RU2716102C1

RU2716102C1 - Condensate trap

Info

Publication number: RU2716102C1
Application number: RU2018144515A
Authority: RU
Inventors: Юрий Яковлевич Печенегов
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-03-05

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: condensate trap containing a vertical cylindrical housing with a bottom and with a detachable cover, an inlet and an outlet nozzle located inside the housing, coaxially with it, an open cylindrical float of the inverted cup type, a shutoff member on the cover, which includes a conical seat, a valve hole, valve with surface of spherical shape, wherein valve is fixed on diametral part of float wall, which is conical, in valve hole there is, with possibility of free movement, guide rod, by its one end rigidly connected with valve and float, and its other end freely passes through central hole of grate disk located behind valve opening, at end of inlet branch pipe there is a reflector, on inner surface of cylindrical housing there are ribs-limiters, and at bottom of housing there are thrust ribs.

EFFECT: invention relates to means for removal of condensate from heat exchangers, where steam is used as heating transfer fluid, and can be used in various fields of equipment.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, где в качестве греющего теплоносителя применяется пар, и может быть использовано в различных областях техники.The invention relates to means for removing condensate from heat exchangers, where steam is used as a heating medium, and can be used in various fields of technology.

Известны конденсатоотводчики в виде подпорных шайб (Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара. М.: Энергия. 1971, с. 63, 64.). Данные конденсатоотводчики просты по устройству, но допускают лишь небольшие колебания расхода отводимого конденсата и давления пара на входе по отношению к номинальным их величинам. Они имеют большое гидравлическое сопротивление потоку и по этой причине не могут нормально функционировать в области малых и умеренных давлений греющего пара.Known steam traps in the form of retaining washers (Levin MS The use of spent and secondary steam. M .: Energy. 1971, S. 63, 64.). These steam traps are simple in design, but allow only small fluctuations in the flow rate of the condensate being discharged and the vapor pressure at the inlet with respect to their nominal values. They have a high hydraulic resistance to flow and for this reason cannot function normally in the region of small and moderate pressure of the heating steam.

Известен конденсатоотводчик с открытым поплавком типа «перевернутый стакан» и с запорным органом, включающим сферический клапан, расположенный за клапанным отверстием (Патент РФ 2387918, F16T 1/30, опубл. 2010.). Данный конденсатоотводчик работает без пропуска пролетного пара при значительных колебаниях давления греющего пара и расхода выпускаемого конденсата. Недостатком является малая его компактность и, как следствие, повышенная металлоемкость. Связано это с тем, что впускной патрубок соединен с крышкой корпуса конденсатоотводчика, выполнен изогнутым, имеет U-образную форму и размещен смежно с поплавком в объеме корпуса. Все это приводит к необходимости увеличивать диаметр и высоту корпуса конденсатоотводчика.Known steam trap with an open float type "inverted glass" and with a locking body, including a spherical valve located behind the valve hole (RF Patent 2387918, F16T 1/30, publ. 2010.). This steam trap operates without passing steam with significant fluctuations in the pressure of the heating steam and the flow rate of the condensate produced. The disadvantage is its small compactness and, as a consequence, increased metal consumption. This is due to the fact that the inlet pipe is connected to the cover of the steam trap body, is made curved, has a U-shape and is placed adjacent to the float in the body volume. All this leads to the need to increase the diameter and height of the body of the steam trap.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является конденсатоотводчик, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с дном и со съемной крышкой, впускной и выпускной патрубки, расположенный внутри корпуса, соосно с ним, открытый поплавок типа «перевернутый стакан», стенка которого имеет цилиндрическую и диаметральную части, размещенный на крышке запорный орган, включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы и жестко соединенный одним своим концом с клапаном направляющий стержень (Патент США 1839999, F16T 1/00, опубл. 1929.) - прототип. Соединение прямого впускного патрубка с дном корпуса и исполнение его соосным с размещенным в корпусе поплавком в известном устройстве способствуют уменьшению габаритов корпуса конденсатоотводчика. Недостатком известного устройства (Патент США 1839999, F16T 1/00, опубл. 1929.) и аналога (Патент РФ 2387918, F16T 1/30, опубл. 2010.) является наличие в них рычажного механизма, расположенного между поплавком и клапаном затворного узла. Рычажный механизм усложняет конструкцию и занимает значительную часть объема корпуса конденсатоотводчика. Он состоит из трущихся относительно друг друга элементов, изнашивающихся в процессе работы конденсатоотводчика, что снижает надежность устройства.The closest in technical essence to the present invention is a steam trap containing a vertical cylindrical body with a bottom and with a removable cover, an inlet and outlet pipe located inside the body, coaxially with it, an open float of the type “inverted glass”, the wall of which has a cylindrical and diametrical parts a locking element located on the cover, including a conical seat, a valve hole, a valve with a spherical surface and rigidly connected at one end to the valve yayuschy rod (U.S. Patent 1,839,999, F16T 1/00, published 1929.) - prototype. The connection of the direct inlet pipe with the bottom of the housing and its execution coaxial with the float located in the housing in a known device contribute to the reduction of the dimensions of the body of the steam trap. A disadvantage of the known device (US Patent 1839999, F16T 1/00, publ. 1929.) and its analogue (RF Patent 2387918, F16T 1/30, publ. 2010.) is the presence of a lever mechanism located between the float and the valve of the shutter assembly. The lever mechanism complicates the design and occupies a significant part of the volume of the trap body. It consists of elements rubbing relative to each other, wearing out during the operation of the steam trap, which reduces the reliability of the device.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение состоит в упрощении конструкции и повышении надежности работы конденсатоотводчика.The technical problem to which the present invention is directed is to simplify the design and increase the reliability of the steam trap.

