дроссельное устройство

Формула изобретения

1. Дроссельное устройство, содержащее корпус с осевым входом и выходом, внутри которого на пилонах размещена центральная камера и предкамера с расположенными в них гильзовым затвором и механизмом перемещения последнего, выполненного из рейки и шестерни, каналов подачи и отвода охлаждающего воздуха, при этом рейка жестко связана со штоком гильзового затвора и смещена относительно оси шестерни на величину радиуса делительной окружности шестерни, отличающееся тем, что оно снабжено силовыми штифтами, установленными в плоскости оси шестерни, а также внутренним экраном, размещенным в центральной камере, и внешним экраном, расположенным внутри корпуса.

2. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы подачи и отвода охлаждающего воздуха соединены с полостью, образованной внутренним экраном, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями.

3. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний экран расположен эквидистантно относительно внутренней поверхности корпуса и состоит из подвижных частей, каждая из которых выполнена с отверстиями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано для регулирования расходов высокотемпературных газов в испытательных стендах авиадвигателей, а также в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известна кольцевая задвижка (см. А.Ф.Гуревич “Расчет и конструирование трубопроводной арматуры”, Л.: Машиностроение, Л.:, 1969 г., стр.65, рис.37). Устройство кольцевой задвижки содержит механизм перемещения поршня с обтекателем, состоящий из винтового привода с парой конических шестерен, размещенный в изолированном от среды пространстве - камере, а в предкамере находится поршень с обтекателем. Камера и предкамера данной кольцевой задвижки жестко связаны с корпусом пилонами. Винтовой привод имеет ручное управление.

Данная конструкция не может работать в зоне высоких температур. Жесткая связь камеры и предкамеры посредством пилонов с корпусом во время работы задвижки как элемента трубопровода в зоне высоких температур приводит к возникновению повышенной концентрации напряжений в пилонах из-за неравномерного прогрева пилонов и корпуса.

Кроме того, механизм перемещения поршня с обтекателем, хотя и расположен в замкнутом пространстве - камере, но не имеет принудительного охлаждения, а это значит, камера будет прогреваться до температуры дросселируемого газа, что недопустимо, так как в таких условиях винтовой привод с парой конических шестерен работать не может из-за возможной большой концентрации напряжений.

Далее, при прохождении газа через контур кольцевой задвижки по тракту будет иметь место теплоизлучение, которое тем значительнее, чем выше температура. А в данной конструкции отсутствуют как теплоизоляция, так и система охлаждения и экранирования корпуса и камеры.

Известна также задвижка (каталог фирмы RZD, MakVeld B.V., Голландия - аналог). Устройство задвижки содержит корпус, центральную камеру, пилоны, механизм привода, который выполнен из двух взаимно пересекающихся реек, одна из которых связана с клапаном, а другая - с приводом. Причем центральная камера, где расположен механизм привода, на пилонах жестко связана с корпусом.

Данная конструкция тоже не может работать в зоне высоких температур, так как без принудительного охлаждения невозможно обеспечить надежное взаимодействие двух взаимно пересекающихся реек и избежать большой концентрации напряжений в местах зацепления.

Повышенная концентрация напряжений возникает под влиянием высокой температуры и давления и в пилонах, с помощью которых центральная камера связана с корпусом.

Наконец, если рассматривать задвижку в состоянии “открыто”, как элемент трубопровода, то для уменьшения теплопотерь по тракту корпус задвижки должен быть теплоизолирован или иметь охлаждение, а ее проточная часть, как и центральная камера, должна быть экранирована, что в данной конструкции отсутствует.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является “Дроссельное устройство” (см. Патент US 1919165 А, кл. F 16 К 1/12, 18.07.1933 - прототип). Описанное дроссельное устройство содержит корпус с осевым входом и выходом, внутри которого на пилонах размещены центральная камера и предкамера с расположенными в них гильзовым затвором и механизмом перемещения последнего, выполненного из рейки и шестерни, каналов подачи и отвода охлаждающего воздуха, при этом рейка жестко связана со штоком гильзового затвора и смещена относительно оси шестерни на величину радиуса делительной окружности шестерни.

В данном дроссельном устройстве отсутствие жесткой осевой фиксации центральной камеры относительно корпуса является существенным недостатком конструкции, что способствует возникновению дополнительных температурных напряжений при работе дроссельного устройства в зоне высоких температур. Кроме того, в данной конструкции имеют место тепловые потери газа за счет излучения по тракту дросселирования в пределах осевой длины дроссельного устройства с учетом принудительного охлаждения центральной камеры, где расположен механизм перемещения гильзового затвора, что тоже является недостатком рассмотренной конструкции.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении надежности и технологичности конструкции, обеспечении работоспособности дроссельного устройства при высоких температурах, а также уменьшении тепловых потерь по тракту дросселирования.

