Дроссельно-регулирующее устройство
Владельцы патента RU 2514328:
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам регулирования расхода рабочей среды в трубопроводе путем дросселирования потока среды, проходящего через дросселирующий элемент, создающий перепад давления между входом в устройство и выходом из него и пропускающее требуемый расход среды. Дроссельно-регулирующее устройство содержит корпус, в котором расположено седло с пересекающимися между собой под углом от 70 до 110 градусов каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла. Изобретение направлено на повышение коэффициента гидравлического сопротивления без снижения пропускной способности дроссельно-регулирующего устройства, снижение скорости протекания потока рабочей среды через каналы седла, что позволяет устранить процессы эрозии, кавитации, вибрации и перевести работу дроссельно-регулирующего устройства в область длительной устойчивой работы, а также расширить диапазон регулирования расхода рабочей среды. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам регулирования расхода рабочей среды в трубопроводе путем дросселирования потока среды, проходящего через дросселирующий элемент, создающий перепад давления между входом в устройство и выходом из него и пропускающее требуемый расход среды.
Наиболее близким к настоящему изобретению является дроссельно-регулирующее устройство, содержащее корпус, в котором расположены седло с каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла (Каталог «Арматура энергетическая АО ЧЗЭМ ЦНИИТЯЖМАШ», М., 1997 г., с.55, рис.69).
В известном дроссельно-регулирующем устройстве седло изготовлено в виде решетки с каналами, перпендикулярными к входной плоскости седла. Наличие решетки с каналами увеличивает поверхность трения потока, что несколько повышает коэффициент гидравлического сопротивления. Однако этого недостаточно для современных дроссельно-регулирующих устройств, поскольку высокие скорости потока в виде «кинжальных» струй заметно уменьшают срок эксплуатации дроссельно-регулирующего устройства из-за эрозионного износа, кавитационного и/или вибрационного разрушения. Кроме того, необходимо учитывать, что в атомной энергетике для повышения безопасности требуется работа дроссельно-регулирующих устройств под давлением, равным давлению в контуре, вследствие чего дроссельно-регулирующие устройства попадают в область неустойчивой работы с появлением вибрации, кавитации и т.п.
Таким образом, основными недостатками вышеуказанного дроссельно-регулирующего устройства являются ограниченная область применения из-за узкого диапазона регулирования расхода потока среды, а также небольшой срок его эксплуатации из-за появления в работе вибрации, кавитации и т.п.
Задачей настоящего изобретения является создание дроссельно-регулирующего устройства с расширенным диапазоном регулирования расхода потока среды и обладающего длительным ресурсом работы.
Технический результат заключается в повышении коэффициента гидравлического сопротивления без снижения пропускной способности дроссельно-регулирующего устройства, снижении скоростей протекания потока рабочей среды через каналы седла, что позволяет устранить процессы эрозии, кавитации, вибрации и перевести работу дроссельно-регулирующего устройства в область длительной устойчивой работы, а также расширить диапазон регулирования расхода рабочей среды.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном дроссельно-регулирующем устройстве, содержащем корпус, в котором расположены седло с каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла, каналы в седле выполнены пересекающимися между собой под углом от 70 до 110 градусов.
Кроме того, каналы в седле выполнены пересекающимися под углом от 80 до 100 градусов.
Кроме того, каждый канал выполнен пересекающимся с не менее чем двумя каналами.
Также, седло по продольному сечению выполнено в форме прямоугольной трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны ввода регулирующего органа.
Также, поперечное сечение каналов выполнено в форме плоских пазов или круглых отверстий.
Благодаря пересекающимся под определенным углом каналам, а также изменению количества их пересечений между собой увеличивается коэффициент гидравлического сопротивления, так как энергия потока тратится на повороты в местах пересечения каналов, что позволяет снизить скорости протекания потока в каналах на всех открытиях (ходах), включая малые, близкие к закрытому состоянию, а седло в форме прямоугольной трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны ввода регулирующего органа, увеличивает перепад давления в начале открытия (хода) и пропускную способность с меньшим гидравлическим сопротивлением в конце открытия (хода).