Поставленная проблема решается тем, что в конденсатоотводчике, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с дном и со съемной крышкой, впускной и выпускной патрубки, расположенный внутри корпуса, соосно с ним, открытый поплавок типа «перевернутый стакан», стенка которого имеет цилиндрическую и диаметральную части, размещенный на крышке запорный орган, включающий конусное седло, клапанное отверстие, клапан с поверхностью сферической формы и жестко соединенный одним своим концом с клапаном направляющий стержень, клапан с поверхностью сферической формы жестко закреплен на диаметральной части стенки поплавка, которая выполнена конусной формы, при этом клапан, направляющий стержень и поплавок образуют одно целое; свободный конец направляющего стержня размещен, с возможностью вертикального перемещения, в центральном отверстии решетчатого диска, расположенного за клапанным отверстием; на конце впускного патрубка установлен отражатель, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса имеются ребра-ограничители, а на дне корпуса имеются упорные ребра.The problem posed is solved by the fact that in the steam trap containing a vertical cylindrical body with a bottom and with a removable cover, an inlet and outlet pipe located inside the body, coaxially with it, has an open inverted-glass float, the wall of which has a cylindrical and diametrical part, placed on the cover there is a locking member including a conical seat, a valve hole, a valve with a spherical surface and a guide rod rigidly connected at one end to the valve, the valve to the surface spherical shape is rigidly fixed on the diametrical part of the wall of the float, which is made conical in shape, while the valve, the guide rod and the float form a single unit; the free end of the guide rod is placed, with the possibility of vertical movement, in the Central hole of the trellis disk, located behind the valve hole; A reflector is installed at the end of the inlet pipe, there are stop ribs on the inner surface of the cylindrical body, and thrust ribs are at the bottom of the body.

В отличие от известного устройства закрепление клапана с поверхностью сферической формы непосредственно на диаметральной части стенки поплавка, которая выполнена конусной, позволяет устранить рычажный механизм, соединяющий поплавок с клапаном, а, следовательно, упростить конструкцию, повысить надежность работы конденсатоотводчика и улучшить его массогабаритные характеристики. Выполнение диаметральной части стенки поплавка конусной улучшает центрирование поплавка при его вертикальных перемещениях в корпусе конденсатоотводчика в процессе работы, так как в этом случае центр действующей на поплавок подъемной силы наиболее приближен к его оси. Конусное исполнение диаметральной части стенки поплавка повышает ее жесткость по отношению к прототипу и аналогам, что в совокупности способствует увеличению надежности предлагаемого устройства.In contrast to the known device, fixing the valve with a spherical surface directly on the diametrical part of the float wall, which is conical, eliminates the lever mechanism connecting the float to the valve, and, therefore, simplifies the design, improves the reliability of the steam trap and improves its overall dimensions. The implementation of the diametrical part of the wall of the tapered float improves the centering of the float during its vertical movements in the body of the steam trap during operation, since in this case the center of the lifting force acting on the float is closest to its axis. The conical design of the diametrical part of the wall of the float increases its rigidity in relation to the prototype and analogues, which together increases the reliability of the proposed device.

