Медиагруппа ARMTORG. Быстродействующий запорно-отсечной клапан

Статья размещена в третьем номере журнала «Вестник арматуростроителя». Уважаемые читатели, предлагаем вашему вниманию следующую разработку из рубрики «Обзор патентов» – быстродействующий запорно-отсечной клапан. Изобретателями патента являются Буравский Николай Васильевич, Самолюк Сергей Олегович, Николаев Георгий Валерьевич, патентообладатель – акционерное общество «ОКАН» (АО «ОКАН»).

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, обеспечивающей перекрытие потока рабочей среды в аварийных ситуациях на атомных электростанциях. Быстродействующий запорно-отсечной клапан включает цельный корпус с седлами и паровой привод с системой индикации. В корпусе парового привода размещен поршень, связанный штоком с запорным органом в корпусе. Паровой привод оснащен клапанами, которые содержат две независимые камеры и выполнены с возможностью управления при помощи электропривода по независимому каналу управления. Запорный орган образован подпружиненными дисками, которые расположены в клине, закрепленном на штоке. На крышке парового привода размещены подпружиненные толкатели и система индикации, которая подключена к системе аварийного и поставарийного мониторинга. Клапаны связаны с линиями подвода пара, снабженными фильтрами пара, на одном из которых расположено переключающее устройство, и сообщены с линиями сброса пара, оснащенными дросселями, причем сбросные трубопроводы соединены дренажным коллектором. Изобретение направлено на обеспечение требуемого времени срабатывания и уровня герметичности в затворе, простоты настройки клапанов управления в составе БЗОК, взведения (открытия) БЗОК как от собственной среды, так и от линии постороннего источника.

Формула

1. Быстродействующий запорно-отсечной клапан, включающий цельный корпус с седлами и паровой привод с системой индикации, в корпусе парового привода размещен поршень, связанный штоком с запорным органом в корпусе, паровой привод оснащен клапанами, которые содержат две независимые камеры, сообщены со сбросными трубопроводами и выполнены с возможностью управления при помощи электропривода по независимому каналу управления, запорный орган образован подпружиненными дисками, которые расположены в клине, закрепленном на штоке, на крышке парового привода размещены подпружиненные толкатели и система индикации, которая подключена к системе аварийного и поставарийного мониторинга, клапаны связаны с линиями подвода пара, сообщены с линиями сброса, оснащенными дросселями, и снабжены фильтрами пара, на одном из которых расположено переключающее устройство, а сбросные трубопроводы соединены дренажным коллектором.

2. Быстродействующий запорно-отсечной клапан по п. 1, отличающийся тем, что клапаны парового привода выполнены электроприводными.

Описание

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и атомной отрасли, а точнее к трубопроводной арматуре, обеспечивающей перекрытие потока рабочей среды в аварийных ситуациях на атомных электростанциях (АЭС).

Известен быстродействующий запорно-отсечной клапан, содержащий корпус с уплотнительными поверхностями и крышкой, возвратно-перемещающийся шток, связанный с шибером, механизм перемещения штока в виде пневмоцилиндра и систему управления механизмом, включающую исполнительные элементы, в котором исполнительные элементы системы управления выполнены в виде электромагнитных клапанов, связанных по управляющему сигналу с датчиками давления (патент РФ № 82016U1, F16K 3/12, опубл. 10.04.2009 Бюл. № 10).

Известен быстродействующий запорно-отсечной клапан, содержащий корпус с седлом и входным и выходным патрубками, в полости которого размещен запорный элемент в виде поршня цилиндрической формы с поршневыми кольцами, в котором поршневые кольца выполнены с нанесением на их рабочую поверхность лазерной наплавки высотой 0,5–1,5 мм, зоной термического влияния 0,3–1,0 мм, из бронзового сплава (патент РФ № 192161U1, F16K 17/22, опубл. 05.09.2019 Бюл. № 25).

Основными недостатками существующих решений являются недостаточная скорость срабатывания в аварийных ситуациях, большие массогабаритные характеристики, а также некорректная работа клапанов управления.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении требуемого времени срабатывания как в режиме нормальной эксплуатации, так и в аварийном, возможности проведения технического обслуживания и ремонта без вырезки из трубопровода, обеспечении требуемого уровня герметичности в затворе, простоту настройки клапанов управления в составе БЗОК, обеспечении взведения (открытия) БЗОК как от собственной среды, так и от линии постороннего источника, а также уменьшение массогабаритных характеристик.

