дроссельное устройство

Формула изобретения

1. Дроссельное устройство, содержащее корпус в виде трубы, в котором размещены с зазором друг относительно друга дроссельные элементы в виде соосно расположенных дисков с отверстиями, образующими канал для прохода среды, отличающееся тем, что, каждый дроссельный элемент выполнен в виде пакета скрепленных, не проницаемых по плоскостям контакта для рабочей среды тонкостенных дисков так, что одноименные прорези образуют изогнутые профильные пространственные каналы для протока рабочей среды, причем тонкостенные диски установлены с возможностью предустановочных вращательных перемещений вокруг оси тонкостенных дисков и их фиксации в заданном положении.

2. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на равных радиусах, равного размера и имеют одинаковое угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены с поворотом каждого последующего тонкостенного диска с образованием тангенциально изогнутых профильных пространственных каналов.

3. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на разных радиусах, равного размера и имеют одинаковое угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения с образованием радиально изогнутых профильных пространственных каналов, направленных, например, к оси.

4. Дроссельное устройство по п.3, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках дроссельного элемента расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения и с поворотом каждого последующего тонкостенного диска с образованием тангенциально-радиально изогнутых профильных пространственных каналов.

5. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на равных радиусах, разного размера и имеют разное угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены с поворотом каждого последующего тонкостенного диска и с образованием цилиндрических спиральных изогнутых профильных пространственных каналов.

6. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на разных радиусах, разного размера и имеют разное угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения и с образованием конических спиральных профильных пространственных каналов, направленных, например, к оси.

7. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены с наклонными внутренними поверхностями с образованием плавно изменяющегося внутреннего профиля изогнутого пространственного профильного канала.

8. Дроссельное устройство по любому из пунктов 2, 4-6, отличающееся тем, что изогнутые профильные пространственные каналы в последующем дроссельном элементе имеют противоположное угловое направление, чем в предыдущем дроссельном элементе.

9. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в разных тонкостенных дисках дроссельного элемента выполнены разного размера, а в дроссельном элементе расположены с чередованием прорезей разного размера и с образованием щелевых полостей в изогнутом профильном пространственном канале.

10. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что одноименные прорези в различных тонкостенных дисках одного дроссельного элемента выполнены прямоугольной, или эллиптической, или многогранной, или сложной криволинейной формы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно к дроссельным устройствам для срабатывания перепада давления, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС.

Известно дроссельное устройство для многоступенчатого дросселирования, состоящее из дисковых дроссельных элементов, установленных в корпусе в виде трубы (см. Э.Е.Благов, Ивницкий Б.Я. Дроссельно-регулирующая арматура ТЭС и АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.72-73, рис.4.20а, б). Причем отверстия в шайбах располагают со смешением относительно друг друга по ходу потока так, что выходы отверстий предыдущей шайбы не сосны с отверстиями последующей шайбы для того, чтобы не было прямого проскока рабочей среды, а потоки меняли направление для усиления их торможения.

Недостатками конструкции являются: малый перепад на одной шайбе - не более 3 МПа, низкая технологичность изготовления - сверление отверстий в толстостенной шайбе. Уменьшение диаметра отверстий и увеличение их количества (при сохранении суммарной площади для прохода потока среды) улучшает дробление потока, несколько снижает уровень шума, т.к. энергия единичной струи уменьшается. Но это снижает технологичность изделия, т.к. просверлить отверстия малого диаметра в толстостенных дисках, выполненных из труднообрабатываемых материалов (эрозионностойких), затруднительно. Точно рассчитать дроссель затруднительно. Возможности настройки таких конструкций нет. Функциональные возможности по изменению характеристики дроссельного устройства ограничены.

Задача изобретения - уменьшение эрозионного износа, шума, повышение технологичности изготовления дросселирующих элементов, расширение функциональных возможностей по настройке и изменению параметров дроссельного устройства.

Техническим результатом является обеспечение возможности профилирования каналов для прохода рабочей среды простым способом - выполнением одноименных отверстий равного или разного размера с разным расположением по ходу среды, что позволяет влиять на процесс дросселирования.

