КОНДЕНСАТООТВОДЧИК
HOT WELL

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 [1]. Данные конденсатоотводчики составляют большое гидравлическое сопротивление потоку и по этой причине пропускают преимущественно конденсат и со значительно меньшим расходом пар. Они просты по устройству, но допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления потока на входе по отношению к номинальным их величинам.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком, закрепленном на рычаге, и запорным органом, содержащем конусное седло на стороне выхода клапанного отверстия, а также шаровой клапан и шток [2] - аналог. Данный конденсатоотводчик работает без пропуска пара при многократных увеличении или уменьшении расхода и давления конденсата по отношению к номинальным их величинам. Недостатком его является то, что подвижный шток, механически не связанный с шаровым клапаном и рычагом, размещен в отверстии направляющей втулки, на торцовых сторонах которой в рабочем состоянии устройства имеется разность давлений рабочей среды. Последнее приводит к нерегулируемым перетокам рабочей среды через кольцевую щель, образованную штоком и стенкой отверстия в направляющей втулке, и возможным загрязнением щели. Перетоки снижают эффективность работы конденсатоотводчика, а возможные загрязнения узкой кольцевой щели могут привести к «заклиниванию» штока и по этой причине нормальная работа устройства может не обеспечиваться.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, дном, впускным и выпускным патрубками, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый стакан», запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с посадочной поверхностью сферической формы, соединенный с вертикальным штоком и расположенный на выходе из клапанного отверстия [3] - прототип. Недостатком известного устройства, как и аналога [2], является наличие рычажной системы, которая в процессе эксплуатации подвержена износу, что может привести к нарушениям в работе конденсатоотводчика. Другим недостатком известных устройств [2, 3] является ограничение по максимальному перепаду давления выпускаемого потока конденсата в запорном органе. Возможное при работе конденсатоотводчика превышение данного перепада давления может привести к пропуску пара через запорный орган.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и надежности работы конденсатоотводчика.
Поставленная задача решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, дном, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе поплавок, запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с посадочной поверхностью сферической формы, соединенный с вертикальным штоком и расположенный на выходе из клапанного отверстия, запорный орган имеет каналы для входа и выпуска конденсата и оснащен дополнительным клапаном с посадочной поверхностью сферической формы, размещенном на штоке, который соединен шарнирно с поплавком с возможностью угловых относительных смещений, а также дополнительными конусным седлом и клапанным отверстием, причем дополнительный клапан расположен со стороны входа в дополнительное клапанное отверстие, расточки для клапанов выполнены с радиальными ребрами.
В отличие от известных устройств [2, 3], оснащение запорного органа еще одним, дополнительным клапаном с посадочной поверхностью сферической формы, размещенном на штоке, который соединен шарнирно с поплавком, а также дополнительными конусным седлом и клапанным отверстием, при том, что дополнительный клапан расположен со стороны входа в дополнительное клапанное отверстие, обеспечивает разгруженность клапанного узла от действия перепада давлений потока на входе и выходе запорного органа, а следовательно, повышает эффективность и надежность работы конденсатоотводчика. Клапанный узел является уравновешенным по силовому на него воздействию давления выпускаемой рабочей среды. Предлагаемое решение выводит перепад давления потока в запорном органе из числа параметров, значимых для работы конденсатоотводчика. В отличие от прототипа, где имеется рычажная система, подверженная активному износу в процессе работы, в предлагаемом конденсатоотводчике вертикальный шток, с размещенными на нем клапанами, непосредственно соединен шарнирно с поплавком, что упрощает конструкцию. Устранение промежуточного звена, рычага с шарнирами, для передачи механических сил в системе «запорный орган - поплавок» в совокупности с разгруженностью клапанного узла от действия перепада давлений потока в запорном органе позволяет, кроме того, значительно снизить габариты и вес конденсатоотводчика.
Наличие радиальных ребер в расточках для клапанов ограничивает горизонтальные смещения клапанов, обеспечивает их центровку и, как следствие, надежное запирание запорного органа при посадке клапанов на свои седла.
Этому же способствует и шарнирное соединение вертикального штока с поплавком с возможностью угловых относительных смещений. Клапаны при этом получают возможность самоустанавливаться, обеспечивая необходимую плотность закрытия запорного органа.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом [3] показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна».
В известном конденсатоотводчике [2] запорный орган содержит один клапан и имеется рычажная система связи между клапаном и поплавком, что снижает надежность и эффективность устройства.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».