Указанный технический результат достигается быстродействующим запорно-отсечным клапаном, включающим цельный корпус с седлами и паровой привод с системой индикации, в корпусе парового привода размещен поршень, связанный штоком с запорным органом в корпусе, паровой привод оснащен клапанами, которые содержат две независимые камеры, сообщены со сбросными трубопроводами и выполнены с возможностью управления при помощи электропривода по независимому каналу управления, запорный орган образован подпружиненными дисками, которые расположены в клине, закрепленным на штоке, на крышке парового привода размещены подпружиненные толкатели и система индикации, которая подключена к системе аварийного и поставарийного мониторинга, клапаны связаны с подводами пара, сообщены с линиями сброса, оснащенными дросселями, и снабжены фильтрами пара, на одном из которых расположено переключающее устройство, а сбросные трубопроводы соединены дренажным коллектором.
Кроме того, клапаны выполнены электроприводными.

Повышение скорости срабатывания в аварийном режиме обеспечивается за счет настройки проходного сечения дросселирующих устройств, расположенных на клапанах управления, а также за счет открытия в аварийном режиме двух клапанов управления одновременно, благодаря чему нагнетается и сбрасывается большее количество среды за тот же промежуток времени.

Возможность проведения технического обслуживания и ремонта без вырезки из трубопровода достигается за счет использования крепежных элементов (гаек, шпилек, болтов и т. д.) в подсборках элементов, а также в соединениях элементов между в собой в составе БЗОК, что позволяет проводить внешний осмотр соединений для проведения технического обслуживания, а при необходимости проводить демонтаж детали / сборочной единицы / узла для проведения ремонтных работ.

Обеспечение требуемого уровня герметичности в затворе достигается за счет разработанного технологического процесса механической обработки дисков (клина, седел) и последующей притирке их контактирующих поверхностей, благодаря чему получается плотное прилегание и отсутствие дефектов на деталях.

Простота настройки клапанов управления в составе устройства достигается за счет использования электропривода, в котором возможно оперативно выставить положения концевых выключателей, а также настроить моментные выключатели.

Взведение (открытие) БЗОК обеспечивается клапанами управления как от собственной среды, так и от линии постороннего источника, также обеспечивается возможность произвести взведение (открытие) механически при помощи кран-балки / ручной тали за счет использования рым-болта на указателе штока, через который продевается стропа/крюк/скоба и т. п.

Возможность открытия/закрытия от линии постороннего источника достигается благодаря тому, что среда по данной линии попадает в соединитель через отвод и фильтр пара, откуда может подаваться в надпоршневое пространство через клапан управления, отвечающий за закрытие, или в подпоршневое пространство через клапан управления, отвечающий за открытие.

Небольшие массогабаритные характеристики обеспечиваются за счет применения литого корпуса.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 – вид сверху.

Конструктивно устройство представляет собой исполнение по типу параллельной задвижки. Быстродействующий запорно-отсечной клапан (БЗОК) состоит из литого корпуса 1 с вваренными седлами, на котором установлен паровой привод 2 с системой индикации. Паровой привод включает отводы 8, клапаны управления 4, фильтры пара 5, дросселирующие устройства 6, переключающее устройство 7, сбросной (дренажный) коллектор, крышку, в которой располагаются подпружиненные толкатели 1. В корпусе парового привода 2 расположен стакан, упрочненный азотированием, по которому ходит
поршень 10. Поршень 10 установлен на штоке, к которому крепится клин 3, гайка, по которой скользят толкатели 11.

Система индикации предназначена для определения положения запорного органа БЗОК и выполнена с возможностью фиксации положений «открыто», «закрыто», «промежуточное положение». Система индикации подключена к системе аварийного и поставарийного мониторинга (САПМ).

Четыре клапана 4 установлены на паровом приводе 2 и предназначены для обеспечения работы парового привода 2 – два клапана для обеспечения аварийного (быстрого закрытия), один клапан – для обеспечения технологического (медленного открытия) и один – для обеспечения технологического (медленного закрытия).

Каждый клапан 4 для аварийного закрытия выполнен как элемент защитной системы безопасности и осуществляет одновременную подачу рабочей среды в камеру парового привода 2 над поршнем 10 и сброс среды из-под поршня 10, и имеет индивидуальный подвод пара. Управление каждым клапаном 4 осуществляется по независимому каналу управления с помощью электропривода. Клапаны 4 имеют две независимые камеры, через которые рабочая среда проходит в необходимом направлении (нагнетается или сбрасывается). Клапаны 4 обеспечивают настройку времени срабатывания и величину хода в составе БЗОК. Клапаны 4 также могут быть выполнены электроприводными.

Фильтры пара 5 размещены на клапанах 4 и предназначены для обеспечения бесперебойной работы клапанов 4 на соответствующих линиях подвода пара, и в том числе на линии подвода управляющей среды от постороннего источника.

Дроссели 6, установленные на линиях сброса, выполнены с возможностью регулирования расхода среды в клапанах 4 и защиты подвижных частей БЗОК от динамического удара при аварийном срабатывании. Регулирование происходит за счет перемены площади проходного сечения вследствие изменения положения регулирующего органа дросселя 6.

