РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА
HOT GAS FLOW RATE REGULATOR

Данное изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций регуляторов, работающих в условиях высоких температур и давлений.
Одной из основных задач для конструкций регуляторов расхода является снижение нагрузки на привод, так называемого шарнирного момента. Основной составляющей этого момента является трение в паре седло - регулирующий элемент.
Известна конструкция регулятора расхода горячего газа (патент РФ №2376518, кл. F16K 5/12, F16K 5/04, G05D 7/00), содержащая корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием, установленное в выходной патрубок, и регулирующий элемент. Седло выполнено составным. Часть седла, контактирующая с регулирующим элементом, выполнена из изотропного углерода, что приводит к снижению трения в регулирующей паре за счет уменьшения коэффициента трения.
Недостатком данной конструкции является то, что в процессе работы регулирующий элемент поджимается к седлу давлением горячего газа, что может привести к разрушению элемента из углерода, не обладающего высокими прочностными свойствами. Кроме того, при работе на горячем газе, в составе которого повышено содержание окислителя, углеродосодержащие детали подвержены эрозионному уносу, что приводит к увеличению расходной площади седла, а в некоторых случаях и к разрушению деталей из углерода.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа (патент РФ №2194206, кл. F16K 5/04), состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, седла с опорным узлом, в цилиндрическое отверстие которого установлен по посадке скольжения цилиндрический регулирующий элемент. Для исключения продавливания регулирующего элемента в расходное отверстие седла на наружной цилиндрической поверхности регулирующего элемента выполнена кольцевая проточка на всю ширину расходного отверстия седла.
К недостатку данной конструкции относится то, что не устранена главная составляющая шарнирного момента, а именно, поджатие регулирующего элемента к седлу давлением газов.
Целью изобретения является повышение надежности работы за счет уменьшения величины шарнирного момента.
Указанная цель достигается тем, что в регуляторе расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками с внутренней теплозащитой, установленное в выходной патрубок седло, заслонку с валом, установленным в подшипники качения, седло выполнено в виде полого цилиндра с глухим торцом и расходными отверстиями, равномерно выполненными на боковой цилиндрической поверхности, при этом цилиндрическая заслонка снабжена внутренней перемычкой и установлена соосно с седлом, охватывая его, с зазором между глухим торцом седла и внутренней перемычкой заслонки, а на боковой цилиндрической поверхности заслонки равномерно выполнены отверстия, сообщенные с отверстиями седла, при этом на боковой цилиндрической поверхности заслонки, ограниченной зазором между глухим торцом седла и внутренней перемычкой заслонки, выполнены дополнительные сквозные отверстия, а седло снабжено графитовым стержнем, установленным в зазор между глухим торцом седла и внутренней перемычкой заслонки, причем торец стержня, обращенный в сторону перемычки, выполнен в виде конуса, а в самой перемычке выполнено ответное коническое углубление, а оси графитового стержня и конического углубления соосны оси цилиндрической поверхности заслонки.
На фиг.1 и 2 изображены общий вид регулятора расхода и его сечение.
Регулятор состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. От прогрева корпус 1 и патрубки 2 и 3 защищены втулками 4, 5, 6 соответственно, выполненными из теплозащитного эрозионно-стойкого материала. В выходной патрубок 3 установлено седло 7, выполненное в виде полого цилиндра с глухим торцом 8 и снабженное равномерно расположенными расходными отверстиями 9. Регулирующий элемент - заслонка 10, выполнена в виде полого цилиндра с равномерно расположенными расходными отверстиями 11. Внутри цилиндрической полости заслонки 10 выполнена перемычка 12. Заслонка 10 установлена на валу 13 при помощи штифтов 14. Вал 13 установлен в подшипники качения 15. Подшипники 15 обеспечивают вращение вала 13 и препятствуют его осевому перемещению. Вал 13 защищен от прогрева втулкой 16. Корпус 1 закрыт крышкой 17 и загерметизирован уплотнительными кольцами 18. На валу 13 установлен рычаг 19. Высота «H» расходных отверстий 9 превышает высоту «h» расходных отверстий 11, чтобы избежать перекрытия отверстий 9 седла 7 за счет допусков на изготовление деталей и сборки изделия. Седло 7 установлено внутрь заслонки 10 соосно последней, а также соосно оси вала 13. Между перемычкой 12 и торцом 8 имеется зазор «Δ». На боковой цилиндрической поверхности заслонки 10, ограниченной величиной зазора «Δ», выполнены сквозные отверстия 20. Между перемычкой 12 и торцом 8 установлен соосно с осью заслонки 10 графитовый стержень 21. Торец стержня 21, обращенный в строну перемычки 12, выполнен в виде конуса, а в самой перемычке 12 выполнено ответное коническое углубление, ось которого соосна оси заслонки 10. Другой торец стержня 21 установлен в цилиндрическое углубление, выполненное в торце 8.
При работе горячие газы поступают внутрь корпуса 1 через патрубок 2 и истекают наружу через расходные отверстия 9 и 11. При повороте вала 13, на который передается усилие через рычаг 19, поворачивается и заслонка 10, которая жестко скреплена с валом 13 через штифты 14. Происходит перекрытие отверстий 9, а следовательно, изменяется расход газов. Благодаря тому, что заслонка 10 установлена соосно с седлом 7 и взаимодействует с ним по цилиндрической поверхности, отсутствует усилие поджатия заслонки 10 к седлу 7 давлением газов, что является основной составляющей шарнирного момента. Кроме того, благодаря тому, что газы через отверстия 20 поступают в зазор между торцом 8 и перемычкой 12, происходит частичная разгрузка заслонки 10 за счет давления газов на перемычку 12. Графитовый стержень 21 обеспечивает соосность цилиндрических поверхностей заслонки 10 и седла 7 при сборке, так как он установлен соосно оси заслонки 10. Благодаря тому, что коническое углубление в заслонке 10 выполнено соосно ее цилиндрической поверхности, а в коническое углубление установлен конический торец стержня 21, устраняется возможный перекос заслонки 10 относительно седла 7, что не приведет к возникновению дополнительного шарнирного момента.
Благодаря тому, что расходные отверстия 9 и 11 выполнены равномерно, улучшается подвод горячего газа, что приводит к увеличению коэффициента расхода газа.
Таким образом, как видно из вышеизложенного, повышается надежность работы регулятора за счет уменьшения шарнирного момента, при этом достигается еще один положительный эффект, а именно за счет уменьшения величины шарнирного момента можно уменьшить вес конструкции.