ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)RU
(11)2544399
(13)C1
(51) МПК
F16T1/30 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 09.11.2015 - действует
(21), (22) Заявка: 2013157919/06, 25.12.2013
(24) Дата начала отсчета срока действия
патента:
25.12.2013
Приоритет(ы):
(22) Дата подачи заявки: 25.12.2013
(72) Автор(ы):
Печенегов Юрий Яковлевич (RU)
(45) Опубликовано: 20.03.2015
(73) Патентообладатель(и):
(56) Список документов, цитированных в Печенегов Юрий Яковлевич (RU),
отчете о
Федеральное государственное бюджетное
поиске: RU 111608 U1, 20.12.2011. RU
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
2323383 C1, 27.04.2008. RU 2387918 C2,
27.04.2010. SU 1751589 A1, 30.07.1992. SU "Саратовский государственный
технический университет имени Гагарина
1273677 A2, 30.11.1986. US 4276354
A1,30.06.1981. US 4168029 A1, 18.09.1979. Ю.А." (RU)
US 2955611 A1, 11.10.1960
Адрес для переписки:
413100, Саратовская обл., г. Энгельс, пл.
Свободы, 17, Энгельсский
технологический институт (филиал)
СГТУ им. Гагарина Ю.А., Дорошенко
Л.М.
(54) КОНДЕНСАТООТВОДЧИК
(57) Реферат:
Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в
качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано, в частности, для
удаления жидкой фазы из газожидкостных систем. Конденсатоотводчик содержит вертикальный
цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый
поплавок типа «перевернутый стакан», запорный орган, включающий клапан, шток клапана, шарнирно
соединенный с поплавком. Клапан выполнен в виде вертикальной цилиндрической трубки, на стенке
которой выполнено одно или несколько клапанных отверстий, клапан установлен с зазорами в
отверстиях в стенке кармана, соединенного открытый стороной с выпускным патрубком, шток клапана
выполнен в виде пластины, верхний конец которой расположен в цилиндрической трубке, пластина
имеет выборку в виде сквозного паза, на верхнем и нижнем концах цилиндрической трубки в
диаметральном направлении закреплены проволочные штифты, причем нижний штифт проходит через
паз штока клапана, на выходе из впускного патрубка установлен соединенный с ним отбойник,
вертикальный цилиндрический корпус имеет внутренние ограничительные выступы. Изобретение
позволяет устранить влияние разности давлений пропускаемого потока на входе и выходе
конденсатоотводчика
на
эффективность
его
функционирования.
3
ил.
Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в
качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано, в частности, для
отделения жидкой фазы из газожидкостных систем.
Известны конденсатоотводчики в виде дроссельных шайб [1]. Достоинством их является простота
устройства. Но они допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления
на входе по отношению к номинальным их величинам, что ограничивает область применения данных
конденсатоотводчиков.
Известен конденсатоотводчик с закрытым поплавком, рычагом и запорным органом, который содержит
конусное седло на стороне выхода клапанного отверстия, а также шаровой клапан и шток [2]. Данный
конденсатоотводчик работает без пропуска пара при многократных увеличении или уменьшении
расхода и давления конденсата на входе по отношению к номинальным их величинам. Недостатком его
является то, что возможные коррозионные и иные повреждения закрытого поплавка приводят к
прекращению функционирования устройства. При большой разности давлений на входе и выходе
конденсатоотводчика поплавок имеет увеличенные размеры и вес, что приводит к громоздкости и
повышенной металлоемкости всего устройства.
