КЛАПАН РЕГУЛИРУЮЩИЙ
CONTROL VALVE

Предлагаемое изобретение относится к области регулирующих клапанов, в частности, к топливным регулирующим клапанам с электромеханическим приводом, устанавливаемым в системах автоматического регулирования приводных газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов.
Известны регулирующие клапаны с электроприводом (см., например, кн.: Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры». Л.: Машиностроение, ЛО, 1987 г., стр. 122…139).
Известен клапан GS6 - регулируемый встроенным электронным контроллером топливный клапан с электроприводом, где клапан принимает задающий сигнал и точно изменяет позицию регулирующего подачу топлива сферического элемента так, чтобы открывалась площадь рабочей поверхности отверстия клапана, пропорциональная потоку газа, и где датчики положения непосредственно сопряжены с регулирующим подачу топлива элементом (см., например, «Система дозирования газа GS6» фирмы WOODWARD, Руководство 26171(редакция К), стр. 1,2, 14,15).
Известны применяемые в системах топливоподачи газотурбинных двигателей электроприводные дозаторы газа, в которых дозирующий элемент выполнен плоским, из-за чего существуют определенные сложности с обеспечением плотности в закрытом состоянии дозатора (см., например, Ж. «Газотурбинные технологии», ноябрь 2010 г., стр. 34…38) - прототип.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности работы газотурбинных двигателей, в частности, путем повышения надежности, точности и быстродействия применяемых в их системах регулирования регулирующих клапанов.
Указанный технический результат в клапане регулирующем, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и встроенным в нем седлом, запорный плунжер со штоком, пропущенным сквозь установленный на корпусе клапана корпус уплотнения, поверх которого на корпусе клапана укреплен проставок с размещенным на нем электроприводом, включающим сборный корпус с нижней и верхней крышками с подшипниками в них, размещенный в корпусе между крышками статор с полюсами и обмотками на них и с размещенным в нем полым ротором с постоянными магнитами, размещенные на верхней крышке кабельная коробка и датчики углового положения ротора и линейного положения запорного плунжера, согласно предлагаемому изобретению достигается тем, что в размещенном в корпусе электропривода кольцевом шихтованном статоре двенадцать полюсов с обмотками на них выполнены относительно наружной кольцевой поверхности статора с углом наклона в 6+0,5 градусов в окружном направлении, в кольцевом шихтованном магнитопроводе полого ротора, установленного в размещенных в крышках корпуса электропривода подшипниках соосно статору, выполнены симметрично расположенные соосно кольцевой поверхности магнитопровода на всю его длину в форме пологой двухскатной крыши вогнутостью к статору восемь вставок из магнитного неодимового сплава, при этом на части полого ротора, размещенной в подшипнике в нижней крышке, выполнена ходовая гайка, внутри которой размещен с возможностью взаимодействия с ней соединенный со штоком запорного плунжера ходовой винт с выполненными на его безрезьбовой части шлицами с возможностью их взаимодействия со шлицами в выполненной на нижней крышке корпуса электропривода шлицевой втулке, при этом внутри укрепленной на верхней крышке корпуса электропривода кольцевой неподвижной части датчика углового положения ротора размещена укрепленная на полом роторе кольцевая подвижная часть этого датчика, а внутри полого ротора размещена укрепленная также на верхней крышке полая неподвижная часть датчика линейного положения запорного плунжера, внутри которой размещена подвижная часть этого датчика, механически связанная с ходовым винтом.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что в размещенном в корпусе электропривода кольцевом шихтованном статоре двенадцать полюсов с обмотками на них выполнены относительно наружной кольцевой поверхности статора с углом наклона в 6+0,5 градусов в окружном направлении, в кольцевом шихтованном магнитопроводе полого ротора, установленного в размещенных в крышках корпуса электропривода подшипниках соосно статору, выполнены симметрично расположенные соосно кольцевой поверхности магнитопровода на всю его длину в форме пологой двухскатной крыши вогнутостью к статору восемь вставок из магнитного неодимового сплава, при этом на части полого ротора, размещенной в подшипнике в нижней крышке, выполнена ходовая гайка, внутри которой размещен с возможностью взаимодействия с ней соединенный со штоком запорного плунжера ходовой винт с выполненными на его безрезьбовой части шлицами с возможностью их взаимодействия со шлицами в выполненной на нижней крышке корпуса электропривода шлицевой втулке, при этом внутри укрепленной на верхней крышке корпуса электропривода кольцевой неподвижной части датчика углового положения ротора размещена укрепленная на полом роторе кольцевая подвижная часть этого датчика, а внутри полого ротора размещена укрепленная также на верхней крышке полая неподвижная часть датчика линейного положения запорного плунжера, внутри которой размещена подвижная часть этого датчика, механически связанная с ходовым винтом.
Клапан регулирующий схематично представлен на фиг. 1 (продольный разрез), на фиг. 2 - поперечное сечение электропривода клапана, на фиг. 3 - вид на внутреннюю поверхность (на часть ее) статора электропривода (развертка).
