Электромеханический отсечной запорный клапан
Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к отсечным (аварийным) и запорно-регулирующим клапанам, и может быть использовано в теплоэнергетических системах на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании. Задача, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, заключается в снижении энергопотребления клапана и улучшении функциональных характеристик, в частности, увеличение условного прохода управляемой арматуры. Электромеханический отсечной запорный клапан содержит крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, электромеханический привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, имеющий цепи управления втягивающим, удерживающим электромагнитами и реверсивным управлением электродвигателя и содержит ключ, контактор, три концевых выключателя, и мостовой выпрямитель, втулку установленную с помощью разрезного кольца на штоке клапана, причем пружина клапана соосно со штоком размещена между стаканом и втулкой, двухплечный рычаг привода выполнен с жестко скрепленной на нем осью при соотношении плеч больше единицы, и установлен на закрепленной к основанию опоре с возможность осевого перемещения.
Изобретение относится к области арматуростроения, в частности к отсечным (аварийным) и запорно-регулирующим клапанам и может быть использовано в теплоэнергетических системах на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании.
Известен отсечной запорный клапан с электромеханическим приводом, содержащий корпус с установленным подпружиненным запорным органом, электромеханический привод, электромагнит с подвижным якорем, фиксатор и два концевых выключателя (А.С. СССР 
870834 по кл. F16К 31/02 от 07.10.1981 г.).
Данный отсечной запорный клапан позволяет расширить функциональные возможности запорного клапана. Недостатками такого клапана являются повышенное потребление электрической энергии, что может привести к перегреву электромагнита и ограничение условного прохода управляемой арматуры.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является, отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, заключенный в кожух привод, имеющий шток, пружину, две серьги,
втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, имеющий цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя (Патент РФ 2135873 по Кл. F16К 31/56 от 23.07.1998 г.).
Данный электромеханический отсечной запорный клапан обеспечивает повышенную надежность, безопасность эксплуатации и расширение функциональных возможностей. Недостатками такого привода являются повышенное потребление электрической энергии, что может привести к перегреву электромагнита, и ограничение условного прохода управляемой арматуры.
Задача, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, заключается в снижении энергопотребления клапана и улучшении функциональных характеристик, в частности, увеличение условного прохода управляемой арматуры.
Поставленная задача решается за счет того, что в электромеханический отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим проход штока клапана, корпус с седлом, входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель с редуктором и узел управления, имеющий цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя, введены стакан, укрепленный на крышке клапана, и втулка, которая с помощью разрезного кольца установлена на штоке клапана, причем пружина
клапана соосно со штоком размещена между стаканом и втулкой, при этом двухплечный рычаг привода выполнен с жестко скрепленной на нем осью при соотношении плеч больше единицы и установлен на закрепленной к основанию опоре с возможность осевого перемещения, причем на коротком плече рычага установлены втягивающий и удерживающий электромагниты, при этом якорь втягивающего электромагнита соединен через серьгу с подпружиненным штоком, который через другую серьгу шарнирно соединен с фиксатором, вспомогательный рычаг, установленный на оси двухплечного рычага, а на его конце закреплены соосно с фиксатором фиксирующий палец и фиксатор ручной защелки, при этом рычаг электродвигателя соединен с вспомогательным рычагом, причем узел управления содержит контактор с одним размыкающим и тремя замыкающими контактами, три концевых выключателя с размыкающей и замыкающей парами контактов и мостовой выпрямитель, при этом цепь реверсированного управления электродвигателем состоит из последовательно соединенных замкнутого контакта контактора, размыкающей пары контактов второго концевого выключателя для положения клапана «закрыто» и клеммы электродвигателя прямого вращения, а также из последовательно соединенных первого разомкнутого контакта контактора, замыкающей пары контактов первого концевого выключателя для положения клапана «открыто» и клеммы электродвигателя обратного вращения, причем эти контакты контактора имеют общую точку соединения с фазой сети, а нейтраль соединена с клеммой электродвигателя, а цепь управления электромагнитами содержит
последовательное соединение ключа, параллельно соединенных двух пар замыкающих контактов концевых выключателей и третьего замыкающего контакта контактора и катушки контактора, которая вторым выводом соединена с нейтралью сети, при этом параллельно этой цепи включены последовательно соединенные второй замыкающий контакт контактора, размыкающая пара третьего концевого выключателя и катушка втягивающего электромагнита, которая также вторым выводом соединена с нейтралью сети, причем вход мостового выпрямителя соединен с нейтралью сети и общей точкой соединения замыкающего контакта контактора и размыкающей парой третьего концевого выключателя, а выход мостового выпрямителя подключен к обмотке удерживающего электромагнита. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид электромеханического отсечного запорного клапана и разрез А-А привода.
На фиг.2 показана электрическая схема управления запорным клапаном.
