КЛАПАН ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Клапан предназначен для электролизеров фильтр-прессного типа с проточной системой подпитки, используемых в аппаратах для производства газопламенных работ.
Известен клапан, используемый в горелке для производства газопламенных работ (Заявка №2004105390 от 24.02.2004 г.), показанной на фиг.3 в разрезе. Клапан состоит из составного корпуса, в котором размещается золотник, соединенный штоком с якорем, прижимаемым пружиной через толкатель. Пружина и толкатель размещены в сердечнике электромагнита. Пружина упирается в штуцер, ввинченный в сердечник электромагнита. Магнитопровод расположен снаружи сердечника электромагнита. Обмотка электромагнита размещена внутри магнитопровода. Клапан аналогичной конструкции использован в цепи проточной подпитки электролизера.
Недостаток устройства состоит в том, что корпус клапана изготовлен из электропроводного материала и выполняет функцию катода, что ведет к выделению водорода, который накапливается и заполняет трубопровод и капилляр, что взрывобезопасно, но может нарушить подпитку. Если электропроводный корпус клапана не соединять с катодом, то будет выделяться как водород, так и кислород, что взрывоопасно.
Наиболее близким аналогом является клапан, содержащий цилиндрический диэлектрический корпус с боковым входным и осевым выходным патрубком. Полость корпуса и входа выходного патрубка закрыты эластичной мембраной, прижатой к корпусу фланцем. Шток, связанный с подпружиненным якорем электромагнита, прижимает мембрану к отверстию выходного патрубка (М.А.Барил, В.К.Самойликов. Газовые системы оборудования производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. М. Энергия. 1978. С.33, рис.12в). Недостатком устройства является узкий интервал рабочих давлений и неизменная пропускная способность клапана, а одновременное питание электромагнитных клапанов горелки и подпитки, обусловленное общим источником питания, создает неудобства при запуске электролизера и при заполнении его электролитом.
Избыток электролита выводится с газом в подпитывающий сосуд только при постепенном увеличении разрядного тока электролизера, при котором выделяющийся газ не вытесняет жидкость из трубопровода, соединенного с клапаном. Это существенно увеличивает время подготовки рабочего режима работы. Быстрое увеличение разрядного тока ведет к вытеснению жидкости из трубопровода и клапана, заполнению их газом, что не исключает возможность искрообразования и взрыва гремучего газа.
Технической задачей является создание клапана, работающего в широком интервалом рабочих давлений, и возможностью изменения пропускной способности в соответствии с максимальным расходом подпитывающей жидкости, при одновременном повышении взрывобезопасности, удобства запуска электролизера и заполнения его электролитом.
Поставленная задача решается клапаном, включающим цилиндрический диэлектрический корпус с боковым входным и осевым выходным патрубком, эластичную мембрану и фланец с цилиндрической частью. Цилиндрическая часть фланца содержит подпружиненный поршень перемещение которого ограничено кольцевым выступом с винтовой
нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом, соосно с которым расположен и взаимодействует ограничительный винт.
Отличие от прототипа состоит в том, что цилиндрическая часть фланца содержит подпружиненный поршень, перемещение которого ограничено кольцевым выступом с винтовой нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом, соосно с которым расположен и взаимодействует ограничительный винт.
Указанные отличия обеспечивают достижение цели изобретения. Ограничение перемещения поршня кольцевым выступом с винтовой нарезкой или ограничительным винтом обеспечивает возможность использования эластичной мембраны при воздействии высоких давлений, так как мембрана опирается на гладкую и твердую поверхность поршня и части фланца. Площадью поршня и жесткостью пружины определяется минимальное давление открывания клапана, что и обеспечивает возможность использования клапана в широком интервале давлений.
Ограничительным винтом регулируется зазор между эластичной мембраной и входным отверстием выходного патрубка, чем определяется максимальная пропускная способность клапана при его открывании.
Открытие клапана под действием установленного давления в электролизере обеспечивает удобство использования электролизера при его включении и при заполнении его электролитом. При включении электролизера клапан закрыт и из электролизера выводится избыточный электролит, возникающий из-за увеличения объема электролита выделяющимся газом до тех пор, пока давление остается меньше давления, необходимого для открывания клапана. При больших рабочих токах малое давление обеспечивают выпуском газа из электролизера в атмосферу. Для заполнения электролизера электролитом создают давление выше необходимого для открытия клапана и электролизер выключают. Клапан электролизера остается открытым и происходит заполнение электролизера электролитом.
Закрытое положение клапана в процессе удаления избытка электролита исключает попадание газа в цепь подпитки, что исключает искрообразование, чем обеспечивается повышение взрывобезопасности.
На чертеже показана схема клапана в разрезе.
Клапан состоит из цилиндрического диэлектрического корпуса 1 с боковым входным патрубком 2 и осевым выходным патрубком 3, эластичной мембраны 4 и фланца 5, в цилиндрической части которого расположен поршень 6 с пружиной 7. Перемещение поршня 6 ограничено кольцевым выступом с винтовой нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом 8, соосно с которым дополнительно расположен ограничительный винт 9. Корпус 1 скреплен с фланцем 5 винтами 10.
Работает клапан следующим образом. Подпитывающая жидкость поступает из подпитывающего сосуда в корпус клапана 1 через входной патрубок 2. При включении электролизера в подпитывающий сосуд выводится газ и избыток электролита, образующийся за счет увеличения объема из-за нахождения в жидкости пузырьков газа. После повышения и стабилизации давления газа клапан открывается давлением жидкости на мембрану 4, прижатую фланцем 5 к корпусу 1 винтами 10, поршень 6 и пружину 7, образуя зазор между мембраной 4 и входным отверстием выходного патрубка 3. Начальное давление мембраны на входное отверстие выходного патрубка 3 устанавливается винтом 8. Винтом 9 регулируется максимальная пропускная способность. При максимальных рабочих токах увеличение объема электролита может составить 15-20% начального объема. В этом случае газ выпускают в атмосферу 15-20 секунд, и из электролизера выводится избыток электролита. После этого ток выключают. Клапан остается закрытым из-за малого давления газа в системе. Снова включают электролизер. По мере увеличения давления газа в системе поршень 6 клапана сжимает пружину 7 и клапан открывается.
При переходе от больших рабочих токов к малым рабочим токам в электролизере будет недостаток электролита. Для заполнения электролизера электролитом его включают и после стабилизации давления ток выключают. Открытый клапан обеспечивает заполнение электролизера электролитом. После завершения процесса заполнения электролизера электролитом газ выпускают в атмосферу, давление падает и клапан закрывается.
Использование предложенного клапана в электролизерах с проточной подпиткой в сравнении с прототипом обеспечивает работу в широком интервале рабочих давлений, с изменением пропускной способности в соответствии с максимальным расходом подпитывающей жидкости при одновременном повышении взрывобезопасности, удобства включения электролизера и заполнения его электролитом.