Регулятор расхода

 

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в тепловых сетях, преимущественно с открытым водоразбором, на ответвлениях от магистрального прямого трубопровода. Решаемые задачи - повышение точности регулирования, надежности, экономичности. Регулятор расхода содержит корпус 1, в днище 5 которого выполнено центральное отверстие 4 седла клапана, опирающегося посредством штока (поршня) 10 на пружину 8, сужающееся устройство, образованное усеченным конусом 15 и днищем 5 корпуса, при этом усеченный конус является и чувствительным элементом, и клапаном, средняя часть штока размещена в проточном уплотнении 13, размещающем камеру 6 гидравлической разгрузки клапана и полость корпуса, клапан снабжен обводом с установленными на нем по ходу потока дросселями постоянного 19 и переменного 20 сечений, камера соединена с обводом после дросселя 19, между входным патрубком и клапаном размещена горизонтальная перфорированная перегородка 17. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено в тепловых сетях преимущественно с открытым водозабором на ответвлениях от магистрального прямого трубопровода.

Известен регулятор расхода, содержащий корпус с размещенным в нем клапаном, к штоку которого прикреплена гармониковая мембрана, выполняющая две функции: разгрузки клапана и чувствительного элемента, при этом полость мембраны соединена с помощью трубки с трубопроводом за сужающим устройством для управления регулятором [1] .

Недостатками данного технического решения являются недостаточность регулирования по причине высокой жесткости гармониковой мембраны, расход энергии на дросселирование в сужающем устройстве. Кроме того, наблюдается вибрация при больших перепадах давления на клапане и малом его открывании, а также требуется индивидуальный подбор площади клапана по эффективной площади мембраны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результате к изобретению является выбранный в качестве прототипа регулятор расхода, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, регулирующий орган, чувствительный элемент, выполненный в виде сильфона, сужающее устройство, управляющее регулирующим органом, регулируемое гидравлическое сопротивление, установленное для настройки после сужающего устройства [2] .

Недостатком этого регулятора являются потеря энергии на дросселирование в сужающем устройстве, а регулируемом настроечном сопротивлении; ненадежность сильфона и малый ресурс; недостаточная точность регулирования, так как уменьшение толщины стенок сильфона возможно только до определенной толщины (при изготовлении применяется сварка).

Предлагаемое техническое решение направлено на решение таких задач, как повышение точности регулирования, надежности, экономичности.

В регуляторе расхода, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло с центральным отверстием, полый клапан, чувствительный элемент, сужающее устройство, снабженное обводом, чувствительный элемент выполнен в виде полого штока (поршня) и клапана, нагруженных в сторону открывания клапана пружиной, опирающейся на перегородку с разгрузочными отверстиями, размещенную в камере гидравлической разгрузки клапана и прикрепленную к ней, шток клапана в средней его части размещен в проточном уплотнении, снабженном поршневыми кольцами и разделяющем камеру и полость корпуса, при этом клапан выполнен в виде усеченного конуса, прикрепленного верхним основанием к штоку так, что конусная поверхность и днище корпуса, где размещено центральное отверстие седла клапана, образует проточную часть в форме сужающегося сопла, на обводе размещены по ходу потока дроссели постоянного и переменного сечений, камера гидравлической разгрузки клапана соединена с обводом после дросселя постоянного сечения, в корпусе по ходу потока воды между входным патрубком и клапаном установлена горизонтальная перфорированная перегородка.

Сущность изобретения состоит в том, что повышение точности регулирования достигается за счет гидравлической разгрузки клапана с помощью камеры, отделенной от полости корпуса проточным уплотнением, что обеспечивает возможность применения пружины, жесткость которой может быть выбрана удовлетворяющей заданную точность регулирования. Достижение указанного технического результата возможно также потому, что требуемое усилие для перестановки клапана зависит только от трения в прочном уплотнении, которое незначительно. Наряду с этим располагаемой силой для перестановки клапана являются две ее составляющие: сила, зависящая от расхода и возникающая при преобразовании потенциальной энергии (давления) в кинетическую в проточной части клапана, образованной в виде сужающего сопла, равная произведению площади проекции конусной поверхности клапана на горизонтальную плоскость - на вертикальную составляющую перепада давления на конусной поверхности, причем поверхность и сужение сопла выбираются такими, чтобы получить заданную силу, а также, сила, возникающая при отклонении давления воды от заданного перед и после клапана, равная произведению площади поперечного сечения штока по наружному диаметру в месте прохода через проточное уплотнение на изменение давления в камере гидравлической разгрузки. В результате возможно получение заданной точности регулирования.

