СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН СОСТАВЛЯЮЩИХ ШАРНИРНОГО МОМЕНТА И СТЕНДОВЫЙ РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ДЛЯ ЕГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F16K5/10 F16K5/12 G01M15/04 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям регуляторов расхода, в которых между деталями, регулирующими расходное отверстие, выполнен гарантированный тепловой зазор.

Известен способ прочностных испытаний кинематической цепи привод - регулирующий элемент и регулируемый блок для его осуществления (РФ патент №2397470, М. кл. G01M 15/04, 2008 г.).

Недостаток данного способа состоит в том, что регулирующий элемент находится в зафиксированном состоянии, а испытание проводится при постоянном расходе рабочего тела, что не позволяет получить зависимость величины шарнирного момента и его составляющих от угла поворота регулирующего элемента (заслонки) при различной величине расхода рабочего тела.

Целью предполагаемого изобретения является уменьшение погрешности определения величин составляющих шарнирного момента в регуляторах расхода и выбор формы заслонки, обеспечивающей оптимальную величину газодинамической составляющей шарнирного момента.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения величин составляющих шарнирного момента в регуляторах расхода, основанном на воздушных испытаниях регулятора расхода, проводят воздушные испытания при закрытом расходном отверстии, для чего герметично закрывают расходный патрубок, подают внутрь блока воздух под рабочим давлением и замеряют составляющую шарнирного момента, равную моменту трения в уплотнениях во всем диапазоне углов поворота при движении в сторону открытия расходного отверстия регулятора расхода; затем открывают расходный патрубок и при тех же условиях замеряют суммарный шарнирный момент, после чего при одинаковом угловом положении определяют газодинамическую составляющую шарнирного момента по формуле

где:

- величина газодинамической составляющей шарнирного момента,

- суммарная величина шарнирного момента,

- величина составляющей шарнирного момента, равная моменту трения в уплотнениях.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема регулятора расхода.

На фиг. 2 приведены типовые графики зависимости величины шарнирного момента от угла поворота α.

На фиг. 3 приведены типовые графики зависимости газодинамической составляющей шарнирного момента от угла поворота α.

На фиг. 4 приведена конструкция стендового регулятора расхода.

На фиг. 5 показан вид снизу А на вал в сборе с заслонкой.

На фиг. 6 приведено поперечное сечение Б-Б стендового регулятора расхода.

На фиг. 7 приведена стендовая установка, на которой проводятся воздушные испытания регуляторов расхода.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема регулятора расхода, для которой разработан предлагаемый способ.

Регулятор расхода состоит из корпуса 1 с входным 2 и расходным 3 патрубками, в расходный патрубок 3 установлено седло 4 с расходным отверстием, заслонки 5, между смежными цилиндрическими поверхностями седла 4 и заслонки 5 выполнен постоянный кольцевой зазор δ, заслонка 5 установлена на вал 6, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла 4 и заслонки 5, на выходной конец вала 6 установлено уплотнительное кольцо 7.

Способ определения величины составляющих шарнирного момента в регуляторах расхода, основанный на воздушных испытаниях регуляторов расхода, заключается в следующем:

- герметично закрывают расходный патрубок 3 (фиг. 1) и проводят испытания без расхода воздуха, но под рабочим давлением, замеряют величину шарнирного момента во всем диапазоне углов при движении заслонки 5 на открытие расходного отверстия. В данном случае (при отсутствии расхода воздуха) шарнирный момент будет равен моменту трения в уплотнении 7 регулятора. На фиг. 2 представлена зависимость от угла поворота (на графике это кривая изображена пунктирной линией);

- открывают расходный патрубок и при тех же условиях замеряют величину шарнирного момента. В данном случае (при наличии расхода воздуха) величина шарнирного момента будет равна сумме величин газодинамической составляющей и момента трения в уплотнительном кольце 7 регулятора. На фиг. 2 представлена зависимость от угла поворота (на графике это кривая изображена сплошной линией);

- определяют величину газодинамической составляющей шарнирного момента по формуле

где:

- величина газодинамической составляющей шарнирного момента;

- суммарная величина шарнирного момента;

- величина составляющей шарнирного момента, равная моменту трения в уплотнениях.

