АВТОМАТИЧЕСКИЙ ГАЗООТВОДЧИК ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Автоматический газоотводчик для гидравлических сетей
Полезная модель относится к трубопроводному транспорту и может быть использована при установке на трубопроводах, перекачивающих газонасыщенные жидкости.
Известен автоматический воздушный клапан по патенту РФ на изобретение №2227855 (МПК: F16K 31/22, F16K 24/04, F16T 1/45, опубликовано 27.04.2004 г.). Воздушный клапан включает корпус с входной полостью в нижней части, поплавок и расположенные в верхней части клапан управления, соединенный с поплавком, затвор и седло затвора, отверстия в котором соединены с атмосферой. Клапан устанавливается на трубопровод сверху и обеспечивает при наполнении системы удаление воздушного потока, идущего впереди водяного столба, а в режиме водопотребления клапан периодически выпускает накапливаемый воздух, который засасывается насосом и проникает через уплотнения. Недостатком данной конструкции является то, что клапан обеспечивает удаление только части смешанного с водяным потоком воздуха, так как пузырьки воздуха, влекомые жидкостью, особенно в трубопроводах большого диаметра, не успевают подняться на поверхность и уносятся потоком.
Задачу выделения из всего транспортируемого потока газожидкостной смеси газовой фазы для ее удаления решают устройства, встраиваемые в трубопровод.
Известен монтируемый на трубопроводе газоотделитель по патенту РФ на изобретение №2146345 (МПК: F16K 24/00, опубликовано 10.03.2000 г.), который является наиболее близким к предлагаемой конструкции. Газоотделитель содержит вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, имеющей выходное отверстие для газа. В верхней части корпуса установлен тангенциальный входной патрубок газожидкостной смеси, а в нижней части патрубок для отвода жидкости. На внутренней поверхности крышки закреплены газоотводящая камера с вертикальной перфорированной трубкой и расположенные внутри газоотводящей камеры направляющие для поплавкового затворного органа, а на ее наружной поверхности размещена трубчатая перфорированная спираль. Поплавковый запорный орган взаимодействует с подпружиненным толкателем, размещенным в выпускном отверстии крышки. Толкатель приводится в движение от рычага, взаимодействующего со штоком гидроцилиндра, размещенного в корпусе газоотделителя. Газожидкостная смесь через сопло Вентури поступает в корпус. Выделившиеся из потока жидкости пузырьки газа поступают в газоотводящую камеру. Под давлением газожидкостной смеси поршень гидроцилиндра поднимается и через шток и рычаг приводит в движение толкатель, который, опускаясь, открывает выпускное отверстие, и газ выходит в атмосферу. Отделенная жидкость стекает в нижнюю часть корпуса и отводится через патрубок.
Недостатком такого газоотделителя является неполное удаление газовой фазы из газожидкостной смеси. Использование сопла Вентури обеспечивает быстрое и более полное выделение растворенного в жидкости газа. Однако, газ удаляется только из части потока, огибающей газоотводящую камеру, а остальная часть потока проходит мимо камеры и уходит через выходной патрубок. Поплавковый затворный орган, расположенный внутри газоотводящей камеры, перекрывает только отверстие для выхода газа. В случае падения давления в корпусе устройства, например, при остановке насоса, возможен реверс жидкости. Кроме того, газоотводящая камера конструктивно сложна, устройство громоздко, что снижает надежность его работы.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение отделения газовой фазы от всего потока газожидкостной смеси и ее пропуск через газоотводящую камеру, а также обеспечение надежного перекрытия выходных каналов жидкости и газа при прекращении, в том числе аварийном, подачи газожидкостной смеси.
Поставленная задача решается тем, что в автоматическом газоотводчике для гидравлических сетей, содержащем цилиндрический корпус с входным каналом для подачи газожидкостной смеси и расположенным в нижней части выходным каналом для отвода жидкости, газоотводящую камеру и поплавковую камеру с поплавковым клапаном, в нижней части корпуса размещена сообщающаяся с выходным каналом выходная камера с перепускным клапаном, выполненным в виде подпружиненной втулки с коническим запорным элементом, выходная и поплавковая камеры разделены жестко закрепленным внутри корпуса двусторонним седлом с отверстием для пропуска жидкости, поплавковый клапан выполнен двухседельным, содержащим два соединенных между собой диска, на которых закреплены конические запорные элементы, при этом входной канал газожидкостной смеси размещен между дисками, а на дисках выполнены сквозные отверстия для пропуска через нижний диск жидкости, а через верхний диск - газа, поплавковая и газоотводящая камеры разделены жестко закрепленным внутри корпуса седлом с отверстием для пропуска газа, а в газоотводящей камере размещен тарельчатый клапан, выполненный в виде диска со сквозными отверстиями для выхода газа и центральным отверстием, в котором свободно размещен штырь, соединенный верхним концом с тарельчатым диском, а нижним концом с пластиной, ограничивающей его вертикальное перемещение. Отверстия на нижнем диске поплавкового клапана расположены равномерно по окружности и их суммарный диаметр составляет не менее диаметра проходного отверстия трубопровода. Отверстия на верхнем диске поплавкового клапана расположены равномерно по окружности.