При настройке жесткость чувствительного элемента не изменяется.

Повышение надежности достигается за счет применения в качестве упругого элемента пружины, применяемой в весьма ответственных механизмах, так как она практически безотказна за счет того, что камера гидравлической разгрузки является демпфером, гасящим вертикальную составляющую вибрации клапана, а горизонтальная составляющая вибрации и колебания вокруг горизонтальной оси гасятся с помощью перфорированной перегородки, в результате чего обеспечивается равномерный подвод воды по всему периметру клапана и снижается пульсация потока после перегородки.

Выполнение проточной части клапана в виде сужающего сопла способствует повышению экономичности. При этом используется часть перепада давления на клапане, зависящая от расхода, вместо установки сужающего устройства на трубопpоводе. Для настройки регулятора предусмотрен обвод клапана с дросселями, не влияющий на гидравлическое сопротивление его. Низкий коэффициент сопротивления собственно регулятора, определяемый плавным сужением и расширением потока в поточной части клапана, позволяет также снизить расход энергии на перекачку теплоносителя, так как на конечных участках теплосети, где нет избыточного напора между прямой и обратной магистралями, именно величина сопротивления регулятора при открытом клапане влияет на расход энергии для перекачки теплоносителя.

При установке регулятора на ответвлениях от прямого магистрального трубопровода теплосети, работающей с открытым водоразбором, появляются следующие преимущества: устойчивость расхода воды от теплоисточника до вводов отдельных зданий, при этом достаточна установка только дроссельной шайбы без установки регулятора расхода на каждом вводе, таким образом десятки регуляторов с большим расходом могут заменить тысячи регуляторов на абонентских вводах; снижение величины максимального водоразбора в час пик, так как на абонентских вводах вслед за снижением давления на обратной линии снижается давление и на вводе, а также простота наладки системы теплоснабжения по отдельным ответвлениям.

На фиг. 1 изображен предлагаемый регулятор расхода, продольный разрез; на фиг. 2 - выполнение регулятора при больших размерах его (при больших расходах) и ограниченных размерах камеры, в которой устанавливается регулятор (продольный разрез).

Регулятор расхода содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно входа и выхода и центральным отверстием 4 седла в нижнем днище 5 корпуса, в котором размещена камера 6 гидравлической разгрузки клапана, разделенная горизонтальной перегородкой 7, являющейся опорой пружины 8 и имеющей разгрузочные отверстия 9 и центральное отверстие, в которое вставлена верхняя часть штока 10, выполненная в виде патрубка 11 с заплечиком 12, опирающимся на пружину 8. Перегородка 7 прикреплена к камере 6. Шток 10 выполнен полым в виде цилиндра, его средняя часть проходит через проточное уплотнение 13, снабженное поршневыми кольцами 14, являющееся нижней частью камеры. Клапан в виде усеченного конуса 15 верхним основанием крепится к цилиндру в нижней его части так, что коническая часть усеченного конуса и днище 5 образуют проточную часть клапана в виде сужающегося сопла. Цилиндр в нижней части переходит в конус 16, предусмотренный для снижения гидравлических потерь регулятора. Между патрубком 2 и клапаном по ходу воды для снижения вибрации последнего размещена перфорированная перегородка 17, прикрепленная к камере 6. Клапан снабжен в виде импульсной трубки 18 обводом, соединяющим полость корпуса с выходным патрубком, с установленными на нем по ходу потока дросселями постоянного 19 и переменного 20 сечений, а камера гидравлической разгрузки клапана соединена с обводом после дросселя постоянного сечения.