Переключающее устройство 7 установлено на фильтре пара 5, который в свою очередь установлен на корпусе парового привода 2, и обеспечивает автоматическое переключение между линией подачи со стороны постороннего источника и основной линии.

Подпружиненные толкатели 11 размещены в крышке парового привода 2 и позволяют фиксировать запорный орган в крайнем верхнем положении автоматически, но не препятствовать срабатыванию клапана 4 на закрытие при необходимости. На штоке, на котором расположен поршень 10, установлена гайка с канавкой, в которую заходят толкатели 11, в положении запорного органа «открыто», радиуса на данной канавке позволяют толкателям 11 вставать в паз и сходить с него, только при открытии и закрытии запорного органа соответственно. Положение гайки на штоке настраивается и фиксируется при сборке БЗОК.

Запорный орган БЗОК выполнен в виде клина 3, расположенного на штоке, и состоит из подпружиненных дисков, что позволяет обеспечивать плотное прилегание клина 3 к седлам корпуса 1 на всем диапазоне хода. Пружина обеспечивает поджатие с целью выставление дисков уплотнительными поверхностями к седлам. Основное усилие дает рабочая среда, которая находится между дисками, а плотное прилегание достигается именно качеством уплотнительных поверхностей дисков и седел. Потому как если будет неплоскостность, царапина, задир или прочий дефект, то будет протечка среды. Также для увеличения долговечности применена уплотнительная наплавка.

Все элементы обвязки БЗОК соединены съемными отводами 8. Для сброса среды из полостей парового привода 2 в конструкции БЗОК предусмотрены сбросные трубопроводы клапанов 4, соединенные единым дренажным (сбросным) коллектором 9: два сбросных трубопровода для сброса среды в режиме быстрого закрытия и два для сброса среды в режимах медленного открытия и медленного закрытия.

БЗОК обеспечивает требуемое время срабатывания при перепаде давления при направлении потока среды с любой стороны в режимах проектных аварий, требующих отсечения парогенератора, а также в создании возможности нахождения в закрытом положении сколь угодно долго независимо от перепада давления на затворе, а также при отсутствии перепада давления на затворе, что обеспечивается конструкцией оборудования без использования каких-либо внешних станционных систем.

Устройство работает следующим образом.

БЗОК является элементом комплекта арматуры паровой камеры и входит в состав системы паропроводов свежего пара. Принцип работы быстродействующего запорно-отсечного клапана – от собственной среды

БЗОК выполнен прямоточным и полнопроходным, и обеспечивает выполнение функции безопасности при всех исходных событиях, требующих его срабатывания.

В режиме нормальной эксплуатации АЭС (работа на различных уровнях мощности) БЗОК находится в открытом положении. При этом арматура обвязки БЗОК, выполняющая функции безопасности, закрыта и находится в режиме ожидания (в состоянии готовности на случай возникновения проектных аварий). В режимах нарушения нормальной эксплуатации БЗОК открыт и находится в состоянии готовности на случай проектной аварии. В режимах проектных аварий, требующих отсечения парогенератора, БЗОК обеспечивает срабатывание при перепаде давления при направлении потока среды с любой стороны, а также при отсутствии перепада.

1. Аварийное закрытие от собственной среды.
Изначальное положение запорного органа «открыто». Среда, находящаяся в корпусе 1, по каналам в корпусе парового привода 2 проходит через фильтр пара 5, где улавливаются твердые частицы. Далее среда по отводу 8 попадает в клапан 4, отвечающий за аварийное закрытие. При команде с пульта управления электропривод открывает клапан 4. Таким образом, среда проходит в пространство над поршнем 10 в корпусе парового привода 2. Создается усилие, которое толкает поршень 10 и клин 3 (запорный орган) вниз на закрытие. Благодаря геометрии гайки штока под усилием толкатели 11 сходят с нее и не препятствуют ходу клина 3. Среда, которая находится под поршнем 10 в корпусе парового привода 2, проходит через отвод 8 вторую камеру открытого клапана 4, дросселирующее устройство 6, которое позволяет регулировать проходное сечение канала, тем самым увеличивать или уменьшать расход среды, отвод 8 и попадает в дренажный коллектор 9. После того, как поступил сигнал на систему индикации, что БЗОК «закрыт», клапаны 4 закрывают. В данном режиме работают два клапана 4 описанным выше способом.

