запорно-регулирующее устройство

Формула изобретения

1. Запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с соосно расположенными двумя последовательно открываемыми запорными органами, причем соосно с корпусом закреплен направляющий цилиндр для первого запорного органа, расположенного с возможностью перемещения относительно направляющего цилиндра и взаимодействия с седлом, а второй запорный орган выполнен в виде уменьшенной копии первого запорного органа и соединен с сервоприводом, при этом направляющий цилиндр второго запорного органа закреплен с направляющим цилиндром первого запорного органа со стороны выхода потока, отличающееся тем, что корпус расположен вертикально таким образом, что вход потока регулируемой среды в полость корпуса сообщен через боковое отверстие, а выход потока - с нижним торцом корпуса, в котором закреплен перфорированный проходными отверстиями направляющий цилиндр для первого запорного органа, представляющего собой перемещаемый с наружной стороны направляющего цилиндра полый стакан, со стороны выхода потока взаимодействующий с седлом направляющего цилиндра, а с противоположной стороны кольцевой уступ стакана с разгрузочными отверстиями оперт возвратной пружиной относительно заглушенного верхнего торца корпуса, при этом направляющий цилиндр второго запорного органа перфорирован проходными отверстиями, и со стороны выхода потока закреплен с направляющим цилиндром первого запорного органа, а с противоположной стороны дно стакана второго запорного органа оперто относительно дна стакана первого запорного органа возвратной пружиной и соединено штоком с сервоприводом, кроме того, стакан первого запорного органа установлен с возможностью перемещения внутри охватывающего его промежуточного цилиндра, закрепленного с верхним заглушенным торцом корпуса и образующего совместно с кольцевыми уступом стакана демпфирующую полость, сообщающуюся с выходом потока с одной стороны через второй запорный орган, с другой - с кольцевой полостью, образованной стаканом первого запорного органа и цилиндрической стенкой корпуса, посредством продольных пазов на внутренней стенке промежуточного цилиндра протяженностью более величины рабочего хода стакана первого запорного органа, при этом нижний торец упомянутого цилиндра расположен на уровне, по крайней мере, не выше нижней кромки бокового отверстия входа потока в полость корпуса, кроме того, проходные отверстия направляющего цилиндра первого запорного органа, выполненные, например, в виде продольных равнорасположенных по окружности радиально ориентированных пазов, размещены со смещением относительно нижней кромки стакана с возможностью обеспечения при его подъеме последовательного открытия каждой диаметрально расположенной пары упомянутых проходных отверстий.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площади сечений разгрузочных отверстий и пазов первого запорного органа выполнены не менее площади проходных отверстий направляющего цилиндра второго запорного органа, а оптимальное соотношение площадей сечений проходных отверстий первого и второго запорного органов должно быть, приблизительно равно 10: 1 соответственно.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области гидропневмоавтоматики и может найти применение и установках, требующих дросселирования потоков с высокой точностью и в широком диапазоне по расходу, например, на газораспределительных станциях (ГРС), обслуживающих потребителей природного газа в условиях значительного (до 1000 - кратного) изменения газопотребления при сохранении постоянного давления в низконапорном газопроводе.

Известны запорно-регулирующие устройства с двумя последовательно открываемыми запорными органами, которые расположены соосно с корпусом.

Наиболее близким по технической сущности выбрано запорно-регулирующее устройство (авт. св. СССР N 411258, М.кл. F 16 K 1/12, 1971), содержащее корпус с соосно расположенными двумя последовательно открываемыми запорными органами, причем соосно с корпусом закреплен направляющий цилиндр для первого запорного органа, расположенного с возможностью перемещения относительно направляющего цилиндра и взаимодействия с седлом, а второй запорный орган выполнен в виде уменьшенной копии первого запорного органа и закреплен с направляющим цилиндром первого органа со стороны выхода потока (прототип).

