РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)
CONTROL VALVE (VERSIONS)

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования при разработке и изготовлении регулирующих клапанов (РК) систем автоматического регулирования (CAP) параметров пароэнергетических установок (ПЭУ), эксплуатируемых как на номинальных нагрузках, так и на долевых, в том числе на экономических режимах.
Известны односедельные РК прямого действия, схемы которых представлены на рис.22, стр.48, Ю.Я.Казинер, М.С.Слободкин, Арматура систем автоматического управления (исполнительные устройства), М.: Машиностроение, 1977. Проточная часть этих РК выполнена в виде седла и плунжера с определенной профилировкой. Характер пропускной характеристики РК определяется конструкцией упомянутой профильной части плунжера.
Прототипом заявленного изобретения является РК, содержащий корпус с седлом и подвижной частью - плунжером (Арзуманов Э.С., Гидравлические регулирующие органы систем автоматического управления, М.: Машиностроение, 1985, рис.6, б, фиг.1, стр.15), структурная схема проточной части которого выполнена при направлении потока по схеме прямого действия.
Проточная часть этого РК представляет из себя линейный конфузор с постоянным углом конусности, образованным профилем плунжера. На выходе за минимальным проходным сечением регулируемая среда расширяется в выходной камере по направлению к выходному фланцу РК.
Дозирование регулируемой среды осуществляется за счет изменения площади кольцевого зазора между седлом (с неизменной величиной его диаметра) и плунжером при перемещении последнего от величины протечки (закрытое его положение) до максимального (при полностью открытом положении плунжера).
Недостатком известного клапана является высокий уровень вибраций и акустического шума во всех режимах работы. Последнее обусловлено тем, что при таком конструктивном исполнении элементов проточной части РК эпюры скоростей для всех положений плунжера характеризуются ограничением возможного расширения потока к центральной оси РК за минимальным проходным сечением.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение уровней вибрации и акустического шума на определенном экономическом режиме работы объекта регулирования, являющемся долевым от номинального по гидравлическим параметрам, за счет обеспечения свободного расширения потока за минимальным проходным сечением.
Поставленная задача решается исходя из соображений, что уровни вибраций и акустического шума РК определяются потерями энергии при дросселировании потока, которые в свою очередь (при внезапном расширении потока за минимальным проходным сечением) являются функцией потери скорости потока. Для минимизации последней необходима реализация свободного расширения потока за минимальным проходным сечением в РК, чем обеспечивается симметричная эпюра скоростей и, соответственно, уменьшение ее среднего значения. Последнее, в свою очередь, приводит к уменьшению турбулизации потока и, соответственно, уменьшению потерь энергии.
Для достижения технического результата в малошумном РК, содержащем корпус с профилированными седлом и подвижной частью - плунжером, профильная часть седла имеет участки с различной формой, причем один из участков выполнен в виде цилиндра, второй - в виде конуса, а профильная часть плунжера - в виде конуса.
Такая форма седла и плунжера, при котором верхние кромки седла и плунжера в экономическом режиме работы объекта регулирования находятся в одной горизонтальной плоскости, а истечение регулируемой среды осуществляется из кольцевого зазора, обеспечивает свободное расширение потока, эпюра скоростей за минимальным проходным сечением симметрична (не искажается за счет трения по одной из образующих), турбулизация потока минимальна, и, соответственно, уменьшаются уровни вибрации и акустического шума.
Такой же технический результат достигается в малошумном РК, содержащем корпус с профилированными седлом и подвижной частью - плунжером, отличающимся тем, что профильная часть седла выполнена в виде конуса, профиль плунжера имеет участки с различной формой, причем один из участков выполнен в виде цилиндра, второй - конуса.
Указанный технический результат достигается и в двухседельном регулирующем клапане с проточными частями, выполненными, как указано выше.
Изобретение поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 - структурная схема проточной части одноступенчатого РК прямого действия.
Фиг.2 - структурная схема проточной части одноступенчатого РК обратного действия.
Фиг.3 - структурная схема двухседельного РК.
РК прямого действия (фиг.1) содержит корпус 1 с профилированными седлом 2 и подвижной частью - плунжером 3. Профильная часть седла 2 имеет участки с различной формой, причем первый участок 4 выполнен в виде цилиндра, второй участок 5 - в виде конуса, а профильная часть 6 плунжера 3 - в виде конуса. На фиг.1 также обозначены затвор 7, верхняя кромка 8 плунжера 3 и верхняя кромка 9 седла 2.
Рабочая среда поступает снизу, а увеличение расхода среды осуществляется при перемещении затвора 7 вверх.
На фиг.1 изображено положение седла 2 и плунжера 3 при отсутствии расхода регулируемой среды (режим протечки).
Режиму с минимальными значениями уровней вибрации и акустического шума соответствует положение плунжера 3, при котором его верхняя кромка 8 и верхняя кромка 9 седла 2 находятся в одной горизонтальной плоскости.
РК обратного действия (фиг.2) содержит: корпус 1 с профилированными седлом 2 и подвижной частью - плунжером 3, профильная часть седла 2 выполнена в виде конуса, а профиль плунжера 3 имеет участки с различной формой, причем первый участок 10 выполнен в виде цилиндра, а второй участок 11 - конуса. На фиг.2 также обозначены затвор 7, нижняя кромка 8 плунжера 3 и нижняя кромка 9 седла 2.
