ДОННЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ТАРЕЛЬЧАТОЙ КОЛОННЫ
BOTTOM VALVE FOR PLATE COLUMN

Изобретение относится к донному клапану для тарельчатой колонны согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. В тарельчатой колонне на тарелках колонны газообразная фаза (пар) контактирует с жидкой фазой. Донный клапан такой тарельчатой колонны посредством подвижного корпуса клапана обеспечивает переменное прохождение пара через донное отверстие. Изобретение относится также к способу установки корпуса клапана в донном отверстии.
Из GB-A-1018924 известен донный клапан для донного отверстия круглой формы. Корпус этого донного клапана содержит большое количество направляющих лапок, которые размещены на краю прижимной плиты, имеющей круглую форму, и перпендикулярны плите. На направляющих лапках размещены захватные крюки для анкерного крепления корпуса клапана. Корпус клапана вставляют в донное отверстие вручную, при этом направляющие лапки и/или захватные крюки упруго деформируются. В зависимости от материала может происходить пластическая деформация, которая после установки корпуса клапана должна быть устранена с помощью дополнительной операции. Недостаток такой конструкции клапана заключается в том, что направляющие лапки легко деформируются. В рабочем режиме колонны направляющие лапки подвергаются такому механическому воздействию, что из-за деформирования направляющих лапок донные клапаны могут потерять свои корпуса.
Из US-A-3770255 известен донный клапан с двумя направляющими лапками. Направляющие лапки размещены диаметрально противоположно друг другу на двух параллельных сторонах трапециевидной прижимной плиты. Трапеция имеет примерно форму вытянутого прямоугольника, на коротких сторонах которого размещены направляющие лапки. Нижние концы направляющих лапок переходят в отогнутые, направленные наружу плоскости, параллельные прижимной плите и служащие в качестве захватных крюков. Установка корпуса клапана требует осуществления операции, при которой направляющие лапки с помощью инструмента отгибаются внутрь таким образом, чтобы захватные крюки могли быть введены в донное отверстие. При этой операции происходят пластические деформации на направляющих лапках и/или захватных крюках, которые после установки должны быть с помощью дополнительной операции устранены, по меньшей мере, частично.
Аналогичных действий требует операция по установке, осуществляемая с широко распространенным круглым клапаном с тремя направляющими лапками. Примеры других донных клапанов представлены, например, в журнале H/Z/ Kister, “Distillation Design”, McGraw-Hill, Inc. 1992, стр.253 и далее.
Задачей изобретения является создание донного клапана, при котором операция по установке осуществляется более простым способом и с меньшими затруднениями. Эта задача решается с помощью донного клапана, охарактеризованного в п.1 формулы изобретения.
Донный клапан для тарельчатой колонны включает в себя отверстие в дне тарелки для прохождения пара и корпус клапана, выполненный соответствующим краю донного отверстия. Корпус клапана состоит из прижимной плиты и размещенных на краю этой плиты, направленных вертикально вниз направляющих лапок. Направляющие лапки снабжены захватными крюками для анкерного крепления корпуса клапана за край отверстия. Край плиты, за исключением шишковидных, направленных вниз выпуклостей, если они имеются, лежит на плоскости, плоскости плиты. Наружная поверхность каждой направляющей лапки имеет зону подъема, располагающуюся перпендикулярно плоскости плиты. Материал и формообразование корпуса клапана с точки зрения его установки в донное отверстие выбирают таким образом, что при установке происходит упругая и, возможно, частично пластическая деформация корпуса клапана, в значительной мере ограничивающаяся выпучиванием на прижимной плите. Такое возможное деформирование на корпусе установленного клапана может устраняться путем силового воздействия на прижимную плиту, оставаясь лишь в виде незначительной остаточной деформации. На прижимной плите могут быть выполнены утонения, например, в виде канавок, пазов или отверстий, которые облегчают образование выпучивания.
Зависимые пункты 2-6 формулы изобретения касаются предпочтительных форм осуществления донного клапана согласно изобретению. Пункт 7 формулы изобретения касается тарельчатой колонны с донными клапанами согласно изобретению. Способ установки корпусов этих донных клапанов в тарельчатой колонне является предметом пунктов 8-10 формулы изобретения.
