РЕГУЛИРУЮЩИЙ ПОТОК КЛАПАН ДЛЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО МАТЕРИАЛА
FLUIDISED FLOW CONTROL VALVE

Область техники
Настоящее изобретение относится к регулирующему поток клапану для псевдоожиженного материала, в частности для использования в пневматических транспортных системах псевдоожиженного материала.
Уровень техники
В транспортных системах для псевдоожиженного материала псевдоожиженные материалы транспортируются по трубопроводам навалом посредством текучей среды-носителя, такой как газа-носителя либо жидкости-носителя. Конкретным примером пневматической транспортной системы пневмотранспорта с использованием газа-носителя является система вдувания пылеугольного топлива малой зернистости через фурмы в шахтную печь.
Для осуществления дозировки сыпучего материала в области транспортировки псевдоожиженного материала хорошо, как известно, устанавливать в трубопроводе регулирующий поток клапан для осуществления контроля скорости подачи текучей среды-носителя и, таким образом, скорости подачи проходящего через клапан сыпучего материала.
Распространенным примером регулирующего поток клапана, применяемого, например, в системах вдувания пылеугольного топлива, является пробковый проходной клапан. Обычно пробковый проходной клапан содержит корпуса клапана, включающего в себя клапанную камеру и седло клапана, и стержень клапана с проточным каналом. Стержень клапана расположен внутри клапанной камеры, перед седлом, и выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения. Вращение дает возможность регулировать проходящей через клапан поток путем установки положения проходного канала стержня клапана по отношению к седлу клапана.
Очевидно, что наличие плотного контакта между седлом клапана и стержнем клапана является важным требованием для любого клапана. Когда регулирующий поток клапана должен использоваться в системе, в которой рабочая температура текучей среды-носителя и/или температура окружающей среды и, следовательно, температура самого клапана подвержены значительным изменениям, то достижение плотного контакта между стержнем и седлом может стать проблематичным. В действительности перепады температуры могут стать причиной протечки клапана, например, из-за различающегося теплового расширения корпуса клапана и стержня клапана и/или седла клапана. Такая проблема характерна, например, для системы вдувания пылеугольного топлива. В подобных случаях для пробковых клапанов принято устанавливать на клапан пружинные устройства, смещающие стержень клапана и седло клапана друг к другу в направлении, перпендикулярном оси вращения стержня клапана. Первый вариант такой конструкции предполагает седло, пружинно смещаемое относительно стержня. Второй возможный вариант, который и является предметом настоящего изобретения, предполагает стержень, пружинно смещаемый относительно седла.
Во многих известных, пружинно смещаемых пробковых клапанах пружинные устройства состоят из винтовых пружин, установленных в направляющих отверстиях корпуса клапана таким образом, чтобы смещать стержень и седло друг к другу. Было обнаружено, что данный тип пружинно смещаемого стержня клапана в некоторых случаях гарантирует герметичность текучей среды не полностью, особенно в системе вдувания пылеугольного топлива, функционирующей при высокой температуре и давлении. Более того, в транспортных системах для псевдоожиженного сыпучего материала тонкодисперсные включения, отделяющиеся от потока псевдоожиженного сыпучего материала, скапливаются в полостях внутри корпуса клапана и, следовательно, также в направляющих отверстиях винтовых пружин. Таким образом, винтовые пружины могут оказаться заблокированными в определенном положении. Как только возникают проблемы при работе пружины, герметичность текучей среды тотчас же нарушается, особенно при перепаде температур. Это особенно проблематично в пневматической транспортной системе, в которой важным требованием является газонепроницаемость. Дальнейшим губительным последствием возможной блокировки может стать повреждение клапана, либо, при наличии клапана с сервоприводом, повреждение привода в случае работы клапана в таком заблокированном состоянии.
Техническая задача
Целью настоящего изобретения является разработка регулирующего поток клапана для псевдоожиженного материала, который улучшает герметичный для текучей среды контакт между стержнем клапана и седлом клапана вне зависимости от условий работы и скопления тонкодисперсных включений.
