КЛАПАН С ПРИВОДОМ ОТ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ
VALVE DRIVEN WITH WORKING MEDIUM

Изобретение относится к запорной и регулирующей арматуре.
Известен регулятор потока, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, запорный орган в виде двух седел и размещенного между ними затвора, прикрепленного к поршневому приводу, полости которого через управляемые клапаны связаны с полостями до и после затвора (см. патент РФ №2155363, G05D 7/01, оп. 10.05.92).
Недостатком данной конструкции является то, что при полном открытии клапана перепад на нем близок к нулю, давление за затвором и до затвора примерно равно, особенно при малых значениях рабочего давления и расхода среды, это характерно для шаровых клапанов, полнопроходных задвижек, регулирующих клапанов. При этом вышеуказанный регулятор потока - неработоспособен. Кроме того, имеет место очень неравномерная скорость перемещения затвора, которая обусловлена резким изменением давления за затвором по мере его открытия. Регулятор потока не работает на загрязненной среде из-за выхода из строя управляемых клапанов, дросселей.
Задачами изобретения являются: обеспечение работоспособности клапана в условии малого перепада давления на нем при полном открытии и уменьшение изменения давления за затвором по мере его открытия, повышение надежности работы в условии низких давлений, расходов и наличия загрязнений рабочей среды.
Поставленная задача достигается тем, что в клапане с приводом от собственной среды, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, с запорным органом в виде седел и размещенного между ними затвора, прикрепленного к штоку поршня, который связан с корпусом поршневого привода, полости которого через управляемые клапаны связаны с полостями корпуса до и после затвора, причем поршень связан с указателем положения, за седлом, расположенным за затвором по ходу среды, выполнен эжектор в виде сопла, расположенного с зазором относительно корпуса, а полость корпуса после затвора выполнена в виде последовательно расположенных: всасывающей камеры, связанной с управляемыми клапанами, смесительной камеры и диффузора, а датчик перемещения, связанный с указателем положения, и управляемые клапаны связаны с блоком управления.
Сущность изобретения заключается в использовании эжекторного эффекта для стабильного поддержания давления за затвором более низкого, чем до затвора.
На фиг.1 показан фронтальный разрез клапана в закрытом положении, а на фиг.2 показан фронтальный разрез клапана в открытом положении.
Клапан с приводом от рабочей среды содержит корпус К1 с входным ВО2 и выходным ВО3 отверстиями с запорным органом в виде седел С4 и С5 и размещенного между ними затвора ЗТ6. ЗТ6 прикреплен к штоку Ш7 поршня ПР8 поршневого привода, работающего от рабочей среды PC, связанного (прикрепленного) с К1, полости которого П9, П10 через управляемые (электрически) клапаны УК11, УК12 и УК13, УК14 связаны соответственно с полостями П15 и П16 К1 до и после ЗТ6. ПР8 связан с указателем положения У17.
За С5, расположенным за ЗТ6 по ходу PC, выполнен эжектор в виде сопла С18 (может быть отдельной деталью, частью К1 или, как на фиг.1, являться частью С5), расположенного с зазором относительно К1. П16 К1 после ЗТ6 выполнена в виде последовательно расположенных элементов эжектора: всасывающей камеры ВК19, связанной с УК13, УК14, смесительной камеры СК20 и диффузора Д21 (конструктивно объединен с ВОЗ). Эжектор может быть расположен изнутри К1, как описано выше, и в виде отдельного узла, который крепят к ВО3 К1, но УК13, УК14 должны быть связаны соответственно с его всасывающей камерой ВК. Датчик перемещения ДП22 связан с У17 и вместе с УК11, УК12, УК13, УК14 (электрически) связан с блоком управления БУ23. УК11, УК12 связаны с П15 через фильтр Ф24. Управление УК11, УК12, УК13, УК14 электрическое. В исходном положении ЗТ6 и УК11, УК12, УК13, УК14 закрыты (фиг.1). Возможно и ручное управление УК11, УК12, УК13, УК14 по отдельности или при их объединении в 3-позиционный переключатель необходимости в ДП22 и БУ23 может не быть.