Выполнение поплавкового клапана в виде двух дисков и размещение входного канала газожидкостной смеси между дисками обеспечивает осуществление в полости между дисками как разделения за счет ударного эффекта всего потока смеси на фазы, так и отвод разделенных фаз в разных направлениях, что повышает эффективность работы газоотводчика. При этом КПД газоотводчика растет пропорционально скорости жидкости, так как возрастает ударный эффект.
Включение в конструкцию газоотводчика выходной камеры с перепускным клапаном обеспечивает в случае прекращения подачи газожидкостной смеси перекрытие потока жидкости перед выходным каналом, что защищает гидравлическую линию от реверса жидкости и от перегруза при повторном включении после отключения насоса.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором схематически показан автоматический газоотводчик для гидравлических сетей.
Автоматический газоотводчик для гидравлических сетей содержит корпус 1 с входным 2 каналом для подачи газожидкостной смеси и выходным 3 каналом для отвода жидкости. Корпус 1 разделен на три камеры. В верхней части корпуса расположена газоотводящая камера 4 с тарельчатым клапаном. В средней части корпуса 1 расположена сообщающаяся с входным каналом 2 поплавковая камера 5 с двухседельным поплавковым клапаном 6. В нижней части корпуса 1 расположена сообщающаяся с выходным каналом 3 выходная камера 7 с перепускным клапаном. Между выходной 7 и поплавковой 5 камерами жестко закреплено двухстороннее седло клапанов 8 с глухими отверстиями 9 под ключ, содержащее отверстие 10 для выхода жидкости. Между поплавковой 5 и газоотводящей 4 камерами в корпусе 1 жестко закреплено седло 11 поплавкового клапана 6 с глухими отверстиями 12 под ключ, содержащее отверстие 13 для выхода газа. Перепускной клапан выполнен в виде размещенной в нижней части корпуса 1 втулки 14 с уплотнительным кольцом 15 и коническим запорным элементом 16. В полости втулки 14 размещена пружина 17, обеспечивающая возможность осевого перемещения перепускного клапана. Поплавковый клапан 6 выполнен двухседельным и состоит из двух соединенных между собой дисков 18 и 19, на которых закреплены конические запорные элементы 20 и 21 соответственно. На диске 18 равномерно по окружности выполнены сквозные отверстия 22 для пропуска жидкости. Суммарный диаметр отверстий 22 составляет не менее диаметра проходного отверстия трубопровода. На диске 19 равномерно по окружности расположены сквозные отверстия 23 для пропуска отделившегося от газожидкостной смеси газа. Тарельчатый клапан выполнен в виде диска 24 со сквозными отверстиями 25, расположенными по окружности, и центральным отверстием 26, в котором свободно размещен штырь 27, соединенный одним концом с тарельчатым диском 28, а другим концом с пластиной 29, ограничивающей его вертикальное перемещение. Диск 24 соединен с верхним седлом 11 стойками 30.
Автоматический газоотводчик для гидравлических сетей работает следующим образом.
Перед подачей в газоотводчик газожидкостной смеси запорный элемент 20 поплавкового клапана 6 находится в нижнем положении на седле 8. К этому же седлу 8 с другой стороны под действием пружины 17 поджат запорный элемент 16 перепускного клапана. Подаваемая через входной канал 2 газожидкостная смесь ударяется о стенки полости между дисками 18 и 19 и разделяется на газообразную и жидкую фазы, меняющие направление движения: жидкость с горизонтального на вертикально вниз через отверстия 22 в диске 18, а газ - вертикально вверх через отверстия 23 в диске 19. По мере заполнения поплавковой камеры 5 поплавковый клапан 6 начинает подниматься, запорный элемент 20 отходит от седла 8, открывая доступ к отверстию 10 со стороны поплавковой камеры 5. При этом газ выжимается из поплавковой камеры 5 через отверстие 13 в газоотводящую камеру 4 и выходит в атмосферу, поднимая тарельчатый диск 28. После заполнения поплавковой камеры 5 запорный элемент 21 поплавкового клапана 6 полностью закрывает отверстие 13 в седле 11, при этом тарельчатый диск 28 опускается. Давление в полости поплавковой камеры 5 повышается, и жидкость, преодолевая сопротивление пружины 17, отжимает запорный элемент 16 перепускного клапана от седла 8, полностью открывая отверстие 10. Жидкость через отверстие 10 и полость выходной камеры 7 проходит в выходной канал 3. Выделяющиеся пузырьки газа постепенно скапливаются в верхней части полости поплавковой камеры 5, вытесняя жидкость вниз. Наступает момент, когда жидкость достигает уровня, при котором выталкивающая сила Архимеда становятся меньше силы тяжести поплавкового клапана 6, и он опускается, совмещая запорный элемент 20 с седлом 8 и перекрывая отверстие 10. Под давлением продолжающей поступать жидкости газ через отверстие 13 и тарельчатый клапан выходит в атмосферу, а поплавковый клапан 6 вновь поднимается. При аварийном понижении давления на входе тарельчатый клапан закрывается под действием силы тяжести тарельчатого диска 28, а втулка 14 перепускного клапана поднимается под действием пружины 17 и поджимает запорный элемент 16 к седлу 8, перекрывая отверстие 10. Это не дает газу и жидкости перекачиваться обратно.
Предлагаемый автоматический газоотводчик может быть использован для защиты водонапорных сооружений, для выпуска воздуха из системы отопления, в химической промышленности для разделения жидкой и газообразной фаз, например, в производстве аммиака, преимущественно на горизонтальных магистралях нефте- и газодобычи.