Ниже изобретение поясняется с помощью чертежей. На чертежах изображено:
фиг.1 - корпус донного клапана согласно изобретению и соответствующее донное отверстие для прохождения пара через дно;
фиг.2 - продольное сечение донного клапана по фиг.1 с установленным корпусом клапана;
фиг.3 - формованное листовое изделие, из которого путем пластического формообразования изготовляют корпус клапана по фиг.1;
фиг.4 - изображение для пояснения геометрических взаимосвязей между корпусом клапана и донным отверстием;
фиг.5 - формованное листовое изделие для второй формы выполнения;
фиг.6 - продольное сечение донного клапана согласно второй форме выполнения;
фиг.7 - прижимная плита круглой формы для третьей формы выполнения;
фиг.8 - изображение, поясняющее, каким образом корпус клапана третьей формы выполнения вставляется в донное отверстие; и
фиг.9 - вырез направляющей лапки с захватным крюком, образованным путем штампования и пластического формообразования.
Первая форма выполнения предложенного в изобретении донного клапана 1 с донным отверстием 2 в дне 10 и корпусом 3 клапана представлена на фиг.1 и 2. Корпус 3 клапана, обеспечивающий переменное прохождение пара через донное отверстие 2, выполнен отдельно от него. На фиг.2 показан продольный разрез донного клапана 2 с установленным корпусом 3 клапана. Корпус 3 клапана, выполненный соответствующим краю 20 отверстия, включает в себя прижимную плиту 4 и две направляющие лапки 5, расположенные на краю этой плиты 3 и направленные вертикально вниз. Край 20 отверстия имеет форму прямоугольника с двумя короткими сторонами 21 и двумя длинными сторонами 22. Прижимная плита 4 имеет соответственно четыре прямые, лежащие на прямоугольнике краевые стороны 41 и соответственно 42, при этом стороны 41 являются гнутыми кромками, а стороны 42 оказываются лежащими вне края 20 отверстия на дне 10. Направляющие лапки 5 имеют захватные крюки 6, с помощью которых происходит анкерное закрепление корпуса 3 клапана за край 20 отверстия, так что подъем ограничен, и корпус 3 клапана при прохождении максимального количества пара не может подняться из донного отверстия 2. На продольных краевых сторонах 42 прижимная плита 4 имеет шишковидные, направленные вниз выпуклости 40, с помощью которых обеспечивается возможность прохождения всегда минимального количества пара через донный клапан 1. Край плиты, за исключением шишковидных выпуклостей, лежит на плоскости, называемой далее как плоскость плиты (вместо выпуклостей 40 на прижимной плите 4 возможны соответствующие, направленные вверх выпуклости также в дне 10 на краю 22 отверстия). Наружная поверхность каждой направляющей лапки 5 имеет зону 50 подъема, проходящую перпендикулярно плоскости плиты. Захватные крюки 6 размещены на двух расположенных диаметрально противоположно друг другу направляющих лапках 5.
Согласно изобретению с точки зрения установки корпуса 3 клапана для него выбирают материал и придают такую форму, что при установке происходит упругая и, возможно, частично пластическая деформация корпуса 3 клапана, в значительной мере ограничивающаяся прижимной плитой 4. Заметная как выпучивание деформация появляется в том месте, в котором из-за согласованности изгибного момента и момента сопротивления вследствие силовых воздействий, необходимых для установки корпуса 3 клапана появляется максимальное напряжение изгиба. В предложенном в изобретении донном клапане 1 это место находится на прижимной плите 4 корпуса 3 клапана. В том случае, если после установки имеет место пластическая деформация, то на установленном корпусе 3 клапана она устраняется путем силового воздействия на прижимную плиту 4, оставаясь лишь в виде незначительной остаточной деформации. Эксцентрично размещенные выпуклости 40 позволяют к тому же осуществить временную гибку с компенсацией упругих деформаций в обратном направлении, так что достигается первоначально предусмотренная форма практически без следов остаточной деформации. На прижимной плите 4 могут быть выполнены утонения, например, в виде канавок, пазов или отверстий, которые локально уменьшают момент сопротивления и способствуют образованию выпучивания (см. фиг.7).
Расстояние между направляющими лапками 5 в сравнении с их длиной по вертикали является, как правило, относительно большим, так что упомянутая деформация корпуса 3 клапана ограничивается в значительной мере прижимной плитой 4. Направляющие лапки 5 и захватные крюки 6 остаются при установке практически недеформированными.
