Атмосферний клапан для шахтної печі

1. Атмосферний клапан (10) для керування газовим вихідним потоком із внутрішньої частини печі, що перебуває під тиском, у навколишню атмосферу через випускну трубу (16), що містить: співвіднесене з випускною трубою (16) сідло (14') клапана, виконаний з можливістю зміни положення затворний елемент (12'), що має центральну поверхню затвора й взаємодіючу із сідлом (14') клапана периферійну ущільнювальну поверхню (54), причому поверхня затвора містить опуклу поверхню (52) щонайменше поблизу ущільнювальної поверхні (54), і виконавчий механізм (18), з'єднаний із затворним елементом (12') для зміни положення затворного елемента (12') між закритим положенням на сідлі (14') клапана й відкритим положенням, віддаленим від сідла (14') клапана, який відрізняється тим, що на краю периферійної ущільнювальної поверхні (54) затворний елемент (12') містить загнуту у зворотному напрямку відхильну ділянку (70), причому загнута у зворотному напрямку відхильна ділянка (70) містить відхильну поверхню (74), нахилену відносно дотичної до опуклої поверхні (52) на краю опуклої поверхні (52) на кут ( ) у діапазоні 30°-70° для додання газовому потоку, що проходить між клапанним сідлом (14') і затворним елементом (12'), складової швидкості, що протилежна первіс 2 (19) 1 3 92632 4 льнення труби, що має внутрішній діаметр 4001000 мм. 10. Атмосферний клапан за кожним з пп. 1-6, у якому виконавчий механізм (18) містить запобіжне пристосування (40), що має пружні пристрої зсуву для примусового зрушення затворного елемента (12') до клапанного сідла (14') у закрите положення і для дозволу запобіжного відкриття запірного елемента (12'), коли тиск усередині печі під тиском перевищує припустиму величину. 11. Атмосферний клапан за п. 10, у якому виконавчий механізм (18) містить: опорний важіль (20), виконаний з можливістю повороту навколо першого вала (23) для повороту затворного елемента (12') між закритим положенням на клапанному сідлі (14') і відкритим положенням, віддаленим від клапанного сідла, важіль (30), який виконаний з можливістю повороту навколо другого вала (33) і який має довге плече (34), приєднане з можливістю повороту до опорного важеля (20), і коротке плече (32), приєднане з можливістю повороту до силового привода (26) для повороту опорного важеля (20), при цьому довге плече (34) виконано з можливістю подовження й має пристрої (42, 44, 46) пружинного зсуву для зсуву довгого плеча (34) у протилежну подовженню сторону й, тим самим, пружно примусового зрушення затворного елемента (12') до сідла (14') клапана в закрите положення. 12. Шахтна піч, зокрема, доменна піч, що містить один або більше атмосферних клапанів відповідно до кожного з попередніх пунктів. Данний винахід відноситься до атмосферного клапана, призначеного для використання в шахтній печі, зокрема для керування газовим потоком із внутрішньої частини печі, що перебуває під наддуванням, у навколишню атмосферу. Доменну піч, як правило, експлуатують під робочим надлишковим тиском у діапазоні 1 - 3 бар, залежно від конструкції печі. Атмосферні клапани, також іменовані клапанами скидання тиску або клапанами запобігання вибуху, звичайно встановлюють на колошнику домни для керування газовим вихідним потоком із внутрішньої частини печі, що перебуває під наддуванням, у навколишню атмосферу через випускну трубу. Вони дозволяють скидати тиск у випадку, якщо тиск усередині печі перевищить певну припустиму величину, що вище, ніж робочий тиск. Вони також можуть бути використані як витяжні пристрої, задіяні для вентиляції домни при перекладі її на "тихий хід" з наступною зупинкою. Такий атмосферний клапан, як описаний, приміром, в US 4 158 367, звичайно містить співвіднесене з випускною трубою сідло клапана, рухомий затворний елемент, що має периферійну ущільнюючу поверхню, взаємодіючу із сідлом клапана, і виконавчий механізм, що з'єднаний із затворним елементом для його переміщення між закритим положенням на клапанному сідлі й відкритому положенні на відстані від клапанного сідла. Під час нормальної роботи тиск колошника беззупинно контролюється й, у випадку перевищення припустимої величини, атмосферний клапан автоматично керований й