На фиг. 3 представлена зависимость от угла поворота.

Такой способ позволяет получить точные данные по величине

Максимальное значение возникает при движении в сторону открытия расходного отверстия, т.к. необходимо преодолеть усилие, возникающее из-за разницы давлений на кромках заслонки 5 (фиг. 1). При движении на закрытие это усилие помогает закрыть расходное отверстие, создается так называемый «пробковый эффект». Одновременно получают точные данные по (величина составляющей шарнирного момента, равная моменту трения в уплотнительном кольце 7).

Известен клапан для регулирования расхода горячего газа, состоящий из корпуса с входным и расходным патрубками, в расходный патрубок установлено седло с расходным отверстием, заслонки, смежные поверхности седла и заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, между смежными цилиндрическими поверхностями седла и заслонки выполнен постоянный кольцевой зазор, заслонка установлена на вал, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла и заслонки, на выходной конец вала установлено уплотнительное кольцо, вал установлен с обеих сторон от заслонки в подшипники качения, заслонка установлена на вал и соединена с ним при помощи штифтов (Патент РФ №2684696, М. кл. F16K 5/04, РФ, 2018 г.).

Такой клапан для исследования газодинамической составляющей шарнирного момента обладает существенным недостатком. Для исследования влияния формы заслонки в зоне, ближайшей к седлу, (которая в наибольшей степени влияет на величину газодинамической составляющей шарнирного момента) необходимо заменять заслонку, а поскольку соединение при помощи штифтов является неразъемным, это повышает трудоемкость проведения испытаний.

Целью изобретения является упрощение и удешевление испытаний по определению влияния различных конфигураций регулирующего элемента (заслонки) на величину шарнирного момента.

Указанная цель достигается тем, что в стендовом регуляторе расхода, состоящем из корпуса с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, заслонки, смежные поверхности седла и заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, между смежными цилиндрическими поверхностями седла и заслонки выполнен постоянный кольцевой зазор, заслонка установлена на вал, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла и заслонки, на выходной конец вала установлено уплотнительное кольцо, вал установлен с обеих сторон от заслонки в подшипники качения и соединен с заслонкой, соединение заслонки с валом выполнено в виде пазов, размещенных с обеих сторон на заслонке перпендикулярно оси вала, в пазы заслонки заходят по плотной посадке пальцы втулок, которые установлены на валу и закреплены с помощью гаек, а седло установлено подвижно в осевом направлении, загерметизировано и поджато гайкой.

Конструкция стендового регулятора расхода (фиг. 4) состоит из корпуса 1 с входным 2 и расходным 3 патрубками, в расходный патрубок установлено седло 4 с расходным отверстием, заслонки 5, смежные поверхности седла и заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, между смежными цилиндрическими поверхностями седла и заслонки выполнен постоянный кольцевой зазор 5, заслонка установлена на вал 6, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла 4 и заслонки 5, на выходной конец вала 6 установлено уплотнительное кольцо 7, при этом заслонка 5 в поперечном сечении (фиг. 6) выполнена в форме двух цилиндрических поверхностей 8 и 9, сопряженных между собой по прямой или фигурной плоскости, при этом радиус поверхности 8 больше радиуса поверхности 9, цилиндрическая поверхность 8 заслонки 5, смежная с цилиндрической поверхностью 10 седла 4, выполнена в виде сектора, длина которого «L» превышает длину «1» расходного отверстия седла 4, обе цилиндрические поверхности заслонки 5 соосны между собой и сопряжены плавными кривыми, вал 6 установлен с обеих сторон от заслонки 5 в подшипники качения 11 и соединен жестко с заслонкой 5. Жесткое соединение заслонки 5 с валом 6 выполнено в виде пазов 12 (фиг. 5), размещенных с обеих сторон на заслонке 5 перпендикулярно оси вала 6, в пазы 12 заслонки 5 заходят по плотной посадке пальцы 13 втулок 14, которые установлены на валу 6 и закреплены с помощью гаек 15. Седло 4 установлено подвижно в осевом направлении, загерметизировано и поджато гайкой 16.

Благодаря тому, что седло 4 установлено подвижно в осевом направлении можно изменять зазор δ и исследовать его влияние на величину газодинамической составляющей шарнирного момента.