При ограниченных размерах камеры, в которой предполагается установка регулятора, последний содержит внешний корпус 21, а патрубок 3 выхода расположен в горизонтальной плоскости, что позволяет разместить подводящий и отводящий трубопроводы.

Работает регулятор следующим образом.

При номинальном давлении перед регулятором и при закрытом дросселе 20 в камере 6 гидравлической разгрузки устанавливается также номинальное давление, так как камера соединена с полостью корпуса 1 через проточное уплотнение 13 и дроссель 19. При этом пружина 8 сжата, а клапан 15 закрыт. При открывании дросселя 20 через него начинает протекать вода, расход которой равен сумме расходов через проточное уплотнение 13 и дроссель 19. Давление в камере 6 понижается и при дальнейшем открывании дросселя 20 пружина 8 начинает разжиматься и через регулятор появляется расход. При этом в проточной части клапана происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую и понижается давление. Образуется на стенке усеченного конуса 15 перепад давления, направленный в сторону закрывания клапана. Однако дроссель 20 открывают, понижая давление в камере 6, до тех пор, пока через регулятор не пойдет требуемый расход. Таким образом осуществляется пуск регулятора и его настройка на заданный расход.

При отклонении перепада давления от величины, полученной при настройке, например при увеличении, происходят следующие явления: увеличивается расход воды через дроссели 19, 20 и через уплотнение 13, при этом увеличивается перепад давления на дросселе 20, пропорциональный квадрату расхода через него, этот же перепад, направленный вниз, действует в сторону закрывания клапана; увеличивается расход воды через клапан 15, при этом увеличивается перепад давления на стенке усеченного конуса, направленный также вниз, пропорциональный квадрату расхода через клапан.

Увеличение сил на конусах 16, 15 компенсируется увеличением силы на сжимающейся на некоторую величину пружине. При этом опускается конус 15, уменьшается живое сечение клапана, ограничивая увеличение расхода. Перфорированная перегородка 17 преобразует макровихри потока перед ней в микровихри после нее и распределяет подвод воды равномерно по всему периметру клапана, что уменьшает его вибрацию, С помощью конуса 16 уменьшается сопротивление регулятора. (56) 1. Марков И. В. и др. Автоматизация тепловых сетей. БТИ ОРГРЭС, М, 1961, с. 29.

2. Авторское свидетельство СССР N 1180849, кл. G 05 D 7/01, 1985.

Формула изобретения

РЕГУЛЯТОР РАСХОДА , содеpжащий коpпус с входным и выходным патpубками, седло, снабженное центpальным отвеpстием, полый клапан, чувствительный элемент, сужающее устpойство, снабженное обводом, отличающийся тем, что чувствительный элемент и полый клапан совмещены и выполнены в виде полого штока (поpшня) и усеченного конуса, пpикpепленного основанием меньшего диаметpа к этому штоку, нижний глухой тоpец котоpого обpазует затвоp центpального отвеpстия седла, пpичем полый шток (поpшень) нагpужен в стоpону откpытия затвоpа пpужиной, опеpтой на пеpегоpодку, снабженную pазгpузочными отвеpстиями, котоpая pазмещена в камеpе гидpавлической pазгpузки полого штока (поpшня), пpи этом сpедняя часть полого штока (поpшня) pазмещена в пpоточном уплотнении, снабженном поpшневыми кольцами и pазделяющем камеpу гидpавлической pазгpузки и полость коpпуса, соединенную с входным патpубком, сужающее устpойство выполнено в виде сужающегося кольцевого сопла, обpазованного усеченным конусом и днищем коpпуса, в котоpом pазмещено седло, на обводе pазмещены по потоку дpоссели постоянного и пеpеменного сечений, в камеpе гидpавлической pазгpузки соединена с обводом после дpосселя постоянного сечения.

2. Регулятоp по п. 1, отличающийся тем, что в коpпусе между входным и выходным патpубками пеpед усеченным конусом по потоку установлена гоpизонтальная пеpфоpиpованная пеpегоpодка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2