На фиг.1 показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика с открытым поплавком типа « перевернутый стакан»; на фиг.2 - вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика с закрытым поплавком; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, дном 3, впускным 4 и выпускным 5 патрубками. В корпусе 1 размещен поплавок 6 и запорный орган 7, который с помощью накидного фланца 8 закреплен на крышке 2 (фиг.1) или на дне 3 (фиг.2) винтами 9. Запорный орган 7 включает в себя конусное седло 10 и дополнительное конусное седло 11, клапанное отверстие 12 и дополнительное клапанное отверстие 13, клапан 14 и дополнительный клапан 15 с посадочной поверхностью сферической формы, канал 16 для входа конденсата и канал 17 для выпуска конденсата. Клапан 14 и дополнительный клапан 15 размещены на вертикальном штоке 18, который шарнирно соединен с поплавком 6 с возможностью угловых относительных смещений. Расточки в запорном органе 7 для клапанов 14 и 15 имеют радиальные ребра соответственно 19 и 20. Для герметизации соединения запорного органа 7 с крышкой 2 (фиг.1) или с дном 3 (фиг.2) служит прокладка 21. Фланцевое соединение корпуса 1 с дном 3 герметизируется с помощью прокладки 22. Резьбовой элемент 23 в составе запорного органа 7 имеет ограничители 24 вертикального перемещения клапанного узла. На дне 3 установлена резьбовая пробка 25 для удаления осадочных отложений и слива конденсата. Открытый поплавок типа «перевернутый стакан» 6 (фиг.1) имеет отверстие 26 малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка. Конденсатоотводчик с закрытым поплавком (фиг.2) имеет дисковый рассекатель 27 для защиты поплавка от динамического воздействия потока конденсата, вытекающего из впускного патрубка 4.
Конденсатоотводчик с открытым поплавком типа «перевернутый стакан» (фиг.1) работает следующим образом. При пуске в работу поплавок 6 находится в нижнем положении, чему соответствует посад дополнительного клапана 15 на ограничители 24. Запорный орган 7 открыт для выпуска конденсата. Поступающий через впускной патрубок 4 конденсат заполняет объем корпуса 1, вытесняя через открытый запорный орган 7 воздух. При подъеме уровня конденсата он начинает проходить сначала через дополнительное клапанное отверстие 13, а затем и через канал 16 и клапанное отверстие 12, в канал 17 и выпускной патрубок 5. Если вместе с конденсатом через впускной патрубок 4 будет поступать пар, то он начнет скапливаться в полости поплавка 6 и это создаст действующую на поплавок 6 выталкивающую «архимедову» силу. Поплавок 6 вместе со штоком 18 и клапанами 14 и 15 переместится вверх и при посадке клапанов на свои конусные седла 10 и 11 запорный орган 7 закроется для выпуска потока. Таким образом, пропуск пара будет исключен. Как только поступившая в поплавок 6 малая порция пара частично пройдет через дренажное отверстие 26 вместе с неконденсирующимися газами и частично сконденсируется, поплавок 6 под действием своего веса переместится в нижнее положение и запорный орган 7 вновь откроется для выпуска конденсата. Выпуск конденсата будет продолжаться до тех пор, пока очередная порция пара не приведет к подъему поплавка и закрытию запорного органа, после чего цикл снова повторяется.
При работе конденсатоотводчика на фиг.1 внешняя по отношению к поплавку 6 часть полости корпуса 1 постоянно заполнена конденсатом и служит гидравлическим затвором для пара, препятствуя его проходу к запорному органу 7.
Работа конденсатоотводчика с закрытым поплавком (фиг.2) происходит следующим образом. В отсутствие конденсата в корпусе 1 поплавок 6 находится в нижнем положении. При этом под действием веса поплавка клапаны 14 и 15 прижаты к своим конусным седлам 10 и 11 и запорный орган 7 находится в положении «закрыто». При подаче через впускной патрубок 4 конденсата он заполняет полость корпуса 1. С повышением уровня конденсата в корпусе 1 наступает момент, когда сила веса поплавка 6 становится равной действующей на поплавок выталкивающей «архимедовой» силе. Так как связанные механически через шток 18 клапаны 14 и 15 являются уравновешенной системой по отношению к действующему на них давлению рабочей среды, то они вместе с поплавком 6 в этот момент перемещаются вверх, открывая проход конденсату через клапанные отверстия 12 и 13, канал 17 в выпускной патрубок 5. При поступлении через впускной патрубок 4 вместе с конденсатом пара уровень конденсата в корпусе 1 понижается, что приводит к перемещению поплавка 6 и клапанов 14 и 15 вниз и к посаду последних на свои конусные седла 10 и 11. Запорный орган 7 в этом случае принимает положение «закрыто». Пар через конденсатоотводчик не пропускается. Последующий приток конденсата через впускной патрубок 4 и повышение уровня конденсата в корпусе 1 вновь открывают запорный орган 7 для выпуска конденсата.
При работе конденсатоотводчика на фиг.2 часть полости корпуса 1, расположенная вниз от поплавка 6, постоянно заполнена конденсатом и служит гидравлическим затвором для пара, препятствуя его проходу к запорному органу 7.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- надежная и эффективная работа при любых, в том числе и высоких, разностях давлений конденсата во впускном и выпускном патрубках;
- предельно упрощена конструктивная схема передачи механических сил от поплавка к запорному органу; уменьшено число элементов, участвующих в данной передаче;
- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;
- объем, металлоемкость и вес конденсатоотводчика значительно меньше;
- имеет хорошую ремонтопригодность.
Источники информации
1. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. - М.: Энергия, 1971. С.63, 54.
2. Патент на изобретение RU №2137022, М.кл. F16Т 1/20 от 22.01.1998. Опубл. 10.09.99, бюл. №25.
3. Патент на изобретение RU №2387918, МПК F16Т 1/30 от 20.07.2006. Опубл. 27.04.2010, бюл. №12.