Рабочая среда поступает сверху, а увеличение расхода среды осуществляется при перемещении затвора 7 вверх. На фиг.2 изображено положение седла 2 и плунжера 3 при отсутствии расхода регулируемой среды (режим протечки).
Режиму с минимальными значениями уровней вибрации и акустического шума этого варианта РК соответствует положение затвора 7, при котором нижняя кромка 8 плунжера 3 и нижняя кромка 9 седла 2 находятся в одной горизонтальной плоскости.
Малошумный двухседельный РК (фиг.3) содержит корпус 1, входную 12 и выходную 13 камеры, разделенные профильными элементами верхней и нижней проточных частей, т.е. стаканом 14 с седлом 15 верхней и седлом 16 нижней проточной части, и затвором 17 с плунжерами 18 верхней и 19 нижней проточной части.
Конфигурация верхней проточной части двухседельного РК соответствует схеме обратного действия (фиг.2), а нижней проточной части - схеме прямого действия (фиг.1).
На фиг.3 приведено относительное положение седел 15, 16 и плунжеров 18, 19 при отсутствии расхода регулируемой среды (режим протечки).
Малошумный РК (фиг.1) работает следующим образом. В крайнем нижнем положении плунжера 6 (на фиг.1 показано взаимное положение элементов проточной части РК в этом варианте) расход среды (протечка) определяется конструктивным (минимальным) зазором между седлом 2 и плунжером.
При подъеме затвора 7 расход регулируемой среды (при постоянном перепаде давлений на РК) возрастает за счет увеличения площади кольцевого зазора, образующегося между увеличивающимся диаметром седла 2 (за счет конуса 5) и постоянным максимальным диаметром плунжера 3. При этом свободное расширение потока за минимальным проходным сечением ограничено от центра РК верхней конусной проточной частью 5 профиля седла 2.
эр
При положении плунжера, соответствующего экономическому режиму РК (подъем плунжера - h), верхняя плоскость 9 седла 2 и плоскость 8 плунжера 3 находятся в одной горизонтальной плоскости.
В этом положении элементов проточной части РК истечение за минимальным проходным сечением осуществляется со свободным расширением потока и характеризуется оптимальной эпюрой поля скоростей (минимальное среднее ее значение), т.е. процессы расширения потока за минимальным проходным сечением обеспечивают минимальные уровни вибраций и акустического шума.
Этим достигается решение поставленной задачи, т.е. на определенном экономическом режиме работы объекта регулирования, по гидравлическим параметрам являющемся долевым от номинального, минимизируются уровни вибрации и акустического шума за счет обеспечения свободного расширения потока.
При дальнейшем подъеме затвора 7 до максимального пропускная способность увеличивается за счет увеличения площади кольцевого зазора между постоянным диаметром седла 2 (в плоскости 9) и уменьшающимся диаметром конуса 6 плунжера 3. При этом расширение потока за минимальным проходным сечением по направлению к центру РК ограничено профилем конуса 6.
Малошумный РК по сравнению с прототипом характеризуется уменьшением вибрационных и акустических показателей в экономических режимах работы ПЭУ. Остальные особенности конструкций РК остаются без изменения.
При реализации РК по схеме обратного действия, структура которого представлена на фиг.2, рассмотренный выше принцип сохраняется с выполнением формы профильной части седла 2 в виде конуса, а профиля плунжера 3 с двумя участками, первый участок 10 выполнен в виде цилиндра, второй участок 11 - в виде конуса.
Двухседельный РК (фиг.3) работает следующим образом. В крайнем нижнем, закрытом положении затвора 17 (на фиг.3 показано взаимное положение элементов проточной части РК в этом варианте) расход (протечка) определяется конструктивными (минимальными) зазорами между седлом 15 и плунжером 18 верхней проточной части и между седлом 16 и плунжером 19 нижней проточной части.
эр
При подъеме плунжера до положений, соответствующих экономическому режиму h, расход регулируемой среды (при постоянном перепаде давлений на РК) возрастает за счет увеличения площадей кольцевых зазоров, образующихся между постоянным максимальным диаметром седла 15 и уменьшающимся диаметром плунжера 18 верхней проточной части и постоянным максимальным диаметром плунжера 19 и увеличивающимся диаметром седла 16 нижней проточной части.
эр
При положении плунжера, соответствующего экономическому режиму РК (подъем плунжера - h), нижние плоскости седла 15 и плунжера 18, а также верхние плоскости седла 16 и плоскость плунжера 19 находятся в горизонтальных плоскостях.
В этом положении элементов проточной части РК истечение за минимальными проходными сечениями осуществляется со свободным расширением потоков в верхней и нижней проточных частях и характеризуется оптимальными эпюрами полей скоростей (минимальные средние их значения), т.е. процессы расширения потока за минимальным проходными сечениями обеспечивают уменьшение вибрации и акустического шума РК.
При дальнейшем подъеме затвора 17 до максимального пропускная способность увеличивается за счет увеличения площадей кольцевых зазоров, образующихся между увеличивающимся диаметром седла 15 и постоянным минимальным диаметром плунжера 18 верхней проточной части и постоянным максимальным диаметром седла 16 и уменьшающимся диаметром плунжера 19 нижней проточной части.
При отличии профилировки образующих конфузоров седла или затвора от линейных, в зависимости от назначения РК, обеспечиваются требуемые равнопроцентные или иные пропускные характеристики.