відкривається за допомогою виконавчого механізму. Для забезпечення безпеки й щоб уникнути критичного тиску й ризику вибуху, наприклад, у випадку несправності виконавчого механізму, атмосферний клапан, як правило, сконструйований як запобіжний клапан. Для цієї мети виконавчий механізм додатково оснащується запобіжним пристосуванням, що має пружні пристрої відхилення затворного елемента до клапанного сідла. Запобіжне пристосування, що дозволяє безпечне відкриття затворного елемента без участі виконавчого механізму, коли тиск усередині печі перевищує припустимий тиск. У випадку несправ ності вищезгаданої керованої процедури відкриття, атмосферний клапан відкривається винятково під дією піднімальної сили, що виникає під дією тиску на затворний елемент, який переборює пружність пристрою відхилення. В атмосферному клапані по US 4 158 367 затворний елемент має в цілому ввігнуту центральну поверхню затвора. Пізніше, однак, було обрано для використання затворний елемент із у цілому опуклою центральною поверхнею затвора, наприклад конічної або сферичної форми, як описано в патенті US 3 601 357. Відносно закриття клапана опукла поверхня затвора має аеродинамічні переваги над увігнутою поверхнею. Фактично, у порівнянні з увігнутою поверхнею затвора, як показано в US 4 158 367, опукла поверхня піддається зниженому опору під час закриття клапана. Варто розуміти, що, як тільки атмосферний клапан відкрився, потрібно його безпроблемне й швидке закриття для того, щоб уникнути надмірної втрати тиску й пагубних наслідків для виробничого процесу печі. По міркуваннях безпеки, під час запобіжного відкриття атмосферного клапана, певне зниження тиску повинне досягатися за певний час. Очевидно, що досягнення зниження тиску залежить від газоутворення. Для заданого діаметра клапана газоутворення, серед іншого, залежить від висоти відкриття, тобто відстані між затворним елементом і сідлом клапана під час запобіжного відкриття. Висота відкриття визначається рівновагою сил між піднімальною силою, викликаною витіканням грубного газу, і замикаючою силою, виробленою пружними пристроями відхилення. Хоча перевага віддається полегшеному закриттю, відомі затворні елементи з опуклою формою поверхні затвора, завдяки своїй аеродинамічній конфігурації, допускають тільки обмежену, прикладену до затворного елемента піднімальну силу й, таким чином, тільки обмежене зниження тиску для даного діаметра клапана. Метою даного винаходу є розробка атмосферного клапана для шахтної печі, виконаного таким чином, що на його затворному елементі під час запобіжного відкриття досягається збільшена під 5 німальна сила. Для досягнення даної мети даний винахід пропонує атмосферний клапан шахтної печі для керування газовим вихідним потоком із внутрішньої частини печі, що перебуває під тиском, у навколишню атмосферу через випускну трубу, що містить співвіднесене з випускною трубою сідло клапана, виконаний з можливістю зміни положення затворний елемент, що має центральну поверхню затвора й взаємодіючу із сідлом клапана периферійну ущільнювальну поверхню. Слід зазначити, що центральна поверхня затвора, що може бути по більшій частині або навіть повністю опуклою, має опуклу поверхню щонайменше поблизу ущільнювальної поверхні. Виконавчий механізм з'єднаний із затворним елементом для переміщення затворного елемента між закритим положенням на сідлі клапана й відкритим положенням, віддаленим від клапанного сідла. Відповідно до винаходу на краю периферійної ущільнювальної поверхні затворний елемент містить загнуту у зворотному напрямку ділянку, що відхиляє, причому загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, містить поверхню, що відхиляє, нахилену щодо зовнішньої опуклої частини поверхні затвора на кут у діапазоні 30-°70. Таким чином, що відхиляюча ділянка задає початковому газу потоку, що проходить між сідлом клапана й затворним елементом (тобто в малих отворів) значну складову швидкості в напрямку, протилежному початковому переміщенню відкриття затворного елемента, не перешкоджаючи витіканню газу, особливо на малих отворах. Завдяки загнутій у зворотному напрямку ділянці, що відхиляє, збільшена піднімальна сила передається затворному елементу за допомогою