Каждый захватный крюк 6 выполнен в виде серьги. Он имеет плоскую верхнюю боковую поверхность 61 (или лишь прямую верхнюю кромку 610, см. фиг.6), проходящую параллельно плоскости плиты. Захватный крюк 6 имеет, кроме того, выступающую под наклоном наружную боковую поверхность 62. Для этой боковой поверхности 62, начиная от верхней кромки 610 и проходя далее вниз, расстояние уменьшается к центральной оси, направленной перпендикулярно плоскости плиты (не показано). Благодаря верхней боковой поверхности 61 (или соответственно верхней кромке 610) не происходит разнообразного перекоса корпуса 3 клапана при прохождении максимального количества пара через донный клапан 1; зона 50 подъема вверх тем самым однозначно ограничена. Поэтому на основе особого выполнения захватных крюков максимальное значение количества проходящего пара устанавливается с возможностью повторения. Из уровня техники известны донные клапаны с захватными крюками, в которых выгнутая поверхность для ограничения длины хода не допускает такой повторяемости.
Корпус 3 клапана может быть изготовлен из листового металла путем пластического формообразования. На фиг.3 показано формованное листовое изделие 31, из которого путем дополнительного пластического формообразования изготавливается корпус 3 клапана по фиг.1. Прижимная плита 4, направляющие лапки 5 и захватные крюки 6 образуют взаимосвязанные части листового изделия 31 (направляющие лапки 5 и/или захватные крюки 6 могут быть изготовлены так же как отдельные части, соединяемые с корпусом 3 клапана). Пластическое формообразование листового металла происходит путем штампования или резания и включает в себя также пластическое деформирование, в частности гибку или выдавливание листового изделия.
Край 20 отверстия имеет четырехугольную или также, например, круглую форму. Прижимная плита 4 имеет соответствующие края, лежащие на четырехугольнике или соответственно круге и выступающие за край 20 отверстия. Четырехугольники предпочтительно являются прямоугольниками, см. фиг.1, или имеют трапецеидальную форму, см. фиг.4, примерно соответствующую форме четырехугольника. На фиг.4 представлено изображение для пояснения геометрических взаимосвязей между корпусом 3 клапана и донным отверстием 2. Трапецеидальная форма начерчена с относительно большим отклонением от формы прямоугольника в несколько преувеличенном виде. На фиг.4 вверху представлена горизонтальная проекция на донное отверстие 2 с направляющими лапками 5 в поперечном разрезе. На фиг.4 внизу показана косая проекция с геометрическим положением корпуса 3 клапана в области, определяемой зоной 50 подъема с кромками 51.
Направляющие лапки 5 ориентированы параллельно друг другу, а также параллельно коротким сторонам 21 четырехугольника. Между направляющими лапками 5 и короткими сторонами 21 отверстия предусмотрены щели 71', 71”. Благодаря этим щелям 71', 71” корпус клапана из-за заклинивающего перекашивания не может жестко располагаться на кромке 20 отверстия. В том случае, если одна направляющая лапка 5 прилегает к кромке 21 отверстия у щели 71”, то другая щель 71' максимально раскрыта - щель 71. Назначение этой максимальной щели 71 поясняется на основе фиг.4. Вертикальные кромки 51 направляющих лапок 5 проходят по высоте h зон 50 подъема и перпендикулярно к этим двум прямоугольникам, наибольшая диагональ D которых короче длины S соответствующей краевой стороны 22 (на фиг.4 все диагонали имеют одинаковую длину, равную D). Разница между длиной S и диагональю D имеет значение, превышающее 0,3 мм. Предпочтительно эта разница составляет около 1 мм. На длинных краях 22 отверстия также предусмотрены щели 72', 72”, каждая размером примерно от 0,25 до 1,5 мм, предпочтительно 0,5 мм.
2
Толщина прижимной плиты 4 или листового изделия 31 имеет значение в диапазоне от 0,5 до 3 мм. Площадь отверстия 2 для прохождения пара имеет значение в диапазоне от 500 до 2000 мм. Длина захватных крюков 6 имеет значение в диапазоне от 2 до 10 мм. Высота h зон подъема составляет более 5 и менее 20 мм и имеет предпочтительно значение в диапазоне от 7 до 15 мм.