Размещение в центральном отверстии решетчатого диска, расположенного за клапанным отверстием, свободного конца направляющего стержня, с возможностью его вертикального перемещения, обеспечивает надежность и плотность посадки клапана с поверхностью сферической формы на конусное седло запорного органа при его положении «закрыто». Вертикальные перемещения направляющего стержня в клапанном отверстии запорного органа и центральном отверстии решетчатого диска в процессе работы конденсатоотводчика способствуют его самоочистке от возможных засорений.Placing the free end of the guide rod in the central hole of the trellis disk, located behind the valve hole, with the possibility of its vertical movement, ensures reliability and tightness of the valve seat with a spherical surface on the conical seat of the locking member when it is “closed”. Vertical movements of the guide rod in the valve hole of the locking element and the central hole of the trellis disk during the operation of the steam trap help it to self-clean from possible clogging.

Наличие отражателя на конце впускного патрубка позволяет устранить динамическое воздействие на диаметральную часть стенки поплавка струи пара и конденсата, выходящей из патрубка. В результате, работа конденсатоотводчика становится более «мягкой», без резких, импульсивных перемещений поплавка в вертикальном направлении. Устраняются нерегламентированные закрытия запорного органа и в целом повышается эффективность работы конденсатоотводчика.The presence of a reflector at the end of the inlet pipe allows you to eliminate the dynamic effect on the diametrical part of the wall of the float of a jet of steam and condensate exiting the pipe. As a result, the operation of the steam trap becomes softer, without sharp, impulsive movements of the float in the vertical direction. Unregulated closures of the locking element are eliminated and the overall efficiency of the steam trap is increased.

Ребра-ограничители на внутренней поверхности цилиндрического корпуса служат для создания кольцевого канала между корпусом конденсатоотводчика и цилиндрической частью стенки поплавка. По данному каналу конденсат поступает к запорному органу. Кроме того, наличие ребер-ограничителей минимизирует горизонтальные перемещения поплавка, обеспечивая его соосность с корпусом конденсатоотводчика, и создает условия для плотной посадки клапана на седло запорного органа.The stop ribs on the inner surface of the cylindrical body serve to create an annular channel between the body of the steam trap and the cylindrical part of the wall of the float. Through this channel, condensate flows to the shut-off body. In addition, the presence of rib stops minimizes the horizontal movement of the float, ensuring its alignment with the body of the steam trap, and creates the conditions for a tight fit of the valve on the seat of the shut-off element.

Упорные ребра на дне корпуса формируют высоту пространства для сбора шлама, который может быть в потоке выпускаемого конденсата. Образованная с помощью упорных ребер кольцевая щель между дном корпуса и срезом цилиндрической части стенки поплавка служит для перетока конденсата из внутреннего пространства поплавка в кольцевой канал между корпусом конденсатоотводчика и поплавком.Thrust ribs at the bottom of the body form the height of the space for collecting sludge, which may be in the flow of condensate. An annular gap formed with the help of thrust ribs between the bottom of the housing and the cut of the cylindrical part of the wall of the float serves to flow condensate from the interior of the float into the annular channel between the body of the steam trap and the float.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Известны конденсатоотводчики с открытым, тонущим поплавком (Левин М.С. Использование отработавшего и вторичного пара. М.: Энергия. 1971, с. 63, 64.), выпускающие конденсат периодически. Их работа имеет низкую надежность. Сравнительно велики размеры и металлоемкость данных известных конденсатоотводчиков.Known steam traps with an open, sinking float (Levin MS Use of spent and secondary steam. M .: Energy. 1971, p. 63, 64.), releasing condensate periodically. Their work has low reliability. The dimensions and metal consumption of the known steam traps are relatively large.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения «существенные отличия».All this allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

