КЛАПАН ОСЕВОГО ПОТОКА

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к клапанам осевого потока, применяемых в промышленной трубопроводной арматуре и может быть использовано для регулирования и перекрытия рабочих сред жидкостей и газов с большим давлением и с температурой не более 200°С. Наиболее эффективно данное решение может быть применено для регулировки и перекрытия особо токсичных и взрывоопасных рабочих сред.
Известны конструкции клапанов осевого потока, где в качестве привода разгруженного плунжера используется пневмо или гидропривод, размещенный во внутреннем корпусе клапана (см. "Арматура ядерных энергетических установок" Д.Ф.Гуревич и др. Атомиздат 1978, рис. 38, стр. 66). Недостатком этой конструкции является то, что, привод плунжера размещен в потоке рабочей среды, что резко снижает надежность клапана.
Известны конструкции запорного и запорно-регулирующих прямоточных клапанов осевого потока голландской фирмы MOKVELD (см. журнал "Химическое машиностроение" № 9 2002 стр. 29 рис. 1,2), Данные клапана осевого потока состоят из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительными поверхностями и механизма его, осевого перемещения, размещенного во внутреннем корпусе клапана. Герметичность затвора обеспечивается комбинированными мягкими радиальными уплотнениями специальной конструкции.
Основным недостатком выше указанных конструкций является ненадежная работа механизма осевого перемещения, выполненного в виде двух реек с наклонным зубом, наличие сальникового уплотнения, требующего постоянного контроля.
Наиболее близким техническим решением является конструкция клапана осевого потока (см. патент WO 94/27069, 24.11.1994), принятого за прототип, у которого клапан осевого потока состоит из жестко соединенных между собой наружного корпуса и внутреннего корпуса с седлом, образующих спрямленную осесимметричную проточную часть, разгруженного плунжера с уплотнительными поверхностями и механизма его роевого перемещения, размещенных коаксиально в наружном корпусе. Недостатком данной конструкции является его низкая надежность, так как обеспечить надежную герметизацию полости управляющей среды от полости рабочей среды не представляется возможным.
Задачей решаемой изобретением - повышение надежности работы клапана осевого потока, работающего при рабочих средах до 200°С и при больших давлениях, путем достижения максимальной герметичности клапана относительно внешней среды. Наиболее эффективно данное решение может быть применено для регулировки и перекрытия особо токсичных и взрывоопасных рабочих сред.
Сущность решения технической задачи заключается в том, что механизм осевого перемещения разгруженного плунжера выполнен в виде герметичного линейного электропривода, обмотки статора которого установлены в наружном корпусе клапана, а ротор расположен в плунжере.
На фиг. представлен продольный разрез общего вида клапана осевого потока с электроприводом в открытом положении (верхняя часть) и в закрытом положении (нижняя часть);
Клапан осевого потока состоит из наружного герметичного корпуса 1 и внутреннего корпуса 2, жестко соединенных между собой. В корпусе 1 коаксиально помещен разгруженный плунжер 3 с уплотнительными поверхностями 4, 5. В корпусе плунжера 3 установлен пакет 6 из листовой электротехнической стали, выполняющий роль обмотки ротора линейного электродвигателя. В наружном корпусе 1, коаксиально ему, герметично
установлена втулка 7, с герметизирующим комбинированным мягким уплотнением 8 и набором катушек 9 обмотки статора, концы 10 которого выводятся через канал втулки 7 и наружного корпуса 1. Герметизация электрокатушек и внешней среды относительно внутренней полости клапана с рабочей средой обеспечивается тонкостенной гильзой 11 из немагнитного материала, герметично приваренной по торцам с втулкой 7. Во внутреннем корпусе 2 установлено мягкое комбинированное уплотнение седла 12. С корпусом 1 через прокладку 14 соединен промежуточный фланец 13. Внутри фланца 13 установлена пружина 15, находящаяся в предварительно поджатом состоянии между торцем плунжера 3 и фланцем 13. Герметизация втулки 7 и корпуса 1 обеспечивается уплотнением 16.
Клапан осевого потока работает следующим образом.
В открытом положении (см. фиг.1 верхняя часть) клапан обеспечивает осесемметричное протекание рабочей среды между внутренней поверхностью плунжера 3, наружным корпусом 1 и внутренним корпусом 2 с высокой пропускной способностью. При этом работает группа катушек статора 9, управляемые электронным блоком управления (не показан), которые удерживают плунжер 3 через пакеты 6 в открытом положении.
При подаче команды о закрытии клапана, электропитание поступает последовательно в последующие катушки статора 9 с постепенным отключением предыдущих катушек. Плунжер 3 начинает смещаться к седлу 12, при этом блок управления может фиксировать положение плунжера в любом дискретном положении, изменять скорость перемещения и выдавать данные о месторасположении плунжера 3. При перемещении плунжера 3 герметичное уплотнение поверхности 4 обеспечивается комбинированным мягким уплотнением 8, а в положении "закрыто" герметичное уплотнение поверхности 5 обеспечивается уплотнением седла 12. При подаче команды об открытии клапана
электропитание линейного электропривода поступает последовательно в последующие катушки статора 9 в обратном порядке.
В случае аварийной ситуации, когда отключается электропитание линейного электропривода, пружина 15 возвращает плунжер 3 в нормально-закрытое положение клапана.
Для осевого перемещения разгруженного плунжера не требуется больших усилий, поэтому и не требуется особо мощных линейных электродвигателей. Небольшие тепловыделения, которые происходят в основном только на статоре, коаксиально расположенном снаружи относительно потока рабочей среды, позволяют дополнительно, в случае необходимости, предусматривать воздушное или жидкостное охлаждение. Охлаждать ротор в рабочем режиме нет необходимости.
Опытное изготовление предлагаемой конструкции доказало ее эффективность. Описанная выше конструкция значительно повысила надежность и безопасность работы клапана осевого потока, работающего для закрытия и регулировки особо токсичных и взрывоопасных рабочих сред.
Перечисленные признаки отличают техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям изобретения.