В электромеханическом отсечном запорном клапане введены следующие обозначения: корпус 1 клапана, седло 2, входной 3 и выходной 4 патрубки, крышка 5, шток клапана 6 с сальниковым узлом, состоящий из и крышки 7 узла, защитного 8, уплотнительного 9 колец, стакана 10 и болтов крепления 11, пружина клапана 12, втулка 13, разрезное кольцо 14, запорный орган 15, основание 16, опора 17, двухплечный 18 и вспомогательный 19 рычаги, ось рычагов 20, шток 21, пружина 22, фиксатор ручной защелки 23,
две серьги 24, электродвигатель 25 с редуктором (условно не показан), рычаг электродвигателя 26, втягивающий 27 и удерживающий 28 электромагниты, фиксатор 29 и фиксирующий палец 30.
На электрической схеме узла управления клапана (фиг.2) введены следующие схематические обозначения: электродвигатель 31 однооборотного электрического механизма 25 с тремя клеммами: прямого 32, обратного 33 вращения и нейтральная 34, контактор 35 с размыкающим 36, и тремя 37, 38, 39 замыкающими контактами, три концевых выключателя (условно не показаны) с размыкающей парой контактами 40, 41, 44 и замыкающей парой контактов 42, 43 соответственно, втягивающая 45 и удерживающая 46 катушки электромагнитов, мостовой выпрямитель 47 и ключ 49.
Запорный клапан состоит из корпуса 1 с входным 3 и выходным 4 патрубками, крышки 4, на которой установлен стакан 11, запорного органа 15, штока клапана 6. Для предотвращения утечки рабочей среды шток клапана 6 уплотнен сальниковым узлом 7, представляющий собой набор защитных 9 и уплотнительного 10 колец, стакана 10 укрепленных с помощью болтов 11 крышкой 8 сальникового узла. Запорный орган 15 прижимается к седлу 2 пружиной клапана 12, которая расположена между стаканом 11 и втулкой 13, установленной с помощью разрезного кольца 14 на штоке клапана 6.
Электромеханический привод смонтирован на основании 16 и содержит электродвигатель с редуктором 25 и рычагом 26, двухплечный
рычаг 18 с жестко укрепленной на нем осью 20 при соотношении плеч больше единицы, при помощи которой рычаг 18 установлен с возможностью осевого перемещения на опоре 17, закрепленной на основании 16. На конце короткого плеча рычага 18 установлен втягивающий электромагнит 27, якорь которого через серьгу 24 и подпружиненный пружиной 22 шток 21 соединен с фиксатором 29, который имеет возможность при рабочем ходе якоря электромагнита 11 поворачиваться на угол 90 градусов, а обратный ход фиксатора обеспечивает пружина 22.
На оси рычага 20 установлен вспомогательный рычаг 19, который является связующим звеном между шарнирно соединенными двухплечным рычагом 18 и рычагом 28 электродвигателя 25. На конце вспомогательного рычага 19 соосно с фиксатором 29 установлены фиксатор ручной защелки 23 и палец 30, который входит в гнездо фиксатора 29 в закрытом положении запорного клапана и удерживается там при открытом положении клапана. Соотношение плеч больше единицы основного рычага 3 и величина крутящего момента электродвигателя с редуктором 25 определяется необходимым давлением рабочей среды и диаметром трубопровода.
Для передачи усилия от привода на шток клапана 6 предусмотрена вторая серьга 24.
Узел управления содержит цепь реверсированного управления электродвигателем 31, состоящую из последовательно соединенных замкнутого контакта контактора 36, размыкающей пары контактов второго концевого выключателя 41 для положения клапана «закрыто» и клеммы
электродвигателя 32 прямого вращения, а также из последовательно соединенных первого разомкнутого контакта контактора 37, замыкающей пары контактов 40 первого концевого выключателя для положения клапана «открыто» и клеммы 33 электродвигателя обратного вращения, причем контакты контактора 36 и 37 имеют общую точку соединения с фазой сети, а нейтраль соединена с клеммой 34 электродвигателя.
Цепь управления электромагнитами содержит последовательное соединение ключа 49, параллельно соединенных двух пар замыкающих контактов 42, 43 концевых выключателей и третьего замыкающего контакта 39 контактора 35 и катушки контактора, которая вторым выводом соединена с нейтралью сети, при этом параллельно этой цепи включены последовательно соединенные второй замыкающий контакт 38 контактора, размыкающая пара контактов 44 третьего концевого выключателя и катушка 45 втягивающего электромагнита, которая также вторым выводом соединена с нейтралью сети, причем вход мостового выпрямителя 47 соединен с нейтралью сети и общей точкой соединения замыкающего контакта 38 контактора и замыкающей парой 44 третьего концевого выключателя, а выход мостового выпрямителя 47 подключен к обмотке 46 удерживающего электромагнита.
Электромеханический отсечной запорный клапан работает следующим образом.