Недостатком указанного устройства является то, что радиальные ребра крепления направляющих элементов для запорно-регулирутощих органов размещены в высокоскоростном потоке "сдросселированного" газа, который в общем случае может содержать механические примеси. Как показывает практика, это приводит к их эрозионному износу, что снижает эксплуатационную надежность и ресурс устройства в целом. Кроме того, горизонтальное расположение корпуса с осесимметричным течением потока при диаметрах условного прохода Ду (200-400) мм при необходимости замены изношенных рабочих элементов устройства, приходится полностью отстыковывать его от трубопровода, что вызывает определенные сложности при расположении ГРС, например, в труднодоступных районах Крайнего Севера, а наличие двух самостоятельных приводов значительно усложняют конструкцию запорно-регулирующего устройства. Следует отметить также, что значительные массы запорных органов приводят к несимметричному и преждевременному износу их уплотняющих элементов.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и ресурса устройства, удобство эксплуатации, упрощение его конструкции с сохранением достаточно высокой точности регулирования потоков в широком диапазоне их расходов.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве в отличие от известного корпус установлен вертикально таким образом, что вход потока регулируемой среды в полость корпуса осуществлен через боковое отверстие, а выход потока - с нижнего торца корпуса, в котором закреплен перфорированный проходными отверстиями направляющий цилиндр для первого запорного органа, представляющего собой перемещаемый с наружной стороны направляющего цилиндра полый стакан, со стороны выхода потока взаимодействующий с седлом направляющего цилиндра. С противоположной стороны кольцевой уступ упомянутого стакана с разгрузочными отверстиями оперт возвратной пружиной относительно заглушенного верхнего торца корпуса. При этом второй запорный орган, представляющий собой уменьшенную копию первого, своим направляющим цилиндром, перфорированным проходными отверстиями, со стороны выхода потока закреплен с направляющим цилиндром первого запорного органа, а с противоположной стороны дно его стакана оперто относительно дна стакана первого запорного органа возвратной пружиной и соединено штоком с сервоприводом. Для защиты рабочих элементов устройства от воздействия (силового и эрозионного) потока, входящего в полость корпуса через боковое отверстие, стакан первого запорного органа установлен с возможностью перемещения внутри охватывающего его промежуточного цилиндра, закрепленного с верхним заглушенным концом корпуса и образующего совместно с кольцевым уступом стакана демпфирующую полость. Указанная полость сообщается с выходом потока с одной стороны через второй запорный орган, с другой - с кольцевой полостью, образованной стаканом первого запорного органа и цилиндрической стенкой корпуса, посредством продольных пазов, расположенных на внутренней стенке промежуточного цилиндра протяженностью более величины рабочего хода стакана первого запорного органа. При этом нижний торец упомянутого цилиндра расположен на уровне, по крайней мере, не выше нижней кромки бокового отверстия входа потока в полость корпуса устройства. Для обеспечения "плавной" работы устройства при подключении (выключении) первого запорного органа проходные отверстия направляющего цилиндра первого запорного органа, выполненные, например, в виде продольных и равнорасположенных по окружности радиально ориентированных пазов, размещены со смещением относительно нижней кромки стакана с возможностью обеспечения при его подъеме последовательного открытия каждой диаметрально расположенной пары упомянутых проходных отверстий.

На прилагаемом чертеже на фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе и на фиг. 2 - диаметральное сечение А-А на фиг.1 напротив входного бокового отверстия.

Запорно-регулирующее устройство содержит два последовательно открываемых запорных органа, расположенных соосно с корпусом 1. При этом корпус 1 установлен вертикально таким образом, что вход потока в полость корпуса осуществлен через боковое отверстие 2, а выход - с нижнего торца 3 корпуса. В корпусе 1 закреплен перфорированный проходными отверстиями 4 направляющий цилиндр 5 для первого запорного органа, представляющего собой перемещаемый с наружной стороны направляющего цилиндра 5 полый стакан 6, со стороны выхода потока взаимодействующий с седлом 7 направляющего цилиндра 5. С противоположной стороны кольцевой уступ 8 упомянутого стакана 6 с разгрузочными отверстиями 9 оперт возвратной пружиной 10 относительно заглушенного верхнего торца 11 корпуса 1. При этом второй запорный орган, представляющий собой уменьшенную копию первого, своим направляющим цилиндром 12, перфорированным проходными отверстиями 13, со стороны выхода потока закреплен с направляющим цилиндром 5 первого запорного органа, а с противоположной стороны дно 14 его стакана 15 оперто относительно дна 16 стакана 6 первого запорного органа возвратной пружиной 17 и соединено штоком 18 с сервоприводом (на чертеже не показан, так как может быть по желанию заказчика любого типа: пневматическим, пневмо-гидравлическим или электрическим).

