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 [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 на входе по отношению к номинальным их величинам.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком, закрепленным на рычаге, и запорным органом, содержащим конусное седло на стороне выхода клапанного отверстия, а также шаровой клапан и шток [2]. Данный конденсатоотводчик работает без пропуска пара при многократных увеличении или уменьшении расхода и давления конденсата по отношению к номинальным их величинам, и он дополнительно выполняет функцию обратного клапана. Недостатком его является то, что возможные коррозионные и иные повреждения закрытого поплавка приводят к прекращению функционирования устройства. 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 загрязнениям щели. Перетоки снижают эффективность работы конденсатоотводчика, а возможные загрязнения узкой кольцевой щели могут привести к "заклиниванию" штока, и по этой причине прекратится нормальная работа устройства.
2
Известен также конденсатоотводчик, имеющий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый сверху поплавок, примыкающий к выпускному патрубку запорный орган, включающий седло и клапан, жестко соединенный со штоком, который шарнирно соединен с рычагом, один конец которого шарнирно соединен с поплавком, а другой конец снабжен грузом и противовесом [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 имеет сложную конструкцию, он громоздкий и тяжелый. Конденсатоотводчик не в состоянии препятствовать выходу пара из корпуса при повышенных давлениях пароконденсатной смеси из-за близкого расположения запорного органа по вертикали к поверхности раздела паровой и жидкой фаз в корпусе, а также в связи с трудностью обеспечить необходимую силу прижатия клапана к седлу для закрытия запорного органа. Сила прижатия клапана к седлу создается с помощью противовеса (груза), которым снабжен свободный конец рычага. Так как противовес не может быть чрезмерно большим, а свободный конец рычага имеет малый угол с вертикалью и по этой причине плечо действия груза мало, то в реальности оказывается, что конденсатоотводчик способен выпускать конденсат и одновременно препятствовать выходу пара при перепаде давлений на клапанном узле не более 0,05÷0,1 кг/см. Недостатком является и то, что в процессе эксплуатации конденсатоотводчика в поплавке может накапливаться осадочная грязь и, утяжеляя поплавок, способствовать выходу конденсатоотводчика из режима нормального функционирования. 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 вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, впускной и выпускной патрубки, поплавок, открытый сверху и размещенный в корпусе, запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий седло, клапанное отверстие, клапан, соединенный со штоком, который имеет шарнирное соединение с рычагом, один конец которого шарнирно соединен с поплавком, другой конец рычага шарнирно соединен с опорой, закрепленной на выпускном патрубке [4] - прототип. Использование в известном устройстве шарнирного соединения конца рычага с неподвижной опорой, закрепленной на выпускном патрубке, дает возможность снизить металлоемкость конденсатоотводчика, выполнять его более компактным. Недостатком является то, что открытый сверху поплавок не защищен от силового динамического воздействия потока пароконденсатной смеси, поступающего в конденсатоотводчик. В условиях, когда поток пароконденсатной смеси имеет переменный расход и колебание давления, механически связанные с поплавком шарнирные узлы рычага и элементы запорного органа будут интенсивно изнашиваться, что снижает надежность работы конденсатоотводчика. Поплавок выполнен недренируемым, и, следовательно, в процессе работы в нем может накапливаться грязь. Конструкция запорного органа не обеспечивает надежное центрирование и плотную посадку клапана на седло при работе конденсатоотводчика.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности работы конденсатоотводчика.
Поставленная задача решается тем, что конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и дном, впускной и выпускной патрубки, поплавок, открытый сверху и размещенный в корпусе, запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий седло, клапанное отверстие, клапан, соединенный со штоком, который имеет шарнирное соединение с рычагом, один конец которого шарнирно соединен с поплавком, другой конец рычага шарнирно соединен с опорой, закрепленной на выпускном патрубке, выполнен так, что к крышке прикреплен отбойник с трубкой для подачи большей части конденсата в поплавок, и со сливной кромкой, через которую другая часть конденсата перетекает в пространство между стенками корпуса и поплавка, седло запорного органа выполнено конусным, при этом седло и клапан размещены на выходе из клапанного отверстия, клапан имеет поверхность сферической формы, а в дне поплавка выполнено дренажное отверстие.
В отличие от известного устройства наличие прикрепленного к крышке отбойника с трубкой для подачи большей части конденсата в поплавок и со сливной кромкой, через которую другая часть конденсата перетекает в пространство между стенками корпуса и поплавка, защищает поплавок от силового динамического воздействия потока конденсата, поступающего в корпус из впускного патрубка. Отбойник гасит энергию поступающей струи конденсата и обеспечивает работу поплавка в спокойном режиме без внешних, носящих случайный характер, силовых динамических воздействий со стороны рабочей среды. Тем самым повышается надежность и эффективность функционирования конденсатоотводчика. Выполнение седла запорного органа конусным, а клапана с поверхностью сферической формы, размещение седла и клапана на выходе из клапанного отверстия обеспечивают надежное центрирование клапана и его плотную посадку на седло в режиме работы запорного органа "закрыто". Обеспечивается также самоочистка клапанного отверстия от загрязнений при движениях в нем штока клапана в процессе работы конденсатоотводчика. Наличие дренажного отверстия диаметром 0,5÷2 мм в нижней стенке поплавка обеспечивает удаление из поплавка оседающих дисперсных твердых частиц с потоком конденсата, выходящим через это отверстие. В перерывах в работе конденсатоотводчика поплавок освобождается от конденсата путем его самопроизвольного вытекания через дренажное отверстие, и тем самым исключается опасность "размораживания" поплавка в зимнее время года. Конструкция конденсатоотводчика значительно упрощается, габариты и вес существенно уменьшаются.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Известные конденсатоотводчики с подпорными шайбами [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 изобретения "существенные отличия".
