Устройство для уменьшения кавитации в клапане и способ улучшения шумовых характеристик клапана

 

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для снижения тенденции к кавитации и к высокому шуму. Устройство для уменьшения кавитации в клапане и способ улучшения шумовых характеристик клапана содержат корпус клапана с впуском и выпуском. Последние расположены прямо напротив друг друга на противоположных сторонах корпуса. В корпусе между впуском и выпуском расположен затвор. Затвор снабжен цилиндрическим проходом и установлен в корпусе с возможностью поворота. При полностью открытом положении клапана проход, впуск и выпуск лежат на одной линии. В проходе затвора расположены плоские перегородки. Эти перегородки образуют между собой полости. В перегородках выполнены сквозные отверстия. Полости и перегородки расположены таким образом, что в начале движения открытия клапана впуск сообщается только с одной полостью. Эта полость через отверстия в перегородках и промежуточные полости сообщается с расположенной напротив нее полостью. Последняя сообщается с выпуском. В процессе последующего последовательного открытия клапана все больше и больше полостей и, наконец, все полости сообщены соответственно с впуском и выпуском. Устройство и способ содержат, по меньшей мере, одну пару пересекающихся перегородок. Они расположены в проходе таким образом, что две противоположные полости, ближайшие соответственно к впуску и выпуску, лежат симметрично относительно диаметральной плоскости, в которой находится ось прохода, в процессе поворотного движения затвора между открытым и закрытым положением и в обратном направлении. Поток текучей среды поступает в ближайшую к впуску полость, разделяется посредством отверстий в перегородках на несколько потоков текучей среды для создания градиента давления с последующим объединением этих потоков в ближайшей к выпуску полости. Изобретения направлены на повышение надежности и упрощение конструкции при одновременном достижении высокой устойчивости к вибрации и уменьшении шума. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройству, уменьшающему кавитацию в клапане, более конкретно в клапане, охарактеризованного в ограничительной части п. 1 формулы изобретения типа.

Изобретение относится также к способу улучшения шумовых характеристик клапана.

Уровень техники Известно, что в клапанах этого типа при больших градиентах давления в жидких средах возникает кавитация и высокий уровень шума.

Из европейских патентных заявок 87901700.2 и 81302496.5 известны устройства, предназначенные для снижения тенденции к кавитации, а следовательно, и к высокому шуму. Однако, эти устройства довольно сложны и дороги в изготовлении.

Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании устройства указанного типа более простой конструкции по сравнению с известными из уровня техники. В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет устройства, устанавливаемого в клапане, который содержит корпус с впуском и выпуском, предпочтительно расположенными прямо напротив друг друга на противоположных сторонах корпуса, и расположенный в корпусе между впуском и выпуском затвор, который снабжен по существу цилиндрическим проходом и установлен в корпусе с возможностью поворота, так что при полностью открытом положении клапана проход, впуск и выпуск лежат на одной линии. В проходе затвора такого клапана размещают по существу плоские перегородки, которые образуют между собой полости, и в которых выполнены сквозные отверстия, таким образом, что в начале движения открытия клапана впуск сообщается только с одной полостью, которая через отверстия в перегородках и промежуточные полости сообщается с расположенной напротив нее полостью, а последняя сообщается с выпуском, при этом в процессе последующего последовательного открытия клапана все больше и больше полостей и наконец все полости приводятся в сообщение соответственно с впуском и выпуском.

Заявляемое устройство содержит по меньшей мере одну пару пересекающихся перегородок, которые расположены в проходе затвора таким образом, что две противоположные полости, ближайшие соответственно к впуску и выпуску, лежат симметрично относительно диаметральной плоскости, в которой находится ось прохода в процессе поворотного движения затвора между открытым и закрытым положением и в обратном направлении, так что поток текучей среды, поступающий в ближайшую к впуску полость, разделяется посредством отверстий в перегородках на несколько потоков текучей среды, которые объединяются в ближайшей к выпуску полости, создавая при этом градиент давления.