Известен также конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и
дном, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый
стакан», запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий седло, клапанное
отверстие, клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, имеющим шарнирное
соединение с рычагом, который имеет шарнирное соединение с поплавком на конце рычага и с
неподвижной опорой, закрепленной на крышке [3]. Использование в известном устройстве открытого
поплавка типа «перевернутый стакан» повышает надежность работы конденсатоотводчика по
отношению к устройству [2] с закрытым поплавком, так как отпадает необходимость в обеспечении
герметичности поплавка для сохранения работоспособности конденсатоотводчика. Недостатком
известного устройства является то, что трудно обеспечить соосность клапанного отверстия запорного
органа и клапана. В процессе работы конденсатоотводчика из-за износа подвижных элементов
происходит смещение осей клапанного отверстия и клапана. В результате клапан не садится плотно на
седло. Данное обстоятельство приводит к утрате рабочей функции запорного органа и
конденсатоотводчик вместе с конденсатом будет пропускать пар. Другим крупным недостатком
конденсатоотводчика является то, что необходимо выполнять поплавок тяжелым, а следовательно,
металлоемким. Данный недостаток особенно проявляется при больших разностях давлений рабочей
среды в корпусе конденсатоотводчика и за запорным органом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, впускной и
выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый стакан»,
запорный орган, примыкающий к выпускному патрубку и включающий седло, клапанное отверстие,
клапан с поверхностью сферической формы, соединенный со штоком, имеющим шарнирное
соединение через рычаг с поплавком, причем седло и клапан размещены на выходе из клапанного
отверстия, а седло запорного органа выполнено конусным [4] - прототип. Достоинством
конденсатоотводчика является повышенная надежность работы за счет самоустановки шарового
клапана в седле запорного органа, что обеспечивает плотность контакта данных элементов, а также
хорошая приспособляемость к динамическим условиям работы, малые габариты и металлоемкость.
Недостаток состоит в том, что конденсатоотводчик с поплавком определенного размера и веса
способен эффективно работать в ограниченном допустимом диапазоне разностей давлений
пропускаемого потока на входе и выходе устройства. Если эта разность давлений превысит верхнюю
границу допустимого диапазона, то конденсатоотводчик вместе с конденсатом будет пропускать
пролетный пар. Если же в процессе работы разность давлений потока на входе и выходе окажется
меньше нижней границы допустимого диапазона, то конденсатоотводчик не будет пропускать
конденсат. Данная разность давлений зависит, главным образом, от величины давления греющего пара
в предвключенном теплообменном аппарате, которое в процессе управления работой аппарата может
изменяться в больших пределах. К недостаткам следует отнести и то, что выходящая из впускного
патрубка струя пароконденсатной смеси может оказывать динамическое воздействие на поплавок. В
результате такого воздействия может происходить импульсное, кратковременное закрытие запорного
органа, что приведет к перерывам в выпуске конденсата из конденсатоотводчика и ухудшению его
работы.
Задачей настоящего изобретения является устранение влияния разности давлений пропускаемого
потока на входе и выходе конденсатоотводчика на эффективность его функционирования, расширение
интервала допускаемых рабочих давлений, устранение динамического воздействия потока, выходящего
из впускного патрубка, на поплавок.
Поставленная задача решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный
цилиндрический корпус с крышкой, впускной и выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый
поплавок типа «перевернутый стакан», запорный орган, включающий клапан, а также клапанное
отверстие и шарнирно соединенный с поплавком шток клапана, клапан выполнен в виде вертикальной
цилиндрической трубки, на стенке которой выполнено одно или несколько клапанных отверстий, клапан
установлен с зазорами в отверстиях в стенке кармана, соединенного открытой стороной с выпускным
патрубком, шток клапана выполнен в виде пластины, верхний конец которой расположен в
цилиндрической трубке, внизу пластина имеет выборку в виде сквозного паза, на верхнем и нижнем
концах цилиндрической трубки в диаметральном направлении закреплены проволочные штифты,
причем нижний штифт проходит через паз штока клапана, на выходе из впускного патрубка установлен
соединенный с ним отбойник, вертикальный цилиндрический корпус имеет внутренние
ограничительные выступы.
В отличие от известного устройства исполнение клапана в виде вертикальной цилиндрической трубки,
на стенке которой имеется одно или несколько клапанных отверстий, размещение клапана с зазорами в
отверстиях в стенке кармана, соединенного открытой стороной с выпускным патрубком позволяет
разгрузить клапан от силового воздействия разности давлений потока на входе и выходе запорного
органа. Это обеспечивает одинаковые условия работы запорного органа при любых величинах
разности давлений потока. Предлагаемое решение выводит разность давлений из числа параметров,
влияющих на вес и размеры поплавка, обеспечивает эффективную работу конденсатоотводчика в
широком интервале рабочих давлений, верхняя граница которого определяется механической
прочностью корпуса конденсатоотводчика.
