PL155252B1 - High-pressure expansion valve - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

OPIS PATENTOWY 155 252

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 861110 (P. 262315)

Int. Cl.⁵ F16K 31/50 F16K25/04

Pierwszeństwo: 85 1115 Republika Federalna Niemiec ir'/X

Zgłoszenie ogłoszono: 87 08 24 · Z. ,

Opis patentowy opublikowano: 1992 04 30

Twórca wynalazku: Gerhard Belhustede

Uprawniony z patentu: VEBA OEL Entwicklungs - GmbH,

Gelsenkirchen (Republika Federalna Niemiec)

Zawór rozprężający wysokiego ciśnienia

Przedmiotem wynalazku jest zawór rozprężający wysokiego ciśnienia z korpusem, górną częścią z nasadzonym pakietem sprężyn, gniazdem zaworu z umieszczonym w nim otworem, grzybkiem zaworu, wrzecionem, jarzmem oraz napędem nastawnika, przy czym w pozycji otwarcia, szczelina dławiąca między gniazdem a grzybkiem zaworu ukształtowana jest jako odstęp pomiędzy dopasowanym do siebie kształtem powierzchni gniazda i grzybka zaworu, zaś zawór zawiera dla ustalania skoku grzybka zaworu nastawnik, którego skok jest zamieniany w ruch obrotowy nakrętki wrzeciona, dla przełożenia z kolei jej ruchu obrotowego w określony ruch liniowy wrzeciona zaworu za pomocą umieszczonego wewnątrz niej elementu śrubowego lub ślimakowego.

Zawory tego typu przeważnie stosowane są przy rozprężaniu produktów gorącego oddzielania uwodornionego upłynnionego węgla, zawierających też stałe części w postaci popiołu, katalizatora jak też nie przetworzonych cząsteczek węgla, z ciśnienia na poziomie 700 bar do niższych lub do ciśnienia normalnego. Tego typu resztki procesu gorącego rozdzielania powstają w temperaturach między 380 i 480°C. Znany jest tego typu zawór rozprężny z europejskiego opisu wyłożeniowego nr 0085 251. Podczas rozprężania z ciśnienia roboczego, z powodu dużych prędkości i występujących w zaworze zmian kierunku przepływu oraz erozyjnych własności samych cząsteczek paliwa powstaje duże zużycie względnie silna korozja części zaworu stykających się z tymi produktami odpadowymi. Dotyczy to zwłaszcza grzybka zaworu, gniazda i jego otworu z dołączonym przewodem prowadzącym do zbiornika rozprężnego oraz wrzeciona i części korpusu. Wkładki gniazda zaworu wykonane są z reguły z odpornego na ścieranie twardego materiału i mogą być one wymienne.

Ustalono, że wzmożone zużycie części zaworu występuje przy zgazowywaniu i odparowywaniu rozprężanych od ciśnienia roboczego do ciśnienia rozprężania pozostałości gorącego oddzielania na przykład uwodornionego, upłynnionego węgla i powodowane jest przez bardzo przyspieszone cząsteczki ciekłe ale także stałe, w przeciwieństwie do wodoru, którego kierunek może przebiegać z odchyleniem nawet o 180° względem kierunku przepływu głównego.

155 252

Celem wynalazku jest stworzenie zaworu rozprężającego wysokiego ciśnienia o podwyższonej żywotności części zużywających się, dobrej charakterystyce regulacyjnej i szczelnym zamknięciu.

Zgodnie z wynalazkiem cel ten rozwiązano w ten sposób, że skok grzybka zaworu wynosi maksymalnie 1 mm przy rozdzielczości posuwu wynoszącej na całej długości skoku 1% przesuwu całkowitego, zaś wrzeciono i grzybek zaworu są obracalne przy ruchu obrotowym nakrętki za pomocą urządzenia zabierakowego i mechanizmu zapadkowego.

Zawór rozprężający wysokiego ciśnienia przeważnie jest budowany jako zawór krótkoskokowy. Korzystnie zawór zawiera mechanizm regulacji położenia grzybka zaworu względem gniazda w postaci ustalającego trwałe ustawienie położenia wrzeciona połączenia rozłącznego, korzystnie zespołu nakrętki z przeciwnakrętką. Korzystnie kąt stożkowy grzybka zaworu wynosi od 120° do 170°.

Grzybek zaworu w korzystnym przykładzie wykonania zakończony jest dodatkowo drugim stożkiem o kącie rozwarcia mniejszym od 120°, przy czym w położeniu zamknięcia ten dodatkowy stożek znajduje się w gnieździe nie stykając się z nim lub jego ściankami. Przy stosowaniu tego typu zaworu jako armatury regulacyjnej, która przykładowo w procesie płynnego uwodniania węgla utrzymuje jako wielkość regulowaną stały stan zbiornika gorącego oddzielacza, musi być rozwiązana możliwość precyzyjnej regulacji tego maksymalnego skoku 1 mm z dokładnością do kilku setnych milimetra, co zostało osiągnięte dzięki niniejszemu wynalazkowi.