В предпочтительном примере выполнения устройство содержит две пары пересекающихся перегородок, которые расположены параллельными парами, при этом линии их пересечения расположены по обе стороны от оси прохода и параллельны ей.

Отверстия в перегородках могут быть выполнены в виде круглых каналов или прорезей. Прорези могут быть расположены с равномерным наклоном относительно оси прохода, предпочтительно таким образом, что на двух смежных перегородках они образуют между собой прямой угол.

Устройство по изобретению обеспечивает получение ряда преимуществ. В аспекте изготовления очень легко достигнуть высокую устойчивость за счет комбинации пересекающихся перегородок, снабженных сквозными отверстиями. Это значительно снижает риск вибрации как следствия градиентов давления в области перегородок. Кроме того, поступающие потоки симметрично разделяются, а разделенные потоки "сталкиваются" друг с другом непосредственно перед выпуском. Это столкновение создает еще один градиент давления, и в то же время повреждение клапана снижается до минимума, даже если возникает кавитация, так как градиент давления поглощается самим столкновением и в меньшей степени - материалом клапана. В полностью открытом положении достигается по существу симметричный поток через клапан, обладающий вследствие этого хорошими характеристиками по снижению шума и низким градиентом давления в данном положении.

Изобретение решает также задачу улучшения шумовых характеристик клапана описанного выше типа, в проходе затвора которого размещают, по меньшей мере, одну пару пересекающихся по существу плоских перегородок, которые снабжены пропускающими поток сквозными отверстиями, при этом перегородки ориентируют таким образом, что две противоположные полости, образованные пересекающимися плоскими перегородками и цилиндрической стенкой прохода, расположены симметрично относительно впуска и выпуска. В результате поток текучей среды, поступающий в ближайшую к впуску полость, разделяется посредством отверстий в перегородках на несколько потоков текучей среды для создания градиента давления, с последующим объединением этих потоков в ближайшей к выпуску полости.

В случае двух пар пересекающихся перегородок их размещают параллельными парами, которые ориентированы таким образом, что пересекающиеся перегородки или линии их пересечения расположены по обе стороны от оси прохода и параллельны ей.

Перечень чертежей Примеры осуществления настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг.1а схематически изображает клапан на виде сверху, фиг.1b изображает продольный разрез по линии В-В клапана, показанного на фиг.1а, фиг. 2а изображает схему поперечного сечения по существу цилиндрического прохода клапана с двумя пересекающимися перегородками по изобретению, фиг.2b изображает одну из таких перегородок, фиг. 3а изображает подобно фиг.2а проход с двумя парами перегородок, попарно пересекающих друг друга,
фиг.3b изображает пример выполнения перегородки по фиг.3а,
фиг. 4 схематично изображает затвор клапана в перспективе, иллюстрируя прохождение потока через проход с расположенными в нем четырьмя перегородками.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Представленный на фиг. 1а шаровой клапан 1 содержит корпус 2 клапана с впуском 3 и выпуском 4 на противоположных концах. Затвор 5 клапана, в котором выполнен по существу цилиндрический проход 6, установлен в корпусе 2 с возможностью поворота. Как показано на фиг.1а, затвор 5 клапана соединен со штоком 5а для управления затвором 5 клапана. В положении полного открытия клапана 1 впуск 3, выпуск 4 и проход расположены на одной линии. На фиг.1b показаны также два уплотнительных кольца 7а, 7b для обеспечения соответствующего уплотнения между впуском 3, выпуском 4 и затвором 5 клапана. Для специалиста в данной области понятно, что в некоторых модификациях достаточно одного уплотнительного кольца.

