА, клапан 17 опрессовки и клапан 24 запальной горелки закрыты, а клапан 23 безопасности открыт.
Этапы опрессовки: 1. Закрывают клапан 23 безопасности, создают перед блоком давление природного газа, равное рабочему давлению, и наблюдают отсутствие давления в промежуточной камере 10 в течении 3 с. Присутствие давления свидетельствует о том, что первый клапан ПЗКА не плотен и, следовательно, опрессовку прекращают.
При отсутствии давления в промежуточной камере 10 переходят ко второму этапу.
2. Открывают клапан 17 опрессовки. Если давление опрессовки достигло максимального значения ранее 3 с., это свидетельствует о том, что первый клапан ПЗКА не плотен и, следовательно, опрессовку прекращают.
Если же в течение 10 с.давление опрессовки не достигло необходимого минимального давления, это свидетельствует о том, что второй клапан ПЗКА или клапан 23 безопасности или клапан 24 запальной горелки не плотен и, следовательно, опрессовку прекращают.
При достижении в течение 30 с необходимого максимального давления опрессовки (что свидетельствует о герметичности арматуры блока) опрессовку заканчивают и приступают к розжигу горелки.
Перед розжигом горелки арматура БГА должна находиться в следующем состоянии:
- клапан 23 безопасности на газопроводе 20 безопасности должен находиться в открытом положении;
- клапан 17 опрессовки на газопроводе 16 опрессовки должен находиться в закрытом положении;
- первый и второй клапаны ПЗКА на основном газопроводе должны находиться в закрытом положении;
- воздушный шибер перед горелкой должен находиться в положении, соответствующем режиму минимальной тепловой мощности горелки;
- поворотный регулирующий затвор, расположенный на основном газопроводе между вторым клапаном ПЗКА и горелкой, должен находиться в положении, соответствующем режиму минимальной тепловой мощности горелки;
- клапан 24 запальной горелки на газопроводе подачи газа к запальной горелке должен находиться в закрытом положении.
Розжиг горелки осуществляют в следующем порядке:
- Производят розжиг запальной горелки. Для этого закрывают клапан 23 безопасности, открывают первый клапан ПЗКА и клапан 24 запальной горелки, подают напряжение на устройство для электророзжига, искрой которого разжигают запальную горелку.
- После получения сигнала от ионизационного датчика о наличии факела на запальной горелке открывают второй клапан ПЗКА. Подача газа на горелку происходит через регулирующий затвор, находящийся в положении, соответствующем минимальному расходу газа, а подача воздуха на горелку происходит через воздушный шибер, находящийся в положении, соответствующем минимальному расходу воздуха. Факел горелки разжигают факелом запальной горелки.
- После получения сигнала от ионизационного датчика, контролирующего наличие основного факела на горелке прекращают подачу газа к запальной горелке. Для этого закрывают клапан 24 запальной горелки;
На этом процесс розжига горелки заканчивается.
Если датчик горелки покажет отсутствие факела, первый и второй клапана ПЗКА закроются, тем самым будет прекращена подача газа на горелку, а клапан 23 безопасности откроется.
Следует отметить, что возможны и другие варианты выполнения корпуса и, следовательно, другие варианты выполнения запорных органов (движущихся деталей) клапанов, вариантов, направленных на размещение запорных органов первого и второго клапанов ПЗКА в одном общем корпусе и наличие промежуточной камеры между ними. Для иллюстрации таких выполнений на фиг. 7-8 представлен второй вариант выполнения первого и второго клапанов ПЗКА в одном корпусе. На фиг. 9-10 показан БГА со вторым вариантом выполнения клапанов ПЗКА в одном корпусе.
Привод клапана ПЗКА содержит (фиг. 11-13): 25 - основание; 26 - опору; 27 - датчик крайних положений запорного органа; 28 - объект воздействия на датчик крайних положений запорного органа; 29 - основной рычаг; 30 - вспомогательный рычаг; 31 - пластину; 32 - электромагнит; 33 - первую серьгу; 34 - фиксатор; 35 - палец фиксатора; 36 - вторую серьгу; 37 - якорь электромагнита; 38 - пружину; 39 - корпус пружины; 40 - направляющий стержень; 41 - гайку; 42 - блок форсировки; 43 - рычаг исполнительного механизма; 44 - исполнительный механизм поворотный; 45 - палец; 46 - электромагнитный пускатель; 47 - проходную мини-клемму; 48 - клеммник.
