Ступенчатый затвор регулирующего органа

Изобретение относится к регулирующей трубопроводной арматуре и может быть использовано в различных технологических системах для регулирования проводимой среды с необходимыми пропускными (расходными) характеристиками. Ступенчатый затвор регулирующего органа содержит седло, закрепленное в корпусе, перекрываемое коническим ступенчатым плунжером, управляемым шпинделем. Проходной канал седла выполнен цилиндрическим и снабжен конусным уплотнительным полем, взаимодействующим с ответным полем опорной ступени плунжера, а все последующие ступени выполнены цилиндрическими, диаметры которых, их количество и длина определяют точки координат построения графика пропускной способности затвора, а число цилиндрических ступеней не более количества точек регламентированных ГОСТ Р 55508-2013 для построения графика пропускной способности. Торец последней цилиндрической ступени плунжера может быть выполнен коническим. Грани торцевых поверхностей цилиндрических ступеней снабжены фасками. Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления ступенчатого регулирующего органа и получение за счет его геометрических параметров любой требуемой пропускной характеристики. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, конкретно к регулирующим органам регулирующей трубопроводной арматуры, и может быть использовано в различных технологических системах для регулирования проводимой среды с необходимыми пропускными (расходными) характеристиками

Известен ступенчатый регулирующий орган (см. а.с. 276663, F16K 1/12), содержащий управляемый шпинделем ступенчатый с наклонными зубчатыми канавками плунжер, перекрывающий конфузорный канал в седле, закрепленном в корпусе, имеющем входной и выходной патрубки.

К недостаткам известного решения относится не только трудоемкость изготовления плунжера, требующая специальной оснастки, инструмента как режущего, так и мерительного, но невозможность без дополнительных исследований определить рациональные габариты наклонных канавок плунжера, а значит и пропускную характеристику.

Известен также ступенчатый регулирующий орган (см. RU 8434 U1 F16K 1/02), прототип, содержащий закрепленное в корпусе седло, на проточной конфузорной части которого нормально выполнены прямоугольные канавки, взаимодействующие через поток проводимой среды с управляемым шпинделем ступенчатым плунжером, на наружной поверхности которого также нормально выполнены прямоугольные канавки.

К недостаткам данного устройства следует также отнести не только трудоемкость изготовления как седла, так и плунжера, требующих специальной оснастки, режущего и мерительного инструмента, но и уникальную (не линейную и не равнопроцентную) для данного устройства пропускную характеристику, обусловленную тем, что образующие плунжера и стенки седла расположены параллельно, а эффект канавок (гребешков) значительно ослабевает при подъеме плунжера, при этом вихри проводимой среды, образующиеся внутри канавок, энергетически малорасходные и не создают дополнительного сопротивления, так как поток проводимой среды проходит практически прямо между седлом и плунжером.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является снижение трудоемкости изготовления ступенчатого регулирующего органа и получение за счет его геометрических параметров любой требуемой пропускной характеристики.

Поставленная задача решается тем, что ступенчатый затвор регулирующего органа, содержащий седло, закрепленное в корпусе, перекрываемое коническим ступенчатым плунжером, управляемым шпинделем, при этом проходной канал седла выполнен цилиндрическим и снабжен конусным уплотнительным полем, взаимодействующим с ответным полем опорной ступени плунжера, а все последующие ступени выполнены цилиндрическими, диаметры которых, их количество и длина определяют точки координат построения графика пропускной способности затвора, при этом торец последней цилиндрической ступени плунжера может быть выполнен коническим, а грани торцевых поверхностей цилиндрических ступеней снабжены фасками.

На фиг. 1 показан продольный разрез ступенчатого затвора регулирующего органа; на фиг. 2 - выноска I на фиг. 1; на фиг. 3 - фиг. 2 в открытом положении; на фиг. 4 - вариант фиг. 2; на фиг. 5 - графики пропускных характеристик.

Ступенчатый затвор регулирующего органа состоит из закрепленного в корпусе 1 с входным каналом 2 и выходным каналом 3 седла 4 с проходным каналом 5, имеющим уплотнительное конусное поле 6, взаимодействующее с уплотнительным полем 7 на опорной ступени 8 плунжера 9, имеющим последовательно уменьшающиеся по диаметрам цилиндрические ступени 10. (От 10.1 до 10.10).