На фиг. 1 показан вертикальный разрез предлагаемого конденсатоотводчика; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a vertical section of the proposed steam trap; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Конденсатоотводчик содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с дном 2 и съемной крышкой 3. На съемной крышке 3 закреплен запорный орган, включающий конусное седло 4, клапанное отверстие 5, клапан 6 с поверхностью сферической формы. Клапан 6 закреплен на конусной диаметральной части 7 стенки открытого снизу поплавка 8 типа «перевернутый стакан». На цилиндрической части 9 стенки поплавка 8 закреплен груз 10. Часть 9 стенки поплавка 8 образует с цилиндрическим корпусом 1 кольцевой канал 11, а с дном 2 - кольцевую щель 12. На диаметральной части 7 стенки выполнено отверстие 13 малого диаметра для выпуска неконденсирующихся газов из внутренней полости поплавка 8. Впускной патрубок 14 оснащен отражателем 15. Выпускной патрубок 16 через посредство фланца 17 и резьбового штуцера 18 соединен с запорным органом накидной гайкой 19. В клапанном отверстии 5 запорного органа размещен направляющий стержень 20, который одним своим концом жестко соединен с клапаном 6 и диаметральной частью 7 стенки поплавка 8, а другой его конец проходит через центральное отверстие 21 решетчатого диска 22. Положение решетчатого диска 22 фиксируется с помощью прижимной втулки 23. На внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 расположены ребра-ограничители 24, а на дне 2 установлены упорные ребра 25. На дне 2 имеется резьбовая пробка 26, служащая для периодической очистки цилиндрического корпуса 1 от отложений шлама и слива конденсата. Крышка 3 соединена с цилиндрическим корпусом 1 при помощи болтов 27 и гаек 28, приваренных к корпусу 1. Внутреннее пространство конденсатоотводчика герметизируется с помощью прокладок 29, 30, 31.The steam trap contains a vertical cylindrical body 1 with a bottom 2 and a removable cover 3. On the removable cover 3 there is a locking member including a conical seat 4, valve hole 5, valve 6 with a spherical surface. The valve 6 is mounted on the conical diametrical part 7 of the wall of the upside-down float 8 of the “inverted cup” type. A load 10 is fixed on the cylindrical part 9 of the wall of the float 8. Part 9 of the wall of the float 8 forms an annular channel 11 with the cylindrical body 1, and an annular gap 12 with the bottom 2. A small diameter hole 13 is made on the diametrical part 7 of the wall to release non-condensable gases from the inner cavity of the float 8. The inlet pipe 14 is equipped with a reflector 15. The outlet pipe 16 is connected through a flange 17 and a threaded fitting 18 to the locking element with a union nut 19. A guide rod 20 is located in the valve opening 5 of the locking element, which one end is rigidly connected to the valve 6 and the diametric part 7 of the wall of the float 8, and the other end passes through the Central hole 21 of the trellis disk 22. The position of the trellis disk 22 is fixed using the clamping sleeve 23. On the inner surface of the cylindrical body 1 are ribs stops 24, and at the bottom 2 there are stop ribs 25. At the bottom 2 there is a threaded plug 26, which serves for periodic cleaning of the cylindrical body 1 from sludge deposits and condensate drain. The cover 3 is connected to the cylindrical body 1 by means of bolts 27 and nuts 28 welded to the body 1. The interior of the steam trap is sealed with gaskets 29, 30, 31.

Конденсатоотводчик работает следующим образом. При пуске в работу поплавок 8 находится в нижнем положении (показано на фиг. 1) и запорный орган открыт для пропуска конденсата. Поступающий через впускной патрубок 14 конденсат заполняет внутреннее пространство поплавка 8 и через кольцевую щель 12 перетекает в кольцевой канал 11. Уровень конденсата в полости поплавка 8 и вертикального цилиндрического корпуса 1 повышается. Воздух, находящийся в конденсатоотводчике перед пуском, при этом вытесняется конденсатом через отверстие 13 в диаметральной части 7 стенки поплавка 8 и через открытое клапанное отверстие 5, проходит через отверстия в решетчатом диске 22 и поступает в выпускной патрубок 16. Двигающийся за вытесняемым воздухом конденсат через открытый запорный орган и выпускной патрубок 16 выводится из конденсатоотводчика. Процесс пропуска конденсата продолжается до начала поступления через впускной патрубок 14 пара. Пар заполняет внутреннее пространство поплавка 8, вытесняя из него конденсат. При этом на поплавок начинает действовать подъемная архимедова сила. По мере заполнения паром внутреннего пространства поплавка 8 наступает момент, когда подъемная архимедова сила становится равной силе веса поплавка 8 с грузом 10. После этого поплавок 8 поднимается вверх, клапан 6 с поверхностью сферической формы садится на конусное седло 4 и перекрывает клапанное отверстие 5 запорного органа. Конденсатоотводчик в данном состоянии закрыт для выпуска пара и конденсата. В процессе естественного охлаждения неподвижный пар в конденсатоотводчике конденсируется и его место занимает поступающий через впускной патрубок 4 конденсат. При этом действующая на поплавок подъемная архимедова сила уменьшается и в пределе становится равной нулю, когда внутреннее пространство поплавка 8 полностью заполнено конденсатом. Наступает момент равенства силы давления, прижимающей клапан 6 к седлу 4, и силы веса поплавка 8 и груза 10, после чего поплавок 8 опускается вниз и садится своей цилиндрической частью стенки 9 на упорные ребра 25. При этом запорный орган возвращается в положение «открыто» и конденсатоотводчик вновь выпускает конденсат. Если через впускной патрубок 14 снова поступает пар, то поплавок 8 поднимается и запорный орган принимает положение «закрыто». Таким образом, при наличии пара в потоке выпуск конденсата конденсатоотводчиком осуществляется циклически.The steam trap operates as follows. When starting up, the float 8 is in the lower position (shown in Fig. 1) and the shut-off element is open to allow condensate to pass through. Condensate entering through the inlet pipe 14 fills the inner space of the float 8 and flows through the annular gap 12 into the annular channel 11. The level of condensate in the cavity of the float 8 and the vertical cylindrical body 1 rises. The air in the steam trap before starting is forced out by the condensate through the hole 13 in the diametrical part 7 of the wall of the float 8 and through the open valve hole 5, passes through the holes in the grating disk 22 and enters the exhaust pipe 16. Condensate moving behind the displaced air through the open the locking body and the exhaust pipe 16 is removed from the steam trap. The condensate passage process continues until steam begins to flow through the inlet pipe 14. Steam fills the interior of the float 8, displacing condensate from it. At the same time, the lifting Archimedean force begins to act on the float. As the steam fills the inside of the float 8, the moment comes when the lifting Archimedean force becomes equal to the weight of the float 8 with the load 10. After that, the float 8 rises, the valve 6 with a spherical surface sits on the conical seat 4 and closes the valve hole 5 of the shut-off element . The steam trap in this state is closed for the release of steam and condensate. In the process of natural cooling, the stationary steam in the steam trap is condensed and its place is taken by the condensate flowing through the inlet pipe 4. In this case, the lifting Archimedean force acting on the float decreases and in the limit becomes equal to zero when the inner space of the float 8 is completely filled with condensate. There comes a moment of equality of the pressure force pressing the valve 6 to the seat 4 and the weight force of the float 8 and the load 10, after which the float 8 goes down and sits with its cylindrical part of the wall 9 on the stop ribs 25. At the same time, the shut-off element returns to the “open” position and the steam trap again discharges condensate. If steam enters again through the inlet pipe 14, then the float 8 rises and the shut-off element takes the “closed” position. Thus, in the presence of steam in the stream, the condensate discharge by the steam trap is carried out cyclically.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества:Using the proposed device provides, compared with existing devices, the following advantages:

