КЛАПАН РЕЦИРКУЛЯЦИИ ПИТАТЕЛЬНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к трубопроводному арматуростроению, точнее к запорно-регулирующим устройствам, а именно к клапанам, и предназначено для использования при конструировании клапанов для текучей среды (жидкости или газа, пара, парогазовой смеси и т.п.).
В процессе эксплуатации тепловой электростанции питательная вода нагнетается в паровой котел с помощью питательного насоса. При режимах, используемых при пониженных расходах питательной воды, в частности, при запуске, после ремонтных работ, необходимо обеспечивать гарантированный расход воды через питательный насос. В противном случае упорный подшипник вала в насосе остается без водяной подушки, что приводит к его быстрому износу. Для этого выходной патрубок насоса соединяют с деаэратором через линию рециркуляции, на которой и устанавливается клапан рециркуляции питательного насоса. При работе на номинальной нагрузке трубопровода клапан рециркуляции находится в закрытом положении.
Перепад давления между входом и выходом клапана может составлять более 30 МПа, при этом температура рабочей среды составляет около 280°C.
При необходимости обеспечения гарантированного расхода воды через питательный насос клапан открывается, и рабочая среда проходит через линию рекциркуляции. Клапан нагревается. По завершении процесса клапан снова закрывается, и остывает. В результате изменения температуры меняются геометрические размеры элементов клапана, в том числе и размеры штока, на котором установлен золотник. Шток укорачивается, и между седлом и золотником образуется зазор. В зазор устремляется вода, которая «промывает» уплотнительную поверхность золотник/седло. Клапан теряет герметичность. Кроме того, в результате резкого падения давления рабочей среды при открывании клапана рабочая жидкость закипает, образуется зона кавитации, что ведет к ускорению разрушения соприкасающихся поверхностей золотника и седла.
Нарушение герметичности требует остановки работы агрегата, например, парового котла, турбинной установки, для проведения ремонтных работ и, как следствие к большим трудозатратам и экономическим потерям.
Известен широко распространенный вентиль (Имбрицкий М.И., Справочник по арматуре тепловых электростанций, М., Энергоиздат, 1981, с. 98, рис. 3.2), который часто устанавливают в качестве клапана на линии рециркуляции.
Конструкция включает корпус с входным и выходным патрубками, запорный механизм, установленный в корпусе между входным и выходным патрубками с возможностью перекрытия проходного сечения трубопровода. Запорный элемент выполнен в виде неподвижного седла и золотника. В этой конструкции золотник выполнен за одно целое со штоком в виде хвостовика штока. Шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно седла.
При закрытии клапана прекращается расход горячей рабочей среды, и вся линия рециркуляции постепенно остывает, включая клапан и все его элементы, в том числе и запорный механизм, что приводит к уменьшению их размеров. При этом, как правило, составляющие элементы клапана выполнены из разных материалов, что обусловлено различными требованиями к физико-техническим характеристикам деталей и разными условиями их эксплуатации. Поэтому и температурные деформации и скорость изменения размеров для разных деталей будут разными, что усугубляется и разным местоположением этих элементов. Так, наружные элементы, например, бугель, соприкасаются непосредственно с окружающей атмосферой, и остывают быстрее, а внутренние - запорный механизм - находятся внутри корпуса и остывают медленнее.
Все это ведет к быстрому износу клапана, разгерметизации и необходимости аварийной остановки.
Как показывает опыт, обычно срок службы таких вентилей не превышает полугода. Изменение длины штока в результате снижения температуры достигает нескольких долей миллиметра. Через образовавшийся зазор происходит протечка вскипающей воды вызывающая кавитационное разрушение элементов клапана, включая корпус.
В основу полезной модели поставлена задача создания клапана рециркуляции, конструкция которого обеспечивала бы гарантированную герметизацию запорного механизма при изменении температуры рабочей среды с одновременным повышением надежности.
Поставленная задача решается тем, что в клапане рециркуляции питательного насоса, включающем корпус с входным и выходным патрубками, запорный механизм, установленный в корпусе между входным и выходным патрубками с возможностью перекрытия проходного сечения трубопровода, и выполненный в виде неподвижного седла и золотника, закрепленного на штоке, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно седла, а также средства для крепления корпуса и привода клапана, в соответствии с полезной моделью запорный механизм дополнительно снабжен средством для компенсации линейных изменений размеров штока при изменении температуры рабочей среды.
Благодаря указанному средству для компенсации линейных размеров штока герметизация клапана не нарушается при изменении температуры рабочей среды, что повышает надежность клапана, и увеличивает его срок службы.