В корпусе 1 клапана с входным 2 и выходным 3 патрубками встроено седло 4 и размещены корпус уплотнения 5 и шток 6 с запорным плунжером 7 на нем. На корпусе 1 с установленным на нем корпусом уплотнения 5 установлен проставок 8, с размещенным на нем электроприводом 9. В сборном корпусе 10 электропривода 9 размещены кольцевой шихтованный статор 11 и соосный с ним полый ротор 12 с кольцевым шихтованным магнитопроводом 13 (см. фиг. 2) на нем. Ротор 12 установлен своими выступающими за пределы его магнитопровода 13 частями в подшипниках 14, встроенных в нижней 15 и верхней 16 крышках сборного корпуса 10. На части полого ротора 12, размещенной в подшипнике 14 в нижней крышке 15, выполнена ходовая гайка 17, в которой размещен с возможностью взаимодействия с ней ходовой винт 18, соединенный в своей нижней части муфтой 19 со штоком 6. Ниже резьбовой части винта 18 на нем выполнены шлицы 20 с возможностью их взаимодействия со шлицами в укрепленной на нижней крышке 15 корпуса 10 шлицевой втулке 21. На верхней крышке 16 корпуса 10 размещена кольцевая неподвижная часть 22 датчика 23 углового положения полого ротора 12, а на самом роторе 12 внутри неподвижной части 22 датчика 23 укреплена кольцевая подвижная часть 24 этого датчика 23. При этом внутри полого ротора 12 размещена укрепленная (с помощью кронштейна, поз. не обозначена) также на верхней крышке 16 полая неподвижная часть 25 датчика 26 линейного положения запорного плунжера 7, внутри которой размещена подвижная часть 27 этого датчика 26, механически связанная с ходовым винтом 18. На внутренней поверхности статора 11 выполнены (см. фиг. 2, 3) с углом наклона в 6 +0,5 градусов в окружном направлении относительно наружной кольцевой поверхности статора 11 (и его оси, соответственно) двенадцать полюсов, выполненных в форме зубцов 28. На каждом из зубцов (полюсов) 28 размещено по обмотке 29. В кольцевом шихтованном магнитопроводе 13 полого ротора 12 выполнены симметрично расположенные соосно кольцевой поверхности этого магнитопровода 13 на всю его длину в форме пологой двухскатной крыши вогнутостью к статору 11 восемь магнитных неодимовых вставок 30, представляющих собой каждая два постоянных магнита. На крышке 16 корпуса 9 установлена кабельная коробка 31 с вводами.
Работает предлагаемый клапан регулирующий (далее - клапан) следующим образом (см. фиг. 1, 2, 3).
Регулирование клапаном расхода газа (рабочей среды), поступающего через входной патрубок 2 в корпус 1 и далее через проходное сечение в седле 4 (при его открытии) и выходной патрубок 3 к потребителю, осуществляет электропривод 9, который в соответствии с заданием поступательно перемещает регулирующий подачу газа запорный профильный плунжер 7 относительно неподвижного профильного седла 4, изменяя, таким образом, площадь рабочего проходного сечения клапана пропорционально заданному расходу газа. В электроприводе 9 выполненные в корпусе 10 с крышками 15, 16 статор 11 с установленным в подшипниках 14 ротором 12 представляют собой синхронный электродвигатель, в котором в результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого выполненными в магнитопроводе 13 ротора 12 восемью магнитными неодимовыми вставками 30 (представляющих собой каждая два постоянных магнита), и тока (при подаче его), протекающего в двенадцати обмотках 29 на зубцах (полюсах) 28 статора 11, размещенного в корпусе 10, возникает крутящий момент, вращающий ротор 12.
Управление электроприводом 9 клапана осуществляется от внешнего электронного блока управления клапаном (БУК, на фиг. 1 не показан) в режиме вентильного двигателя с коммутацией размещенных на зубцах (полюсах) 28 статора 11 обмоток 29 в зависимости от угла поворота ротора 12. Контроль угла поворота ротора 12 и регулирование скорости его вращения производится по сигналам состоящего из подвижной 24 и неподвижной 22 частей датчика 23 (представляющего собой резольвер на базе бесконтактного синусно-косинусного вращающегося трансформатора) углового положения ротора 12. Линейное позиционирование электропривода 9 клапана выполняется в замкнутом контуре регулирования с помощью состоящего из механически связанной с ходовым винтом 18 подвижной 27 и неподвижной 25 частей датчика 26 (представляющего собой линейный регулируемый дифференциальный трансформатор) линейного положения запорного плунжера 7. При вращении ротора 12 крутящий момент от него через выполненную в его нижней части ходовую гайку 17 передается на ходовой винт 18, который при этом совершает поступательные перемещения благодаря выполненным на нем шлицам 20 и шлицевой втулке 21, укрепленной на нижней крышке 15. Вместе с ходовым винтом 18 совершает поступательные перемещения и связанный с ним через шток 6 и соединительную муфту 19 запорный плунжер 7. Корпус уплотнения 5 осуществляет как общее уплотнение (неподвижное соединение) полости клапана, так и уплотнение подвижного штока 6 с дренажом возможных протечек газа из промежуточной камеры уплотнения «на свечу» (на фиг. 1 не показано). Проставок 8, на котором установлен электропривод 9, выполнен с «окнами» (на фиг. 1 не показаны), через которые муфтой 19 соединяют шток 6 плунжера 7 с ходовым винтом 18. Через коробку 31 подводятся кабели для подачи электропитания и команд управления от блока управления клапаном.
Профилирование пары «плунжер-седло» обеспечивает возможность регулирования потока рабочей среды через клапан в широком диапазоне расходов в зависимости от характеристик и назначения конкретной газотурбинной установки (ГТУ).
Предлагаемый Клапан регулирующий был изготовлен и находится в опытно-промышленной эксплуатации (больше года) на одной из компрессорных станций магистрального газопровода ПАО «Газпром».