газу, що виходять з випускної труби й уздовж затворного елемента для даного діаметра клапана. Отже, під час запобіжного відкриття, може бути досягнуте збільшене газоутворення, без необхідності збільшення діаметра клапана (звичайно між 400 мм і 1000 мм). Інакше кажучи, атмосферний клапан, оснащений загнутою у зворотному напрямку відхильною ділянкою, ЩО граничить із затворним елементом, досягає збільшеного зниження тиску в порівнянні з відомим з рівня техніки атмосферним клапаном, що має той же самий діаметр. Якщо необхідно, запропонований атмосферний клапан можна зменшити в діаметрі, тобто змонтувати більше компактний, і при цьому гарантувати збільшене або як мінімум ідентичне зниження тиску в порівнянні з відомими з рівня техніки пристроями. Стає зрозумілим, що загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, не робить значимого впливу на здатність полегшеного закриття затворного елемента щонайменше із частково, або повністю опуклою центральною поверхнею затвора. Як стає зрозумілим, поверхня вигину, нахилена до опуклої зовнішньої частини поверхні затвора під кутом у діапазоні 30°-70°, а в кращому варіанті здійснення винаходу 40°-60°, досягає оптимального результату відносно як піднімальної сили, так і газоутворення. Як наслідок, у переважному варіанті здійснення винаходу, для досягнення збільшеної підніма 92632 6 льної сили загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, містить поверхню, що відхиляє, нахилену до опуклої центральної поверхні затвора або щонайменше до опуклої поверхні, близької до ущільнювальної поверхні під кутом у діапазоні від 40° до 60°. Для того щоб уникнути гострих переходів поверхні, що викликають турбулентні завихрення в газовому потоці, загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, у кращому варіанті здійснення винаходу містить перехідну поверхню, розташовану між поверхнею, що відхиляє, і опуклою частиною поверхні затвора, причому перехідна поверхня в закритому положенні горизонтальна. В переважному варіанті здійснення винаходу, для досягнення збільшених піднімальних сил і збільшеного газоутворення для даної висоти відкриття, опукла частина поверхні затвора виконана по суті конічною із внутрішнім кутом у діапазоні 120° - 160°. В останньому варіанті також переважно, щоб периферійну ущільнювальну поверхню виконували із твердосплавного наплавлення утворюючий незначний виступ (наприклад, до 2 мм) від конічної поверхні затвора, і щоб сідло клапана містило поверхню сідла у формі усіченого конуса, що взаємодіє з периферійною ущільнювальною поверхнею. Ущільнювальна поверхня нахилена до центральної осі випускної труби на половину кута нахилу конічної поверхні затвора. Таким чином, може бути досягнуте надійне ущільнення з металевим контактом. З іншого боку, периферійна ущільнююча поверхня може бути виконана урівень з конічною поверхнею затвора, коли сідло клапана має сідло у формі усіченого конуса, взаємодіюче з периферійно ущільнювальною поверхнею. Хоча, вимагаючи кращих допусків при механічній обробці, даний варіант здійснення міг запропонувати конічне ущільнення з металевим контактом без необхідності наплавлення й наступного шліфування. Також, у даному варіанті здійснення ущільнювальна поверхня нахилена до центральної осі випускної труби на половину внутрішнього кута по суті конічної поверхні затвора. Хоча в цьому немає необхідності, загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, переважно підходить до затворному елементу по всьому краю периферійної ущільнювальної поверхні для того, щоб максимально збільшити силу підйому. У кращому варіанті здійснення винаходу сідло клапана містить поверхню сідла, з'єднане з периферійною ущільнювальною поверхнею затворного елемента, і має м'яке ущільнення, утоплене всередину, переважно якнайглибше в поверхню сідла. При розташованій усередину поверхні сідла й м'якому ущільненні в найбільш глибокому дозволеному положенні поверхня додатка тиску на ущільнення в атмосферному клапані зводиться до мінімуму. Для того щоб домогтися конструкції клапана скидання тиску, виконавчий механізм містить запобіжне пристосування, що має засоби пружного зсуву для примусового зрушення затворного елемента до сідла клапана в закритому