Согласно изобретению в проходе 6 расположена по меньшей мере одна пара пересекающихся перегородок 8а, 8b в примере выполнения по фиг.2а и две пары пересекающихся перегородок 9а, 9b и 10а, 10b в примере выполнения по фиг.3а. Конструкция из двух пересекающихся перегородок, расположенных крестом в проходе 6, как это видно из фиг.2а и 4, вначале будет более подробно описана для примера выполнения по фиг.2а, 2b и 4. Пространство в проходе 6 разделено перегородками 8а, 8b на четыре полости К1, К2, К3 и К4. Эти полости расположены таким образом, что полость К1 является ближайшей к впуску 3, а полость К4 расположена прямо напротив полости К1 и является ближайшей к выпуску 4. Перегородки 8а, 8b одинаковы и для соединения между собой снабжены прорезью 12, так что их можно вставить друг в друга. Когда перегородки установлены в проходе 6 линия 8с пересечения перегородок 8а, 8b совпадает с осью 6а прохода. Как видно на фиг.2b, перегородки 8а, 8b снабжены сквозными прорезями 11, которые расположены наклонно относительно оси 6а, предпочтительно таким образом, что проекции линий прорезей на двух последовательных перегородках в направлении потока образуют между собой прямой угол.

Из описания конструкции понятно, что при повороте затвора клапана в направлении открытия происходит следующее.

По мере движения открытия увеличивается сообщение между впуском 3 и полостью К1 и соответственно между полостью К4 и выпуском 4. Поэтому вначале текучая среда поступает в полость К1 и проходит через прорези 11 в перегородках 8а, 8b в полости К2 и К3 двумя по существу равными потоками. Эти потоки вновь соединяются в полости К4 после того, как они пройдут через прорези 11 в перегородках между полостью К4 и соответственно полостями К2 и К3. Для специалиста в данной области понятно, что в результате этого создаются градиенты давления, а именно:
1. При проходе текучей среды от впуска в полость К1 через небольшое отверстие.

2. При проходе половины потока через прорези из полости К1 в полость К2 или при проходе другой половины потока через прорези из полости К1 в полость К3.

3. При проходе половинных потоков текучей среды из полостей К2 и К3 в полость К4.

4. При встрече половинных потоков в полости К4.

5. При проходе текучей среды через небольшое отверстие между полостью К4 и выпуском 4.

При дальнейшем увеличении степени открытия влияние пересекающихся перегородок 8а, 8b снижается настолько, что когда клапан полностью открыт, это влияние становится пренебрежимо малым. Таким образом, клапан по изобретению может поглощать очень большие градиенты давления при малых углах открытия с сохранением большой пропускной способности в полностью открытом положении. Более того, это соответствует характеристикам большинства систем, в которых происходит перемещение текучей среды, где давление нагнетания падает при увеличении производительности, в то время как градиент давления в зафиксированных клапанах и трубах увеличивается с увеличением потока текучей среды. Тот факт, что перегородки 8а, 8b в полностью открытом клапане делят поток среды через клапан на четыре по существу равных потока, придает клапану очень хорошие характеристики благодаря симметричным потокам.

В примере выполнения по фиг.3а устройство по изобретению содержит две пары пересекающихся перегородок 9а, 9b и 10а, 10b, которые снабжены круглыми сквозными проточками 11 и прорезями 12 (фиг.3b) для сборки перегородок в конструкцию по фиг.3а. Пары перегородок 9а, 9b и 10а, 10b расположены симметрично таким образом, что их линии 9с, 10с пересечения находятся по обе стороны от оси 6а прохода 6. Проход разделен перегородками на девять полостей, а именно ближайшую к впуску 3 полость к1, полости к2-к7, полость к8 в центре прохода 6 и ближайшую к выпуску 4 полость к9. По соображениям симметрии потоки текучей среды в полостях к2, к3, к6 и к7 по существу равны и составляют в основном половину от потоков в полостях к1 и к9.

При малом угле открытия впуск 3 сообщается только с полостью к1, а выпуск 4 - только с полостью к9. Условия прохода потока подобны описанным в примере выполнения по фиг.2а и 4. Однако следует отметить, что в этом примере выполнения по фиг.3а с двумя парами пересекающихся перегородок имеется большее количество мест, в которых происходит сужение потока, чем в примере по фиг.2а и 4.

Понятно, что сужение может быть свободно отрегулировано за счет изменения числа отверстий в ограничивающих полости перегородках и/или изменения размера этих отверстий. Очевидно также, что затвор клапана не обязательно должен быть сферическим, и изобретение может использоваться также в клапанах, имеющих форму шаровых секторов, или цилиндрических или конических дроссельных клапанах при условии, что проход выполнен по существу цилиндрическим.

