Регулятор расхода газа
GAS FLOW RATE CONTROLLER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к регуляторам расхода газа для регулирования расхода рабочей среды, имеющей высокую температуру и давление, и предназначенным для перераспределения расхода газа.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая теплоизолированный корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием, контактирующее с регулирующим элементом (заслонкой) по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям, регулирующий элемент через карданную муфту соединен с валом, который установлен в подшипники и приводится в движение от привода, а герметизация вала обеспечивается уплотнительными кольцами (патент РФ №2079023, МПК 6 F16K 5/04, 5/12, 1997 г.).
Недостаток этой конструкции состоит в том, что для обеспечения перераспределения расхода газа требуется два клапана регулирования расхода, что приводит к увеличению массы изделия и снижению его надежности.
Известна конструкция газораспределительного клапана, содержащая корпус с входным и двумя выходными патрубками, седлами и заслонками. Заслонки соединены с валами (патент РФ №2355931, МПК F16K 5/12, 5/04, 2007 г.).
Недостаток такой конструкции заключается в том, что требуется наличие двух валов, которые приводятся автономно каждый своим приводом, а это в свою очередь приводит к увеличению массы изделия и количеству приводов.
Задачей изобретения является обеспечение перераспределения расхода газа путем снабжения регулятора расхода дополнительными заслонкой, приводимой в движение общим валом с основной заслонкой, и выходным патрубком, с установленным в нем седлом с расходным отверстием.
Указанная задача решается тем, что в регуляторе расхода газа, содержащем корпус с входным и выходными, основным и дополнительным, патрубками, в выходные патрубки которого, соответственно, установлены седла с расходными отверстиями, контактирующие с соответствующими заслонками по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям, основная заслонка кинематически соединена с валом связанным с приводом, взаимообращенные цилиндрические поверхности основных заслонки и седла соосны с валом, при этом дополнительная заслонка кинематически связана с основной заслонкой со стороны противоположной стороне связи основной заслонки с валом и взаимообращенные цилиндрические поверхности дополнительных заслонки и седла соосны с валом, причем на дополнительной заслонке со стороны основной заслонки выполнен прилив, диаметр которого меньше диаметра цилиндрического отверстия основного седла и больше диаметра цилиндрического отверстия дополнительного седла, кроме того расходные отверстия заслонок и седел выполнены в форме прямоугольника, одна пара сторон которого перпендикулярна оси вала, отверстия заслонок и седел в плоскости, перпендикулярной оси вала, имеют одинаковую длину, а взаимосвязь расходных отверстий заслонок и седел в радиальном сечении определяется соотношениями:
β=nα; ρ≥2α; ω≥α,
причем диаметр дополнительной заслонки меньше диаметра основной заслонки, при этом обеспечиваются следующие соотношения:
1
1
1
1
α<α, β<β, ω<ω, ρ<ρ, где:
α - угол между торцами расходного отверстия дополнительной заслонки или дополнительного седла;
β - угол между торцом расходного отверстия дополнительного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия дополнительной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
ω - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
ρ - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка;
n - номинальная степень открытия расходного отверстия седла, где n=0…0,5.
1
α - угол между торцами расходного отверстия основной заслонки или основного седла;
1
β - угол между торцом расходного отверстия основного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия основной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
1
ω - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
1
ρ - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка.
На фиг. 1 изображен общий вид регулятора расхода газа.
На фиг. 2 изображено сечение регулятора по основному патрубку.
На фиг. 3 изображено сечение регулятора по дополнительному патрубку.
На фиг. 4 изображено расходное отверстие заслонки и седла прямоугольной формы.
На фиг. 5 изображены угловые расположения взаимосвязанных между собой деталей и узлов регулятора расхода газа.
На фиг. 6 изображена расходная характеристика регулятора расхода газа.