положенні для того, щоб дозволити аварійно-захисне відкриття 7 запірного елемента без втручання виконавчого механізму, коли тиск усередині печі під тиском перевищує припустиму величину. У переважному й компактному варіанті здійснення винаходу виконавчий механізм містить опорний важіль, що повертає навколо першого вала для повороту затворного елемента між закритим положенням на сідлі клапана й відкритим положенням, віддаленим від клапанного сідла, важіль, що повертає навколо другого вала, і який має довге плече, приєднане з можливістю повороту до опорного важеля, і коротке плече, приєднане з можливістю повороту до силового привода для повороту опорного важеля. При цьому, виконане з можливістю подовження довге плече має пристрій пружинного зсуву для зсуву довгого плеча в протилежну подовженню сторону й, таким чином, пружно зміщає затворний елемент до клапанного сідла в закрите положення. Стає зрозумілим, що атмосферний клапан, відповідно до винаходу, придатний для оснащення їм шахтної печі й, зокрема, доменній печі. Короткий опис креслень Подальші подробиці й переваги даного винаходу будуть очевидні з наступного докладного опису не обмежуючого варіанта здійснення з посиланнями на прикладені креслення, на яких: Фіг.1 є схематичним видом збоку атмосферного клапана, що показує виконавчий механізм для переміщення клапана між закритим положенням (суцільна лінія) і відкритим положенням (пунктирна лінія); Фіг.2 є частковим схематичним видом, що ілюструє запобіжне пристосування, що є частиною виконавчого механізму, показаного на Фіг. 1; Фіг.3 є складеним видом, частково у вигляді збоку й частково в перетині, що показує сідло клапана й затворний елемент для атмосферного відповідно до винаходу; Фіг.4 є відособленим поперечним розрізом клапанного сідла згідно Фіг.3; Фіг.5 є відособленим поперечним розрізом, що показує загнуту у зворотному напрямку ділянку, що відхиляє, запірного елемента згідно Фіг.3; Фіг.6 є частковим поперечним розрізом, що показує атмосферний клапан відповідно до пропонованого винаходу й ілюструючим напрямок плину газового потоку під час запобіжного відкриття; Фіг.7 є графіком піднімальної сили залежно від висоти запобіжного відкриття для порівняння піднімальних сил, що діють на затворний елемент відповідно до пропонованого винаходу й піднімальних сил, що діють на затворний елемент прототипу; Фіг.8 є графіком витрати газу залежно від висоти запобіжного відкриття для порівняння витрат газу, досягнутих затворним елементом відповідно до пропонованого винаходу, і витрат газу, досягнутих затворним елементом прототипу при даній висоті відкриття. На даних кресленнях однакові частини скрізь відзначені однаковими номерами посилань. Фіг. 1 показує атмосферний клапан, позначений у загальному посилальною позицією 10, що передбачає звичайно на колошнику шахтної печі 92632 8 під наддуванням, такий як доменна піч (не показана). Атмосферний клапан 10 містить затворний елемент 12 і нерухоме сідло 14 клапана, змонтовані на одній осі на випускній трубі 16, що має стандартний внутрішній діаметр від 400 мм до 1000 мм і сполученої з колошником. Атмосферний клапан 10 містить також позначений у загальному під номером 18 виконавчий механізм для переміщення затворного елемента 12 між закритим положенням (відзначеним суцільними лініями на фігурі 1) і відкритим положенням (відзначеним пунктирними лініями на фігурі 1). Виконавчий механізм 18 містить опорний важіль 20, до першого кінця якого прикріплений затворний елемент 12 за допомогою з'єднання шарнірного типу. Другий кінець опорного важеля 20 з'єднаний з можливістю повороту (шарнірно) з нерухомою рамою 24 за допомогою вала 23 для повороту затворного елемента 12 між відкритим і закритим положенням. Виконавчий механізм 18 містить силовий привод 26, наприклад, гідравлічний або пневматичний циліндр, що прикріплений з можливістю повороту до колінчатого важеля 30, точніше, до короткого плеча 32 колінчатого важеля 30, на 31. Колінчатий важіль 30 приєднаний з можливістю повороту до нерухомої рами 24 за допомогою вала 33 у районі коліна між коротким 32 плечем і довгим 34 плечем. Довге плече 34 важеля 30 з'єднано через сполучні тяги 36 з опорним важелем 20. Як видно на фігурі 