КОНДЕНСАТООТВОДЧИК
STEAM TRAP

Изобретение относится к устройствам для отвода жидкой сконденсированной фазы - конденсата из аппаратов и трубопроводов и недопущения выхода газовой фазы. Конденсатоотводчик может быть использован в различных отраслях техники.
Известны конденсатоотводчики в виде подпорных шайб и термодинамического типа (см. Якадин А.И. Конденсатное хозяйство промышленных предприятий. М: Энергия. 1973, с. 139, 134, 167 [1]). Данные конденсатоотводчики просты по устройству, но допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и его давления на входе по отношению к номинальным их величинам. Работа конденсатоотводчиков в номинальном режиме сопровождается пропуском части поданного в предвключенные аппараты пара (пролетный пар).
Этих недостатков не имеют поплавковые конденсатоотводчики.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком и запорным органом, содержащим конусное седло на стороне выхода клапанного отверстия, а также шаровой клапан и шток (см. патент на изобретение RU №2137022, F16T 1/20, 10.09.1999 [2]).
Данный конденсатоотводчик обеспечивает устойчивую работу в условиях многократного увеличения или уменьшения расхода и давления конденсата по отношению к номинальным их величинам. Недостатком его является то, что возможные коррозионные и иные повреждения закрытого поплавка приводят к прекращению функционирования устройства.
2
Известен также конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, размещенный в корпусе открытый сверху поплавок, запорный орган, включающий седло и клапан, а также рычаг, который шарнирно соединен с поплавком и через шток с клапаном (см. патент Германии №114995, МПК F16T 1/28 от 1898 г [3]). Использование в известном устройстве открытого сверху поплавка повышает надежность и эффективность работы конденсатоотводчика по отношению к устройству [2] с закрытым поплавком, так как нет необходимости обеспечивать герметичность поплавка для сохранения работоспособности конденсатоотводчика. Недостатком является то, что конденсатоотводчик сложен по конструкции, он громоздкий и тяжелый, может выпускать конденсат и одновременно препятствовать выходу пролетного пара при перепаде давления на клапанном узле не более чем 0,05-0,1 кг/см. При перерывах в эксплуатации конденсатоотводчика оставшийся в поплавке конденсат в зимнее время может превратиться в лед и при этом деформировать поплавок и вывести его из рабочего состояния.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конденсатоотводчик, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок, ось которого однонаправлена с осью цилиндрического корпуса, запорный орган, установленный в выпускном патрубке, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, который шарнирно соединен с рычагом, шарнирно закрепленным на неподвижной опоре и своим концом примыкающим к поплавку (см. патент на изобретение RU №2387918, F16T 1/30, 27.04.2010 [4]) - прототип. Использование в известном устройстве инверсного клапанного узла, в котором клапан и конусное седло клапана размещены за клапанным отверстием обеспечивает надежное центрирование клапана и его плотную посадку на седло в режиме работы «закрыто», а также самоочистку клапанного отверстия от загрязнений при движении в нем штока клапана в процессе работы конденсатоотводчика. Недостатком является то, что при шарнирном соединении рычага с поплавком возникают поперечные колебательные движения поплавка в процессе работы конденсатоотводчика. Данные движения могут приводить к зацепам поплавка и его эрозионному износу при частых ударных соприкосновениях с ограничивающими элементами. При работе с повышенными перепадами давления потока пропускаемого конденсата на клапанном узле длину плеча рычага от неподвижной опоры до шарнирного его соединения с поплавком необходимо выполнять большой, что приводит к значительному увеличению габаритов и металлоемкости всего конденсатоотводчика.
Техническая проблема заключается в необходимости улучшения рабочих характеристик конденсатоотводчиков.
Технический результат настоящего изобретения заключается в упрощении конструкции, повышении эффективности и надежности работы конденсатоотводчика.