На фиг.5 изображено формованное листовое изделие 32 для второй формы выполнения, а на фиг.6 показано продольное сечение соответствующего донного клапана 1. На вертикальных кромках 51 направляющих лапок 5 установлено по одному захватному крюку 6, имеющему верхнюю кромку 610, параллельную плоскости плиты, и выступающую под наклоном наружную боковую поверхность 62.
На каждой направляющей лапке 5 может быть установлен также лишь один захватный крюк 6. Он может быть размещен в середине между кромками 51 и может быть выполнен относительно широким (не показан).
Для изготовления корпуса 3 клапана может быть использована заготовка из различных видов материала, а именно из следующих видов: нелегированная сталь (С-сталь), низколегированные и легированные стали, в частности нержавеющие стали (ферритные и аустенитные) или специальные стали (например, Duplex, Supra), легкие металлы (например, титан, алюминий), высокостойкие металлы и сплавы (например, с цирконием, танталом, медью, цинком; в частности, сплав на основе никеля монель), синтетические материалы (например, полипропилен РР, PVDF), керамические материалы, а также углерод и усиленные волокнами, в частности углеродными волокнами, композиционные материалы. Подвергается ли прижимная плита 4 упругой или скорее пластической деформации, зависит от выбора материала.
Каждая тарельчатая колонна имеет на своих тарелках 10 большое количество донных клапанов 1 согласно изобретению. В этих колоннах донные клапаны 1 устанавливаются относительно легко: в каждом случае предпочтительно первую направляющую лапку 5 вводят в предусмотренное для прохождения пара отверстие 2. Вторую направляющую лапку 5 наклонными наружными боковыми поверхностями 62 захватных крюков 6 насаживают на край 20 отверстия 2. Путем силового воздействия на прижимную плиту 4, например при силовом толчке от удара поверх второй направляющей лапки 5, происходит отклонение захватных крюков 6 во внутреннюю зону отверстия 2 и выпучивание прижимной плиты 4, так что вторая направляющая лапка 5 и два ее захватных крюка 6 с защелкиванием входят в отверстие 2. То же самое происходит и в том случае, если на направляющей лапке 5 установлен лишь один захватный крюк 6. Корпус 3 клапана может быть также установлен путем насаживания захватных крюков 6 обеих направляющих лапок 5 с двух сторон (см. фиг.8) и последующего силового толчка. При этом требуется большее силовое усилие, чем при одностороннем насаживании.
С помощью соответствующим образом выполненного прессового оборудования в каждом случае при группе смежных донных клапанов 1 корпуса 3 клапанов могут быть установлены одновременно, причем это может происходить без действия силового толчка, то есть, например, посредством равномерного подъемного движения.
Пластическая деформация в виде выгнутой вверх дуги, возникающая при выпучивании прижимной плиты 4, может быть, по меньшей мере, частично выровнена, без использования при этом каких-либо специальных приспособлений для воздействия на корпус 3 клапана с нижней стороны дна. Достаточно простого инструмента, с помощью которого на дно может быть оказано силовое действие, воздействующее на среднюю зону прижимной плиты. Поскольку выпучивание означает увеличение проходного отверстия для потока пара, то небольшое выпучивание проявляется лучшим образом и поэтому можно им также ограничиться.
На фиг.7 изображена прижимная плита 4 для третьей формы выполнения, которая имеет круглую форму и на поверхности которой выполнены канавки 45. Эти канавки 45 облегчают деформацию прижимной плиты 4, которая требуется при установке в донное отверстие 2. Это иллюстрирует фиг.8, на которой выпучивание показано изгибами возле канавок 45. Вместо канавок могут быть предусмотрены также пазы или ряды мелкокалиберных отверстий. Канавка 45 может быть заменена пазом или множеством пазов.
Захватные крюки 6 могут быть изготовлены также штампованием или путем пластического формообразования (за одну рабочую операцию). Изображенный на фиг.9 захватный крюк 6 имеет штампованную верхнюю кромку 610 и сформированную путем выдавливания наружную боковую поверхность с выступающей под наклоном средней частью 62. Захватные крюки 6 по фиг.5 и 6 могут быть заменены захватными крюками 6 по фиг.9. Может быть выполнен также только один такой захватный крюк 6 в середине направляющей лапки 5, при этом он предпочтительно занимает большую часть ширины направляющей лапки.