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 различных областях техники.
Известны конденсатоотводчики в виде подпорных шайб (Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара. М.: Энергия. 1971, с. 63, 64.). Данные конденсатоотводчики просты по устройству, но допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления пара на входе по отношению к номинальным их величинам. Они имеют большое гидравлическое сопротивление потоку и по этой причине не могут нормально функционировать в области малых и умеренных давлений греющего пара.
Известен конденсатоотводчик с открытым поплавком типа «перевернутый стакан» и с запорным органом, включающим сферический клапан, расположенный за клапанным отверстием (Патент РФ 2387918, F16T 1/30, опубл. 2010.). Данный конденсатоотводчик работает без пропуска пролетного пара при значительных колебаниях давления греющего пара и расхода выпускаемого конденсата. Недостатком является малая его компактность и, как следствие, повышенная металлоемкость. Связано это с тем, что впускной патрубок соединен с крышкой корпуса конденсатоотводчика, выполнен изогнутым, имеет U-образную форму и размещен смежно с поплавком в объеме корпуса. Все это приводит к необходимости увеличивать диаметр и высоту корпуса конденсатоотводчика.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с дном и со съемной крышкой, впускной и выпускной патрубки, расположенный внутри корпуса, соосно с ним, открытый поплавок типа «перевернутый стакан», стенка которого имеет цилиндрическую и диаметральную части, размещенный на крышке запорный орган, включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы и жестко соединенный одним своим концом с клапаном направляющий стержень (Патент США 1839999, F16T 1/00, опубл. 1929.) - прототип. Соединение прямого впускного патрубка с дном корпуса и исполнение его соосным с размещенным в корпусе поплавком в известном устройстве способствуют уменьшению габаритов корпуса конденсатоотводчика. Недостатком известного устройства (Патент США 1839999, F16T 1/00, опубл. 1929.) и аналога (Патент РФ 2387918, F16T 1/30, опубл. 2010.) является наличие в них рычажного механизма, расположенного между поплавком и клапаном затворного узла. Рычажный механизм усложняет конструкцию и занимает значительную часть объема корпуса конденсатоотводчика. Он состоит из трущихся относительно друг друга элементов, изнашивающихся в процессе работы конденсатоотводчика, что снижает надежность устройства.
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение состоит в упрощении конструкции и повышении надежности работы конденсатоотводчика.
Поставленная проблема решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с дном и со съемной крышкой, впускной и выпускной патрубки, расположенный внутри корпуса, соосно с ним, открытый поплавок типа «перевернутый стакан», стенка которого имеет цилиндрическую и диаметральную части, размещенный на крышке запорный орган, включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы и жестко соединенный одним своим концом с клапаном направляющий стержень, клапан с поверхностью сферической формы жестко закреплен на диаметральной части стенки поплавка, которая выполнена конусной формы, при этом клапан, направляющий стержень и поплавок образуют одно целое; свободный конец направляющего стержня размещен, с возможностью вертикального перемещения, в центральном отверстии решетчатого диска, расположенного за клапанным отверстием; на конце впускного патрубка установлен отражатель, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса имеются ребра-ограничители, а на дне корпуса имеются упорные ребра.
В отличие от известного устройства закрепление клапана с поверхностью сферической формы непосредственно на диаметральной части стенки поплавка, которая выполнена конусной, позволяет устранить рычажный механизм, соединяющий поплавок с клапаном, а, следовательно, упростить конструкцию, повысить надежность работы конденсатоотводчика и улучшить его массогабаритные характеристики. Выполнение диаметральной части стенки поплавка конусной улучшает центрирование поплавка при его вертикальных перемещениях в корпусе конденсатоотводчика в процессе работы, так как в этом случае центр действующей на поплавок подъемной силы наиболее приближен к его оси. Конусное исполнение диаметральной части стенки поплавка повышает ее жесткость по отношению к прототипу и аналогам, что в совокупности способствует увеличению надежности предлагаемого устройства.
Размещение в центральном отверстии решетчатого диска, расположенного за клапанным отверстием, свободного конца направляющего стержня, с возможностью его вертикального перемещения, обеспечивает надежность и плотность посадки клапана с поверхностью сферической формы на конусное седло запорного органа при его положении «закрыто». Вертикальные перемещения направляющего стержня в клапанном отверстии запорного органа и центральном отверстии решетчатого диска в процессе работы конденсатоотводчика способствуют его самоочистке от возможных засорений.
Наличие отражателя на конце впускного патрубка позволяет устранить динамическое воздействие на диаметральную часть стенки поплавка струи пара и конденсата, выходящей из патрубка. В результате, работа конденсатоотводчика становится более «мягкой», без резких, импульсивных перемещений поплавка в вертикальном направлении. Устраняются нерегламентированные закрытия запорного органа и в целом повышается эффективность работы конденсатоотводчика.
Ребра-ограничители на внутренней поверхности цилиндрического корпуса служат для создания кольцевого канала между корпусом конденсатоотводчика и цилиндрической частью стенки поплавка. По данному каналу конденсат поступает к запорному органу. Кроме того, наличие ребер-ограничителей минимизирует горизонтальные перемещения поплавка, обеспечивая его соосность с корпусом конденсатоотводчика, и создает условия для плотной посадки клапана на седло запорного органа.