1 обидва з’єднання сполучних тяг 36 до опорного важеля 20 на 37 і до важеля 30 на 39 виконані з можливістю повороту. Всі виконані з можливістю повороту з'єднання 23, 25, 31, 33, 37, 39 мають паралельні осі обертання, перпендикулярні до площини фігури 1. Вищеописана конструкція виконавчого механізму 18, у принципі відома й докладно описана в патенті US 4 158 367. Про подробиці експлуатації виконавчого механізму 18, необхідно звернутися до останнього документа (зокрема, до описів фігур 9 і 10 у патенті US 4 158 367). Як стає серед іншого зрозумілим, під час звичайної роботи виконавчий механізм дозволяє відкрити атмосферний клапан 10 шляхом повороту затворного елемента 12 у положення, що перебуває повністю осторонь від шляху вихідного газу випускної труби 16, тобто в положення, вилучене від нерухомого сідла 14 клапана. Фіг.2 досить схематично ілюструє атмосферний клапан 10 і частину виконавчого механізму 18 у закритому положенні. Більше того, фігура 2 ілюструє конфігурацію запобіжного пристрою 40, що є частиною виконавчого механізму 18. Запобіжний пристрій 40 має пружні пристрої відхилення для примусу пружного зрушення затворного елемента 12 до клапанного сідла 14. Дані пристрої утворені завдяки підпружиненому зсуву телескопічної конфігурації довгого плеча 34 колінчатого важеля 30. Для цього, довге плече 34 виконане з можливістю подовження й містить шток поршня 42 і циліндричну напрямну 44 щодо якої шток поршня 42 установлений з можливістю ковзання. Пружина 46 стиску встановлена усередині напрямної 44 таким чином, щоб пружинно зміщати шток поршня 42 9 усередину щодо напрямної 44, тобто для того, щоб стискати довге плече 34. Завдяки важільній конфігурації виконавчого механізму 18 у закритому положенні, пружина 46 стиску пружинно зміщає затворний елемент 12 до клапанного сідла 14, як явно видно з фігури 2. Пружина 46 стиску може бути виконана будь-якими підходящими відомими засобами, як, наприклад, безліччю так званих "тарілчастих пружин", розташованих усередині напрямної 44. Звертаючись до фігури 1 і 2 стає очевидним, що запобіжне пристосування 40 дозволяє безпечне відкриття затворного елемента 12 без участі силового привода 26 у випадку, якщо тиск у випускному трубопроводі 16, тобто на колошнику, перевищить припустиму величину (установлюваний тиск). Коли такий настановний тиск робить зусилля на затворний елемент 12, що перевищує зусилля пружинного зсуву, надаване запобіжним пристроєм 40 на затворний елемент 12, затворний елемент 12 піднімається із сідла клапана й забезпечує запобіжне відкриття. Це досягається за рахунок того, що опорний важіль 20 може повертатися й викликати, проти дії пружини 46 стиску, телескопічне подовження довгого плеча 34 через сполучні тяги 36. Робота силового привода 26, таким чином, для запобіжного відкриття не потрібної. Відповідно, пружина стиску 46 попередньо стискується до зсуву, що відповідає настановному тиску, тобто максимально припустимому тиску на затворному елементі 12 (беручи до уваги передатне відношення відповідного важеля, пов'язане з механізмом 18). Фахівцям зрозуміло, що виконавчий механізм 18 сконструйований на самоблокування в закритому положенні атмосферного клапана 10. Фактично, із закритого положення, показаного на фігурі 2, атмосферний клапан 10 може відкриватися тільки шляхом подовження довгого плеча 34, тобто проти дії пружини 46 стиску. Отже, немає необхідності експлуатувати силовий привод 26, щоб підтримувати зчеплення ущільнення запірного елемента 12 на сідлі 14 клапана. Атмосферний клапан 10 залишається закритим за умови не перевищення максимально припустимого тиску. Стає зрозумілим, що запобіжному пристрою 40 немає необхідності мати конфігурацію описану вище. Інші конфігурації, наприклад ті які описані в US 4 158 367 і US 3 601 357 можливі доти, поки гарантується запобіжне відкриття. Фіг.3 показує новий затворний елемент 12' для оснащення атмосферного клапана 10 на Фіг. 1. Фіг.3 також показує змінене сідло 14' клапана, розроблене для роботи з новим запірним елементом 12'. Затворний елемент 12' має центральну ділянку 50 зі зниженою центральною поверхнею затвора 52, що, коли клапан 10 закритий, звернена усередину випускної труби 16. Як стає ясно