2. Технологическое открытие от собственной среды.
Начальное положение клина 3 в крайнем нижнем положении, в положении «закрыто». Среда, находящаяся в корпусе 1, по каналам в корпусе парового привода 2 проходит через фильтр пара 5, где улавливаются твердые частицы. В переключающем устройстве 7, установленном на фильтре пара 5, золотник под давлением среды перекрывает канал подачи через линию постороннего источника, тем самым среда проходит дальше по отводам 8 и попадает в клапан 4, отвечающий за технологическое открытие. При команде с пульта управления электропривод открывает клапан 4. Среда по отводу 8 попадает под поршень 10, благодаря чему создается усилие на подъем клина 3, в верхнем положении «открыто» толкатели 11 встанут в паз гайки штока, тем самым зафиксируют положение «открыто». Среда, которая находится над поршнем 10 в корпусе парового привода 2, проходит через отвод 8, вторую камеру открытого клапана управления 4, дросселирующее устройство 6, которое позволяет регулировать проходное сечение канала, тем самым увеличивать или уменьшать расход среды, отвод 8 и попадает в дренажный коллектор 9. После того, как поступил сигнал на систему индикации, что БЗОК «открыт», клапан управления 4 закрывают.

3. Технологическое закрытие от собственной среды.
Начальное положение клина 3 в крайнем верхнем положении, в положении «открыто». Среда, находящаяся в корпусе 1, по каналам в корпусе парового привода 2 проходит через фильтр пара 5, где улавливаются твердые частицы. В переключающем устройстве 7, установленном на фильтре пара 5, золотник под давлением среды перекрывает канал подачи через линию постороннего источника, тем самым среда проходит дальше по отводам 8 и попадает в клапан 4, отвечающий за технологическое закрытие. При команде с пульта управления электропривод открывает клапан 4. Среда по отводу 8 попадает в пространство над поршнем 10, благодаря чему создается усилие на подрыв клина 3 с толкателей 11 и ходу клина 3 вниз в положение «закрыто». Среда, которая находится под поршнем 10 в корпусе парового привода 2, проходит через отвод 8, вторую камеру открытого клапана 4, дросселирующее устройство 6, которое позволяет регулировать проходное сечение канала, тем самым увеличивать или уменьшать расход среды, отвод 8 и попадает в дренажный коллектор 9. После того, как поступил сигнал на систему индикации, что БЗОК «закрыт», клапан управления 4 закрывают.

4. Открытие/закрытие от постороннего источника.
Среда поступает по линии постороннего источника в фильтр пара 5, который установлен на переключающем устройстве 7. Золотник переключающего устройства 7 под давлением среды перекрывает канал подачи со стороны основной полости БЗОК корпуса 1, благодаря чему среда проходит дальше по отводам 8 и попадает в клапан 4, отвечающий за технологическое открытие или технологическое закрытие.

Далее если требуется открыть БЗОК, то по команде с пульта управления электропривод открывает клапан 4, отвечающий за технологическое открытие. Среда по отводу 8 попадает под поршень 10, благодаря чему создается усилие на подъем клина 3, в верхнем положении «открыто» толкатели 11 встанут в паз гайки штока, тем самым зафиксируют положение «открыто». Среда, которая находится над поршнем 10 в корпусе парового привода 2, проходит через отвод 8, вторую камеру открытого клапана 4, дросселирующее устройство 6, которое позволяет регулировать проходное сечение канала, тем самым увеличивать или уменьшать расход среды, отвод 8 и попадает в дренажный коллектор 9. После того, как поступил сигнал на систему индикации, что БЗОК «открыт», клапан 4 закрывают.

Если требуется закрыть БЗОК, то по команде с пульта управления электропривод открывает клапан управления 4, отвечающий за технологическое закрытие. Среда по отводу 8 попадает в пространство над поршнем 10, благодаря чему создается усилие на подрыв штока клина 3 с толкателей 11 и ходу клина 3 вниз в положение «закрыто». Среда, которая находится под поршнем 10 в корпусе парового привода 2, проходит через отвод 8, вторую камеру открытого клапана 4, дросселирующее устройство 6, которое позволяет регулировать проходное сечение канала, тем самым увеличивать или уменьшать расход среды, отвод 8 и попадает в дренажный коллектор 9. После того, как поступил сигнал на систему индикации, что БЗОК «закрыт», клапан 4 закрывают.

Предлагаемое изобретение обеспечивает простоту обслуживания и ремонта без необходимости вырезки из трубопровода, минимальный объем протечек по запорному органу, возможность взведения (открытия) БЗОК как от собственной среды (при помощи клапанов), так и механически (при помощи кран-балки / ручной тали), возможность БЗОК после срабатывания в аварийном режиме. Конструкция устройства имеет собственную систему индикации положений запорного органа («открыто», «закрыто», «промежуточное положение»), что позволяет отслеживать положение запорного органа как дистанционно через системы АСУ ТП, благодаря дистанционным указателям положения, так и непосредственно на самом БЗОК, благодаря указателю положения. Меньшее количество клапанов на линии управления обеспечивает простоту конструкции.