Выполнение штока клапана в виде пластины, верхний конец которой расположен в цилиндрической
трубке, и наличие на пластине выборки в виде сквозного паза, а также наличие на верхнем и нижнем
концах цилиндрической трубки расположенных в диаметральном направлении и соединенных с
цилиндрической трубкой проволочных штифтов, из которых нижний проходит через паз штока клапана,
создают благоприятные условия для перемещения клапана - цилиндрической трубки в вертикальном
направлении без перекосов и заеданий. При движении штока клапана вверх, он упирается в верхний
штифт и через него передает тянущее усилие на цилиндрическую трубку. Приложение силы к верхнему
концу цилиндрической трубки способствует хорошему самоцентрированию ее в отверстиях в стенке
кармана и тем самым минимизирует силу трения, противодействующую движению цилиндрической
трубки вверх. При движении штока клапана вниз верхняя кромка выполненного в нем паза входит в
соприкосновение с нижним штифтом и через него тянущее усилие от штока передается на
цилиндрическую трубку. В этом случае тянущая сила прикладывается к нижнему концу цилиндрической
трубки, что опять-таки способствует хорошему самоцентрированию ее в отверстиях в стенке кармана и
уменьшает сопротивление движению цилиндрической трубки вниз.
Дополнительно установленный на выходе из впускного патрубка и соединенный с ним отбойник
защищает поплавок от динамического воздействия входящего пароконденсатного потока. Тем самым
устраняются нерегламентированные закрытия запорного органа и в целом повышается эффективность
работы конденсатоотводчика.
Наличие ограничительных выступов в вертикальном цилиндрическом корпусе минимизирует
горизонтальные перемещения поплавка, что способствует снижению скорости износа шарнирного
соединения поплавка с штоком клапана и элементов запорного органа.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство
соответствует критерию изобретения «новизна».
Известные конденсатоотводчики [1, 2, 3] работают в ограниченных интервалах давления входящих
потоков конденсата и не являются универсальными по данному параметру.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию
изобретения «существенные отличия».
На фиг.1 показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика; на фиг.2 - разрез А-А на
фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2. Впускной патрубок
3 размещен в торце корпуса 1, а выпускной патрубок 4 проходит через крышку 2. В корпусе 1 размещен
открытый поплавок 5 типа «перевернутый стакан», который через проушину 6 шарнирно соединен с
нижним концом пластины 7, являющейся штоком клапана 8. Верхний конец пластины 7 расположен в
клапане 8, выполненном в виде вертикальной цилиндрической трубки, стенка которой имеет одно или
несколько клапанных отверстий 9. Клапан 8 размещен с зазорами в отверстиях в стенке кармана 10,
который открытой стороной соединен с выпускным патрубком 4. На верхнем и нижнем концах
вертикальной цилиндрической трубки 8 имеются проволочные штифты 11 и 12. Нижний штифт 12
проходит через сквозной паз 13, выполненный в пластине 7. На выходе впускного патрубка 3
установлен соединенный с ним отбойник 14. На внутренней поверхности стенки вертикального
цилиндрического корпуса 1 имеются ограничительные выступы 15 и 16. На торце корпуса 1 имеется
резьбовая пробка 17 для очистки от отложений и слива конденсата. Поплавок 5 имеет отверстие 18
малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка.
Конденсатоотводчик работает следующим образом.