В итоге обеспечиваются широкий диапазон регулирования и длительный ресурс работы дроссельно-регулирующего устройства за счет устранения таких вредных явлений, как вибрация, кавитация, эрозия.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено дроссельно-регулирующее устройство шиберной задвижки (продольное сечение), на фиг.2 изображено седло дроссельно-регулирующего устройства (поперечное сечение), на фиг.3 и фиг.4 представлено седло, где каждый канал выполнен пересекающимся с не менее чем двумя каналами (продольное и поперечное сечения).
Дроссельно-регулирующее устройство содержит корпус 1 с направляющей трубой 2, в котором расположены седло 3, например, выполненное в виде плоской фигуры с каналами 4, и регулирующий орган 5, выполненный в виде пластины, установленный с возможностью перекрытия проходного сечения каналов 4. Каналы 4 выполнены в теле седла 3 с пересечением между собой. Угол пересечения каналов 4 может быть выбран в диапазоне от 70 до 110 градусов, преимущественно 90±10 градусов. При значениях угла пересечения каналов 4 меньше 70° коэффициент гидравлического сопротивления значительно увеличивается, что приводит к уменьшению проходной площади каналов 4, а следовательно, и снижению пропускной способности дроссельно-регулирующего устройства, при значениях угла пересечения каналов 4 больше 110° коэффициент гидравлического сопротивления снижается, что приводит к неспособности дроссельно-регулирующего устройства поддерживать большой перепад давления. При значениях угла пересечения каналов 4, равных 90±10 градусов, достигается оптимальный диапазон регулирования расхода среды.
Выполнение седла по продольному сечению в форме прямоугольной трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны ввода регулирующего органа, объясняется необходимостью увеличения перепада давления в начале открытия (хода) и увеличением пропускной способности с меньшим гидравлическим коэффициентом в конце открытия (хода).
Поперечное сечение каналов 4 может иметь форму плоских пазов или круглых отверстий.
Дроссельно-регулирующее устройство работает следующим образом.
Среда из подводящего трубопровода (не показан) по направляющей трубе 2 поступает на подвижный регулирующий орган 5 и поступает в каналы 4. Количество каналов 4, подключенных к основному потоку, меняется при изменении положения регулирующего органа 5, что, в свою очередь, влияет на расход среды, проходящий через дроссельно-регулирующее устройство.
На входе в каналы 4 среда расходится на потоки, которые в месте пересечения каналов 4 соединяются и опять расходятся, создавая перепад давления на каждом пересечении.
Изменение коэффициента гидравлического сопротивления в процессе работы регулируется числом пересечений каналов между собой (фиг.3, 4).
В предлагаемом дроссельно-регулирующем устройстве исключается возможность образования кинжальных струй на выходе из каналов. Вместо них создается более равномерный поток среды, выходящий из каждого канала.
Отрицательный эффект динамического воздействия потока устраняется снижением скоростей потока, кинжальных струй из-за сплошного перемешивания потока на выходе из дроссельно-регулирующего устройства.
1. Дроссельно-регулирующее устройство, содержащее корпус, в котором расположено седло с каналами для протока среды и регулирующий орган, установленный с возможностью изменения площади проходного сечения каналов седла, отличающееся тем, что каналы выполнены пересекающимися между собой под углом от 70 до 110 градусов.
2. Дроссельно-регулирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы выполнены пересекающимися между собой под углом от 80 до 100 градусов.
3. Дроссельно-регулирующее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый канал выполнен пересекающимся с не менее чем двумя каналами.
4. Дроссельно-регулирующее устройство по п.3, отличающееся тем, что седло по продольному сечению выполнено по форме прямоугольной трапеции, меньшее основание которой расположено со стороны ввода регулировочного органа.
5. Дроссельно-регулирующее устройство по п.4, отличающееся тем, что поперечное сечение каналов выполнено в форме плоских пазов или круглых отверстий.