Это достигается за счет фиксации центральной камеры относительно корпуса силовыми штифтами, расположенными в плоскости оси шестерни механизма привода, изменения конфигурации штока, жестко связанного с рейкой и шарнирно - с гильзовым затвором, а также за счет принудительного охлаждения центральной камеры и экранирования последней, как и экранирования внутренней стенки корпуса дроссельного устройства.

Указанная техническая задача решается тем, что дроссельное устройство, содержащее корпус с осевым входом и выходом, внутри которого на пилонах размещены центральная камера и предкамера с расположенными в них гильзовым затвором и механизмом перемещения последнего, выполненного из рейки и шестерни, каналов подачи и отвода охлаждающего воздуха, при этом рейка жестко связана со штоком гильзового затвора и смещена относительно оси шестерни на величину радиуса делительной окружности шестерни, снабжено силовыми штифтами, установленными в плоскости оси шестерни, а также внутренним экраном, размещенным в центральной камере, и внешним экраном, расположенным внутри корпуса.

Кроме того, каналы подачи и отвода охлаждающего воздуха соединяются с полостью, образованной внутренним экраном, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями, а внешний экран расположен эквидистантно относительно внутренней поверхности корпуса и состоит из подвижных частей, каждая из которых выполнена с отверстиями.

На фиг.1 показано дроссельное устройство, на фиг.2 - разрез А-А дроссельного устройства (фиг.1), фиг.3 - детали дроссельного устройства вида I (фиг.2).

Дроссельное устройство содержит корпус 1 с осевым входом и выходом (не обозначены), внутри которого на пилонах 2 размещены центральная камера 3 и предкамера 4 с расположенными в них гильзовым затвором 5 и механизмом его перемещения. Механизм перемещения выполнен в виде рейки 6, жестко связанной со штоком 7, и шестерни 8, закрепленной на валу 9. На другом конце вала 9 расположена шестерня 10. Шестерня 10 входит в зацепление с рейкой 11, жестко связанной с валом 12, управляемым приводом 13.

Внутри центральной камеры 3 расположен внутренний экран 14, а в проточной части корпуса 1 размещены подвижные части внешнего экрана 15. Осевая фиксация центральной камеры 3 относительно корпуса 1 осуществляется силовыми штифтами 16, установленными в плоскости оси шестерни 8.

В корпусе 1 выполнены канал 17 подачи охлаждающего воздуха через кольцевой зазор между валом 9 и внутренней поверхностью упругой втулки 18 и канал 19 отвода охлаждающего воздуха.

Каналы подачи 17 и отвода 19 охлаждающего воздуха соединяются с полостью (не обозначена), образованной внутренним экраном 14 в центральной камере 3.

Рейка 6, жестко связанная со штоком 7 гильзового затвора 5, смещена относительно оси шестерни 8, сидящей на валу 9, на величину радиуса делительной окружности (В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2, М.: Машиностроение, 1982 г., стр.260, рис.9) шестерни 8.

Внутренний экран 14 выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями.

Внешний экран 15 расположен эквидистантно относительно внутренней поверхности корпуса 1 и состоит из нескольких подвижных частей, каждая из которых выполнена с отверстиями.

Дроссельное устройство работает следующим образом.

Через канал 17 подачи охлаждающего воздуха и кольцевой зазор между валом 9 привода и внутренней поверхностью упругой втулки 18 в полость, образованную внутренним экраном 14 в центральной камере 3 (размещенной на пилонах 2), подается воздух для охлаждения механизма перемещения гильзового затвора 5. Из указанной полости центральной камеры 3 воздух поступает в канал 19 отвода охлаждающего воздуха. Внутренний экран 14 улучшает охлаждение механизма перемещения гильзового затвора 5 и уменьшает влияние охлаждающего воздуха, подаваемого в центральную камеру 3, на температуру дросселируемого газа по всему тракту дроссельного устройства.

Перфорированные подвижные части внешнего экрана 15 снижают теплопотери дросселируемого газа, проходящего через дроссельное устройство. Осевая фиксация центральной камеры 3 относительно корпуса 1 обеспечивается силовыми штифтами 16.

Процесс дросселирования осуществляется с помощью привода 13, который через рейку 11, жестко связанную с валом 12, входящую в зацепление с шестерней 10, жестко посаженной на вал 9 (на его выходном конце), приводит во вращение соединенную с валом 9 шестерню 8, входящую в зацепление с рейкой 6, жестко связанной со штоком 7, на котором закреплен гильзовый затвор 5. В результате перемещения гильзового затвора 5 в предкамере 4 происходит изменение проходного сечения дроссельного устройства, т.е. реализуется процесс дросселирования.

По сравнению с аналогами и прототипом по своей технической сущности и достигаемому техническому результату предлагаемое авторами дроссельное устройство позволяет работать в зоне высоких температур, например 873К (600°С) и давлений 5 МПа (50 кгс/см²) при условных проходах 500 мм, что значительно расширяет возможность регулирования расходов высокотемпературных газов на испытательных стендах авиадвигателей. Данное дроссельное устройство может найти применение во многих отраслях промышленности.