W proponowanym zaworze rozprężającym uzyskano zmniejszenie prędkości zużycia drogą minimalizacji skoku i daleko idącej eliminacji pośrednich położeń zaworu, które mają szczególnie silny wpływ na zużycie.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 2 — fragment A zaworu z fig. 1 w powiększeniu, fig. 3 — fragment B zaworu z fig. 1 w powiększeniu.

Zawór rozprężający wysokiego ciśnienia według wynalazku składa się zasadniczo z korpusu 9, jarzma 13, nastawnika 4 oraz mechanizmu obrotowego składającego się z nakrętki 3 urządzenia zabierakowego 5 i mechanizmu 6 zapadkowego. W zaworze tym odstęp dwóch płaskorównoległych powierzchni regulowany jest precyzyjnie na odległość do 1 mm z dużą rozdzielczością zakresu nastawy. Nastawa odbywa się za pomocą nakrętki 3 wrzeciona przez boczne odchylenie nastawnika 4. Nakrętka 3 wrzeciona składa się z bezluzowo pracującego gwintu stożkowego z leżącą wewnątrz częścią ślimakową, która jest na stałe połączona z wrzecionem 2 zaworu. Boczne odchylenie nastawnika 4 przetwarzane jest przez nakrętkę 3 wrzeciona na ruch obrotowy, a przez wewnętrzną część ślimakową w ruch skokowy połączonego z nią sztywno wrzeciona 2. Wrzeciono 2 zaworu ma przewidziane powyżej nakrętki 3 i części ślimakowej urządzenie ustalające 14, które służy jednocześnie jako urządzenie nastawcze. Zadaniem urządzenia nastawczego jest kompensowanie zużycia gniazda 10 zaworu i grzybka 11 zaworu, poprzez regulację wrzeciona 2 zaworu, a z nim równocześnie grzybka 11. Przeciwdziała to ciśnieniu działającemu na wrzeciono 2 i grzybek 11 zaworu i zapewnia osiągnięcie przez zawór szczelnego zamknięcia i zakończenia procesu rozprężania.

Pakiet sprężyn 1 dociskający wrzeciono zaworu 2 poprzez łożysko wałeczkowe 12 podpiera nastawnik 4.

Wstępne napięcie sprężyn dostosowane jest do ciśnienia panującego w korpusie 9 zaworu. Urządzenie zabierakowe 5 jest połączone z mechanizmem zapadkowym 6. Wewnętrzna część mechanizmu połączona jest z wrzecionem 2 zaworu i ma za zadanie wprowadzenie go w ruch obrotowy podczas ruchu skokowego, to znaczy jednocześnie przy odchylaniu nastawnika 4. Powoduje to wyrównywanie punktowego zużycia gniazda 10 i grzybka 11 zaworu przez co następuje możliwie długie równomierne zużycie, a tym samym zagwarantowane pozostaje szczelne zamknięcie zaworu.

Obciążona sprężyną dławnica 7 z umieszczonymi poniżej króćcami kontrolnymi 8 i płuczącym króćcem 8' jest tak zbudowana, że dwie niezależne od siebie szczelne części dławnicy umieszczone są w przynależnej części korpusu 9 zaworu i wywierają pod wpływem wstępnego napięcia sprężyny zawsze jednakową siłę uszczelniającą. Jest to ważne zwłaszcza ze względu na występujące różne ciśnienia robocze, a także rozszerzalność cieplną tej części korpusu 9 zaw'oru. Wewnętrzny element uszczelniający sam stanowi dławnicę 7. Jako materiały uszczelniające mogą być użyte czynniki

155 252 odporne na wysokie ciśnienia i temperatury jak: czysty grafit, grafit i azbest i pakunki jedwabnografitowe. Króciec kontrolny 8 jest tak umieszczony, że między obu elementami dławnicy można sprawdzać jak dalece dolna dławnica zachowuje jeszcze własności uszczelniające. Dolny króciec 8' zbudowany jest jako przepłukujący, co umożliwia ciągłe przepłukiwanie prowadnicy wrzeciona w korpusie 9 zaworu niewielką ilością oleju. Gwarantuje to, że w obszar dławnicy nie mogą wnikać żadne produkty zawierające paliwo co znacznie przedłuża jej żywotność. Korpus 9 zaworu tworzy między innymi gniazdo 10, które może być zbudowane przykładowo jako wsuwany wkład z wstawioną częścią z twardego materiału.

Również grzybek 11 zaworu nakręcony na wrzeciono 2 jest wzmocniony elementem z twardego materiału. Element ten może stanowić przykładowo wymienialna nasadka. Obie części, gniazdo 10 i grzybek 11 są tak ukształtowane, że wspomagają one styczny, stożkowy przepływ przez kanał wlotowy 15 w korpusie zaworu i przez zasadniczo równomierny przepływ wirowy wokół otworu kanału wylotowego 16 wpływają na wyrównanie stopnia zużycia obu części dławiących.

