РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
CONTROL UNIT

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным клапанам, и может быть использовано в энергетике, в нефтяной и газовой промышленности.
Сложность управления расходом теплоносителя в энергонапряженных объектах (ЭНО) заключается в том, что велики требуемые показатели эффективности этих устройств - коэффициенты дросселирования потока (отношение перепада давления на управляющем устройстве к квадрату расхода протекающего через него теплоносителя).
Особенностью регулирования расхода теплоносителя в ЭНО является широкий диапазон его изменения, т.е. должно обеспечиваться сильное дросселирование при малых открытиях и слабое при больших.
Обычные устройства управления расходом с профилированным зазором между регулирующим органом и седлом пригодны только для относительно легких условий эксплуатации. Они могут обеспечить требуемое в ЭНО дросселирование лишь за счет малой площади проходного сечения. Это приводит к резкому возрастанию скорости течения теплоносителя и существенному снижению срока службы устройств из-за эрозионного или кавитационного износа или вибрационного разрушения. Узкое проходное сечение может быть подвержено засорению, при котором снижение расхода может достичь недопустимой величины.
В профилированном зазоре без искусственного дросселирования мало сопротивление проточной части (ПЧ), поэтому требуется сильно уменьшать зазор между плунжером (золотником) и седлом или вставкой. Здесь трудно выставлять «ноль» из-за сильного влияния допусков на изготовление.
Для повышения надежности работы устройств управления расходом применяют средства, увеличивающие площадь проточной части и уменьшающие скорость течения (искусственная шероховатость, внезапные повороты и т.п.). Это уменьшает вероятность засорения проточной части, эрозии, кавитации и вибрации ее элементов.
Известны дроссельно-регулирующие устройства, в которых для повышения надежности и производительности путем снижения скорости в узком сечении регулирующего клапана и устранения кавитации применяются дроссельные гребешки и межгребенчатые камеры [SU 813064 A1, кл. F61K 1/52, 47/04, 15.03.1981].
Известны устройства, в которых применяли конический плунжер с гребешками и межгребенчатыми камерами [SU 3185438 A, кл. F16K 1/34, 25.05.1965] и [SU 276663 A1, F61K 1/12, 01.01.1970].
В конусном клапане сопротивление возрастает из-за сопротивления по длине щели, поэтому увеличивается площадь проходного сечения при одинаковом расходе.
К недостаткам таких устройств следует отнести снижение проходного сечения конусной проточной части относительно полнопроходной, что обуславливает увеличение гидравлического сопротивления и снижение пропускной способности.
Известное устройство, принятое за прототип, представляет собой соосный (прямоточный) регулирующий клапан, содержащий корпус с выходным и выходными патрубками, запорный орган в виде полного плунжера с наружным кольцевым выступом и профильную вставку [SU 2243434 C1, кл. F61K 1/12, 3/24, 27.12.2004].
К недостаткам этого устройства можно отнести высокую скорость течения в прикрытом состоянии, из-за малых площадей проходного сечения и малого коэффициента гидравлического сопротивления, что может вызывать разрушение плунжера и профильной вставки (эрозионный износ и/или вибрация).
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а технический результат, получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационных характеристик за счет снижения скорости течения и увеличения площади регулируемого проходного сечения, в результате чего повышается эрозионная стойкость плунжера и продольной вставки, снижается шум, исходящий от устройства при дросселировании потока.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в регулирующем соосном (проточном) устройстве, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, гидравлически разгруженный регулирующий орган в виде полого плунжера, кинематически связанного с приводным устройством, и направляющий цилиндр, в котором может перемещаться полый плунжер, на концевой наружной части трубчатого полого плунжера со стороны выходного патрубка выполнены дроссельные параллельные канавки, корпус со стороны выходного патрубка содержит профилированную вставку в области выходного отверстия, плавно расширяющуюся к внутренней стороне корпуса клапана, так что плунжер и вставка образуют общую дроссельно-регулирующую щель, площадь которой меняется при перемещении плунжера в направляющем цилиндре.
Кроме того, дроссельные параллельные канавки выполнены по длине хода плунжера, который равен или близок расстоянию от выхода из профильной вставки клапана до торца направляющего цилиндра.