Работа устройства
Открытие клапана
1
С помощью БУ23 открывают УК11, УК14, а УК12, УК13 закрывают. В закрытом положении ЗТ6 в П16 К1 давление PC всегда меньше, чем в П15 К1. На ПР8 создается усилие F для открытия ЗТ6, которое перемещает его вверх. ,
1
где Р - давление PC в П15,
1
S - площадь ПР8 со стороны П9,
2
Р - давление PC в П16,
2
S - площадь ПР8 со стороны П10,
ш
S - площадь Ш7.
Ш7, П8, ЗТ6 начинают перемещаться вверх. Скорость перемещения регулируется БУ23, т.е. УК11 или/и УК14 включаются импульсно с регулировкой длительности и скважности электрических импульсов. Клапаны УК - электромагнитного типа, но могут быть и регулирующего типа, тогда регулируют расход через них общеизвестным способом, который и определяет скорость перемещения П8. С одной стороны давление PC в П16 К1 увеличивается и стремится к давлению PC в П15 К1 на входе при условии, что сопротивление PC в зоне ЗТ6 мало. С другой стороны давление PC в П16 уменьшается, т.к. по мере увеличения расхода PC при открытии клапана увеличивается скорость потока в зоне выхода из С18, во ВК 19 создается разрежение (эжекторный эффект, зона пониженного давления). Таким образом, в выходной П16 К1 поддерживается более низкое давление PC по сравнению с П15 К1, что необходимо для нормальной работы поршневого привода от PC. Степень открытия клапана, т.е. положение ЗТ6, определяется технологически, для останова открытия клапана УК11, УК14 закрывают.
Закрытие клапана
2
С помощью БУ23 открывают УК12, УК13, а УК11, УК14 закрывают. Так как в выходной П16 поддерживается более низкое давление PC по сравнению с П15, что необходимо для нормальной работы поршневого привода, от PC создается усилие F для закрытия ЗТ6, которое перемещает его вниз.
С одной стороны давление PC в П16 увеличивается, т.к. по мере уменьшения расхода PC при закрытии клапана уменьшается скорость потока в зоне выхода из С18, во ВК 19 разрежение уменьшается (эжекторный эффект снижается). С другой стороны давление PC в П16 снижается по сравнению с давлением PC в П15 на входе, т.к. сопротивление PC в зоне ЗТ6 возрастает, перепад давления PC на ЗТ6 растет. Для останова перемещения ЗТ6 УК11, УК12, УК13, УК14 закрывают.
За счет применения Ф24 обеспечивается чистая среда в магистралях УК11, УК12, УК13, УК14, П9, П10, что обеспечивает надежную работу в условии даже незначительного загрязнения среды, для малых проходных сечений УК11, УК12, УК13, УК14 такое загрязнение может привести к выходу их из строя.
1
2
За счет применения эжекторного устройства в выходной П16 (ВК19) за ЗТ6, при любом положении ЗТ6, поддерживается достаточный перепад давления ΔP=P-P PC по отношению к П15 (более низкое давление PC), что необходимо для работы поршневого привода от PC из условий [1, 2]. При этом эжектор рассчитывают для конкретных параметров PC для обеспечения работоспособности клапана. Для низких рабочих давлений PC в ВК19 П16 К1 может создаваться давление ниже атмосферного (вакуум).
2
1
Данный клапан может быть выполнен по - разному в виде клапанов с малым сопротивлением в открытом положении: шарового клапана, шиберного клапана, дискового затвора, запорно-регулирующего клапана (вентиля), шлангового клапана, осесимметричного клапана типа Mokveld, для которых без эжекторного эффекта невозможно выполнить условие [2], т.к. Р близко к P в полностью открытом положении клапана и закрыть клапан невозможно (см. аналог).
Данный клапан может быть использован как устройство для регулирования потока рабочей среды для ТЭС, АЭС.