При пуске в работу поплавок 5 и клапан 8 находятся в нижнем положении. Поступающий через впускной
патрубок 3 конденсат заполняет вертикальный цилиндрический корпус 1 и полость поплавка 5,
вытесняя воздух через отверстие 18 в поплавке 5, отверстия 9 в цилиндрической трубке 8 и затем через
полость кармана 10 в выпускной патрубок 4. При подъеме уровня конденсата, он заполняет внутреннее
пространство цилиндрической трубки 8, проходит через отверстия 9 в карман 10 и далее через
выпускной патрубок 4 выходит из конденсатоотводчика. Если через впускной патрубок 3 будет
поступать пар, то он, накапливаясь в полости поплавка 5, вытесняет из нее конденсат. При этом
создается подъемная архимедова сила, действующая на поплавок 5. Поплавок 5 под действием этой
силы вместе с пластиной 7 перемещаются вверх. При ходе вверх пластина 7 соприкасается с верхним
штифтом 11, соединенным с цилиндрической трубкой 8, и, упираясь в штифт 11, перемещает трубку 8
вверх. Клапанные отверстия 9 при движении цилиндрической трубки 8 вверх оказываются выше
полости кармана 10 и проход конденсата в выпускной патрубок 4 прерывается. Запорный орган
конденсатоотводчика оказывается в положении «закрыто» и пролетный пар не пропускается. По
истечении некоторого времени, за счет передачи теплоты через стенку вертикального цилиндрического
корпуса 1 в окружающую среду пар в полости поплавка 5 конденсируется, полость заполняется
конденсатом. Действующая на поплавок 5 подъемная архимедова сила становится ничтожно малой и
под действием собственного веса поплавок 5 вместе с пластиной 7 перемещаются вниз. При движении
вниз пластина 7 соприкасается верхней кромкой паза 13 с нижним штифтом 12, соединенным с
цилиндрической трубкой 8, и через штифт 12 тянет за собой трубку 8, которая в данном случае следует
за движением поплавка 5 вниз. Клапанные отверстия 9 вновь оказываются в полости кармана 10 и
запорный орган принимает
поступающий конденсат.
положение
«открыто».
Конденсатоотводчик
при
этом
пропускает
Таким образом, при поступлении конденсата без пара работа конденсатоотводчика осуществляется в
режиме непрерывного пропуска конденсата, а при наличии в поступающем потоке включений пара
пропуск конденсата производится порционно.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами
следующие преимущества:
- конденсатоотводчик устойчиво и эффективно работает в условиях весьма значительных колебаний
давления поступающего потока и разности давлений пропускаемого конденсата на входе и выходе
устройства;
- прямое соединение штока клапана с поплавком, без использования рычажного перехода, упрощает
конструкцию, уменьшает габариты конденсатоотводчика, обеспечивает большую его надежность;
- устранено динамическое воздействие на поплавок струи поступающей в конденсатоотводчик среды,
что способствует равномерному выпуску конденсата и меньшему износу подвижных элементов;
- конструкция проста, имеет малое количество подвижных элементов и только одно шарнирное
соединение;
- конденсатоотводчик технологичен в изготовлении, удобен в обслуживании и ремонте.
Источники информации
1. Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара и конденсата. - М.: Энергия. 1971. с.63,
54.
2. Патент на изобретение RU
3. Патент США
2137022 С, М.кл. F16T 1/20 от 22.01.1998. Опубл. 10.09.1999, бюл.
25.
1839999 А. М.кл. F16T 1/00 от 1929 г.
4. Патент на изобретение RU
12.
2387918 C2, МПК F16T 1/30 от 20.07.2006. Опубл. 27.01.2008, бюл.
Формула изобретения
Конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой, впускной и
выпускной патрубки, размещенный в корпусе открытый поплавок типа «перевернутый стакан»,
запорный орган, включающий клапан, а также клапанное отверстие и шарнирно соединенный с
поплавком шток клапана, отличающийся тем, что клапан выполнен в виде вертикальной
цилиндрической трубки, на стенке которой выполнено одно или несколько клапанных отверстий, клапан
установлен с зазорами в отверстиях в стенке кармана, соединенного открытой стороной с выпускным
патрубком, шток клапана выполнен в виде пластины, верхний конец которой расположен в
цилиндрической трубке, пластина имеет выборку в виде сквозного паза, на верхнем и нижнем концах
цилиндрической трубки в диаметральном направлении закреплены проволочные штифты, причем
нижний штифт проходит через паз штока клапана, на выходе из впускного патрубка установлен
соединенный с ним отбойник, вертикальный цилиндрический корпус имеет внутренние
ограничительные выступы.
РИСУНКИ