ТЕРМОЗАПОРНЫЙ КЛАПАН С ТЕРМОЗАПОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ ИЗ СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре и может быть использована в качестве запорной арматуры в любых системах транспортировки жидкостей и газов, где имеются требования ограничивающие или запрещающие транспортировку теплоносителей в случае изменения их температуры выше заданной.
Известен термозапорный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, запорный элемент в виде сферического сегмента, выполненного из сплава с эффектом памяти формы, седло и шток (Патент RU №2171937 - аналог). Недостатком этого термозапорного клапана является невозможность возвратить запорный элемент в исходное положение после срабатывания и установить необходимый зазор между сферой запорного элемента (сферического сегмента) и седлом для установки клапана в рабочее положение. Такая возможность в данном клапане отсутствует. Используемые пружины решают эту проблему частично и при достаточно низком давлении рабочей жидкости (менее 0.5 атм.). Затруднителен прогиб запорного элемента (сферического сегмента) нажатием рукой на головку штока до контакта с седлом для формирования сферы. Чтобы прогнуть запорный элемент диаметром 20 мм зеркально исходной форме, потребуется усилие не менее 190 Н, а при диаметре 30 мм - более 30 Н и т.д. Отсутствует возможность дозированного (контролируемого) перемещения штока в обратном направлении для создания требуемого зазора (z) между куполом запорного органа и сферой седла. В данном клапане отсутствует возможность измерения хода штока и его фиксация в заданном положении бесконечной жесткости. Упругие винтовые пружины податливы при давлении рабочей среды, поэтому они не могут обеспечить надлежащую плотность контакта элемента (сферического сегмента) с седлом клапана.
Наиболее близкой к предлагаемой модели по техническому уровню является модель - прототип, а именно термозапорный клапан, содержащий корпус с винтовым механизмом, где шток с маховиком и золотник - пуансон находятся в резьбовом сопряжении, с входным и выходным патрубками, термозапорный элемент в виде сферического сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана(Патент РФ №2473000).
Конструктивная схема термозапорного клапана-прототипа показана на фиг. 1. Термозапорный клапан состоит из следующих элементов: корпуса - 1 с входным патрубком - 11 и выходным патрубком - 9, седла - 12, термозапорного элемента - 2. В термозапорном клапане установлены: золотник-пуансон - 3, маховик - 7 с указателем поворота - 8 по шкале круглого диска - 5, манжеты - 4, пружина сжатия - 10, шток - 6, уплотнительная прокладка - 13. Термозапорный элемент - 2 изготовлен из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана в виде сферического сегмента. Во время работы термозапорного клапана термозапорный элемент постоянно контактирует с теплоносителем(газом или жидкостью).
Алгоритм работы термозапорного элемента в виде сферического сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана базируется на способности сплавов с памятью формы принимать заданную заранее форму при достижении определенной заданной температуры при бездиффузионном фазовом переходе из мартенситного состояния в аустенитное состояние. То есть при достижении нежелательно высокой температуры теплоносителя (газа или жидкости), проходящего через термозапорный клапан, сферический сегмент из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана полностью в доли секунды перекрывает движение теплоносителя, принимая форму и размеры проходного отверстия в клапане.
Порядок работы работы термозапорного клапана.
В закрытом положении термозапорного клапана или начальном (исходном) положении термозапорного элемента проход теплоносителя через клапан запрещен (фиг. 2а). В указанное положение термозапорный клапан переводится следующим образом. Поворотом маховика 7 золотник-пуансон 3 со сферическим наконечником перемещается вдоль оси клапана до контакта с поверхностью термозапорного элемента 2 (сферического сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана). При дальнейшем перемещении золотника происходит прогиб указанного сферического сегмента зеркально исходной форме. Седло 12 формирует геометрически правильную сферическую форму сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана. Плотный контакт по всей площади седла со сферическим сегментом из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана обеспечивает полностью перекрывает проход теплоносителя через термозапорный клапан.
Чтобы открыть проход теплоносителя через клапан, необходимо вращением маховика (в обратную сторону) переместить шток-пуансон в осевом направлении для создания зазора (z) между куполом сегмента и впадиной седла (фиг. 2.б). В таком положении клапан открыт.Транспортируемый теплоноситель из патрубка 11 поступает в патрубок 9 и дальше в магистраль.
При повышении температуры теплоносителя до заданного предельного критического значения развивающиеся в материале термозапорного элемента реактивные напряжения достигают максимального значения, при котором сферический сегмент из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана(термозапорный элемент) проявляет взрывной характер памяти формы, скачком прижимаясь своими краями к уплотнительной прокладке 13 (фиг. 2. в.). Клапан в таком положении закрывается.
Однако, описанный термозапорный клапан-прототип имеет существенный недостаток - сферический сегмент из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана(термозапорный элемент) часто работает в термозапорном клапане ненадежно за счет того, что часто перекашивается в термозапорном клапане при установке или в состоянии, когда кран открыт. В свою очередь это приводит к неполному перекрытию движения теплоносителя и к нежелательным аварийным ситуациям.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что конструкция сферической части золотника-пуансона З(фиг.З) выполняется с выступающей в центре сферической части цилиндрическим выступом высотой, равной 110% от толщины сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана, и диаметром, равным 10 % от величины диаметра основания сферической части на пуансоне, а сферический сегмент 2(фиг.З) из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана имеет центральное отверстие, равное 15 процентам от величины диаметра основания сферической части на пуансоне.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является полное исключение возможности перекашивания термозапорного элемента - сегмента из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана в корпусе термозапорного клапана и, таким образом, стопроцентному полному перекрытию магистрали термозапорного клапана при его срабатывании при достижении заданной нежелательной температуры, то есть к достижению абсолютной гарантированной надежности работы.
В этом случае, срабатывая в термозапорном клапане при достижении заданной нежелательной температуры, термозапорный элемент - сферический сегмент из сплава с эффектом памяти формы на основе никелида титана надежно фиксируется относительно центра золотника - пуансона и седла термозапорного клапана и никаким образом не перекашивается в процессе срабатывания.