- конструкция устройства проще, технологичнее в изготовлении, удобнее в обслуживании;- the design of the device is simpler, more technologically advanced to manufacture, more convenient to maintain;

- повышенная надежность работы за счет отсутствия рычага и трущихся элементов;- increased reliability due to the lack of lever and rubbing elements;

- хорошее центрирование клапана в клапанном отверстии с помощью направляющего стержня;- good alignment of the valve in the valve hole with a guide rod;

- работает при сколь угодно низких перепадах давления на запорном органе;- works with arbitrarily low pressure drops on the locking body;

- удаление инертных газов из полости конденсатоотводчика осуществляется без каких-либо дополнительных специальных элементов и действий обслуживающего персонала;- the removal of inert gases from the cavity of the steam trap is carried out without any additional special elements and actions of the maintenance personnel;

- имеет малые габариты и металлоемкость.- has small dimensions and metal consumption.

Например, при разности давлений выпускаемого потока 0,4 МПа на запорном органе с диаметром клапанного отверстия 3 мм и диаметре направляющего стержня 1,5 мм, диаметр и равная ему высота поплавка составляют по 8 см, а вес поплавка с грузом - 0,4 кг. Конденсатоотводчик с данными параметрами пропускает 335 кг/час переохлажденного конденсата.For example, if the pressure difference of the produced stream is 0.4 MPa on a shut-off element with a valve hole diameter of 3 mm and a guide rod diameter of 1.5 mm, the diameter and the height of the float equal to it are 8 cm, and the weight of the float with a load is 0.4 kg . A steam trap with these parameters allows 335 kg / h of supercooled condensate to pass through.

Claims

1. A steam trap containing a vertical cylindrical body with a bottom and with a removable cover, an inlet and outlet pipe located inside the body, coaxially with it, an open float of the “inverted glass” type, the wall of which has a cylindrical and diametrical part, a shut-off element placed on the cover, comprising a conical seat, a valve hole, a valve with a surface of a spherical shape, and a guide rod rigidly connected at one end to the valve, characterized in that the valve with a surface of a spherical shape rigidly fixed to the diametral wall portion of the float, which is made conical in shape, the valve, and a float guide rod form one whole.

2. A steam trap according to claim 1, characterized in that the free end of the guide rod is placed, with the possibility of vertical movement, in the Central hole of the trellis disk located behind the valve hole.

3. The steam trap according to claim 1, characterized in that a reflector is installed at the end of the inlet pipe, there are stop ribs on the inner surface of the cylindrical body, and thrust ribs are at the bottom of the body.