РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано для регулирования расхода и давления рабочей среды (жидкости, газа или пара) в системах для энергетической, химической, газовой и других отраслей промышленности.
Известно устройство для регулирования давления и расхода рабочей среды (см. патент РФ №2307385, опубл. 27.10.2006 года), состоящее из корпуса с входными и выходными патрубками, импульсной трубки, соединяющей управляющую полость с приемником статического выходного давления соединена с внутренней камерой, и в месте соединения трубок установлен переключатель, например, в виде трехходового крана. При этом эластичная муфта регулирует зазор по отношению к боковой поверхности встречных фланцев входного и выходного патрубков в зависимости от положения переключателя.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность его конструкции.
Известен более совершенный регулирующий двухседельный клапан для регулирования расхода пара (см. патент РФ №2145021, М. Кл. F16K 1/44, опубл. 27.01.2000 года) - прототип. Клапан может быть использован в системах регулирования паровых турбин в качестве регулирующего органа для поддержания давления пара. Регулирующий двухседельный клапан содержит размещенный в его корпусе затвор, содержащий верхнюю и нижнюю тарелки. Затвор управляется сервомотором с помощью штока. Для выравнивания давления в камерах над верхней и под нижней тарелками клапана затвор снабжен средством для выравнивания давления в виде одной уравнительной трубы, расположенной между тарелками концентрично оси клапана, жестко соединенной с тарелками и разъемно - со штоком и сообщающей камеру над тарелкой и камеру под тарелкой. Затвор может быть выполнен с двумя уравнительными трубами, размещенными симметрично оси клапана между тарелками, жестко соединенными с последними и сообщающими камеры. Во всем диапазоне открытия клапана камеры с помощью уравнительной трубы всегда соединяются между собой, таким образом выравнивается возникающая на определенных режимах открытия клапана разница давлений между камерами и уменьшается пульсация клапана, что упрощает процесс регулирования давления пара. Изобретение позволяет обеспечить хорошую управляемость клапаном во всем диапазоне его открытия, что дает возможность применить его в качестве регулирующего клапана для поддержания давления пара для паровых турбин.
К недостаткам известного клапана - прототипа, несмотря на ввод в устройство дополнительных конструктивных элементов, связанных с уравниванием давлений за и перед тарелками (дисками), является осевая нагруженность штока сервомотора (привода), приводящая к плохой управляемости клапаном и к его интенсивному износу.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение управляемости клапаном и обеспечение продолжительной и надежной его работы.
Поставленная изобретением задача достигается тем, что корпус регулятора давления смонтирован в подводящем пар трубопроводе и выполнен в виде пустотелого цилиндра, в полости которого на его внутренней поверхности, симметрично продольной оси подводящего пар трубопровода жестко закреплены два диска, по меньшей мере, с двумя окнами в каждом для прохождения пара, и контактно с ними связаны с наружной их стороны два с соответствующими отверстиями поворотных диска, смонтированные на валу привода, при этом вал привода в центральной части между поворотными дисками выполнен большего диаметра с образованием для поворотных дисков опорных торцов, обеспечивающих упор для подвижных дисков, и установку регулировочных шайб.
На цилиндрическом корпусе регулятора для входа в него пара с наружной стороны подвижных дисков выполнены два входных отверстия, равных по площади одному выходному отверстию, выполненному на другой стороне корпуса в центральной его части, находящейся между неподвижными дисками.
Входные отверстия выполнены в виде сегментной прорези, а выходное - в виде прямоугольной прорези.
Площади отверстий, выполненных в подвижных и в неподвижных дисках при полном их совмещении равны 1,0-1,2 площади входных отверстий корпуса клапана, а площадь выходного отверстия клапана равна 1,0-1,2 площади отверстий дисков при их полном совмещении.
Между торцами центральной части вала регулятора и подвижными дисками установлены регулировочные шайбы, обеспечивающие заданный зазор межу подвижными и неподвижными дисками.
Новизной предложенного регулятора давления является его монтаж в подводящем горячий пар трубопроводе и его выполнение в виде пустотелого цилиндра, в полости которого на его внутренней поверхности симметрично продольной оси подводящего пар трубопровода жестко закреплены два диска с, по меньшей мере, двумя окнами в каждом для прохождения пара, и контактно с ними связаны с наружной их стороны два с соответствующими отверстиями поворотных диска, смонтированные на валу привода, при этом вал привода в центральной части между поворотными дисками выполнен большего диаметра с образованием для поворотных дисков опорных торцов, обеспечивающих упор для подвижных дисков и установку регулировочных шайб.
Так, сочетание симметричного расположения относительно продольной оси подводящего пар трубопровода, жестко связанных неподвижных и контактирующих с ними подвижных дисков, подача пара с торцовых сторон подвижных дисков с отводом пара из центральной части корпуса регулятора и наличие торцовых опорных поверхностей вала регулятора предотвращают осевое смещение вала привода за счет уравнивания давлений на поворотные диски и снижают усилия их поворота и износ.
Также новизной является выполнение вала привода в центральной части между поворотными дисками большего диаметра с образованием для поворотных дисков опорных торцов, обеспечивающих упор для подвижных дисков, и установку регулировочных шайб.
Признаки выполнения на цилиндрическом корпусе регулятора для входа в него пара с наружной стороны подвижных дисков двух входных отверстий, равных по площади одному выходному отверстию, выполненному на другой стороне корпуса в центральной его части, находящейся между неподвижными дисками, выполнение входных отверстий в виде сегментной прорези, а выходное отверстие в виде прямоугольной прорези; соотношения площадей отверстий в корпусе регулятора и отверстий в неподвижных и подвижных дисках, а также установка между торцами центральной части вала регулятора и подвижными дисками регулировочных шайб, обеспечивающих заданный зазор межу подвижными и неподвижными дисками - являются признаками, раскрывающими конкретное выполнение основных признаков и направлены на получение результата, являющегося задачей настоящего изобретения.
Согласно проведенным заявителем патентно-информационным исследованиям предлагаемое техническое решение является новым, признаки существенными и неочевидными, промышленно выполнимыми и направлены на достижение поставленной изобретением задачи.
На фиг.1 схематично представлен предлагаемый регулятор давления, смонтированный в трубопроводе подводящего пара.
На фиг.2 представлены геометрии отверстий:
а) - в виде сегментной прорези,
б) - в виде прямоугольной прорези.
Регулятор давления состоит из цилиндрического корпуса 1, вала 2 с увеличенным в средней части 3 диаметром с образованием опорных для поворотных дисков 4 с выполненными в них, по меньшей мере, двумя окнами 5 торцов 6. Поворотные диски 4 закреплены на валу 2. Со стороны подвода при помощи подводящего трубопровода 7 пара с наружной стороны поворотных дисков 4 на корпусе 1 выполнены отверстия 8 для подвода пара в полость корпуса 1 регулятора. На обратной стороне корпуса регулятора выполнено выходное отверстие 9. Неподвижные диски 10 с выполненными в них, по меньшей мере, двумя окнами 11, жестко закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1. Привод 12 поворотных дисков 4 кинематически при помощи рычагов 13 и тяги 14 связан с валом 2. Электронный блок управления 15 приводом 12 обеспечивает автоматическое поддержание заданной температуры нагреваемой жидкости в зависимости от температуры пара и его давления. Выполненные во фланцах 16 и 17 вала 2 уплотнения обеспечивают необходимую герметичность регулятора.
Предлагаемый регулятор давления работает следующим образом.
Пар под давлением 2,0-4,0 атм. по подводящему трубопроводу 7 через отверстия 8, выполненные на корпусе 1 регулятора поступает в полость корпуса 1 регулятора с обеих сторон поворотных дисков 4. Для подачи заданного количества пара, например для нагрева жидкости, блок управления 15 подает сигнал на привод 12, который в зависимости от вида сигнала через кинематическую связь тяги 14 и рычагов 13 поворачивает вал 2 и смонтированные на нем поворотные диски 4, которые либо увеличивают, либо уменьшают при совмещении проходное сечение окон 5 и 11, поддерживая, таким образом, заданную температуру нагреваемой жидкости. Для прекращения подачи пара подвижные диски после соответствующего сигнала от блока управления 15 через привод 12 поворачивают вал 2 с поворотными дисками 4 и перекрывают окна в неподвижных дисках 10. При этом вследствие того, что вал 2 привода 12 в средней части выполнен большего диаметра, поворотные диски 4, имея достаточную собственную жесткость, опираясь на кольцевые поверхности торцов вала 2 с обеих сторон уравновешивают силы, воздействующие на поворотные диски 4, и вал 2 привода 12 не испытывает осевых нагрузок, что способствует более продолжительной и надежной работе регулятора.
На цилиндрическом корпусе регулятора для входа в него пара с наружной стороны подвижных дисков выполнены два входных отверстия 8 в виде сегментов, равных по площади одному выходному отверстию 9, выполненному на другой стороне корпуса в центральной его части, находящейся между неподвижными дисками.
Площади отверстий 5 и 11, выполненных в подвижных и в неподвижных дисках, при полном их совмещении равны 1,0-1,2 площади входных отверстий 8 корпуса клапана, а площадь выходного отверстия 9 клапана равна 1,0-1,2 площади отверстий дисков 5 и 10 при их полном совмещении.
Для регулирования зазора между подвижным и неподвижным дисками на торцы 6 вала 2 устанавливаются регулировочные шайбы, обеспечивающие заданный между ними зазор.
В настоящее время на предлагаемый регулятор давления разработана конструкторско-технологическая документация, изготовлен опытный образец регулятора давления, испытания которого показали положительные результаты.
Принято решение в 2011 году оснастить систему подогрева воды горячим паром предлагаемыми регуляторами давления в необходимом количестве.