Упорные ребра на дне корпуса формируют высоту пространства для сбора шлама, который может быть в потоке выпускаемого конденсата. Образованная с помощью упорных ребер кольцевая щель между дном корпуса и срезом цилиндрической части стенки поплавка служит для перетока конденсата из внутреннего пространства поплавка в кольцевой канал между корпусом конденсатоотводчика и поплавком.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
Известны конденсатоотводчики с открытым, тонущим поплавком (Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара. М.: Энергия. 1971, с. 63, 64.), выпускающие конденсат периодически. Их работа имеет низкую надежность. Сравнительно велики размеры и металлоемкость данных известных конденсатоотводчиков.
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.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с дном 2 и съемной крышкой 3. На съемной крышке 3 закреплен запорный орган, включающий конусное седло 4, клапанное отверстие 5, клапан 6 с поверхностью сферической формы. Клапан 6 закреплен на конусной диаметральной части 7 стенки открытого снизу поплавка 8 типа «перевернутый стакан». На цилиндрической части 9 стенки поплавка 8 закреплен груз 10. Часть 9 стенки поплавка 8 образует с цилиндрическим корпусом 1 кольцевой канал 11, а с дном 2 - кольцевую щель 12. На диаметральной части 7 стенки выполнено отверстие 13 малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка 8. Впускной патрубок 14 оснащен отражателем 15. Выпускной патрубок 16 через посредство фланца 17 и резьбового штуцера 18 соединен с запорным органом накидной гайкой 19. В клапанном отверстии 5 запорного органа размещен направляющий стержень 20, который одним своим концом жестко соединен с клапаном 6 и диаметральной частью 7 стенки поплавка 8, а другой его конец проходит через центральное отверстие 21 решетчатого диска 22. Положение решетчатого диска 22 фиксируется с помощью прижимной втулки 23. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 расположены ребра-ограничители 24, а на дне 2 установлены упорные ребра 25. На дне 2 имеется резьбовая пробка 26, служащая для периодической очистки цилиндрического корпуса 1 от отложений шлама и слива конденсата. Крышка 3 соединена с цилиндрическим корпусом 1 при помощи болтов 27 и гаек 28, приваренных к корпусу 1. Внутреннее пространство конденсатоотводчика герметизируется с помощью прокладок 29, 30, 31.
Конденсатоотводчик работает следующим образом. При пуске в работу поплавок 8 находится в нижнем положении (показано на фиг. 1) и запорный орган открыт для пропуска конденсата. Поступающий через впускной патрубок 14 конденсат заполняет внутреннее пространство поплавка 8 и через кольцевую щель 12 перетекает в кольцевой канал 11. Уровень конденсата в полости поплавка 8 и вертикального цилиндрического корпуса 1 повышается. Воздух, находящийся в конденсатоотводчике перед пуском, при этом вытесняется конденсатом через отверстие 13 в диаметральной части 7 стенки поплавка 8 и через открытое клапанное отверстие 5, проходит через отверстия в решетчатом диске 22 и поступает в выпускной патрубок 16. Двигающийся за вытесняемым воздухом конденсат через открытый запорный орган и выпускной патрубок 16 выводится из конденсатоотводчика. Процесс пропуска конденсата продолжается до начала поступления через впускной патрубок 14 пара. Пар заполняет внутреннее пространство поплавка 8, вытесняя из него конденсат. При этом на поплавок начинает действовать подъемная архимедова сила. По мере заполнения паром внутреннего пространства поплавка 8 наступает момент, когда подъемная архимедова сила становится равной силе веса поплавка 8 с грузом 10. После этого поплавок 8 поднимается вверх, клапан 6 с поверхностью сферической формы садится на конусное седло 4 и перекрывает клапанное отверстие 5 запорного органа. Конденсатоотводчик в данном состоянии закрыт для выпуска пара и конденсата. В процессе естественного охлаждения неподвижный пар в конденсатоотводчике конденсируется и его место занимает поступающий через впускной патрубок 4 конденсат. При этом действующая на поплавок подъемная архимедова сила уменьшается и в пределе становится равной нулю, когда внутреннее пространство поплавка 8 полностью заполнено конденсатом. Наступает момент равенства силы давления, прижимающей клапан 6 к седлу 4, и силы веса поплавка 8 и груза 10, после чего поплавок 8 опускается вниз и садится своей цилиндрической частью стенки 9 на упорные ребра 25. При этом запорный орган возвращается в положение «открыто» и конденсатоотводчик вновь выпускает конденсат. Если через впускной патрубок 14 снова поступает пар, то поплавок 8 поднимается и запорный орган принимает положение «закрыто». Таким образом, при наличии пара в потоке выпуск конденсата конденсатоотводчиком осуществляется циклически.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;
- повышенная надежность работы за счет отсутствия рычага и трущихся элементов;
- хорошее центрирование клапана в клапанном отверстии с помощью направляющего стержня;
- работает при сколь угодно низких перепадах давления на запорном органе;
- удаление инертных газов из полости конденсатоотводчика осуществляется без каких-либо дополнительных специальных элементов и действий обслуживающего персонала;
- имеет малые габариты и металлоемкость.
Например, при разности давлений выпускаемого потока 0,4 МПа на запорном органе с диаметром клапанного отверстия 3 мм и диаметре направляющего стержня 1,5 мм, диаметр и равная ему высота поплавка составляют по 8 см, а вес поплавка с грузом - 0,4 кг. Конденсатоотводчик с данными параметрами пропускает 335 кг/час переохлажденного конденсата.