Общее описание изобретения
Для достижения этой цели рассматриваемое изобретение предлагает регулирующий поток клапан для псевдоожиженного материала, включающий в себя корпус клапана, имеющий клапанную камеру и седло клапана, стержень клапана с проточным каналом, причем стержень клапана расположен внутри клапанной камеры перед седлом клапана для того, чтобы он имел возможность вращения вокруг оси вращения для регулирования потока, проходящего через регулирующий поток клапан. Регулирующий поток клапан также включает в себя пружинные устройства, прижимающие стержень к седлу перпендикулярно оси вращения, для достижения плотного контакта между седлом и стержнем клапана пружинные средства, смещающие стержень клапана к седлу клапана перпендикулярно к оси вращения для достижения плотного контакта между седлом клапана и стержнем клапана. Согласно важному аспекту изобретения пружинные устройства содержат по меньшей мере одну консольную пружину, установленную в зазоре противоположно седлу клапана с тем, чтобы прижимать стержень клапана к седлу клапана.
Регулирующий поток клапан согласно изобретению позволяет достичь улучшенной герметичности в отношении текучей среды вне зависимости от рабочих условий клапана. Более того, использование изгибных пружин консольного типа устраняет необходимость применения винтовых пружин с направляющими отверстиями, и, таким образом, функция прижимного смещения клапана становится невосприимчивой к засорению тонкодисперсными включениями.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна консольная пружина является пружинным толкателем. Пружинный толкатель имеет первый концевой участок, прижимающий стержень клапана к седлу клапана, и второй концевой участок, закрепленный на корпусе клапана. Несмотря на то, что было бы возможно использование иных изгибных пружин консольного типа, таких как пластинчатая пружина, пружинные толкатели являются предпочтительными.
Для того чтобы достичь более равномерного изгибного напряжения по всей длине пружинного толкателя, пружинный толкатель предпочтительно выполнен сужающимся в направлении его первого концевого участка.
Преимущественно, консольная пружина содержит седельный элемент, установленный на первой концевом участке консольной пружины и имеющий контактную поверхность, соответствующую внешней поверхности стержня клапана. Данная конфигурация дает возможность достигнуть тесного поверхностного контакта на определенном участке между пружиной и стержнем.
В качестве еще одного преимущества консольных пружин регулирующий поток клапан в предпочтительном варианте осуществления может содержать регулировочное устройство, в котором закреплен второй концевой участок пружинного толкателя, при этом регулировочное устройство позволяет установку осевого положения пружинного толкателя по отношению к стержню клапана. Т.к. натяжение каждой консольной пружины, а следовательно и контактного давления между стержнем клапана и седлом клапана, может быть отрегулировано, возможность регулировки обеспечивает преимущество в гарантии герметичности по отношению к текучей среде. Первоначальная регулировка позволяет отрегулировать клапан для некоторых случаев применения (в случаях различного давления, температур, типов текучей среды и т.п.). Регулировка клапана в течение его срока службы позволяет принимать во внимание изменения процесса либо, например, износ деталей клапана. Для настройки осевого положения пружинного толкателя регулировочное устройство предпочтительно включает в себя рабочую часть для регулировки осевого положения пружинного толкателя, при этом рабочая часть выступает из корпуса клапана. Таким образом, возможна регулировка клапана во время работы.
Для того чтобы достичь равномерного контакта между стержнем клапана и седлом клапана, предпочтительно предусмотреть две пары консольных пружин, установленных в соответствующих зазорах по касательной по отношению к стержню клапана и на противоположных сторонах протока через корпус клапана. В такой конфигурации консольные пружины каждой пары установлены параллельно, а две консольные пружины любой из пар установлены в противоположном друг другу соосном соотношении.
Преимущественно, клапан-регулятор потока также включает в себя приводной шток, установленный с возможностью вращения в корпусе клапана, и муфту Олдхэма, соединяющую стержень клапана и приводной шток. Такая конфигурация представляет собой простой и надежный способ плавающей установки стержня клапана в клапанной камере для того, чтобы дать стержню клапана возможность перемещения относительно седла клапана.
Для того чтобы облегчить доступ к консольным пружинам и особенно к их регулировочным устройствам, зазор для каждой консольной пружины предпочтительно расположен перпендикулярно оси приводного штока в корпусе клапана.