з фігури 3, центральна поверхня затвора 52 має в цілому опуклу форму. Тим часом, для неї немає необхідності бути повністю опуклою, вона, наприклад, може бути плоскою або ввігнутою в центральній частині, центральна поверхня затвора 52 повинна бути опуклою щонайменше на зовнішній частині поблизу периферії, де передбачена ущільнювальна поверхня (описана нижче). Фактично, центра 92632 10 льна поверхня затвора 52 розроблена для того, щоб полегшити й прискорити закриття клапана 10 (наприклад, виконавчим механізмом 18 або вручну) шляхом дозволу швидкого руху затворного елемента 12' у напрямку сідла 14' клапана з порівняно малим зусиллям, необхідним, щоб перебороти обумовлене вихідним грубним газом опір. Інакше кажучи, центральна поверхня затвора 52 у центральній частині 50 розроблена за принципом аеродинамічної носової частини, що показала мінімальний опір швидкому руху крізь газ під час руху клапана 10. Тому стає зрозумілим, що нижній поверхні центральної ділянки 50 не потрібно бути повністю опуклою. Також ясно, що "у цілому опукла" має на увазі включення будь-яких форм, що забезпечують вищезгадані аеродинамічні переваги й, таким чином, включають можливі різні форми центральної поверхні 52 затвора, такі як конічні, сферичні або стрілчасті. У показаному на фігурі 3 варіанті здійснення, центральна поверхня затвора 52 є конічною з округлим виступом у центрі. Стає зрозумілим, що затворний елемент 12' у формі диска має форму тіла кочення, тобто затворний елемент 12' і центральна поверхня 52 затвора представляють осьову симетрію навколо центральної осі А. Похилий кут а практично круглого конуса, відповідно до якого звичайно виконується опукла центральна поверхня затвора 52, вибирається порівняно більшим, тобто в діапазоні 120°-160°, і в кращому варіанті здійснення винаходу 130°-150°. Як видно на фігурі 3, запірний елемент 12' також містить периферичну ущільнювальну поверхню 54, що перебуває на нижній стороні окружності зовнішньої ділянки 56 затворного елемента 12' і взаємодіє з поверхнею 58 сідла 14' клапана. Периферична ущільнювальна поверхня 54 може бути утворена окремою вставкою або бути єдиною із затворним елементом 12' і виконується з підходящого матеріалу, такого як твердий металевий сплав. У цьому випадку, периферійна ущільнювальна поверхня 54 перебуває урівень із центральною поверхнею 52 затвора, тобто за рівнем у тій же самій геометричній поверхні. В іншому варіанті здійснення твердосплавне наплавлення формує ущільнювальну поверхню 54. В останньому випадку, твердосплавне наплавлення утворить невеликий виступ з основної поверхні конуса затворного елемента 12', що може виступати від декількох десятих часток міліметра до декількох міліметрів. Твердосплавне наплавлення достатньої товщини (наприклад, 5 мм) можуть бути створені наваркою на відповідну канавку, передбачену для цієї мети в затворному елементі 12'. Твердосплавний наплив формується шліфуванням таким чином, щоб додати їй круговий перетин, тобто додати їй сочевицеподібний профіль великого радіуса (наприклад 500-2000 мм). У випадку несправності або відсутності додаткового м'якого ущільнення (описаного нижче, див. Фіг. 4), такий сочевицеподібний профіль передбачає надійне з'єднання контактом метал-метал, коли ущільнювальна поверхня 54 опирається на поверхню 58 сідла. Кільцева ущільнювальна поверхня 54 нахиле 11 на стосовно вертикалі (яка збігається з віссю А, коли атмосферний клапан 10 закритий) на половину кута а конуса, що визначає центральну поверхню 52 затвора. Як далі видно на фігурі 3, сідло 14' клапана має кільцеподібний фланець 60 сідла для монтажу сідла 14' клапана, наприклад, на випускній трубі 16. Фіг.4 показує сідло 14' клапана й, зокрема, поверхню 58 сідла більш докладно. Як стає зрозуміло, кільцева поверхня 58 сідла сформована в сполученні з периферійною ущільнювальною поверхнею 54 і, отже, відповідно до поверхні усіченого конуса кут, що має того ж самий, конуса а, що визначає центральну поверхню 52 затвора. Відповідно, поверхня 58 сідла нахилена щодо вертикалі (або осі А, коли атмосферний клапан 10 закритий) на кут В, що дорівнює а/2 у діапазоні 6080°, у кращому варіанті здійснення винаходу 65°75°. Як видно далі на фігурі 4, сідло 