Технический результат достигается тем, что в дроссельном устройстве, содержащем корпус в виде трубы, в котором размещены с зазором относительно друг друга дроссельные элементы в виде соосно расположенных дисков с отверстиями, образующими канал для прохода среды, каждый дроссельный элемент выполнен в виде пакета скрепленных, не проницаемых по плоскостям контакта для рабочей среды, тонкостенных дисков так, что прорези образуют изогнутые профильные пространственные каналы для протока рабочей среды, причем тонколистовые диски установлены с возможностью предустановочных вращательных перемещений вокруг оси тонколистовых дисков и их фиксации в заданном положении, кроме того:

- одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на равных радиусах, равного размера и имеют одинаковое угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены с поворотом каждого последующего тонкостенного диска с образованием тангенциально изогнутых профильных пространственных каналов;

- одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на разных радиусах, равного размера и имеют одинаковое угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения с образованием радиально изогнутых профильных пространственных каналов, направленных, например, к оси;

- одноименные прорези в тонкостенных дисках дроссельного элемента расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения и с поворотом каждого последующего тонкостенного диска с образованием тангенциально-радиально изогнутых профильных пространственных каналов;

- одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на равных радиусах, разного размера и имеют разное угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены с поворотом каждого последующего тонкостенного диска с образованием цилиндрических спиральных изогнутых профильных пространственных каналов;

- одноименные прорези в тонкостенных дисках выполнены на разных радиусах, разного размера и имеют разное угловое расположение, а в дроссельном элементе расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения с образованием конических спиральных профильных пространственных каналов, направленных, например, к оси;

- прорези в тонкостенных дисках выполнены с наклонными внутренними поверхностями с образованием плавно изменяющегося внутреннего профиля изогнутого профильного пространственного канала;

- тангенциальные или радиально-тангенциальные изогнутые профильные пространственные каналы в последующем дроссельном элементе имеют противоположное угловое направление, чем в предыдущем дроссельном элементе;

- одноименные прорези в разных тонкостенных дисках дроссельного элемента выполнены разного размера, а в дроссельном элементе расположены с чередованием прорезей разного диаметра с образованием щелевых полостей в изогнутом профильном пространственном канале;

- одноименные прорези в различных тонкостенных дисках одного дроссельного элемента выполнены прямоугольной или эллиптической, или многогранной, или сложной криволинейной формы.

На фиг.1, 2 показаны фронтальные разрезы дроссельного устройства, на фиг.3, 4 - профильные проекции, на фиг.5 - фронтальный разрез дроссельного элемента со щелями, на фиг.6, 7 - вид в плане на тонкостенные диски, на фиг.8 - разрез А-А фиг.6. на фиг.9, 10 - вид на дроссельные элементы в сборе с разворотом тонкостенных дисков, на фиг.11 - разрез Б-Б фиг.9, на фиг.12 - вид В на фиг.10, на фиг.13 - вид на дроссельный элемент, на фиг.14 - развертка Г-Г по прорезям фиг.13.

Дроссельное устройство содержит корпус 1 в виде трубы, в котором размещены с зазором 2 относительно друг друга дроссельные элементы 3 в виде соосно расположенных дисков с отверстиями, образующими каналы 4 для прохода рабочей среды. Каждый дроссельный элемент 3 (ДЭ) выполнен в виде пакета скрепленных, не проницаемых по плоскостям контакта для рабочей среды, тонкостенных дисков 5 (ТД) так, что одноименные прорези 6 (ОП) образуют одноименные изогнутые профильные пространственные каналы 4 (ИППК) для прохода рабочей среды. ОП6 могут быть выполнены в различных ТД5 одного ДЭ3 прямоугольной или эллиптической, или многогранной, или сложной криволинейной формы, в виде отверстий, пазов, щелей разной формы, профильных отверстий. ТД5 установлены с возможностью предустановочных вращательных перемещений вокруг оси 7 ТД5 (является и осью корпуса 1) их фиксации в заданном положении. Это возможно при применении специальных шаблонов по форме ИППК4, которые используют при сборке ТД4. На поверхности ТД4 может быть выполнен ряд установочно-фиксирующих элементов 8 (УФЭ), выполненных в виде отверстий (фиг.8а), углублений - ответных выступов (фиг.8б, в), пазов (фиг.4), выполненных, например, для удобства на одном радиусе и имеющих равное угловое смещение 0,5-10°. УФЭ8 (фиг.8б, в) не только обеспечивают возможность заданной угловой установки ТД5, но и фиксацию, т.к. выступ УФЭ8 одного диска входит во впадину УФЭ8 другого ТД5, что исключает дополнительные фиксаторы. В УФЭ8 (фиг.8а), может быть установлен фиксатор 9 (Ф), который препятствует свободному вращению относительно оси 7 ТД5 (фиг.3, 9, 10). Скрепление ТД5 осуществляют плотным их сжатием, при этом плоскости контакта ТД5 должны иметь достаточную плоскость и шероховатость поверхности, чтобы исключить междисковые протечки рабочей среды. Возможно нанесение на плоскости контакта ТД5 уплотняющих покрытий (гуммирование, слой фторопласта, металлизация мягкими металлами - медью, оловом и др.). Возможна предустановка и без УФЭ8, а по шаблону, имитирующему ИППК4, который затем вынимают, выплавляют (из воска, пластмассы - для сложного внутреннего профиля ИППК4), скрепление ТД5 осуществляют путем склеивания, пайки, контактной сварки, болтового, винтового соединений. Скрепление ТД5 может быть разъемным и неразъемным. ОП6 в ТД5 могут быть выполнены на равных радиусах, равного размера и иметь одинаковое угловое расположение, а в ДЭ3 расположены с поворотом каждого последующего ТД5 с образованием тангенциально ИППК4 (фиг.8, 9). ОП6 в ТД5 могут быть выполнены на разных радиусах, равного размера и иметь одинаковое угловое расположение, а в ДЭ3 расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения с образованием радиально ИППК4 направленных, например, к оси 7 (фиг.1, 2). ОП6 в ТД5 в ДЭ3 могут быть расположены друг за другом с уменьшением радиуса их расположения и с поворотом каждого последующего ТД5 с образованием тангенциально-радиально ИППК4. ОП6 в ТД5 могут быть выполнены на равных радиусах, разного размера и иметь разное угловое расположение, а в ДЭ3 расположены друг за другом с образованием цилиндрических спиральных ИППК4 (фиг.13, 14).