Несмотря на то, что клапана со сферической пробкой также могли бы выиграть от использования консольных пружин, предпочтительно все же, особенно в пневматических транспортных системах, что стержень клапана содержит, по существу, цилиндрический полый корпус, имеющий цилиндрическую уплотняющую поверхность, находящуюся в контакте с соответствующей уплотняющей поверхностью седла клапана, а цилиндрическая прижимная поверхность находится в контакте с первым концевым участком консольной пружины либо, при его наличии, с контактной поверхностью седельного элемента.
Следует понять, что регулирующий поток клапан согласно настоящему изобретению является особенно подходящим для его использования в системе вдувания пылеугольного топлива для шахтной печи.
Краткое описание чертежей
Далее приводится описание предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показан:
Фиг.1: вид регулирующего поток клапана согласно изобретению в продольном разрезе; и
Фиг.2 вид регулирующего поток клапана в разрезе по линии II-II на фиг.1.
Дальнейшие детали и преимущества настоящего изобретения станут ясны из следующего подробного описания.
Подробное описание чертежей
На фиг.1 изображен регулирующий поток псевдоожиженного материала клапан, обозначенный в целом под ссылочным номером 10. Регулирующий поток клапан сконструирован для использования в трубопроводе транспортной системы для псевдоожиженного сыпучего материала, в частности для использования в пневмотранспортной установке, такой как система вдувания пылеугольного топлива для шахтной печи.
Регулирующий поток клапан 10 состоит из корпуса 12 клапана, имеющего впускное 14 и выпускное 16 отверстия. Корпус 12 клапана определяет границы расположенной в нем клапанной камеры 18, сообщающейся с впускным 14 и выпускным 16 отверстиями. Стержень 20 клапана установлен внутри клапанной камеры 18. Стержень 20 клапана имеет корпус в целом цилиндрической полой конфигурации с первым отверстием 22 и со вторым отверстием 24, расположенными сбоку в цилиндрической оболочке корпуса стержня. Отверстия 22 и 24 образуют проточный канал через стержень 20 клапана. Стержень 20 клапана включает в себя также соединительный участок 26, соединяющий стержень 20 клапана с приводным штоком 28, установленным с возможностью его вращения в корпусе 12 клапана.
Кроме того, регулирующий поток клапан 10 включает в себя седло 30 клапана, закрепленное в корпусе 12 клапана на краю клапанной камеры 18. Седло 30 клапана имеет, в общем, трубчатую, цилиндрическую форму и установлено в сопряженном разъеме 32 корпуса 12 клапана. Седло 30 клапана образует дальнейший проточный канал, который связывает клапанную камеру 18 с выпускным отверстием 16. Как показано на фиг.1, стержень клапана 20 расположен перед седлом клапана 30. Стержень 20 клапана выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения А посредством приводного штока 28. Известным в настоящее время способом для клапанов стержневого типа вращающееся положение стержня 20 клапана относительно седла 30 клапана позволяет регулировать проходящий через клапан 10 поток путем установки степени совпадения между проточными каналами стержня 20 клапана и, соответственно, седла 30 клапана. В связи с этим нужно отметить, что второе отверстие 24 стержня 20 клапана имеет составную форму, в которой одна часть имеет коническую, по существу, треугольную форму, а вторая - по существу, полукруглую (если смотреть в проекции на плоскость). Такая форма позволяет улучшить управление потоком путем придания участку пересекающего проточного канала, по существу, линейной функции углового положения стержня 20 клапана (когда совпадение ограничивается первой, по существу, треугольной частью отверстия 24). Как далее показано на фиг.1, два крепежных фланца 34, 36 установлены на корпусе 12 клапана в продолжение впускного 14 и, соответственно, выпускного 16 отверстий.
Как это хорошо показано на фиг.2, стержень клапана 20 имеет цилиндрический участок внешней уплотняющей поверхности. Однако стержень 20 клапана необязательно должен быть цилиндрическим, возможны также и другие типы, например сферические заглушки, однако притом, что участок уплотняющей поверхности является участком поверхности тела вращения. Седло 30 клапана имеет участок уплотняющей поверхности, точно соответствующий уплотняющей поверхности стержня 20 клапана так, что между ними возможен плотный контакт.