При отсутствии напряжения питания клапан находится в закрытом положении, а двухплечный рычаг может находиться в произвольном
положении. При подаче напряжения питания на клапан по цепи: 37-41-32 -31-34 электродвигатель 31 при помощи редуктора и рычажной системы 18-19-26 устанавливает двухплечный рычаг в крайнее нижнее положение, при котором запорный клапан закрыт, а электродвигатель 31 обесточен за счет срабатывания второго концевого выключателя, при котором пара контактов 44 размыкается, а пара контактов 42 замыкается. При этом фиксирующий палец 30 находится в гнезде фиксатора 29 вспомогательного рычага 19
При включении ключа 49 напряжения питания по цепи 49-42-35 подается на контактор 35, который срабатывает, при этом контакт 36 размыкается, а контакты 37, 38, 39 - замыкаются, и питающее напряжение сети поступает на обмотки электродвигателя 31 и электромагнитов 45 и 47. Якорь втягивающего электромагнита 27 начинает втягиваться, поворачивая фиксатор 29 на угол 90 градусов через соединенные шток 21 и серьгу 24, тем самым, соединяя рычаги 18 и 19 между собой. Кинематически связанные двухплечный 18 и вспомогательный 19 рычаги плавно поворачиваются вокруг оси 20, приводя запорный клапан за счет обратного хода электродвигателя 31 через соединенные вторую серьгу 24 и шток клапана 6 в его открытое положение, и пружина клапана 12 сжимается. Когда запорный клапан полностью откроется, срабатывает второй концевой выключатель и его пары контактов 41 и 42 приходят в исходное состояние. При этом электродвигатель 31 и контактор 35 обесточиваются, электромагнит 29 остается под напряжением, удерживая клапан в открытом положении.
Для закрытия клапана необходимо разомкнуть ключ 49, контактор 35 обесточивается, напряжение питания с электромагнитов 45 и 46 снимается, а палец 30 выходит из зацепления с фиксатором и за счет кинематической энергии пружины клапан практически мгновенно закрывается. Электродвигатель 31 в режиме прямого вращения при помощи редуктора и рычажной системы 18-19-26 плавно устанавливает запорный клапан палец 30 в гнездо фиксатора.
Для закрытия запорного клапана вручную необходимо потянуть фиксатор ручной защелки 23, при этом фиксирующий палец 30 выйдет из зацепления с фиксатором 29 и освободит вспомогательный рычаг 19 и за счет кинематической энергии пружины клапана он закрывается.
При аварийной ситуации, например, при внезапном пропадании напряжения питающей сети, удерживающий электромагнит 46 обесточивается и под действием силы, развиваемой пружиной клапана 6, запорный клапан практически мгновенно закроется.
Таким образом, предложенный электромеханический отсечной запорный клапан позволяет снизить потребление электрической энергии и увеличить функциональные характеристики за счет управления арматурой большего условного прохода на трубопроводах среднего и высокого давления.
1. Электромеханический отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим проход штока клапана, корпус с седлом, входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель с редуктором и узел управления, имеющий цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя, отличающийся тем, что введены стакан, укрепленный на крышке клапана, и втулка, которая с помощью разрезного кольца установлена на штоке клапана, причем пружина клапана соосно со штоком размещена между стаканом и втулкой, при этом двухплечный рычаг привода выполнен с жестко скрепленной на нем осью при соотношении плеч больше единицы, и установлен на закрепленной к основанию опоре с возможностью осевого перемещения, причем на коротком плече рычага установлены втягивающий и удерживающий электромагниты, при этом якорь втягивающего электромагнита соединен через серьгу с подпружиненным штоком, который через другую серьгу шарнирно соединен с фиксатором, вспомогательный рычаг, установленный на оси двухплечного рычага, а на его конце закреплены соосно с фиксатором фиксирующий палец и фиксатор ручной защелки, при этом рычаг электродвигателя соединен с вспомогательным рычагом.
2. Электромеханический отсечной запорный клапан по п.1, отличающийся тем, что узел управления содержит контактор с одним размыкающим и тремя замыкающими контактами, три концевых выключателя с размыкающей и замыкающей парами контактов и мостовой выпрямитель, при этом цепь реверсированного управления электродвигателем с редуктором состоит из последовательно соединенных замкнутого контакта контактора, размыкающей пары контактов второго концевого выключателя для положения клапана «закрыто» и клеммы электродвигателя прямого вращения, а также из последовательно соединенных первого разомкнутого контакта контактора, замыкающей пары контактов первого концевого выключателя для положения клапана «открыто» и клеммы электродвигателя обратного вращения, причем эти контакты контактора имеют общую точку соединения с фазой сети, а нейтраль соединена с клеммой электродвигателя.
3. Электромеханический отсечной запорный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что цепь управления электромагнитами содержит последовательное соединение ключа, параллельно соединенных двух пар замыкающих контактов концевых выключателей и третьего замыкающего контакта контактора и катушки контактора, которая вторым выводом соединена с нейтралью сети, при этом параллельно этой цепи включены последовательно соединенные второй замыкающий контакт контактора, размыкающая пара третьего концевого выключателя и катушка втягивающего электромагнита, которая также вторым выводом соединена с нейтралью сети, причем вход мостового выпрямителя соединен с нейтралью сети и общей точкой соединения замыкающего контакта контактора и размыкающей парой третьего концевого выключателя, а выход мостового выпрямителя подключен к обмотке удерживающего электромагнита.
