клапан регулирующий

Формула изобретения

Клапан регулирующий, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, установленные на общей оси сопряженные торцовыми поверхностями подвижный и неподвижный диски с профильными окнами для прохода среды, причем подвижный диск установлен с возможностью поворота приводным элементом относительно неподвижного диска, а внутренние стенки профильных окон дисков выполнены расширяющимися в направлении от сопряженных торцовых поверхностей дисков, отличающийся тем, что внутренние стенки профильных окон дисков выполнены сложными по профилю, например ступенчатыми в виде ломаной линии с разными острыми углами наклона ступеней к торцовым поверхностям дисков или в виде разных кривых линий в нормальном сечении, например спиралевидных, ось которой совпадает с осью клапана так, что в разных внутренних стенках профильных окон, расположенных в разноименных дисках друг против друга, образуется канал для протока среды по спиралевидной траектории.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата, газа.

Известен клапан (регулирующий), содержащий корпус, установленные на общей оси подвижный и неподвижный запорные диски, в которых выполнены проходные отверстия, и привод подвижного диска, выполненный в виде подвижного резьбового штока (рейки), связанного с резьбой, выполненной на подвижном диске (см. патент RU 2160860 C1, F16K 3/08, F16K 31/54, 20.12.2000). Недостатком конструкции является низкий коэффициент расхода =0,6...0,75 и коэффициента пропускной способности Kv. Для обеспечения большой пропускной способности клапана необходимо увеличивать площадь проходных окон в подвижном и неподвижном дисках и габариты, массу клапана, мощность привода, при этом возрастают силы трения в затворе (ощутимо для больших условных проходов Ду).

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является снижение сопротивления потоку, увеличение коэффициента расхода и коэффициента пропускной способности Kv клапана, уменьшение сил трения в затворе, мощности привода, массы и габаритов клапана.

Технический результат достигается тем, что клапан регулирующий содержит корпус с входным и выходным отверстиями, установленные на общей оси сопряженные торцовыми поверхностями подвижный и неподвижный диски с профильными окнами для прохода среды, причем подвижный диск установлен с возможностью поворота приводным элементом относительно неподвижного диска, а внутренние стенки профильных окон дисков выполнены расширяющимися в направлении от сопряженных торцовых поверхностей дисков, при этом внутренние стенки профильных окон дисков выполнены сложными по профилю, например, ступенчатыми в виде ломаной линии с разными острыми углами наклона ступеней к торцовым поверхностям дисков или в виде разных кривых линий в нормальном сечении, например спиралевидных, ось которой совпадает с осью клапана так, что в разных внутренних стенках профильных окон, расположенных в разноименных дисках друг против друга, образуется канал для протока среды по спиралевидной траектории.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан фронтальный разрез регулирующего клапана (прототип).

На фиг.2, 3 показаны профильные виды регулирующего клапана (прототип).

На фиг.4 показан фронтальный разрез клапана регулирующего.

На фиг.5, 6 показаны профильные виды клапана регулирующего.

На фиг.7-12 показаны нормальные сечения внутренних стенок профильных окон подвижного диска.

На фиг.13 показан вид в плане на диск с расширенной стороны.;

На фиг.14 - фронтальный разрез клапана регулирующего с особым выполнением и расположением внутренних стенок профильных окон.

На фиг.15, 16 показаны профильные виды клапана регулирующего с особым выполнением и расположением внутренних стенок профильных окон.

Клапан регулирующий содержит корпус (К) 1 с входным (ВО) 2 и выходным (ВО) 3 отверстиями, установленные на общей оси 4 с геометрической осью 5 и сопряженные торцовыми поверхностями (ТП) 6, 7 подвижный (ПД) 8 и неподвижный (НПД) 9 диски с профильными окнами (ПО) 10, 11 для прохода среды. ПД8 установлен с возможностью поворота приводным элементом (ПЭ) 12 (ручной, электропривод или др.) относительно НПД9, ПО11 ПД8 имеют несколько внутренних стенок (ВС) 13, 14, 15, 16. ПО10 НПД9 имеют несколько ВС 17, 18, 19, 20. Одна или несколько ВС одного или нескольких ПО11, ПО10, ПД8 или НПД9, или обоих НПД9 ПД8, выполнены так, что ПО10, ПО11 частично (фиг.9, 10) или полностью (фиг.7, 8) по глубине (h) расширяются в направлении от сопряженных ТП6, 7 ПД8, НПД9. Пересечение поверхностей ПО10, ПО11 с ТП6, 7 образуют острые кромки.