Привод клапана ПЗКА содержит закрепленную на основании 25 опору 26. Два индуктивных бесконтактных датчика 27 предназначены для внешней сигнализации и управления электрооборудованием привода. Индуктивные бесконтактные датчики 27 расположены на уголке, закрепленном на основании 25 вблизи штока 14 запорного органа. Для работы индуктивных бесконтактных датчиков на штоке закреплен объект 28 воздействия на индуктивный бесконтактный датчик, например металлический диск (фиг. 14). Основной рычаг 29 и вспомогательный рычаг 30 закреплены в опоре 26 с возможностью вращения. Для этого основной рычаг имеет на одном из своих концов ось (на рисунках не показанную). На этом же конце основной рычаг 29 имеет приваренную к нему прямоугольную пластину 31, предназначенную для закрепления на ней электромагнита 32. Основной рычаг 29 в средней части шарнирно соединен с первой серьгой (серьгами) 33, предназначенными для соединения со штоком 14 клапана. На другом конце основного рычага 29 закреплен с возможностью вращения фиксатор 34 с гнездом. Палец 35 фиксатора закреплен с возможностью вращения на одном из концов вспомогательного рычага 30, свободном от крепления в опоре 26. Фиксатор 34 шарнирно соединен со второй серьгой 36, которая в свою очередь шарнирно соединена с якорем 37 электромагнита 32. Электромагнит 32 предназначен для работы фиксатора 34. При рабочем ходе электромагнита 32 фиксатор 34 поворачивается на угол 90°. Электромагнит имеет в своей конструкции короткозамкнутый виток, предназначенный для увеличения времени отпадания якоря при снятии напряжения и для уменьшения чувствительности электромагнита к кратковременным просадкам напряжения.
Обратный ход якоря 37 и, следовательно, обратный поворот фиксатора 34 обеспечивает пружина 38 (фиг. 15). Пружина 38 расположена на направляющем стержне 40, имеющем первый упор для пружины. Направляющий стержень 40 расположен соосно якорю 37 и жестко соединен с ним. Направляющий стержень 40 и пружина 38 расположены в корпусе 39 пружины. Корпус 39 пружины и электромагнит 32 закреплены с разных сторон пластины 31. На внутренней поверхности корпуса 39 пружины имеется резьба, предназначенная для вкручивания в корпус 39 гайки 41 с внешней резьбой. Гайка 41 выполняет функцию второго упора для пружины 38 и может быть использована для изменения степени сжатия пружины 38. На пластине 31 также закреплен уголок для расположения на нем блока 42 форсировки. Блок форсировки 42 формирует стартовый (кратковременный режим) и удерживающий (длительный режим) токи электромагнита. Стартовый ток значительно превышает ток, необходимый для удержания якоря электромагнита. Вспомогательный рычаг 30 является связующим звеном между основным рычагом 29 и рычагом 43 поворотного исполнительного механизма 44. Рычаг 43 исполнительного механизма имеет возможность воздействовать на вспомогательный рычаг 30. Для этого на конце рычага 43 исполнительного механизма закреплен палец 45, второй конец которого расположен в прорези вспомогательного рычага 30.
Магнитный пускатель 46 предназначен для управления исполнительным механизмом 44 и электромагнитом 32.
Для описания работы привода клапана ПЗКА представлена схема электрическая принципиальная (фиг. 16), на которой представлены: проходная мини-клемма (XT), первый индуктивный бесконтактный датчик (А1-3) и второй индуктивный бесконтактный датчик (А1-4), магнитный пускатель (КМ1), электромагнит (YA1), блок форсировки (А1-2), поворотный исполнительный механизм (А1-1).
Работа привода клапана ПЗКА осуществляется в следующем порядке:
- в исходном положении, при котором клапан закрыт, подают напряжение 220 В на третий контакт проходной мини-клеммы. Рычаг 43 исполнительного механизма устанавливается в исходное положение, при котором палец 35 находится в гнезде фиксатора 34;
- после подачи напряжения 220 В на пятый контакт проходной мини-клеммы срабатывает магнитный пускатель КМ1, включающий электромагнит YA1 через его блок форсировки А1-2. Якорь 37 электромагнита 32 увлекает за собой вторую серьгу 36. Пружина 38 сжимается. Фиксатор 34 поворачивается на угол 90° и тем самым закрывает палец 35 в гнезде фиксатора и, следовательно, соединяет между собой основной рычаг 29 и вспомогательный рычаг 30. Рычаг 43 исполнительного механизма начинает подниматься, увлекая за собой вспомогательный рычаг 30, основной рычаг 29 и соединенный с основным рычагом 29 шток 14 клапана. При этом клапан открывается, а пружина клапана сжимается.
- открытие клапана происходит до тех пор, пока не разомкнется микропереключатель исполнительного механизма. Момент срабатывания этого микропереключателя должен соответствовать ходу штока, равному 0,25 номинального диаметра клапана. Индуктивный бесконтактный датчик А1-3 сигнализирует об открытом клапане ПЗКА;
- после установки якоря электромагнита на «стоп» через 5-7 с. блок форсировки А1-2 переключает стартовый ток на ток удержания;
- для закрытия клапана снимается напряжение с пятого контакта, питание магнитного пускателя КМ1 и, следовательно, электромагнита YA1 прекращается. Под действием пружины 38 фиксатор 34 поворачивается в обратную сторону, освобождая палец 35. Основной рычаг 29 и вспомогательный рычаг 30 разъединяются, и клапан вследствие действия пружины клапана закрывается. Индуктивный бесконтактный датчик А1-4 сигнализирует, что клапан ПЗКА закрыт.