Стакан 6 первого запорного органа установлен с возможностью перемещения внутри охватывающего его промежуточного цилиндра 19, закрепленного с верхним заглушенным торцом 11 корпуса 1 и образующего совместно с кольцевым уступом 8 стакана 6 демпфирующую полость 20, сообщающуюся с выходом потока с одной стороны через второй запорный орган, с другой - кольцевой полостью 21, образованной стаканом 6 первого запорного органа и цилиндрической стенкой корпуса 1, посредством продольных пазов 22, расположенных на внутренней стенке промежуточного цилиндра 19 протяженностью более величины рабочего хода стакана 6. При этом нижний торец цилиндра 19 должен быть расположен на уровне, по крайней мере, не выше нижней кромки бокового отверстия 2. Кроме того, проходные отверстия 4, выполненные, например, в виде продольных и равнорасположенных по окружности радиально ориентированных пазов, расположены со смещением относительно нижней кромки стакана таким образом, что при его подъеме обеспечено последовательное открытие каждой диаметрально расположенной пары упомянутых отверстий 4. Немаловажно и то, что площади сечений разгрузочных отверстий 9 и пазов 22 должны быть не менее площади проходных отверстий 13 направляющего цилиндра 12, а оптимальное соотношение площадей сечений проходных отверстий 4 и 13, приблизительно равно 10:1 соответственно.

Предлагаемое устройство работает в следующей последовательности.

По сигналу от пилота управления, настроенного на поддержание давления на выходе из устройства, приводится в движение шток 18 сервопривода, при этом перемещается вверх стакан 15 второго запорного органа, пропорционально открывая перекрытые ранее проходные отверстия 13, через которые газ поступает в полость выхода низкого давления. Таким образом, осуществляется работа устройства на малых расходах газа. При увеличении газопотребления стакан 15, перемещаясь вверх, в момент полного открытия проходных отверстий 13 наталкивается на дно 16 стакана 6 первого запорного органа, открывая перекрытые ранее проходные отверстия 4. А за счет того, что отверстия 4 выполнены в виде продольных пазов и расположены со смешением относительно нижней кромки стакана, обеспечивается плавное увеличение расхода регулируемого газа. Таким образом, работа устройства на больших расходах газа обеспечивается открытием первого запорного органа при полностью открытом втором запорном органе. Закрытие устройства осуществляется в обратном порядке: вначале запирается первый запорный орган, затем - второй. Причем при необходимости экстренного (но безударного) закрытия устройства срабатывает демпфирующее действие полости 20. Наличие охватывающего промежуточного цилиндра 19 обеспечивает защиту рабочих элементов устройства от силового и эрозионного воздействия потока, втекающего в кольцевую полость 21 через боковое отверстие 2.

Таким образом, работа устройства носит двухступенчатый характер и обеспечивает достаточно высокую точность регулирования потоков в широком диапазоне их расходов. При этом высокоростные потоки, которые могут содержать механические примеси, истекающие через радиальные проходные отверстия 4 и 13 в приосевую зону выхода 3, взаимодействуют между собой таким образом, что механические (и прочие) частицы концентрируются преимущественно в приосевой зоне и при дальнейшем движении не оказывают сильного эрозионного воздействия на трактовые элементы устройства. За счет этого достигается повышение эксплуатационной надежности устройства в целом. С другой стороны, все основные элементы устройства и силового корпуса просты по конструкции и технологичны в исполнении и при необходимости по мере износа могут быть легко и быстро заменены без отстыковки устройства от трубопровода. Кроме того, использование одного привода для обоих запорных органов существенно упрощает конструкцию устройства и повышает его эксплуатационную надежность.

Таким образом, достигается главная цель предлагаемого изобретения - повышение надежности и ресурса устройства, удобство эксплуатации, упрощение его конструкции с сохранением достаточно высокой точности регулирования потоков в широком диапазоне их расходов.