ВС13...ВС20 ПО10, ПО11 могут быть выполнены полностью (фиг.7, 8) или частично (фиг.9, 10) по глубине h ПО10, ПО11 под острым углом к ТП 6, 7.

Сопряжение (С) 21 ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 с несопрягаемыми торцовыми поверхностями (НТП) 22 ПД8 или/и НТП 23 НПД9 может быть выполнено криволинейным в нормальном сечении, например, радиусной или эллиптической, или параболической формы (фиг.8).

ВС13...ВС20 ПО10, ПО11 в нормальном сечении могут быть выполнены частично или полностью по глубине h в виде одной 24 (фиг.11) или нескольких 25, 26 (фиг.12) криволинейных поверхностей, например, радиусной или эллиптической, или параболической формы в нормальном сечении.

ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 в нормальном сечении могут быть выполнены частично или полностью по глубине h ступенчатыми (ступени 27, 28, 29) в виде ломаной линии с разными острыми углами наклона ступеней к ТП 6, 7 (фиг.9, 10).

Ступени 27, 28, 29 могут иметь криволинейные в нормальном сечении, например, радиусной или эллиптической, или параболической формы сопряжения С 30, 31, 32 по линии пересечения поверхностей ступеней 27, 28, 29.

ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 по линиям пересечения 33, 34, 35, 36 (фиг.13) могут иметь криволинейные в нормальном сечении, например, радиусной формы сопряжения С 37, 38, 39, 40.

Разные ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11 одноименного или разноименных ПО11, ПО10 могут иметь разные углы наклона к ТП 6, 7. Например, в ПД8 и НПД9 выполнено по одной радиальной ВС 16, 18 в каждом из ПО10, ПО11, которые расположены друг относительно друга в осевом (в разных дисках ПД8 и НПД9) и радиальном (в одном диске, но разных ПО10 или ПО11), направлениях в шахматном порядке (фиг.14, 15, 16).

Разные ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11 одноименного или разноименных ПО11 могут иметь разные криволинейные поверхности с разными формами кривых линий в нормальном сечении.

Разные ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11, одноименного или разноименных ПО11, ПО10, могут иметь разные острые углы наклона к ТП 6, 7 и высоты каждой из ступеней.

Разные ВС13... ВС20 ПО10, ПО11, расположенных в ПД8 и НПД9 друг против друга, могут быть выполнены так, что образуется канал для протока среды по криволинейной траектории, например, спиралевидной с определенным шагом спирали, ось которой совпадает с осью 5 клапана. При этом профиль ПО10, 11 выдавлен по криволинейной траектории. Он может быть без расширений и сужений, а может иметь, расширения от ТП6 и ТП7.

Работа клапана регулирующего.

Рабочую среду подают через входное отверстие 2, далее среда проходит через ПО11 ПД8, ПО10 НПД 9 к выходному отверстию 3. Вращение ПД8 осуществляют с помощью ПЭ12. При взаимном движении ПД8 относительно НПД 9 ПО10, ПО11 открываются или закрываются для прохода потока среды. В положении "закрыто" на ПД8 действует наибольший перепад давления рабочей среды, силы трения между ТП7, ТП6, ПД8 и НПД 9 наибольшие.

Выполнение нескольких из ВС, например ВС 15, 16, или всех ВС13, ВС14, ВС15, ВС16 ПО11 ПД8 или/и ВС17...ВС20 ПО10 НПД9 так, что ПО11 или, и ПО10 частично или полностью по глубине (h) выполнены расширяющимися в направлении от ТП6, ТП7 обеспечивает плавный вход потока среды в ПО11, ПО10 неразрывность потока при увеличении его скорости в узкой части ПО11, ПО10 и плавный выход потока из ПО10, ПО11. Это приводит к снижению сопротивления потоку, увеличению коэффициента расхода и коэффициента пропускной способности Kv клапана на 10...25%. Это подтверждают результаты гидродинамического моделирования течения среды через клапан с помощью программного комплекса STAR-CD v3.22.

Сопряжение ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 с ТП 6, 7 ПД8, НПД9 выполнено с образованием острой кромки, которая необходима для обеспечения точного изменения площади сечения ПО10, ПО11 в процессе регулирования.

Выполнение под острым углом к ТП 6, 7 ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 технологично (фрезерованием). Только выполнение под углом к оси ВС15, ВС16 дает увеличение , Kv на 8...12%. Эффект от расширения ПО11 значительно больше, чем от расширения ПО10.

Сопряжение ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 с НТП 22, 23 в виде криволинейной поверхности 21, в нормальном сечении (радиусной или эллиптической, или параболический формы) дает увеличение , Kv на 2...5%.