Средство для компенсации линейных размеров штока может быть выполнено в виде пружины, установленной в глухом отверстии в штоке соосно с ним. Осевой размер этого глухого отверстия превышает осевой размер хвостовика крепления золотника, диаметр отверстия соответствует диаметру хвостовика золотника, обеспечивая при этом возможность перемещения золотника относительно штока, а указанная пружина размещена между торцом хвостовика золотника и дном указанного отверстия. Золотник и шток соединены между собой с помощью стержня, неподвижно закрепленного в штоке перпендикулярно его оси и проходящего сквозь хвостовик золотника с обеспечением возможности перемещения указанного стержня вдоль продольной оси хвостовика золотника.
Благодаря пружине, которая установлена в глухом отверстии штока, температурная деформация штока, изменение его длины, компенсируется пружиной. Причем, поскольку пружина устанавливается в отверстие штока в сжатом положении, усилие, с которым пружина воздействует на золотник, всегда обеспечивает плотное прижатие золотника к седлу как в случае горячего, так и в случае холодного клапана. Возможность компенсации длины штока также обуславливается выполнением соединения штока и золотника таким образом, что обеспечивается некоторая свобода перемещения стержня, соединяющего шток и хвостовик золотника, вдоль продольной оси хвостовика золотника. Это гарантирует возможность плотного прижатия золотника к седлу с помощью упомянутой пружины как при удлинении, так и при укорочении штока вследствие температурных деформаций.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором показан клапан рециркуляции питательного насоса, выполненный в соответствии с полезной моделью.
Как показано на чертеже, клапан рециркуляции питательного электронасоса, включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и запорный механизм, установленный в корпусе 1 между входным 2 и выходным 3 патрубками с возможностью перекрытия проходного сечения трубопровода. Запорный механизм выполнен в виде неподвижного седла 4 и золотника 5. Золотник 5 закреплен на штоке 6, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно седла 4. Корпус 1 и привод клапана (на фиг. не показан) соединены между собой с помощью бугеля 7. В глухом отверстии, выполненном в штоке 6 соосно с ним, установлена пружина 8. Осевой размер глухого отверстия превышает осевой размер хвостовика крепления золотника 5, а диаметр отверстия соответствует диаметру хвостовика золотника 5, обеспечивая при этом возможность перемещения золотника 5 относительно штока 6. Как показано на чертеже, пружина 8 размещена между торцом хвостовика золотника 5 и дном глухого отверстия в штоке 6.
В штоке 6 неподвижно закреплен стержень 9, который проходит сквозь хвостовик золотника 5 перпендикулярно его оси. На чертеже показано сочленение штока и хвостовика золотника через сквозное отверстие несимметричного сечения, которое обеспечивает возможность перемещения стержня 9 относительно хвостовика золотника 5 вдоль его продольной оси. Это отверстие может иметь овальное сечение, или прямоугольное, сочленение также может иметь и иную конфигурацию, например, в виде паза.
Продольная ось стержня 9 перпендикулярна оси золотника 5. Поскольку золотник 5 и шток 6 соединены с помощью стержня 9, проходящего сквозь хвостовик золотника, золотник 5 обладает некоторой свободой перемещения вдоль оси штока 6. При сборке клапана пружину 8 устанавливают между торцом хвостовика золотника 5 и дном глухого отверстия в штоке 6 в предварительно сжатом состоянии.
Клапан работает следующим образом. В нерабочем (закрытом) положении пружина 8 плотно прижимает золотник 5 к седлу 4, обеспечивая герметичность.
При открывании клапана шток 6 поднимают, открывая проход для рабочей среды через входной и выходной патрубки. Горячая текучая среда под высоким давлением устремляется внутрь корпуса 1, омывая седло 4 и золотник 5. Клапан быстро нагревается, соответственно геометрические размеры всех его элементов, в том числе штока 6 увеличиваются.
По завершении режима расхода питательной воды клапан закрывают. Для этого опускают шток 6 вместе с золотником 5, золотник 5 прижимается к седлу 4, клапан закрывается. Пружина 8, установленная в сжатом состоянии, обеспечивает компенсацию изменения размеров, в том числе длины штока 6, и гарантирует тем самым герметизацию клапана при изменении температуры рабочей среды как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. В горячем состоянии клапана с увеличением длины штока пружина поджимается, ее высота уменьшается, а с охлаждением клапана и уменьшением длины штока пружины разжимается, обеспечивая необходимое воздействие на золотник. Золотник перемещается вдоль оси штока, что обеспечивает гарантированную герметизацию клапана.