СТУПЕНЧАТЫЙ ЗАТВОР РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА
CONTROL BODY STEPPED GATE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, конкретно к регулирующим органам регулирующей трубопроводной арматуры, и может быть использовано в различных технологических системах для регулирования проводимой среды с необходимыми пропускными (расходными) характеристиками
Известен ступенчатый регулирующий орган (см. а.с. 276663, F16K 1/12), содержащий управляемый шпинделем ступенчатый с наклонными зубчатыми канавками плунжер, перекрывающий конфузорный канал в седле, закрепленном в корпусе, имеющем входной и выходной патрубки.
К недостаткам известного решения относится не только трудоемкость изготовления плунжера, требующая специальной оснастки, инструмента как режущего, так и мерительного, но невозможность без дополнительных исследований определить рациональные габариты наклонных канавок плунжера, а значит и пропускную характеристику.
Известен также ступенчатый регулирующий орган (см. RU 8434 U1 F16K 1/02), прототип, содержащий закрепленное в корпусе седло, на проточной конфузорной части которого нормально выполнены прямоугольные канавки, взаимодействующие через поток проводимой среды с управляемым шпинделем ступенчатым плунжером, на наружной поверхности которого также нормально выполнены прямоугольные канавки.
К недостаткам данного устройства следует также отнести не только трудоемкость изготовления как седла, так и плунжера, требующих специальной оснастки, режущего и мерительного инструмента, но и уникальную (не линейную и не равнопроцентную) для данного устройства пропускную характеристику, обусловленную тем, что образующие плунжера и стенки седла расположены параллельно, а эффект канавок (гребешков) значительно ослабевает при подъеме плунжера, при этом вихри проводимой среды, образующиеся внутри канавок, энергетически малорасходные и не создают дополнительного сопротивления, так как поток проводимой среды проходит практически прямо между седлом и плунжером.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение трудоемкости изготовления ступенчатого регулирующего органа и получение за счет его геометрических параметров любой требуемой пропускной характеристики.
Поставленная задача решается тем, что ступенчатый затвор регулирующего органа, содержащий седло, закрепленное в корпусе, перекрываемое коническим ступенчатым плунжером, управляемым шпинделем, при этом проходной канал седла выполнен цилиндрическим и снабжен конусным уплотнительным полем, взаимодействующим с ответным полем опорной ступени плунжера, а все последующие ступени выполнены цилиндрическими, диаметры которых, их количество и длина определяют точки координат построения графика пропускной способности затвора, при этом торец последней цилиндрической ступени плунжера может быть выполнен коническим, а грани торцевых поверхностей цилиндрических ступеней снабжены фасками.
На фиг. 1 показан продольный разрез ступенчатого затвора регулирующего органа; на фиг. 2 - выноска I на фиг. 1; на фиг. 3 - фиг. 2 в открытом положении; на фиг. 4 - вариант фиг. 2; на фиг. 5 - графики пропускных характеристик.
Ступенчатый затвор регулирующего органа состоит из закрепленного в корпусе 1 с входным каналом 2 и выходным каналом 3 седла 4 с проходным каналом 5, имеющим уплотнительное конусное поле 6, взаимодействующее с уплотнительным полем 7 на опорной ступени 8 плунжера 9, имеющим последовательно уменьшающиеся по диаметрам цилиндрические ступени 10. (От 10.1 до 10.10).
Причем количество, длина и диаметр ступеней 10 и определяют необходимую пропускную характеристику (будь то равнопроцентная, либо прямолинейная). Плунжер 9 управляется приводом (на фиг. не показан) через шпиндель 11, уплотненный относительно крышки 12, установленной на корпусе 1 и через проставку 14 фиксирующей седло 4 в корпусе 1. Как вариант на торцах цилиндрических ступеней могут быть выполнены фаски 15, а последний торец 16 цилиндрической ступени 10, 10 может быть выполнен коническим.
Построение графиков зависимости площади проходного сечения канала от хода плунжера в декартовых прямоугольных координатах производится следующим образом.
По оси «абсцисс» откладываются значения длин «L» цилиндрических ступеней 10.1÷10.10 в пропорциональном в рекомендованном ГОСТ Р 55508 - 2013 значении хода плунжера 9, а по оси «ординат» - площадь проходного сечения канала «а» между средней частью образующей цилиндрических ступеней 10.1÷10.10 плунжера 9 и нижней кромкой уплотнительного поля 6 седла 4, определяемая по формуле:
vi
где K - пропускная способность затвора, при i-м положении плунжера 9 регламентирована ГОСТ Р 55508-2013 или специальная по требованию заказчика;
μ - коэффициент расхода затвора при i-м положении плунжера 9;
ρ - плотность воды;
ΔР - перепад давления на затворе.
Затем от каждой точки проводим координаты по оси «абсцисс» и по оси «ординат» и соединяем точки пересечения координат одной линией.
1
1
2
2
10
10
т.е. I и S; I и S; … I и S - получаем зависимость площади сечения между седлом и плунжером от суммы длин ступеней последнего для линейной пропускной характеристики,
1
1
2
2
10
10
i
i
i
а I и S;. I и S; … I и S - получаем зависимость площади сечения между седлом и плунжером от суммы длин ступеней последнего для равнопроцентной характеристики.
Это и будут графики зависимости площади сечения канала от хода плунжера, которые обеспечивают требуемую пропускную характеристику ступенчатого затвора регулирующего органа.
pi
s
Определив S площади проходных сечений канала между ступенями плунжера и седлом и зная площадь проходного сечения S седла, определяем диаметры цилиндрических ступеней плунжера по формуле:
Изменение количества, диаметров и длин ступеней позволяет получить любую требуемую пропускную характеристику.
При необходимости уменьшения коэффициента сопротивления затвора каждая цилиндрическая ступень 10.1÷10.10 плунжера 9 может иметь фаску 15.
Таким образом, благодаря тому, что канал в седле выполнен цилиндрическим, а плунжер имеет цилиндрические ступени, для получения которых не требуется специального оборудования, оснастки, режущего и мерительного инструмента, так как весь процесс изготовления обеспечивается универсальным оборудованием, режущим и мерительным инструментом, чем значительно снижается трудоемкость изготовления. Но при этом обеспечивается любая специальная или регламентированная ГОСТ Р 55508-2013 пропускная характеристика при максимальном значении условной пропускной способности благодаря тому, что присутствует дополнительная потеря энергии, затрачиваемая на постоянное вихреобразование за торцами цилиндрических ступеней плунжера с последующим срывом вихрей и их смешение с образованием завихренного потока проводимой среды, что увеличивает коэффициент сопротивления и уменьшает скорость проводимой среды при том же перепаде давления.