Регулятор расхода газа (фиг. 1, 2 и 3) состоит из теплоизолированного корпуса 1 с входным 2, основным выходным 3 и дополнительным выходным 4 патрубками. В выходные патрубки 3 и 4 установлены седла: основное 5 и дополнительное 6 с расходными отверстиями 7 и 8 соответственно. С седлами контактируют заслонки: основная 9 и дополнительная 10, которые кинематически связаны с валом 13, например, через карданные муфты: основную 11 и дополнительную 12. Заслонки и седла контактируют по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям. Для этого на седлах выполнены опорные узлы 14 и 15. Опорные узлы 14 и 15 выполнены в виде двух пластин, расположенных с обеих сторон от расходных отверстий седел в которых имеются цилиндрические отверстия. В заслонках также выполнены расходные отверстия 16 и 17. Цилиндрические взаимообращенные поверхности заслонок и седел соосны с валом. Для соединения заслонок с валом через карданные муфты на заслонках и валу выполнены прорези 18, 19, 20 и 21, в которые заходят штифты 22 и 23 карданных муфт 11 и 12. На основной заслонке прорези 18 и 21 выполнены с обеих сторон. Расходные отверстия седел и заслонок выполнены в форме прямоугольника, у которого одна пара сторон 24 (фиг. 4) перпендикулярна оси вала 13. На основной и дополнительной заслонках в районе расходных отверстий выполнены прямоугольные выемки. Заслонки со стороны, ближайшей к валу, снабжены приливами 25 и 26, диаметр которых превышает диаметр цилиндрической поверхности седел 5 и 6 соответственно. Размер диаметра прилива 26 дополнительной заслонки 10 выполнен меньше цилиндрической поверхности основного седла 5 и больше диаметра цилиндрического отверстия дополнительного седла, а максимальная длина штифта 23 дополнительной карданной муфты 12 меньше диаметра цилиндрического отверстия основного седла. Вал через подшипники 27 установлен в крышку 28 и загерметизирован уплотнением 29.
Чтобы обеспечить необходимую расходную характеристику и ее линейность в плоскости, перпендикулярной оси вала, длина отверстий заслонок и седел в плоскости, перпендикулярной оси вала, должна быть одинакова, а взаимосвязь их расходных отверстий в радиальной плоскости определяется соотношениями:
β=nα; ρ≥2α; ω≥α,
причем диаметр дополнительной заслонки меньше диаметра основной заслонки, при этом обеспечиваются следующие соотношения:
1
1
1
1
α<α, β<β, ω<ω, ρ<ρ, где:
α - угол между торцами расходного отверстия дополнительной заслонки или дополнительного седла;
β - угол между торцом расходного отверстия дополнительного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия дополнительной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
ω - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
ρ - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленной от входного патрубка;
n - номинальная степень открытия расходного отверстия седла, где n=0…0,5.
1
α - угол между торцами расходного отверстия основной заслонки или основного седла;
1
β - угол между торцом расходного отверстия основного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия основной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
1
ω - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
1
ρ - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка.
Выполнение расходных отверстий заслонок и седел прямоугольной формы, ориентированной вполне определенным образом, и вышеприведенные соотношения обеспечивают линейное изменение расходной площади через регулятор. Расходная характеристика регулятора приведена на фиг. 6. Там же указана зона регулирования.
При работе газы поступают через входной патрубок 2 во внутреннюю полость регулятора и далее подходят к расходным отверстиям 16 и 17 заслонок 9 и 10. При вращении вала 13 одна из заслонок 9 или 10 может закрывать расходные отверстия седел 5 или 6. Через отверстие, образованное заслонкой и седлом, газы истекают из регулятора. Наличие дополнительных заслонки, кардана и седла обеспечивает перераспределение расхода газа. Расположение дополнительного расходного патрубка зависит от компоновки изделия. Наличие приливов 25 и 26 исключает осевое перемещение заслонок в одну сторону. Карданные муфты компенсируют возможное тепловое перемещение седел вдоль оси, перпендикулярной оси вала, что исключает возможное заклинивание подвижных элементов регулятора.
Благодаря тому, что диаметр прилива дополнительной заслонки 10 выполнен меньше диаметра отверстия основного седла 5 и больше диаметра отверстия дополнительного седла, а максимальная длина штифта дополнительной карданной муфты меньше диаметра отверстия основного седла, обеспечивается установка (собираемось) дополнительных заслонки и карданной муфты.
Контакт заслонок и седел по цилиндрическим взаимообращенным поверхностям уменьшает непроизводительный расхода газа через закрытые участки расходных отверстий седел.
Благодаря соотношению углов и выполнению расходных отверстий заслонок и седел прямоугольной формы обеспечивается линейность расходной характеристики (фиг. 6).
Т.к. обе заслонки приводятся в движение от общего вала, то требуется один общий привод, что обеспечивает повышение надежности и снижение массы изделия.
Таким образом, конструкция регулятора расхода газа обеспечивает:
- перераспределение расхода газа;
- уменьшение непроизводительного расхода газа через закрытые участки расходных отверстий седел;
- повышение надежности работы регулятора;
- линейность расходной характеристики.