Поставленная проблема решается тем, что конденсатоотводчик, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок, ось которого однонаправлена с осью цилиндрического корпуса, запорный орган, установленный в выпускном патрубке, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, который шарнирно соединен с рычагом, шарнирно закрепленным на неподвижной опоре и своим концом примыкающим к поплавку, выполнен так, что цилиндрический корпус имеет горизонтально ориентированную ось, открытый поплавок жестко соединен с рычагом и составляет с ним одно целое, поплавок закрыт с торцов и имеет одно или несколько отверстий на боковой стенке, в отверстие на боковой стенке поплавка входит своим концом впускной патрубок, оснащенный отбойником, неподвижная опора рычага установлена на запорном органе.
В отличие от известного устройства горизонтальное ориентирование оси цилиндрического корпуса и жесткое соединение открытого поплавка с рычагом обеспечивают увеличение плеча рычага со стороны поплавка на величину половины длины поплавка. При этом возрастает действующая на клапан и прижимающая его к седлу сила в положении «закрыто» запорного органа, что дает возможность сохранить малые габариты и металлоемкость конденсатоотводчика при его работе с повышенными перепадами давления на клапанном узле. Поплавок может перемещаться только в вертикальном направлении, поперечные колебательные его движения в горизонтальном направлении исключены. При этом устраняются ударные контакты поплавка с окружающими его элементами. Оснащение отбойником впускного патрубка позволяет гасить энергию поступающей струи конденсата и обеспечивает работу поплавка в спокойном режиме без внешних, носящих случайный характер, силовых динамических воздействий со стороны рабочей среды. Все это повышает надежность и эффективность работы конденсатоотводчика. Размещение неподвижной опоры рычага на запорном органе упрощает конструкцию, изготовление и обслуживание конденсатоотводчика.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Известные конденсатоотводчики в виде подпорных шайб и термодинамического типа [1], с закрытым [2] и открытым [3] поплавками не содержат всех отличительных признаков предлагаемого изобретения.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 показан разрез предлагаемого конденсатоотводчика. На фиг. 2 - вид по А на фиг. 1 (со снятой крышкой).
Конденсатоотводчик содержит цилиндрический корпус 1 с горизонтально ориентированной осью с крышкой 2 и торцом 3. На цилиндрическом корпусе 1 установлены впускной 4 и выпускной 5 патрубки. В выпускном патрубке 5 установлен запорный орган 13. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещен открытый поплавок 6 с одним или несколькими отверстиями 7 на боковой стенке. Ось поплавка 6 однонаправлена с осью цилиндрического корпуса 1. В одно из отверстий 7 поплавка 6 входит конец 8 впускного патрубка 4, оснащенный отбойником 9 и имеющий отверстия 10 для прохода конденсата. Поплавок 6 закрыт с торцов, жестко соединен с рычагом 11 и составляет с ним одно целое. Рычаг 11 шарнирно закреплен на неподвижной опоре 12, установленной на запорном органе 13. Конец рычага 11 имеет шарнирное соединение со штоком 14, на противоположной стороне которого закреплен клапан 15 с поверхностью сферической формы. На боковой стенке поплавка 6 выполнено дренажное отверстие 16 малого диаметра. Цилиндрический корпус 1 сверху и снизу имеет резьбовые пробки 17 для очистки от отложений и слива конденсата. Для фиксирования положения запорного органа 13 служат штифты 18. Крепление крышки 2 к цилиндрическому корпусу 1 осуществляется с использованием болтов и приварных гаек 19. Для периодического выпуска скапливающихся в цилиндрическом корпусе 1 инертных газов служит воздушник 20.
Конденсатоотводчик работает следующим образом.