14' клапана має додаткове м'яке ущільнення 62, наприклад кільцеву прокладку круглого перетину, виконану з термостійкого прокладочного матеріалу, розміщеного в канавці у вигляді ласточкиного хвоста 64. Стає зрозумілим, що м'яке ущільнення 62 заглиблюється глибоко усередину в поверхні 58 сідла, тобто в найбільш, по можливості, глибокому радіальному місці розташування. Більше того, поверхня 58 сідла розміщається на внутрішній стороні фланця 60 сідла, як ясно з фігури 4. Тому, поверхня, до якої прикладається тиск (усередині випускного труби 16) у поверхні 58 сідла й, особливо, у м'якого ущільнення 62 зводиться до мінімуму. Фіг.4 також показує округлену внутрішню крайку 66 сідла 14' клапана. Як далі видно на Фіг.3 і більш докладно на Фіг.5, новий затворний елемент 12' містить загнуту у зворотному напрямку ділянку, що відхиляє, що загнута назад або зігнута униз щодо напрямку початкового потоку газу, що виходить із випускного трубопроводу 16 (див. фіг. 1). Загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, 70 розташоване на краю ущільнювальної поверхні 54, тобто радіально зовні ущільнювальної поверхні 54 на зовнішній ділянці 56 затворного елемента 12'. Іншими словами - частина зовнішньої ділянки 56, що радіально виступає за межі периферійної ущільнювальної поверхні 54 і формує загнуту у зворотному напрямку ділянку, що відхиляє, 70. Як стає ясно, загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, 70 виконайа таким чином, щоб задати газовому вихідному потоку, що проходить між сідлом 14' клапана й затворним елементом 12 ' (тобто під час запобіжного відкриття), складову швидкості, що протилежна первісному руху відкриття затворного елемента 12'. Останній аспект стає більше ясним з опису фіг.6 нижче. Як видно з Фіг.5, загнута у зворотному напрямку ділянка, що відхиляє, 70 складається із двох ОСНОРНИХ поверхонь, внутрішньої похилої перехідної поверхні 72 і зовнішньої похилої відхильної поверхні 74. Перехідна поверхня 72, що нахилена щодо центральної поверхні 52 затвора (і ущільнювальної поверхні 54) так, щоб бути по суті перпендикулярною осі А, тобто горизонталі в закритому положенні, забезпечує порівняно рівну перехідну поверхню між поверхнею 92632 12 затвора 52 (і ущільнювальною поверхнею 54) і відхильною поверхнею, 74. Відхильна поверхня 74, загнутої у зворотному напрямку відхильної ділянки – 70 нахилена щодо поверхні 52 затвора на кут у діапазоні 30° - 70°, але переважно 40° 60°. Стає зрозумілим, що хоча й переважно, але загнута у зворотному напрямку відхильна ділянка 70 не повинна обов'язково стосуватися затворного елемента 12' по всій окружності. Як далі видно на фігурі 5, зовнішня ділянка 56 складається з округленої зовнішньої крайки 76, що прилягає по периферії до загнутої у зворотному напрямку відхильної діляніки 70. На додаток, переходи між поверхнями 54, 72, 74 округлені, тобто позбавлені гострих кутів. Фігура 6 ілюструє функцію загнутої ділянки вигину 70 на новому затворному елементі 12'. Фігура 6 показує моделювання напрямку плину газового потоку, що проходить між новим затворним елементом 12' і сідлом 14' клапана під час запобіжного відкриття. Під час запобіжного відкриття, висота відкриття (висота підйому) затворного елемента 12' над сідлом 14' клапана, позначена як 77, перебуває звичайно в діапазоні декількох сантиметрів. Як проілюстровано потоковими лініями 78 на фігурі 6, позначений стрілками 79 газовий вихідний потік треба по кривій, що спочатку спрямована нагору, паралельно випускній трубі 16, і потім з боків і частково вниз. Як стає зрозумілим, це досягається за рахунок загнутої у зворотному напрямку відхильної ділянки 70, що задає складову швидкості газового вихідного потоку 79, що протилежний первісному руху відкриття затворного елемента 12' і, таким чином, протилежний напрямку первісного потоку газу у випускній трубі 16. Таким чином, на затворний елемент 12' газовим вихідним потоком прикладається загальною, зазначеною стрілкою 80 збільшена сила підйому в порівнянні з елементом затвора, відомих прототипів атмосферних клапанів, що мають той же самий діаметр. Таким чином, досягається збільшена висота відкриття 77 (для даного зусилля зсуву пружини, що прикладає пружиною 46 