Как видно далее на фиг.2, для смещения стержня 20 клапана относительно седла 30 клапана в направлении, перпендикулярном оси вращения А, предусмотрены пружинные устройства для достижения плотного контакта между седлом 30 клапана и стержнем 20 клапана. Согласно изобретению эти пружинные средства содержат консольные пружины 40. Следует понять, что консольные пружины 40 являются изгибными пружинами, работающими за счет упругости при изгибе. Несмотря на то, что возможно использование иных типов консольных пружин, например пластинчатых, консольные пружины предпочтительно являются пружинными толкателями 40 круглого поперечного сечения по причинам, объясняемым ниже. Как видно на фиг.1 и 2, четыре пружинных толкателя 40 размещены в соответствующих зазорах 42, примыкающих к клапанной камере 18 и противоположно седлу 30 клапана. Каждый пружинный толкатель 40 имеет первую концевую часть, направленную по касательной к стержню 20 клапана и пружинно смещающую стержень 20 клапана к седлу 30 клапана, и вторую конечную часть, закрепленную на корпусе 12 клапана. Как должно быть понятно, направление результирующей пружинной смещающей силы F, производимой пружинными толкателями 40, перпендикулярно оси вращения А и направлено в сторону седла 30 клапана.
Как видно на фиг.2, каждый пружинный толкатель 40 имеет форму конического стержня, сужающегося в направлении его первого концевого участка. Тем самым, по сравнению с толкателями цилиндрической формы, в данном случае достигается более равномерное распределение напряжения при изгибе по всей длине толкателя. Для обеспечения поверхностного контакта между каждым пружинным толкателем 40 и стержнем 20 клапана каждый пружинный толкатель 40 имеет установленный на его первом концевом участке седельный элемент 44. Каждый седельный элемент 44 имеет контактную поверхность, соответствующую внешней цилиндрической внешней поверхности стержня 20 клапана.
Также, на фиг.2 показано, что каждый пружинный толкатель установлен на корпусе клапана 12 посредством соответствующего регулировочного устройства 46. Вторая конечная часть соотнесенного с ним пружинного толкателя 40 закреплена в регулировочном устройстве 46, позволяющем его установку образом, т.е. регулировку осевого положения данного пружинного толкателя 40 по отношению к стержню 20 клапана и, таким образом, точки касания по касательной между ними. Как должно быть понятно, осевое расположение пружинного толкателя 40 позволяет уменьшить либо увеличить расстояние между его первым концевым участком и осью вращения А, сохраняя контакт по касательной со стержнем 20 клапана. Таким образом, благодаря регулировочным устройствам 46 имеется возможность регулировки изгиба пружинного толкателя 40 и, следовательно, величины силы F, т.е. степени пружинного отклонения. С этой целью каждое регулировочное устройство 46 имеет полую цилиндрическую муфту 48, установленную в отверстии, являющемся продолжением соответствующего зазора 42 и выходящее наружу из корпуса 12 клапана, внутри муфты 48 установлена втулка 50 с внутренней резьбой. Муфта 48 взаимодействует с соответствующей внешней резьбой 52 второго концевого участка пружинного толкателя 40 и завинченной на внешнюю резьбу 52 до упора с муфтой 48 контргайкой 54. При ослаблении контргайки 54 осевое положение пружинного толкателя 40 может быть точно отрегулировано путем поворачивания, т.е. завинчивания пружинного толкателя 40, используя, например, динамометрический ключ. Для этой цели корпус пружинного толкателя 40 имеет вращательно-симметричную форму с круглым поперечным сечением, сужающимся в сторону переднего конца. Следует понять, что регулировочное устройство 46 имеет рабочий участок 55, формируемый контргайкой 54 и внешними участками муфты 48 и пружинного толкателя 40, выступающий из корпуса клапана 12. Благодаря такой конструкции, возможно управлять регулировочным устройством 46, не разбирая корпус клапана 12, т.е. во время его работы, например, для того чтобы заново отрегулировать давление плотного контакта или для выхода из состояния блокировки. Следует также понять, что помимо регулировки конструкция установочного приспособления 46 позволяет с легкостью демонтировать и снять пружинный толкатель 40, например, для технического обслуживания либо осмотра. В корпусе 12 клапана предусмотрены два стопорных штифта 56, для того чтобы избежать смещения стержня 20 клапана при удалении пружинных толкателей 40. Для того чтобы поддерживать контакт между седельными элементами 44 и стержнем 20 клапана в любом осевом положении и во время вращения, каждый седельный элемент 44 закреплен на своем пружинном толкателе 40 таким образом, чтобы быть вращаемым вокруг продольной оси пружинного толкателя 40 и предпочтительно слегка отворачиваемым от оси, параллельной оси. А, к примеру, посредством сферического соединения.