Понятно, что устройство по изобретению также полезно в клапанах, регулирующих потоки газа или пара.

Формула изобретения

1. Устройство, уменьшающее кавитацию в клапане (1), который содержит корпус (2) клапана с впуском (3) и выпуском (4), предпочтительно расположенными прямо напротив друг друга на противоположных сторонах корпуса (2), и расположенный в корпусе (2) клапана между впуском (3) и выпуском (4) затвор (5) клапана, который снабжен по существу цилиндрическим проходом (6) и установлен в корпусе (2) клапана с возможностью поворота, так что при полностью открытом положении клапана (1) проход (6), впуск (3) и выпуск (4) лежат на одной линии, причем в проходе (6) затвора расположены по существу плоские перегородки, которые образуют между собой полости, и в которых выполнены сквозные отверстия (11; 11'), таким образом, что в начале движения открытия клапана впуск сообщается только с одной полостью, которая через отверстия в перегородках и промежуточные полости сообщается с расположенной напротив нее полостью, а последняя сообщается с выпуском, при этом в процессе последующего последовательного открытия клапана все больше и больше полостей и наконец все полости приводятся в сообщение соответственно с впуском и выпуском, содержащее по меньшей мере одну пару пересекающихся перегородок (8а, 8b; 9а, 9b, 10а, 10b), которые расположены в проходе (6) таким образом, что две противоположные полости (К1, К4; к1, к9), ближайшие соответственно к впуску и выпуску, лежат симметрично относительно диаметральной плоскости, в которой находится ось (6а) прохода (6) в процессе поворотного движения затвора (5) клапана между открытым и закрытым положением и в обратном направлении, так что поток текучей среды, поступающий в ближайшую к впуску полость (К1; к1), разделяется посредством отверстий (11, 11') в перегородках (8а, 8b; 9а, 9b, 10а, 10b) на несколько потоков текучей среды, которые объединяются в ближайшей к выпуску полости (К4; к9), создавая при этом градиент давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит две пары пересекающихся перегородок (9а, 9b, 10а, 10b), которые расположены параллельными парами, при этом линии (9с, 10с) их пересечения расположены по обе стороны от оси (6а) прохода (6) и параллельны ей.

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что отверстия (11) выполнены в виде прорезей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что прорези расположены с равномерным наклоном относительно оси прохода, предпочтительно таким образом, что на двух смежных перегородках они образуют между собой прямой угол.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что отверстия (11) выполнены в виде круглых каналов.

6. Способ улучшения шумовых характеристик клапана (1), содержащего корпус (2) клапана и установленный в нем с возможностью поворота затвор (5) клапана, снабженный по существу цилиндрическим проходом (6), который в полностью открытом положении лежит на одной линии с впуском (3) и выпуском (4), расположенными на противоположных сторонах корпуса, заключающийся в том, что в проходе затвора клапана размещают, по меньшей мере, одну пару пересекающихся по существу плоских перегородок (8а, 8b; 9а, 9b, 10а, 10b), которые снабжены пропускающими поток сквозными отверстиями (11, 11'), при этом перегородки (8а, 8b; 9а, 9b, 10а, 10b) ориентируют таким образом, что две противоположные полости (К1, К4; к1, к9), образованные пересекающимися плоскими перегородками и цилиндрической стенкой прохода, расположены симметрично относительно впуска (3) и выпуска (4), а поток текучей среды, поступающий в ближайшую к впуску полость (К1; к1), разделяется посредством отверстий (11, 11') в перегородках (8а, 8b; 9а, 9b, 10а, 10b) на несколько потоков текучей среды для создания градиента давления с последующим объединением этих потоков в ближайшей к выпуску полости (К4; к9).

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что размещают две пары пересекающихся перегородок (9а, 9b, 10а, 10b) с расположением перегородок параллельными парами, которые ориентированы таким образом, что пересекающиеся перегородки или линии (9с, 10с) их пересечения расположены по обе стороны от оси (6а) прохода (6) и параллельны ей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4