Наличие резьбового соединения вала 6 и гаек 15, путем снятия гаек 15 и извлечения пальцев 13 втулок 14 из пазов 12 заслонки 5 позволяет легко провести замену заслонки 5 между испытаниями.

Изменяя конфигурацию заслонки, добиваются оптимальной величины газодинамической составляющей шарнирного момента.

Стендовая установка (фиг. 7) состоит из ресивера 17, в котором имеется входной патрубок 18, датчик замера давления 19, два патрубка 20, на которые установлены испытуемые регуляторы расхода 21, валы 6 которых кинематически соединены с приводом 22.

Одновременная работа регуляторов расхода 21 в противофазе (один открывается, другой закрывается), позволяет поддерживать давление постоянным, за счет чего повышается точность результатов испытаний.

Как видно из вышеперечисленного, упрощается переборка стендового регулятора расхода и снижаются затраты на его переборку.

На основании вышеизложенного обеспечивается уменьшение погрешности определения величин составляющих шарнирного момента в регуляторах расхода и выбор формы заслонки, обеспечивающей оптимальную величину газодинамической составляющей шарнирного момента.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям регуляторов расхода, в которых между деталями, регулирующими расходное отверстие, выполнен гарантированный тепловой зазор. Предлагается способ определения величин составляющих шарнирного момента в регуляторах расхода, основанный на воздушных испытаниях регуляторов расхода, заключающийся в том, что проводят воздушные испытания при закрытом расходном отверстии регулятора расхода, для чего герметично закрывают расходный патрубок, подают внутрь блока воздух под рабочим давлением и замеряют составляющую шарнирного момента, равную моменту трения в уплотнениях во всем диапазоне углов поворота при движении в сторону открытия расходного отверстия регулятора расхода; затем открывают расходный патрубок и при тех же условиях замеряют суммарный шарнирный момент, после чего при одинаковом угловом положении определяют газодинамическую составляющую шарнирного момента по формуле. Также предлагается конструкция стендового клапана для реализации способа. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ испытаний на определение величины газодинамической составляющей шарнирного момента в регуляторах расхода, основанный на воздушных испытаниях регуляторах расхода, отличающийся тем, что проводят воздушные испытания при закрытом расходном отверстии, для чего герметично закрывают расходный патрубок, подают внутрь блока воздух под рабочим давлением и замеряют составляющую шарнирного момента, равную моменту трения в уплотнениях во всем диапазоне углов поворота при движении в сторону открытия расходного отверстия регулятора расхода; затем открывают расходный патрубок и при тех же условиях замеряют суммарный шарнирный момент, после чего при одинаковом угловом положении определяют газодинамическую составляющую шарнирного момента по формуле М_{ш г.д.}:

М_{ш г.д.}=М_{ш Σ}-М_{ш тр.}

где:

М_{ш г.д.} - величина газодинамической составляющей шарнирного момента.

М_{ш Σ} - суммарная величина шарнирного момента,

М_{ш тр.} - величина составляющей шарнирного момента, равной моменту трения в уплотнениях.

2. Стендовый регулятор расхода горячего газа для реализации способа по п. 1, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, заслонки, смежные поверхности седла и заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, между смежными цилиндрическими поверхностями седла и заслонки выполнен постоянный кольцевой зазор, заслонка установлена на вал, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла и заслонки, на выходной конец вала установлено уплотнительное кольцо, при этом заслонка в поперечном сечении выполнена в форме двух цилиндрических поверхностей, цилиндрическая поверхность заслонки, смежная с цилиндрической поверхностью седла, выполнена большего радиуса и в виде сектора, длина которого превышает длину расходного отверстия седла, обе цилиндрические поверхности заслонки соосны между собой и сопряжены плавными кривыми, вал установлен с обеих сторон от заслонки в подшипники качения и соединен жестко с заслонкой, отличающийся тем, что жесткое соединение заслонки с валом выполнено в виде пазов, размещенных с обеих сторон на заслонке перпендикулярно оси вала, в пазы заслонки заходят по плотной посадке пальцы втулок, которые установлены на валу и закреплены с помощью гаек, а седло установлено подвижно в осевом направлении, загерметизировано и поджато гайкой.