стиску). Збільшена висота відкриття 77 спричиняє збільшення газоутворення й, отже, збільшення падіння тиску в часі протягом запобіжного відкриття. Більше того, для заданого зниження тиску в часі затворний елемент 12' і, отже, сідло 14’ клапана можуть мати зменшений діаметр, у порівнянні з атмосферним клапаном з рівня техніки. Що стосується Фіг.6 може бути відзначено, що лінії потоку 78 були отримані за допомогою числових обчислень кінцевого елемента для представленого затворного елемента 12' і сідла 14' клапана при даному тиску. Зовнішня ділянка 56 затворного елемента 12', включаючи загнуту у зворотному напрямку ділянку, що відхиляє, 70 (з його ділянкою 72 поверхні й відхильною поверхнею, 74 і округленою зовнішньою крайкою 76), а також сідло 14' клапана, наприклад з кутом і округленою крайкою 66, виконані таким чином, щоб звести до мінімуму турбулентні завихрення в газової вихідному потоці 79. Як також стає зрозумілим, відповідні кути , , . крім того, вибирають, щоб звести до максимуму пропускну здатність, що досягається 13 при заданій висоті відкриття 77 (див. фіг.8). Інша перевага нового затворного елемента 12' із загнутою у зворотному напрямку ділянкою відхильною ділянкою 70 стає ясною з фігури 7. Фігура 7 є графіком піднімальної сили F (див.80 на фіг.6) залежно від висоти відкриття h (див. 77 на фіг.6) для порівняння піднімальних сил F, що діють на новому затворному елементі (див. 12' на фігурах 3-6), із силами, що діють на відомий з рівня техніки затворний елемент (див. 12 на фігурах 1-2) однакового ущільнювального діаметра, але позбавленого загнутої у зворотному напрямку ділянки, що відхиляє, 70. Крива, складена для нового затворного елемента 12' відзначена трикутниками, у той час як крива, складена для відомого затворного елемента 12, відзначена кружечками. З фігури 7 ясно, що для нового затворного елемента 12', отримана піднімальна сила F (див. 80 на Фіг.6), є зростаючою функцією від висоти відкриття h (див.77 на фіг.6) над досить довгим інтервалом висоти відкриття h, у порівнянні з відомим затворним елементом 12. Оскільки обумовлене запобіжним пристосуванням 40 зусилля пружинного зсуву пропорційно висоті відкриття h, досягнута висота відкриття h (77 на фіг.6) під час запобіжного відкриття повинна бути значно більше з новим затворним елементом 12' (для даної пружини 46 стиску). Фіг.8 є графіком витрати Q (газоутворення) залежно від висоти запобіжного відкриття h для порівняння даних витрати Q, отриманих з новим затворним елементом (див. 12' на фігурах 3-6), з даними, отриманими для відомого затворного елемента (див. 12 на фігурах 1-2) такого ж діамет 92632 14 ра ущільнення, але без поверхні, що відхиляє. Крива, складена для нового затворного елемента, відзначена трикутниками, у той час як крива, складена для відомого затворного елемента 12, відзначена квадратиками. На додаток до збільшення витрати Q, отриманого збільшенням висоти відкриття h під час запобіжного відкриття, з фігури 8 ясно, що додаткове збільшення по витраті досягається для будь-якої заданої однакової висоти відкриття h завдяки збільшеному внутрішньому куту (і кута > сідла) і, завдяки, відмінному ізентропічному ккд нового затворного елемента 12' і атмосферного клапана 14'. Як стає зрозумілим, подальше збільшення може бути досягнуто збільшенням діаметра клапана. Можна відзначити, що обидва графіки фігури 7 і 8 були отримані в числовому виді за допомогою моделювань кінцевих елементів. Стає зрозумілим, що оптимальна конструкція загнутої у зворотному напрямку ділянки, що відхиляє, 70 залежить від конструкції самої центральної поверхні 52 затвора. Отже, може знадобитися різна конструкція загнутої у зворотному напрямку ділянки, що відхиляє, при використанні різних конструкцій опуклих центральних поверхонь затвора (наприклад, сферичної форми). І нарешті, залишається відзначити, що існуючий атмосферний клапан можна відносно просто модернізувати новим затворним елементом 12' і відповідним сідлом 14' клапана, не вимагаючи модифікацій або замін інших існуючих частин атмосферного клапана 10. 15 92632 16 17 92632 18 19 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 92632 Підписне 20 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601