RU2171937C1 - Thermal valve - Google Patents

Abstract

FIELD: heat-power engineering; manufacture of engines and turbines; chemical industry; gas and oil pipe lines. SUBSTANCE: thermal valve includes body with inlet and outlet branch pipes, seat, shut-off member and thermosensitive elements. Shut-off member is made from material possessing shape memory effect; shut-off member has form of spherical segment; it also performs function of thermosensitive and thermopower elements. On side of outlet branch pipe, valve body is provided with spring-loaded rod. EFFECT: simplified construction; high reliability of operation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности, газо- и нефтепроводах. The invention relates to valves and can be used in power engineering, engine and turbine construction, chemical industry, gas and oil pipelines.

Известны клапаны с термочувствительными элементами [Авт. свид. СССР N 1357649, кл. F 16 K 31/64, 1987, авт. свид. СССР N 1488653, кл. F 16 K 31/64, 1989 г.], содержащие корпус с входным и выходными патрубками, запорный орган, седло и термочувствительный элемент, выполненный из материала, обладающего эффектом памяти формы. Known valves with heat-sensitive elements [Auth. testimonial. USSR N 1357649, class F 16 K 31/64, 1987, ed. testimonial. USSR N 1488653, class F 16 K 31/64, 1989], comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a locking member, a seat and a heat-sensitive element made of a material having a shape memory effect.

Недостатком этих клапанов является сложность конструкции. The disadvantage of these valves is the design complexity.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому решению является отсечной клапан с термочувствительным управлением (прототип) [Ав. свид. СССР N 629393, кл. F 16 K 17/38, 1978 г.]. Недостатком этого клапана является невозможность быстро и просто возвращаться в исходное положение после срабатывания. By technical nature, the closest to the proposed solution is a shut-off valve with heat-sensitive control (prototype) [Av. testimonial. USSR N 629393, class F 16 K 17/38, 1978]. The disadvantage of this valve is the inability to quickly and easily return to its original position after operation.

Техническая задача изобретения - упрощение конструкции с обеспечением надежного возврата клапана в исходное состояние после срабатывания. Она достигается тем, что запорный орган клапана, выполняющий одновременно функции силового и термочувствительного элементов, изготовлен из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента, а в корпусе со стороны выходного патрубка имеется подпружиненный шток для возврата запорного органа в исходное положение после срабатывания в результате повышения температуры рабочей среды до критической. The technical task of the invention is to simplify the design while ensuring a reliable return of the valve to its original state after actuation. It is achieved by the fact that the locking element of the valve, which simultaneously performs the functions of power and heat-sensitive elements, is made of a material with a shape memory effect in the form of a spherical segment, and a spring-loaded rod is available in the housing on the outlet pipe side to return the locking element to its original position after actuation as a result raising the temperature of the working medium to critical.

В любом термоклапане, перекрывающем поток рабочей среды в случае, если температура ее достигает критического значения, должен быть запорный орган и силовой элемент, обеспечивающий прижатие запорного органа к седлу. Команда силовому элементу должна поступить от термочувствительного элемента. In any thermal valve that shuts off the flow of the working medium, if its temperature reaches a critical value, there must be a locking member and a power element that ensures that the locking member is pressed against the seat. The command to the power element must come from a thermosensitive element.

В предлагаемом термоклапане функции всех этих трех элементов объединены в одном. Элемент этот - запорный орган, выполненный из материала с эффектом памяти формы. Он представляет собой сферический сегмент, который при обратном мартенситном превращении материала резко (хлопком) изменит выпуклость сферы в обратном направлении, с определенным усилием прижимая сам себя к седлу клапана. Так как сферический сегмент постоянно омывается рабочей средой, он является сам для себя термочувствительным элементом. In the proposed thermal valve, the functions of all these three elements are combined in one. This element is a locking organ made of a material with a shape memory effect. It is a spherical segment, which during the reverse martensitic transformation of the material abruptly (with cotton) will change the convexity of the sphere in the opposite direction, with a certain effort, pressing itself to the valve seat. Since the spherical segment is constantly washed by the working medium, it is a heat-sensitive element for itself.

Введение в конструкцию термоклапана элемента, выполняющего функцию трех основных элементов, отражает новизну предлагаемого технического решения. Introduction to the design of the thermal valve element that performs the function of the three main elements, reflects the novelty of the proposed technical solution.

На фиг. 1 представлена конструкция термоклапана с перекрытием проходного сечения седла клапана торцом сферического сегмента;
на фиг. 2 - конструкция термоклапана с перекрытием его проходного сечения сферой сегмента;
на фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, но с уплотняющей шайбой.In FIG. 1 shows the design of a thermal valve with overlapping the passage section of the valve seat with the end face of a spherical segment;
in FIG. 2 - the design of the thermal valve with the overlapping of its bore through the sphere of the segment;
in FIG. 3 is the same as in FIG. 1, but with a sealing washer.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками седла 4 и запорного органа 5. В крышке 9 клапана со стороны выходного патрубка установлен шток 6 с пружинами 7 и 8. За пределами клапана шток соединен с нажимной кнопкой 10. Запорный орган 5 изготовлен из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента. Во время работы клапана запорный орган постоянно омывается рабочей средой, поэтому он может выполнить функцию термочувствительного элемента. Критическая температура рабочей среды, на которую настраивается термоклапан, является температурой окончания обратного мартенситного перехода для материала запорного органа. В ходе такого перехода в материале сферического сегмента накапливаются реактивные напряжения, которые в определенный момент позволяют быстро (хлопком) изменить положение сферы в пространстве на обратное. Таким образом, сферический сегмент в состоянии выполнить сам для себя функцию силового элемента. The valve consists of a housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3 nozzles of the seat 4 and a locking member 5. In the valve cover 9 on the outlet side of the valve, a stem 6 is installed with springs 7 and 8. Outside the valve, the stem is connected to a push button 10. The locking member 5 is made from a material with a shape memory effect in the form of a spherical segment. During operation of the valve, the shut-off element is constantly washed by the working medium, so it can perform the function of a heat-sensitive element. The critical temperature of the working medium, to which the thermal valve is adjusted, is the temperature of the end of the reverse martensitic transition for the material of the shut-off device. During such a transition, reactive stresses accumulate in the material of the spherical segment, which at a certain moment allow you to quickly (by clap) change the position of the sphere in space to the opposite. Thus, the spherical segment is able to fulfill for itself the function of the force element.