ОП6 в ТД5 могут быть выполнены на разных радиусах, разного размера и иметь разное угловое расположение, а в ДЭ3 расположены друг за другом с образованием конических спиральных ИППК4, направленных, например, к оси 7.

ОП6 в ТД5 могут быть выполнены с наклонными внутренними поверхностями 10 (фиг.1, 2) с образованием плавно изменяющегося внутреннего профиля ИППК4.

Тангенциальные или радиально-тангенциальные, спиральные ИППК4 в последующем ДЭ3 могут иметь противоположное угловое направление, чем в предыдущем ДЭ3.

ОП6 в разных ТД5 ДЭ3 могут быть выполнены разного размера, а в ДЭ3 расположены с чередованием прорезей разного размера с образованием щелевых полостей 11 (ЩП) в ИППК3.

Работа устройства. Поток рабочей среды протекает через ИППК3 ДЭ3.

Так как ИППК4 имеет изогнутую пространственную форму, то при тангенциально ИППК4 (фиг.8, 9) имеет место закрутка потока, при этом энергия потока тратится на закрутку, давление при этом срабатывается. При входе в камеру расширения - зазор 2 - давление падает, а поток продолжает вращаться в одном направлении, если в последующем ДЭ3 ИППК4 ОП6 ТД5 имеют другое угловое направление, то при входе в ИППК4 происходит торможение потока и раскрутка его в противоположном направлении, при этом более интенсивно происходит срабатывание рабочего давления не только за счет раскрутки, но и за счет изменения направления вращения потока на противоположное.

При радиально ИППК4 (фиг.1, 2) имеет место поворот потока к оси 7, при этом энергия потока тратится на поворот потока, давление при этом падает и уменьшается удар потока о стенку последующего ДЭ3, что снижает уровень шума. Поток среды, направленный к центру, обеспечивает столкновение потоков в центре и гашение энергии потока, при этом не происходит эрозионного износа ОП6.

Если еще закрутить поток путем выполнения радиально-тангенциально ИППК4 процесс торможения потока усиливается за счет срабатывания рабочего давления при закрутке и при крутом повороте потока. Закрутка потока идет с уменьшением радиуса (коническая спираль), при которой угловая скорость потока возрастает (уменьшается радиус) - больше энергии затрачивается для дальнейшего торможения крутящего потока при входе в ОП6 последующего ДЭ3.

Выполнение внутренних поверхностей ОП6 ТД5 наклонными позволяют выполнить ИППК4 гладким изнутри, что важно при закрутке потока, т.к. острые кромки ОП6 вызывают образование тормозящих вихрей, что снижает скорость потока на выходе из ИППК4 и в конечном итоге снижает энергию закрученного потока, которая срабатывает рабочее давление, особенно при последующей раскрутке в другом направлении.

Более интенсивная закрутка происходит при выполнении ОП6 в ТД5 на равных, разных радиусах, разного размера с разным угловым расположением и образованием цилиндрических, конических, спиральных ИППК4 (фиг.13, 14), при этом образовываются устойчивые крутящие потоки, которые интенсивно срабатывают рабочее давление.