В исходном состоянии открытый поплавок 6 занимает нижнее положение в цилиндрическом корпусе 1. При этом шток 14 и закрепленный на нем клапан 15 находятся в верхнем положении и затворный орган открыт для пропуска среды из цилиндрического корпуса 1. При пуске в работу паропотребляющего аппарата, за которым установлен конденсатоотводчик, из пароконденсатного объема системы под действием давления подаваемого пара удаляется воздух через открытый запорный орган конденсатоотводчика. Затем, следующий за воздухом поток отводимого конденсата через конец 8 впускного патрубка 4 поступает в полость цилиндрического корпуса 1, заполняет ее и выходит через открытый затворный орган. Пропуск конденсата через затворный орган будет продолжаться до тех пор, пока в цилиндрический корпус 1 вместе с конденсатом не будет поступать пар. Наличие в потоке конденсата пара приведет к постепенному заполнению им внутренней полости поплавка 6. При этом возникнет действующая на поплавок 6 выталкивающая его вверх архимедова сила. По мере накопления пара в полости поплавка 6 установится равенство моментов действующих на рычаг с одной его стороны архимедовой силы и с другой стороны - силы давления среды на клапан 15 со стороны полости цилиндрического корпуса 1. Поплавок 6 и жестко соединенный с ним рычаг 11 примут верхнее положение, как показано на фиг. 1, клапан 15 опускается вниз, садится на свое седло в затворном органе 13, который при этом принимает положение «закрыто», и пропуск конденсата прекратится.
По истечении некоторого времени пар, находящийся в полости поплавка 6, сконденсируется из-за теплопотерь через корпус 1. Накопившийся за это время в подводящих трубах конденсат через впускной патрубок 4 и его конец 8 вновь заполнит полость поплавка 6. Поплавок 6 при этом под действием своего веса и силы давления среды, действующей на клапан 15, опустится вниз в полости корпуса 1, клапан 15 поднимется над своим седлом и откроет запорный орган 13 для выпуска из корпуса 1 конденсата и вместе с ним инертных газов, в небольших количествах выделяющихся при конденсации пара. Выпуск конденсата будет продолжаться до тех пор, пока поступившая очередная порция пара не приведет к подъему поплавка 6 и закрытию запорного органа 13, после чего цикл снова повторяется. Внешний по отношению к поплавку 6 объем полости корпуса 1 постоянно заполнен конденсатом, что создает гидравлический затвор и полностью исключает проход пролетного пара к запорному органу 13.
Конденсатоотводчик может эффективно работать и при повороте его вокруг горизонтальной оси цилиндрического корпуса 1 на 180°. В этом случае, при работе конденсатоотводчика полость поплавка 6 постоянно заполнена конденсатом. Если через впускной патрубок 4 и его конец 8 будет поступать конденсат, то переливаясь через борта отверстий 7 в боковой стенке поплавка 6, он постепенно заполнит и полость цилиндрического корпуса 1. По мере заполнения возникнет равенство моментов силы веса поплавка 6 с находящимся в нем конденсатом и силы давления среды, действующей на клапан 15, в системе «поплавок - рычаг - клапан». При этом откроется запорный орган 13 и конденсат через него будет пропускаться. Если же через впускной патрубок 4 и его конец 8 будет поступать пар, то он, заполняя полость цилиндрического корпуса 1, вытеснит из нее конденсат и под действием силы веса поплавка 6 и заполняющего его конденсата клапан 15 поднимется вверх. Запорный орган при этом закроется и пар не будет иметь прохода в выпускной патрубок 5. При поступлении, далее, очередной порции конденсата в цилиндрический корпус 1 запорный орган 13 вновь открывается для пропуска поступившего конденсата. Скапливающийся в процессе работы конденсатоотводчика в цилиндрическом корпусе 1 воздух и другие инертные газы периодически удаляются из корпуса через воздушник 20.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;
- меньшие габариты и металлоемкость;
- повышенная надежность работы из-за устранения колебательных движений поплавка в горизонтальном направлении;
- полностью исключен пропуск пролетного пара;
- возможность поворота конденсатоотводчика вокруг своей оси на 180° и изменение при этом мест расположения впускного и выпускного патрубков упрощает выбор компоновочных решений в системе «паропотребляющий аппарат - конденсатоотводчик».