Кроме того, канавки в поперечном сечении выполнены квадратными.
Кроме того, входной и выходной патрубки выполнены в виде сопловых переходов:
конфузора и диффузора.
На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого регулирующего соосного устройства (РСУ): сверху от оси в открытом положении, а снизу - в закрытом положении.
Устройство включает в себя наружный корпус 1, полый плунжер 2, например, с зубчатой рейкой 3 для поступательного перемещения плунжера 2, внутренний корпус (направляющий цилиндр) 4, в котором поступательно перемещается плунжер 2 от привода 5, кольцевую профильную вставку 6, установленную в наружном корпусе 1 для возможности регулирования расхода рабочей среды по заданному закону при движении плунжера 2, входной 7 и выходной 8 патрубки для установки РСУ в трубопровод, входной 9 и выходной 10 фланцы наружного корпуса для обеспечения снятия (выемки) устройства без вырезки из трубопровода.
На концевой наружной части плунжера 2 выполнены дроссельные параллельные канавки 11, которые вместе с профилирующей вставкой 6 образуют дроссельно-регулирующую цепь 12, площадь которой меняется при изменении плунжера 2 в направляющем цилиндре 4.
Дроссельные канавки 11 выполнены по длине хода плунжера (на чертеже показано шесть дроссельных канавок 11), причем ход плунжера близок или равен расстоянию от выхода из продольной вставки 6 до торца направляющего цилиндра 4.
Сопротивление щели возрастает, когда одна ее сторона или обе выполняются с параллельными дроссельными канавками. Эффект интенсификации дросселирования объясняется тем, что кольцевая струя сначала создает, а потом постоянно крутит вихри в кольцевых канавках.
Максимальная пропускная способность регулирующего устройства (РУ) определяется кольцевой щелью между главным корпусом РУ и корпусом плунжера. Переход от нее к дроссельной щели должен выполняться плавным с использованием профильной вставки.
Входной и выходной патрубки 7 и 8 выполнены в виде плавных сопловых переходов - конфузорного и диффузорного.
Регулирующее соосное устройство (РСУ) работает следующим образом. На устройство снизу от оси показано в закрытом состоянии. Плунжер 2 перекрывает отверстие профильной вставки 6. РСУ в закрытом положении установлено в трубопровод, в котором рабочая среда слева и справа от выходного отверстия находится под перепадом давления ΔР. Разница давлений рабочей среды на крайнем гребешке правой кольцевой канавки плунжера 2позволит ему надежно находиться в крайнем положении. При повороте на открытие с помощью привода 5 плунжер 2 поступательно перемещается влево, в сторону патрубка 7. Перемещение плунжера обеспечивается, например, шестерней вала, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой 3 плунжера 2. Регулирование расхода рабочей среды осуществляется при перемещении плунжера из положения полностью закрытого РСУ в положение полностью открытое и обратно. Профиль вставки 6 обеспечивает реализацию заданной расходной характеристики. Для перемещения плунжера может быть использован электропривод или ручной привод.
При необходимости установки определенного расхода среды перемещают плунжер 2 относительно профильной вставки 6. При этом между гладкой и зубчатой поверхностями плунжера 2 и вставки 6 образуется дросселирующая щель. Поток жидкости в клапане из входного патрубка 7 попадает в кольцо, образованное корпусами 1 и 4, далее проходит по дроссельной щели 12 и по патрубку 8 выходит в трубопровод.
Изменяя расстояние между стенками плунжера и вставки, регулируют степень дросселирования и расход среды. В зависимости от расстояния меняется скорость среды и энергия, затрачиваемая на кручение вихрей в кольцевых дроссельных канавках.
В предлагаемом устройстве высокая степень дросселирования при малых его открытиях достигается благодаря высокому гидравлическому сопротивлению щели с искусственно шероховатой стенкой, а увеличение пропускной способности - благодаря конфузорно-диффузорному исполнению проточной части корпуса и исключению влияния шероховатости при больших открытиях. Возможность замены РСУ без вырезки из трубопровода упрощает эксплуатацию устройства.
Из вышеизложенного следует, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.
Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области техники, то есть соответствует критериям изобретения.