Клапан работает следующим образом. Нажатием рукой на кнопку 10 шток 6 перемещается вниз до контакта его со сферой запорного органа 5. При дальнейшем перемещении штока сфера сегмента меняет свое положение в пространстве на обратное (выпуклостью вниз). Запорный орган 5 отходит от седла 4, открывая проходное сечение клапана. Рабочая среда из патрубка 2 поступает в патрубок 3 и дальше в магистраль. Клапан открыт. The valve operates as follows. By pushing the button 10 with the hand, the rod 6 moves down until it contacts the sphere of the locking member 5. With further movement of the rod, the sphere of the segment changes its position in space to the opposite (convex down). The locking element 5 moves away from the seat 4, opening the passage section of the valve. The working medium from the pipe 2 enters the pipe 3 and further into the highway. The valve is open.

При повышении температуры рабочей среды до значения, близкого к критическому, в омываемом ею сферическом сегменте 5 начинается обратный мартенситный переход, который при температуре, равной критической температуре среды, заканчивается скачкообразным переходом сферы в обратном направлении (выпуклостью вверх). При этом запорный орган 5, преодолев в конце своего перемещения усилие пружины 8, приподнимает шток 6 и с некоторым усилием прижимается своим торцом к седлу 4 (фиг. 1), перекрывая проходное сечение клапана. Клапан закрыт. As the temperature of the working medium rises to a value close to critical, the reverse martensitic transition begins in the spherical segment 5 washed by it, which, at a temperature equal to the critical temperature of the medium, ends with a spasmodic transition of the sphere in the opposite direction (convex up). At the same time, the locking member 5, having overcome the force of the spring 8 at the end of its movement, raises the stem 6 and with some effort presses its end against the seat 4 (Fig. 1), blocking the valve passage section. The valve is closed.

Во втором варианте (фиг. 2) запорный орган 5 при своем перемещении вверх торцом упирается в горизонтальную плоскость проходного пространства клапана, а сферой - с некоторым усилием к упругому седлу 4. Для этого кольцевое пространство, где расположен сферический сегмент, по высоте выполняется меньше высоты сегмента - запорного органа. Клапан закрыт. In the second embodiment (Fig. 2), the locking body 5, when moving upside down, abuts against the horizontal plane of the passage space of the valve, and the sphere, with some effort, to the elastic seat 4. For this, the annular space where the spherical segment is located is smaller in height than the height segment - a locking organ. The valve is closed.

При установке термоклапана в системах с давлением рабочей среды более 5 атм и повышенных требованиях к перекрытию проходного сечения клапан выполняется по третьему варианту. В этом случае конструкция клапана полностью соответствует первому (фиг. 1), но между сферическим сегментом 5 и горизонтальной плоскостью, где устанавливается седло, вводится уплотняющая шайба 4 (фиг. 3). При срабатывании клапана сферический сегмент, преодолевая усилие пружины 8, с таким же усилием своим торцом прижимает уплотняющую шайбу 4 притертой конической поверхностью к седлу. Пружина 11 перемещает уплотняющую шайбу вверх при открытии клапана. When installing a thermal valve in systems with a working fluid pressure of more than 5 atm and increased requirements for closing the passage section, the valve is performed according to the third option. In this case, the valve design is fully consistent with the first (Fig. 1), but between the spherical segment 5 and the horizontal plane where the seat is mounted, a sealing washer 4 is inserted (Fig. 3). When the valve is activated, the spherical segment, overcoming the force of the spring 8, presses the sealing washer 4 with the same tapered surface against the seat with the same force. The spring 11 moves the sealing washer up when the valve is opened.

Для возвращения клапана в исходное состояние (открытое) необходимо нажатием на кнопку 10 переместить вниз шток 6 и переместить им сферический сегмент, изменив положение сферы в пространстве выпуклостью вниз. Проходное сечение в этом случае открыто для рабочей среды. Клапан открыт. To return the valve to its initial state (open), press the button 10 to move the stem 6 down and move the spherical segment to them, changing the position of the sphere in space by convexity down. The cross section in this case is open to the working environment. The valve is open.

Объединение функций трех элементов в одном упрощает конструкцию клапана, обеспечивая высокую надежность его срабатывания, число которых достигает 10⁵ раз.Combining the functions of three elements in one simplifies the design of the valve, providing high reliability of its operation, the number of which reaches 10 ⁵ times.

Claims (1)

Термоклапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло, запорный орган, силовой и термочувствительный элементы, отличающийся тем, что запорный орган, выполненный из материала с эффектом памяти формы в виде сферического сегмента, одновременно является термочувствительным и термосиловым элементами, а корпус клапана со стороны выходного патрубка снабжен подпружиненным штоком. A thermal valve comprising a body with inlet and outlet nozzles, a seat, a locking member, power and heat-sensitive elements, characterized in that the locking body, made of a material with a shape memory effect in the form of a spherical segment, is at the same time heat-sensitive and thermo-power elements, and the valve body with the side of the outlet pipe is equipped with a spring-loaded stem.

Images