Причем количество, длина и диаметр ступеней 10 и определяют необходимую пропускную характеристику (будь то равнопроцентная, либо прямолинейная). Плунжер 9 управляется приводом (на фиг. не показан) через шпиндель 11, уплотненный относительно крышки 12, установленной на корпусе 1 и через проставку 14 фиксирующей седло 4 в корпусе 1. Как вариант на торцах цилиндрических ступеней могут быть выполнены фаски 15, а последний торец 16 цилиндрической ступени 10, 10 может быть выполнен коническим.

Построение графиков зависимости площади проходного сечения канала от хода плунжера в декартовых прямоугольных координатах производится следующим образом.

По оси «абсцисс» откладываются значения длин «L» цилиндрических ступеней 10.1÷10.10 в пропорциональном в рекомендованном ГОСТ Р 55508 - 2013 значении хода плунжера 9, а по оси «ординат» - площадь проходного сечения канала «а» между средней частью образующей цилиндрических ступеней 10.1÷10.10 плунжера 9 и нижней кромкой уплотнительного поля 6 седла 4, определяемая по формуле:

где K_vi - пропускная способность затвора, при i-м положении плунжера 9 регламентирована ГОСТ Р 55508-2013 или специальная по требованию заказчика;

μ - коэффициент расхода затвора при i-м положении плунжера 9;

ρ - плотность воды;

ΔР - перепад давления на затворе.

Затем от каждой точки проводим координаты по оси «абсцисс» и по оси «ординат» и соединяем точки пересечения координат одной линией.

т.е. I₁ и S₁; I₂ и S₂; … I₁₀ и S₁₀ - получаем зависимость площади сечения между седлом и плунжером от суммы длин ступеней последнего для линейной пропускной характеристики,

а I₁ и S₁ⁱ;. I₂ и S₂ⁱ; … I₁₀ и S₁₀ⁱ - получаем зависимость площади сечения между седлом и плунжером от суммы длин ступеней последнего для равнопроцентной характеристики.

Это и будут графики зависимости площади сечения канала от хода плунжера, которые обеспечивают требуемую пропускную характеристику ступенчатого затвора регулирующего органа.

Определив S_pi площади проходных сечений канала между ступенями плунжера и седлом и зная площадь проходного сечения S_s седла, определяем диаметры цилиндрических ступеней плунжера по формуле:

Изменение количества, диаметров и длин ступеней позволяет получить любую требуемую пропускную характеристику.

При необходимости уменьшения коэффициента сопротивления затвора каждая цилиндрическая ступень 10.1÷10.10 плунжера 9 может иметь фаску 15.

Таким образом, благодаря тому, что канал в седле выполнен цилиндрическим, а плунжер имеет цилиндрические ступени, для получения которых не требуется специального оборудования, оснастки, режущего и мерительного инструмента, так как весь процесс изготовления обеспечивается универсальным оборудованием, режущим и мерительным инструментом, чем значительно снижается трудоемкость изготовления. Но при этом обеспечивается любая специальная или регламентированная ГОСТ Р 55508-2013 пропускная характеристика при максимальном значении условной пропускной способности благодаря тому, что присутствует дополнительная потеря энергии, затрачиваемая на постоянное вихреобразование за торцами цилиндрических ступеней плунжера с последующим срывом вихрей и их смешение с образованием завихренного потока проводимой среды, что увеличивает коэффициент сопротивления и уменьшает скорость проводимой среды при том же перепаде давления.

1. Ступенчатый затвор регулирующего органа, содержащий седло, закрепленное в корпусе перекрываемое коническим ступенчатым плунжером, управляемым шпинделем, отличающийся тем, что проходной канал седла выполнен цилиндрическим и снабжен конусным уплотнительным полем, взаимодействующим с ответным полем опорной ступени плунжера, а все последующие ступени выполнены цилиндрическими, диаметры которых, их количество и длина определяют точки координат построения графика пропускной способности затвора.

2. Ступенчатый затвор регулирующего органа по п. 1, отличающийся тем, что грани торцевых поверхностей цилиндрических ступеней плунжера снабжены фасками, при этом торец последней цилиндрической ступени выполнен коническим.