Лучшие результаты по увеличению , Kv дает выполнение ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 в нормальном сечении в виде одной 24 или нескольких 25, 26 кривых, например радиусной или эллиптической, или параболической формы. Оценка их влияния на , Kv и подбор их параметров производится при компьютерном моделировании. Очень плавный без отрыва вход и выход потока. Технологически сложно, но результат очень высокий по увеличению , Кv (до 50%).

Технологически легче выполнить ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 в нормальном сечении ступенчатыми (ступени 27, 28, 29) в виде ломаной линии с разными углами наклона ступеней к ТП 6, 7. Оценка и подбор параметров ступеней: ширин, углов наклона к ТП 6, 7 производится при компьютерном моделировании. Технологически не сложно, результат высокий - увеличение , Kv на 10...20%.

Выполнение ступенчатых ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 с криволинейными в нормальном сечении, например, радиусной или эллиптической, или параболической формы сопряжения 30, 31, 32 по линии пересечения поверхностей ступеней 27, 28, 29 дает дополнительно увеличение , Kv на 2...5%. Это исключает срыв потока по острой кромке линии перехода между ступенями и снижает сопротивление потоку.

Выполнение сопряжения по линиям пересечения 33, 34, 35, 36 (фиг.13) ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 криволинейными в нормальном сечении, например, радиусной формы увеличивает , Кv на 1...3%.

Выполнение разных ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11 одноименного или разноименных ПО11, ПО10 с разными углами наклона к ТП 6, 7 позволяет для каждой конструкции и характеристики потока среды обеспечить необходимое (минимальное) сопротивление потоку, (наибольшие) , Kv. Выполнение в ПД8 и ППД9 по одной радиально расположенной ВС 16, 18 в каждом из ПО10, ПО11, расположенных напротив друг друга в осевом направлении ПД8 и НПД9 и в разных ПО10 или ПО11 в одноименном диске в радиальном направлении в шахматном порядке (фиг.14, 15, 16) обеспечивает повышение , Kv до 20%. По всей видимости это связано с частичной закруткой потока, который, благодаря такому исполнению и расположению ВС16, 18, движется по криволинейной, близкой к спирали, траектории на выходе из ПО10 ППД9 и лучшей его организации (уменьшение турбулентности).

Выполнение разных ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11 одноименного или разноименных ПО11 с разными криволинейными поверхностями, с разными формами кривых линий в нормальном сечении позволяет для каждой конструкции и характеристики потока среды обеспечить минимальное сопротивление потоку, наибольшие , Kv.

Выполнение разных ВС13... ВС20 одного или разных ПО10, ПО11 или ПО11 и 10 с разными углами наклона к ТП 6, 7 и высотой ступеней позволяет для каждой конструкции и характеристики потока среды обеспечить минимальное сопротивление потоку, наибольшие , Kv.

Выполнение разных ВС13... ВС20 ПО10, ПО11, расположенных друг напротив друга в ПД8 и НПД9 с образованием канала для протока среды по криволинейной траектории, например по спирали, ось которой совпадает с осью 5 клапана, обеспечивает закрутку потока по спирали. Закрученный поток более организован, не имеет хаотичных турбулентных потоков, сталкивание которых приводит к срабатыванию давления среды и созданию сопротивления потоку. Потери закрученного потока при правильно подобранных параметрах спирали на его закрутку могут быть ниже, чем от хаотичных разнонаправленных турбулентных потоков на выходе из ПО10. Дня клапана Ду350 рациональный шаг спиральной траектории t, по которой выдавливались профили ПО10, 11, составлял 5000 мм (обеспечивалось значительное увеличение , Kv), при меньших значениях шага t отмечено снижение значений , Kv.

Данная конструкция, за счет индивидуального подбора формы, геометрических параметров каждой из ВС13... ВС20 ПО10, ПО11 клапана позволяет обеспечить наибольшие значения , Kv, уменьшить минимальную площадь ПО11, 10, что уменьшает габариты ПД8, НПД9, корпуса 1, клапана в целом и мощность привода, т.к. снижаются усилия трения между ПД8 и НПД9 (уменьшается сила нормального давления от давления среды, т.к. ПО11, 10 можно выполнить меньшей площади). Клапан может пропускать в единицу времени на 10-50% среды больше, по сравнению с клапаном без профилирования ПО11, ПО10 в ПД8, ПД9 и таких же размеров.

Клапан может быть использован в энергетическом, химическом, нефтяном, газовом машиностроении.