ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ОТСЕЧНОЙ КЛАПАН

Техническое решение относится к области оборудования транспортирования низконапорных газовых сред, а именно, к области запорной арматуры, и может быть использовано в теплоэнергетических системах на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании.
Известен (SU, авторское свидетельство 870834) отсечной запорный клапан с электромеханическим приводом. Известный клапан содержит корпус со средствами ввода и вывода газового потока, внутри корпуса установлен подпружиненный запорный орган, управляемый посредством электромеханического привода, в состав которого входят электромагнит с подвижным якорем, фиксатор и два концевых выключателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Известен (RU, патент 2135873) отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, заключенный в кожух привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, в состав которого входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 82286) электромеханический отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим проход штока клапана, корпус с седлом, входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, а также привод. Привод содержит шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель с редуктором и узел управления. В состав узла управления входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя. Кроме того, клапан содержит стакан, укрепленный на крышке клапана, и втулку, которая с использованием разрезного кольца установлена на штоке клапана, причем пружина клапана соосно со штоком размещена между стаканом и втулкой. Двухплечный рычаг привода выполнен с жестко скрепленной на нем осью при соотношении плеч больше единицы и установлен на закрепленной к основанию опоре с возможность осевого перемещения, причем на коротком плече рычага установлены втягивающий и удерживающий электромагниты. Якорь втягивающего электромагнита соединен через серьгу с подпружиненным штоком, который через другую серьгу шарнирно соединен с фиксатором. Вспомогательный рычаг установлен на оси указанного двухплечного рычага, а на его конце закреплены соосно с фиксатором фиксирующий палец и фиксатор ручной защелки, при этом рычаг электродвигателя соединен с вспомогательным рычагом. Узел управления также содержит контактор с одним размыкающим и тремя замыкающими контактами, три концевых выключателя с размыкающей и замыкающей парами контактов и мостовой выпрямитель. Цепь реверсированного управления электродвигателем состоит из последовательно соединенных замкнутого контакта контактора, размыкающей пары контактов второго концевого выключателя для положения клапана «закрыто» и клеммы электродвигателя прямого вращения, а также из последовательно соединенных первого разомкнутого контакта контактора, замыкающей пары контактов первого концевого выключателя для положения клапана «открыто» и клеммы электродвигателя обратного вращения. Указанные контакты контактора имеют общую точку соединения с фазой сети, а нейтраль соединена с клеммой электродвигателя. Цепь управления электромагнитами содержит последовательное соединение ключа, параллельно соединенных двух пар замыкающих контактов концевых выключателей и третьего замыкающего контакта контактора и катушки контактора, которая вторым выводом соединена с нейтралью сети. Параллельно этой цепи включены последовательно соединенные второй замыкающий контакт контактора, размыкающая пара третьего концевого выключателя и катушка втягивающего электромагнита, которая также вторым выводом соединена с нейтралью сети. Вход мостового выпрямителя соединен с нейтралью сети и общей точкой соединения замыкающего контакта контактора и размыкающей парой третьего концевого выключателя, а выход мостового выпрямителя подключен к обмотке удерживающего электромагнита.
Недостатком известного технического решения следует признать, что клапан не имеет функции кратковременной задержки срабатывания, и обладает недостаточным количеством регулировок, влияющих на качество изготовления.
Техническая задача, на решение которой направлено разработанное техническое решение, состоит в оптимизации конструкции электромеханического отсечного клапана.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции электромеханического отсечного клапана состоит во введении в конструкцию привода клапана электромагнитного реле времени, обеспечивающего задержку срабатывания клапана при кратковременном пропадании напряжения продолжительностью до 1 сек («мигании»), а также замене нерегулируемых серег на регулируемую тягу, с использованием которой шток клапана соединен с приводом, что позволяет плавно регулировать перемещение штока клапана.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию электромеханического отсечного клапана. Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции содержит корпус со средствами ввода и вывода газовой среды, в корпусе расположена с возможностью перекрывания потока тарелка, соединенная со штоком, выполненным с возможностью перемещения посредством привода, при этом привод содержит рычаг, на одном конце которого установлены электромагнит и электромагнитное реле времени, рычаг в средней части выполнен с возможностью соединения посредством регулируемой тяги со штоком клапана, на основании дополнительно смонтированы магнитный пускатель, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала и установленный с возможностью включения электромагнита и электромагнитного реле времени, и средства подключения привода к сети электрического тока. В предпочтительном варианте реализации в тарелке выполнено отверстие, которое при закрытом положении клапана также закрыто.
На штоке может быть размещена пружина, упирающаяся одним концом в крышку клапана, а другим во втулку, закрепленную на штоке. Используемый привод может дополнительно содержать блок концевых выключателей, представляющий собой рамку, закрепленную на конце рычага, при этом на рамке установлены кнопочные выключатели, внутри рамки на вращающейся оси расположены кулачки по одному на выключатель, установленные с возможностью воздействия на кнопки выключателей. В одном их вариантов реализации блок концевых выключателей может быть выполнен с возможностью поворота в зависимости от положения рычага. Также в одном из вариантов реализации привод может дополнительно содержит фиксатор, установленный на рычаге шарнирно с использованием серег, вилки, штока и коромысла. В этом варианте реализации предпочтительно фиксатор соединен с электромагнитом и электромагнитным реле времени с возможностью поворота на угол 90° при рабочем ходе электромагнита и электромагнитного реле времени и выполнения возвратного движения под действием пружины, расположенной на штоке, соединяющем электромагнит с фиксатором, при этом шток размещен в направляющей, приваренной к рычагу, на котором закреплены электромагнит и электромагнитное реле времени. В средней части рычага привода может быть установлена ось, посредством которой рычаг закреплен с возможностью вращения на опоре, размещенной на основании привода. В наиболее предпочтительном варианте реализации привод дополнительно закрыт кожухом.
Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции предназначен для работы в качестве отсечного органа на линиях подачи газа к горелкам паровых и водогрейных котлов при рабочем давлении не свыше 1,2 МПа и перепаде давления не выше 30 кПа. Время полного закрытия клапана не превышает 1 секунду. Тип присоединения к трубопроводу - фланцевый или на сварке.
На фиг.1 приведен разрез электромеханического отсечного клапана, а на фиг.2, 3 - разрезы привода электромеханического отсечного клапана в наиболее предпочтительном варианте реализации.
Электромеханический отсечной клапан (см. фиг.1) в одном из вариантов реализации состоит из привода 1, сварного корпуса 2 углового типа и крышки 3 с направляющей втулкой. В качестве запорного устройства предусмотрена тарелка 4 с уплотнительным резиновым кольцом 5. Тарелка соединена посредством наконечника 6 и гайки 7 со штоком 8. На штоке установлена пружина 9, упирающаяся одним концом в направляющую втулку крышки 3, а другим - во втулку 11, закрепленную на штоке посредством разрезного кольца 12. Тарелка 4 установлена на штоке 8 с возможностью перемещения тарелки относительно штока на величину до 5 мм. Наконечник 6, находящийся в тарелке, имеет уплотнительную поверхность и под действием пружины 9 прижат к уплотнительному кольцу 5. Другой конец штока через направляющую втулку крышки 3 выходит наружу, где соединяется с приводом 1 клапана посредством оси 10. Место выхода штока из крышки уплотнено резиновыми кольцами, которые закрыты крышкой сальника 13 посредством трех болтов.
Привод 1 выполнен таким образом, что не позволяет открыть клапан при перепаде давления до и после клапана свыше величины, равной 30 кПа (при высоком давлении газа перед клапаном это делает невозможным попадание большого количества газа в топку котла при открытой заслонке после клапана или при ее отсутствии).
Привод (см. фиг.2 и 3) смонтирован на основании 14 и состоит из рычага 15, на котором установлен на одном конце электромагнит 16, электромагнитное реле времени 17 и блок концевых выключателей 18, на другом конце - фиксатор 19. В средней части рычага приварена ось 20, посредством которой он установлен на опоре с возможностью вращения. Фиксатор 19, установленный на рычаге 15 шарнирно посредством серьги 21, вилки 22, штока, коромысла 24 соединен с электромагнитом 16 и электромагнитным реле времени 17 таким образом, что имеет возможность поворачиваться на угол 90° при рабочем ходе электромагнита и электромагнитного реле времени. Обратный ход фиксатора обеспечивается пружиной 25. На опоре посредством оси 20 рычага установлен дополнительный рычаг 26, который является связующим звеном между рычагом 15 и рычагом 27 исполнительного механизма 33 типа МЭО, в состав которого входят электродвигатель, редуктор, дополнительный блок концевых выключателей. На конце рычага выполнена ручная защелка 28 с дополнительным фиксатором 29. Для передачи усилия рычаг в средней части соединен регулируемой тягой 30 со штоком клапана. Для управления электрооборудованием в составе привода смонтированы: магнитный пускатель 34, вилка с розеткой 35 и электрические проводки. Привод сверху закрывается кожухом 31, который крепится к основанию 14 винтами.
Блок концевых выключателей 18 посредством рычага 32 имеет возможность поворота в зависимости от положения рычага 15.
Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции работает следующим образом:
а) при подаче напряжения 220 В на клапан рычаг МЭО 27 (см. фиг.2) устанавливается в исходное положение, при котором клапан закрыт. При этом фиксатор дополнительного рычага 26 должен находиться в гнезде фиксатора;
б) после подачи управляющего сигнала 220 В включается электромагнит 16 и электромагнитное реле времени 17. Фиксатор 19 поворачивается на угол 90°, тем самым, соединяя рычаги 15 и 26 между собой. Рычаг МЭО 27 начинает подниматься, увлекая за собой рычаг 15, и клапан открывается, при этом пружина 9 клапана (см. фиг.1) сжимается;
в) для уменьшения усилия в момент открытия клапана предусмотрен сброс рабочей среды из верхней полости клапана в нижнюю за счет открытия в первый момент отверстия в тарелке 4 (см. фиг.1), которое было закрыто штоком 8 до начала его подъема;
г) открытие клапана происходит до тех пор, пока ход штока 8 не составит величины равной 0,25 условного диаметра клапана;
д) при открытии клапана на 75% снимается напряжение с электромагнита 16 (см. фиг.2) и клапан остается в открытом положении за счет удержания электромагнитным реле времени 17 фиксатора 19 в повернутом положении;
е) для закрытия клапана снимается управляющий сигнал, электромагнитное реле времени обесточивается и под действием пружины 25 фиксатор 19 поворачивается в обратную сторону, а клапан вследствие действия пружины 9 клапана (см. фиг.1) закрывается;
ж) для закрытия клапана в любой момент времени вручную необходимо потянуть ручку ручной защелки 28 с фиксатором 29 (см. фиг.2), которая освободит рычаг 15, и клапан закроется. Для доступа к ручной защелке необходимо повернуть глазок 36;
з) при кратковременном исчезновении электропитания привода клапана электромагнитное реле времени 17 удерживает клапан в открытом положении в течение 0,6-0,8 сек.
и) при недостаточном перекрытии газового потока путем регулирования положения штока клапана относительно привода оптимизировать перекрытие газового потока.
Использование клапана разработанной конструкции позволяет обеспечить задержку срабатывания клапана при кратковременном пропадании напряжения продолжительностью до 1 сек («мигании»), а плавно регулировать перемещение штока клапана.