Выполнение ОП6 в разных ТД5 ДЭ3 разного размера и расположением в ДЭ3 с чередованием ОП6 разного (большего, меньшего) диаметра, ширины, длины щели и др. с образованием ЩП 11 в ИППК3 (фиг.5) позволяет более интенсивно срабатывать рабочее давление, т.к. происходит появления смерчеобразных струй (вихрей) в ЩП 11 междисковой ТД5 рельефной поверхности, порожденных трением вязкого потока об обтекаемую поверхность, которые увеличивают сопротивление канала протоку среды в зависимости от конструктивных особенностей гребней (ребер) их формы, размеров и размера ЩП 11 (глубина, ширина, соотношение с размерами прорезей ОП6) (см. В.В.Алексеев И.А.Гачечепидзе и др. Смерчевой энергообмен на трехмерных вогнутых рельефах - структура самоорганизующихся течений их визуализация и механизмы обтекания поверхности. // Труды второй Российской конференции по теплообмену. Т.6. - М.: И-во МЭИ 1998, с.37-42). При этом срабатывается определенная часть рабочего давления. В каждой ЩП 11 образуются вихри - смерчи, вектор скорости которых, при правильно выбранных размерах ЩП 11, направлен против движения основного потока, что приводит к динамическому его гашению, т.е. вихрь, возникший при обтекании лунки, гасит скорость потока и срабатывает давление среды. Для такого случая имеет смысл выполнять отверстия малого диаметра или в виде тонких щелей для создания достаточной скорости потока в ИППК4, чтобы интенсивно стимулировать образование вихрей-смерчей, которые тормозят поток, энергия которых в значительной степени зависит от их скорости и скорости потока рабочей среды в степени более 2. Дополнительное выполнение тангенциально или радиально-тангенциально, спирально ИППК4 позволяет срабатывать давление разными способами - закруткой потока, поворотом направления потока, что в конечном итоге уменьшает количество ступеней дросселирования, ДЭ3, шум (дроссели с закруткой потока работают малошумно), увеличивает общий срабатываемый перепад давления. Особенность устройства в использовании ТД5, которые получают путем листовой штамповки (например, на полиуретане, самый простой способ), что очень технологично и производительно. Это упрощает технологию изготовления, т.к. исключаются трудоемкие операции сверления, фрезерования, особенно сложных по профилю отверстий. Во многих случаях можно обойтись одним или несколькими элементными ТД5 (фиг.8, 9), из которых собирают ДЭ3. Причем, используя один или несколько типовых ТД5, можно создать множество дроссельных устройств с различными характеристиками, что унифицирует комплектующие устройства и расширяет его функциональные возможности. Расчет устройства производят с применением компьютерного моделирования (CFX, Star-CD) с определением гидро-газодинамических характеристик. При этом определяется количество ДЭ3, ТД5 в каждом ДЭ3, конфигурация ОП6 и их расположение из условия срабатывания заданного перепада давления, исключения кавитации, снижения шума и габаритов, заданного условного прохода Ду. Возможность установочных вращательных перемещений вокруг оси 7 ТД5 позволяет из одного или нескольких элементных ТД5 собирать разные ДЭ3 с ИППК4 различного профиля и соответственными характеристиками. ОП6 могут образовывать и сложный зигзагообразный лабиринт ИППК4, и гладкий изогнутый ИППК4, что другим способом в случае выполнения монолитного ДЭ3 вообще невозможно сделать. Более того, процессом профилирования можно легко управлять не только при расчете, но и при сборке. ТД5 поворачивают на заданный угол, совмещают соответствующие УФЭ8 и устанавливают в них при необходимости Ф9, который препятствует свободному смещению относительно оси 7 ТД5. В случае выполнения УФЭ8 (фиг.8б, в) нет необходимости в Ф9, а сами УФЭ8 выполняют функции взаимной ориентации ТД5 и их фиксации. В дальнейшем скрепленный пакет ТД5 (ДЭ3) крепится известными способами в корпусе 1 и в заявке не рассматривается. В процессе ремонта можно сменить изношенные элементы ТД5 или изменить расположение ТД5, изменив при этом характеристику устройства, если это необходимо. Это значительно расширяет функциональные возможности устройства.

Следует отметить, что конструкция дроссельного устройства (ДУ) может использоваться при исследовательских работах по отработке и оптимизации ДУ заданного Ду (условного прохода) или создании ряда ДУ с разными гидравлическими характеристиками. Это производится на одном ДУ путем изменения взаимного расположения ТД5 или заменой отдельных ТД5, или изменением их количества.

Дроссельное устройство может быть использовано в энергетическом, химическом, нефтяном, газовом машиностроении.