Как должно быть понятно из фиг.1 и фиг.2, две пары пружинных толкателей 40 расположены с противоположных сторон проходящего сквозь корпус 12 клапана проточного канала в соответствующих зазорах 42 по касательной относительно стержня 20 клапана. Пружинные толкатели 40 каждой пары расположены параллельно (т.е. имеют параллельные продольные оси и предполагают отсутствие контакта друг с другом). Два пружинных толкателя 40 из каждой пары расположены в противонаправленном соосном взаимоотношении, как показано на фиг.2. Такое расположение четырех пружинных толкателей 40 обеспечивает равномерное контактное давление на уплотняющие поверхности седла 30 клапана и стержня 20 клапана.
Как показано на фиг.1, стержень 20 клапана соединен с приводным штоком 28 посредством соединительного элемента 60. Соединительный элемент 60 имеет в целом форму диска и конструкцию муфты Олдхэма. С этой целью соединительный элемент 60 имеет продольную выточку на первой стороне, совпадающую с сопряженным выступом приводного штока 28, а также продольный выступ на второй стороне, перпендикулярный выточке на первой стороне и совпадающий с сопряженной выточкой на соединительном участке 26 стержня 20 клапана. Такая конфигурация делает возможным плавающую установку стержня 20 клапана в клапанной камере 18 для того, чтобы допустить некоторое смещение оси вращения А стержня 20 клапана и оси приводного штока 28. Данная конфигурация муфты Олдхэма в сочетании с подходящей опорой для стержня 20 клапана, расположенной на противоположной соединительному элементу 26 стороне, сохраняет параллельное расположение обеих осей.
Как далее показано на фиг.1, преимущественно цилиндрические зазоры 42 расположены в корпусе 12 клапана перпендикулярно к оси приводного штока 28. Благодаря такому расположению облегчается доступ персонала к регулировочным устройствам 46.
Что касается предпочтительных материалов, необходимо понять, что все пружинные толкатели изготовлены из пружинной стали. Стержень 20 клапана, седло 30 клапана и седельные элементы 44 изготовлены, в свою очередь, из твердых металлов либо твердых сплавов. Корпус клапана сам по себе может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, из обычной стали.
В заключение остается упомянуть о некоторых важных преимуществах, достигаемых регулирующим поток клапаном 10 согласно изобретению:
Применение консольных изгибных пружин 40 в сочетании с соответствующими зазорами 42 придает необходимой функции пружинного отклонения гораздо большую надежность и фактически нечувствительность к засорению и блокировке, вызываемой скоплением тонко дисперсных включений.
В результате, регулирующий поток клапан 10 имеет более надежную непроницаемость для текучих сред фактически в любых условиях и поэтому может быть использован в с точки зрения безопасности критичных случаях применения и/или в тяжелых условиях, как, например, в системе вдувания пылеугольного топлива в шахтной печи.
Благодаря консольным изгибным пружинам 40, регулирующий поток клапан 10 имеет улучшенную устойчивость в отношении различного теплового расширения составного материала корпуса 12 клапана и стержня 20 клапана и/или седла 30 клапана.
В сочетании с регулировочным устройством 46 консольные изгибные пружины 40 позволяют точно и оптимально установить давление плотного контакта. Это позволяет приспособить клапан 10 для разных рабочих условий и уменьшить износ стержня 20 и седла 30. Кроме того, может быть уменьшен требуемый момент срабатывания по сравнению с обычными клапанами, для которых в целях безопасности часто характерно избыточное смещение.
Конструкция регулирующего поток клапана 10 в общем и регулировочного устройства 46 в частности позволяет устанавливать давление плотного контакта во время работы, что позволяет избежать простоя.
Поскольку резко уменьшается риск блокировки стержня 20 клапана в определенном положении, также уменьшается и риск повреждения клапана и повреждения, при наличии, его сервомотора.
Конструкция регулирующего поток клапана 10 в общем и регулировочного устройства 46 в частности облегчает техническое обслуживание внутренних деталей клапана 10 по сравнению с обычными подпружиненными клапанами, использующими винтовые пружины.