Zmiana ruchu posuwistego napędu nastawczego w ruch obrotowy nakrętki 3 wrzeciona 2 realizowana jest w ten sposób, że umieszczony z boku na zaworze napęd nastawnika 4 napędza za pośrednictwem dźwigni przegubowej trwale zamocowaną nakrętkę 3 wrzeciona kulkowego mechanizmu gwintowego, służącego do przemiany obrotu w ruch posuwisty. Przetwarzanie ruchu obrotowego w ruch prostoliniowy odbywa się za pomocą wrzeciona kulkowego 17, które jest połączone na stałe z wrzecionem 2 zaworu. Od wymiaru kątowego ruchu napędowego nakrętki 3 wrzeciona i pochylenia zwoju gwintu kulkowego zależny jest przesuw wrzeciona 2 zaworu o wielkości kroków nastawczych rzędu 1 mm. Takie wrzeciono kulkowe 17 jest częścią dostępną normalnie w handlu jako gotowy podzespół. Ruch obrotowy jest przenoszony za pośrednictwem dźwigni przegubowej, umocowanej na nakrętce 3, przez urządzenie zabierakowe 5 na mechanizm zapadkowy 6. Przy każdym ruchu obrotowym nakrętki 3, który wytwarza pozycję otwarcia wrzeciona 2 zaworu, zostaje ono także obrócone wokół swojej osi o taki sam kąt jak nakrętka 3. W pozycji zamknięcia zaworu ruch obrotowy nie następuje, aby uniknąć zakleszczenia stożka zaworu w jego gnieździe siłą tarcia. Obracanie wrzeciona 2 zaworu a wraz z nim grzybka 11 zaworu przewidziano dla uniknięcia fragmentarycznego ścierania się gniazda 10 i grzybka 11 zaworu i przez to zapewnienia równomierności występującego i tak w sposób nieunikniony zużywania się tych części. Mechanizm zapadkowy 6 i urządzenie zabierakowe 5 pokazano w powiększeniu na fig. 3. Redukcja ciśnienia przez gniazdo 10 i grzybek 11 zaworu zostaje osiągnięta dzięki odstępowi między obydwiema częściami w szczelinie o określonej długości, powstającej przy maksymalnym przesuwie grzybka 11 zaworu, wynoszącym maksymalnie 1 mm.

W przeciwieństwie do dotychczas znanych rozwiązań, według których redukcję ciśnienia uzyskuje się poprzez częściowe zwężenie wzdłuż obwodu koła między gniazdem 10 a grzybkiem 11 zaworu, jest tu zwężenie, w którym osiąga się redukcję prędkości wewnątrz szczeliny działającej jako kapilara aż do kanału odpływowego. Gniazdo zaworu jest odwróconym odpowiednikiem kształtu grzybka zaworu, przy czym na wierzchołku odwróconej postaci stożkowej jest umieszczone miejsce odpływu w postaci cylindrycznego otworu. Obydwie powierzchnie stożkowe są dopasowane do siebie kształtami i zależnie od wielkości przesunięcia, to znaczy od odległości grzybka 11 do gniazda 10 zaworu, tworzy się szczelina o określonej długości. Ponieważ kształty stożkowe grzybka 11 i gniazda 10 zaworu są jednakowe, więc brak tu fragmentarycznego przylegania lecz występuje zwężenie i przyleganie na całej powierzchni.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór rozprężający wysokiego ciśnienia z korpusem, górną częścią z nasadzonym pakietem sprężyn, gniazdem zaworu z umieszczonym w nim otworem, grzybkiem zaworu, wrzecionem, jarzmem oraz napędem nastawnika, przy czym w pozycji otwarcia, szczelina dławiąca między gniazdem a grzybkiem zaworu ukształtowana jest jako odstęp pomiędzy dopasowanymi do siebie kształtem powierzchniami gniazda i grzybka zaworu, zaś zawór zawiera dla ustalania skoku grzybka zaworu nastawnik, którego skok jest zamieniany w ruch obrotowy nakrętki wrzeciona dla

   155 252 przełożenia z kolei jej ruchu obrotowego w określony ruch liniowy wrzeciona zaworu za pomocą umieszczonego wewnątrz niej elementu śrubowego lub ślimakowego, znamienny tym, że skok grzybka (11) zaworu wynosi maksymalnie 1 mm przy rozdzielczości posuwu wynoszącej na całej długości skoku 1% przesuwu całkowitego, zaś wrzeciono (2) i grzybek (11) zaworu są obracalne przy ruchu obrotowym nakrętki (3) za pomocą urządzenia zabierakowego (5) i mechanizmu zapadkowego (6).
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera mechanizm regulacji położenia grzybka (11) zaworu względemgniazda (:10) w postaci ustalającego trwałe ussa wierne położenia wrzeciona (2) połączenia rozłącznego, korzystnie zespołu (14) nakrętki z przeciwnakrętką.
3. 3. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt stożkowy grzybka (11) zaworu wynosi od 120° do 170°.
4. 4. Zawór według zastrz. 3, znamienny tym, że grzybek (11) zaworu zakończonyjest dodatkowo drugim stożkiem o kącie rozwarcia mniejszym od 120°, przy czym w położeniu zamknięcia ten dodatkowy stożek znajduje się w gnieździe (10) nie stykając się z nim lub jego ściankami.

   A

   1 μ 4

   FIG1

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł