ДРОССЕЛЬНАЯ ВСТАВКА
THROTTLING INSERT

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к дроссельным вставкам, предназначенным для регулирования расхода рабочей среды в трубопроводе путем дросселирования потока, создавая при этом перепад давления между входом в дроссельную вставку и выходом из нее.
Дроссельные вставки широко используются в трубопроводной арматуре, когда требуется снизить давление рабочей среды на выходе ее из высоконапорных трубопроводов, например, когда требуется произвести отбор рабочего тела из гидравлических контуров различных объектов, таких как ядерные энергетические установки, паровые котлы тепловых электростанций и т.п.
Дроссельная вставка может использоваться непосредственно в трубопроводе, а также в седлах арматурных устройств, таких как задвижки, шиберы и т.п. Дроссельные вставки устанавливаются преимущественно в тех трубопроводах и контурах, где существует технологическая потребность отбора рабочего тела из зоны высокого давления в зону пониженного давления и преимущественно с небольшим расходом.
Известно устройство управления расходом рабочей среды, содержащее кольцевую вставку в виде седла и регулирующий орган, например плоский пластинчатый шибер, перемещением которого изменяют площадь проходного сечения кольцевой вставки для пропускания через нее рабочей среды (см. Каталог. Арматура энергетическая АО ЧЗЭМ. ЦНИИТЯЖМАШ, М., 1997 г., с.57, рис.74). В приоткрытом состоянии это устройство обеспечивает требуемое дросселирование за счет малой площади проходного сечения. Недостатком этого дроссельного устройства является высокая скорость истечения рабочей среды из приоткрытого отверстия и образование при этом кинжальных струй, и снижение вследствие этого срока службы устройства из-за его эрозионного износа, кавитационного и вибрационного разрушения. Поэтому такие дроссельные устройства пригодны только для создания относительно небольших перепадов давлений до и после дросселя.
Известно также устройство, в котором вместо одного прохода в дроссельной вставке выполнено множество параллельных гладких отверстий (см. тот же Каталог, с.55, рис.69). В этом устройстве увеличена площадь поверхности трения, о которую трется поток жидкости, что приводит к увеличению удельного коэффициента гидравлического сопротивления (КГС). Это позволяет в определенных пределах снижать скорость течения через дроссельную вставку такой конструкции. Рост КГС позволяет несколько увеличить площадь узкого проходного сечения и при одном и том же расходе снизить скорость течения через такую дроссельную вставку.
Известна трубопроводная арматура, когда непосредственно в рабочем органе, например шибере, выполнено множество отверстий (см. тот же Каталог, стр.128, рис.134).
В качестве прототипа для заявляемого изобретения выбрано трубопроводное устройство для регулирования потока среды, в котором дроссельная вставка в трубопроводе выполнена в виде решетки с гладкими отверстиями.
В известных случаях для обеспечения требуемых параметров регулирования потока меняют размер гладких отверстий, их число и размещение, при этом коэффициент гидравлического сопротивления увеличивается постепенно, что недостаточно для дросселирования энергонапряженных потоков, таких как потоки в гидравлических контурах ядерных энергетических установок.
Задачей настоящего изобретения является увеличение коэффициента гидравлического сопротивления (КГС) известных дроссельных вставок в виде решеток с гладкими отверстиями путем их модернизации.
Технический результат настоящего изобретения заключается в снижении скоростей протекания потока через известную дроссельную вставку, снижении его давления и устранении при этом процессов эрозии, кавитации, вибрации и шума, а также расширении диапазона регулирования потока как в создаваемых новых, так и в эксплуатируемых дроссельных вставках.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной дроссельной вставке трубопроводной арматуры, содержащей решетку с отверстиями, представляющими собой дроссели, в части отверстий решетки беззазорно установлены дополнительные дроссели.
Кроме того, в отверстиях решетки нарезана резьба, а дополнительные дроссели выполнены в виде резьбовых пробок, внутри которых выполнены пересекающиеся встречные каналы, образующие на торцах и теле пробок разделительные и поворотные гребни.
Кроме того, отношение суммарной площади отверстий в решетке к площади проходного сечения трубопровода и отношение суммарной площади каналов в пробке к площади отверстия в решетке не превышает 0,5.
В решетках известных дроссельных вставок гладкие дроссельные отверстия обладают относительно невысоким коэффициентом гидравлического сопротивления, поэтому для его существенного повышения предложено в эти отверстия вставлять дополнительные дроссели в виде пробок с фигурными встречными каналами, которые выполнены так, что потоки среды в них закручены в разные стороны и внутри пробки они встречаются в одном месте, резко меняя при этом направления своих потоков, что в итоге достаточно значительно повышает суммарный коэффициент гидравлического сопротивления дросселя. Разделение входящего в пробку потока на два потока, закрученных в разные стороны, достигается за счет выполнения на переднем торце разделительного гребня, делящего входящий в пробку поток на две равные части, а в месте встречи потоков выполнен поворотный гребень, который резко поворачивает эти потоки в разные стороны.
При изготовлении новых дросселей, содержащих решетку с гладкими отверстиями, эти отверстия необходимо выполнять так, чтобы отношение их суммарной площади к площади проходного сечения трубопровода и отношение суммарной площади каналов в дополнительном дросселе в виде пробки к площади отверстия в решетке не превышало 0,5. Такое выполнение соотношений проходных площадей отверстий в решетке дроссельной вставки и проходных отверстий в дополнительных дросселях в виде резьбовых пробок позволяет снизить скорость и давление выходящего потока, но позволяет сохранить, если требуется, относительно высокий расход рабочего тела.
Подбор и выбор оптимального режима дросселирования для конкретного трубопровода и заданного при этом режима производится за счет различной ориентации дроссельных пробок относительно собственной оси и оси проходного сечения трубопровода, а также за счет программного чередования открытых гладких отверстий и отверстий, закрытых пробками с фигурными каналами, при этом пробка может быть зафиксирована относительно своей оси, например, за счет установки ее в отверстие на резьбе.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано поперечное сечение дроссельной вставки в сборе с шиберным затвором; на фиг.2 показана часть сечения дроссельной вставки по АА (вид с торца) в увеличенном масштабе; на фиг.3 показан дополнительный дроссель в виде резьбовой пробки с одним шагом винтовых линий встречных каналов; на фиг.4 показан вид с торца на дополнительный дроссель.
Дроссельная вставка содержит решетку 1 с резьбовыми отверстиями 2, в которые ввернуты дополнительные дроссели 3 в виде резьбовых пробок со встречнопересекающимися винтовыми каналами 4 и 5. Каналы 4 и 5 в начале и конце пробки разделены гребнями 6 и 7. На цилиндрической поверхности дополнительного дросселя выполнена резьба 8. На переднем и заднем торцах дополнительного дросселя выполнены торцевые плоскости 10, занимающие половину площади торца, что вызвано необходимостью размещения на торце шлица 11 для отвертки, необходимой для ввертывания дополнительного дросселя и для его ориентации относительно друг друга. Левый и правый встречные винтовые каналы на входе и выходе дополнительного дросселя разграничены в середине гребнями 6 и 7, а по торцам кромками 9.
В районе гребней потоки среды на входе в дополнительный дроссель расходятся, а на выходе из него сталкиваются, образуя камеру смешения, после чего опять расходятся, теряя в результате всего этого скорость почти в два раза, что исключает возможность образования кинжальных струй на выходе из дополнительного дросселя. Для обеспечения равномерности потока, выходящего из дроссельной решетки, дополнительные дроссели ориентируют относительно друг друга и внутренней поверхности трубопровода. На фиг.2 дополнительные дроссели условно показаны повернутыми в одну сторону.
Установка дополнительных дроссельных вставок в дроссельные устройства в виде решеток с отверстиями позволяет более чем в два раза увеличить диапазон регулирования потока через эти дроссельные устройства, а также расширить область их использования. В итоге достигается эффективное использование дроссельных устройств по снижению скоростей и динамических напоров, по устранению вредных кавитационных явлений, диапазону регулирования, по повышению компактности и технологичности их изготовления.