На чертеже показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2 и дном 3. Впускной патрубок 4 с фильтром 5, выпускной патрубок 6 и патрубок 7 для выпуска воздуха и неконденсирующихся газов устанавливаются на крышке 2. К крышке 2 крепится отбойник 8 с трубкой 9 для подачи конденсата в поплавок 10. Поплавок 10 через проушину 11 шарнирно соединен с концом рычага 12. Другой конец рычага 12 шарнирно соединен с опорой 13, закрепленной на выпускном патрубке 6. Промежуточный шарнир рычага 12 соединяет его со штоком 14 клапана 15. Конусное седло 16 и клапанное отверстие 17 запорного органа выполнено в гайке 18, которая с помощью резьбы закреплена в выпускном патрубке 6. В дне поплавка 10 имеется дренажное отверстие 19 малого диаметра. На выпускном патрубке 6 установлено направляющее кольцо 20, ограничивающее горизонтальные перемещения поплавка 10. В дне 3 конденсатоотводчика имеется резьбовая пробка 21 для очистки от отложений и слива конденсата. Для постоянного удаления неконденсирующихся газов из корпуса 1 в выпускном патрубке 6 выполнено отверстие 22 малого диаметра. Герметичность фланцевого соединения корпуса 1 с крышкой 2 обеспечивается с помощью прокладки 23.
Конденсатоотводчик работает следующим образом.
При пуске в работу паропотребляющего аппарата, за которым установлен конденсатоотводчик, из системы под действием давления пара удаляется воздух через открытый запорный орган конденсатоотводчика. Затем следующий за воздухом поток отводимого конденсата через впускной патрубок 4 и фильтр 5 поступает в корпус 1 конденсатоотводчика. Большая часть потока конденсата по трубке 9 входит в полость поплавка 10, а другая часть через сливную кромку отбойника 8 перетекает в пространство между стенками корпуса 1 и поплавка 10. Заполнение конденсатом поплавка увеличивает его вес и приводит к закрытию запорного органа. При полном заполнении поплавка 10 конденсатом последний начинает перетекать через край поплавка. Повышение уровня конденсата в корпусе 1 приводит к уменьшению результирующей силы, действующей через проушину 11 сверху вниз на конец рычага 12. При достижении определенной высоты уровнем конденсата, под действием давления среды в корпусе 1 клапан 15 поднимается над конусным седлом 16, и конденсат получает доступ в выпускной патрубок 6. В соответствии с расходом конденсата автоматически устанавливается высота его уровня в корпусе 1 и степень подъема клапана 15. Если в корпус 1 через впускной патрубок 4 будет поступать пар, то при выпуске конденсата и снижении его уровня в корпусе 1 наступит момент, когда действующая на клапан 15 через шток 14 и рычаг 12 сила веса поплавка 10 с находящимся в нем конденсатом становится больше силы давления среды в корпусе 1 на клапан 15. При этом клапан 15 опустится на конусное седло 16, и запорный орган закроется. Гайка 18 с клапанным отверстием 17 всегда находится ниже уровня конденсата. Это создает гидравлический затвор, дополнительно препятствующий проходу пара в выпускной патрубок 6. Выделяющиеся из пароконденсатного потока неконденсирующиеся газы собираются в верхней части корпуса 1 и выпускаются из конденсатоотводчика через отверстие 22 в выпускном патрубке 6.
При необходимости быстрого запуска в работу конденсатоотводчика, для скорейшего выпуска воздуха из системы используется воздушный патрубок 7 с вентилем. При перерывах в работе и необходимости удаления конденсата из конденсатоотводчика используется дренажная резьбовая пробка 21. Из поплавка 10 конденсат дренируется через отверстие 19 в дне поплавка.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:
- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;
- поплавок выполнен легким, тонкостенным;
- вес (металлоемкость) и объем конденсатоотводчика значительно снижены;
- за счет вертикальных перемещений штока клапана в клапанном отверстии осуществляется самоочистка запорного органа от загрязнений;
- конденсатоотводчик имеет повышенную надежность работы;
- конденсатоотводчик дополнительно выполняет функцию обратного клапана;
- имеет хорошую приспособляемость к динамическим условиям работы;
- не требуется каких-либо специальных действий персонала при запуске в работу;
- за счет самоцентрирования клапана, имеющего сферическую поверхность, обеспечивается полный и плотный его контакт с конусным седлом при закрытом запорном органе;
- конденсатоотводчик способен пропускать воздух;
- конденсатоотводчик выпускает выделяющиеся из отводимого потока неконденсирующиеся газы;
- при перерывах в работе и при необходимости легко осуществляется удаление конденсата из поплавка и корпуса конденсатоотводчика;
- обеспечивается самоочистка поплавка от оседающих дисперсных твердых частиц;
- имеется защита от "размораживания" в зимнее время года.
Источники информации
1. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. - М.: Энергия, 1971. - c.63.
2. Патент на изобретение RU №2137022 С, М. кл. F16T 1/20 от 22.01.1998. Опубл. 10.09.1999, Бюл. №25.
3. Патент Германии №114995, МПК F16T 1/28 от 1898.
4. Патент США №1966007, МПК F16T 1/28 от 1934.