Способ снижения кавитации в регулирующей трубопроводной арматуре Российский патент 2024 года по МПК F16K47/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к арматуростроению и может быть использовано в технических системах для управления потоками жидкой среды в различных отраслях промышленности.

Известно (см. Вестник арматуростроения №78 статья О.Н. Шпакова «Кавитация - злейший враг арматуры».

Известен «Способ снижения кавитации в гидравлических машинах» (см. патент RU 260716 CI) включающий предотвращение разрыва потока жидкости от его столкновения с частями гидравлических машин путем формирования управляемого движения в приграничных частях гидравлических машин с увеличением его кинетической энергии для этого ему придают вращательную компоненту движения по направлению движения рабочего колеса насоса с приданием потоку жидкости пластичности путем подачи в поток воздуха в объеме 2-5% от объема подаваемой воды.

К недостаткам известного способа следует отнести неприменимость его к трубопроводной арматуре. Тем более, что см. (Г. Морозов «Кавитационный износ деталей гидроагрегатов» Сибирский государственный университет) при работе с жидкой средой, загрязненной твердыми частицами, где кавитация наступает раньше, т.к. поверхность частиц абсорбирует тонкий слой воздуха, который при попадании в зону пониженного давления способствует повышению кавитации.

Известен также способ борьбы с кавитацией «Fisher» (прототип), включающий введенный в затвор клапанов конструктивных элементов формирующих струи рабочей жидкости и управляющих параметрами потока последней. При этом струи выходя из каналов клетки ударяются в детали затвора, внутренние поверхности корпуса и выходного патрубка клапана, что многократно изменяет направление вектора скорости частиц потока направленного на внутренние поверхности деталей затвора клапана, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, разрушая эти поверхности, что является существенным недостатком данного способа.

Даже при полностью открытом клапане поток рабочей среды многократно меняет свое направление, проходя между деталями затвора клапана и неоднократно соударяясь с ними, что и является факторами порождающими кавитацию.

Технической задачей данного изобретения является создание способа снижения кавитации при эксплуатации на жидких рабочих средах трубопроводной арматуры в частности в шиберных запорно-регулирующих устройствах (ШЗРУ).

Поставленная задача достигается тем, что способ снижения кавитации в регулирующей трубопроводной арматуре, включающий введение в затвор ТПА формирующих струи рабочей среды и управляющих параметрами потока последней конструктивных элементов затвора ТПА, определяющих процесс тонкого регулирования* и поле скоростей рабочей среды, в котором частицы последней, движущиеся с максимальной скоростью расположены в толще потока.

*Процесс тонкого регулирования - это процесс когда при максимальных

перепадах давления, до и после затвора ТПА, обеспечивают минимальное значение расхода рабочей среды. Способ осуществляется следующим образом: 1. На примере запорно-регулирующей задвижки патент RU 246470 С2 F16K 3/12 (см. Ползуновский вестник №4, 2018 г. «Управление зоной схлопывания кавитационных пузырьков в задвижке стабилизатором».) В затворный узел представленного устройства введен конструктивный элемент стабилизатор, взаимодействующий с торцом запорного элемента (шибера) оба элемента снабжены рядом общих отверстий, благодаря которым в начальный момент открытия затвора ТПА происходит процесс тонкого регулирования с полем максимальных скоростей рабочей среды размещаемой в толще рабочей жидкости, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, т.е. в толще рабочей среды, а не вблизи поверхностей затвора и корпуса.

2. На примере патента RU 2586958 F16K 3/02 (см. шаг 8 Шиберное запорно-регулирующее устройство с внутренним байпасом, с. 181 «Управление потоками жидкостей и газов « часть 1. Авторы: Чиняев И.Р. и др. Курган, 2022 г.

Введен конструктивный, управляемый шпинделем элемент - заслонка, встроенная в шибер запорно-регулирующего устройства (ШЗРУ) и перекрывающая канал в шибере. При этом заслонка снабжена каналом равного диаметра с каналом в шибере. В процессе совмещения каналов заслонки и шибера происходит также тонкое регулирование рабочей среды и формирование поля скоростей, каналы расположены по центру проточного канала корпуса ШЗРУ, что и предопределяет место расположения поля скоростей и вектора скоростей частиц потока рабочей среды, а значит и зоны схлопывания кавитационных пузырьков.

На примере патента RU 2506483 (см. шаг 4 модернизации шиберных запорно-регулирующих устройств «Управление потоками жидкостей и газов часть 1, авторы Чиняев И.Р. и другие, Курган, 2022)

Введен совместный конструктивный элемент для подпружиненного стабилизатора и торца шибера с рядом канавок (канавки могут быть круглыми, прямоугольными, коническими и т.д.).

При поднятии шибера, когда совмещенные канавки достигнут выходного канала корпуса, начинается процесс тонкого регулирования рабочей среды, разделенной на отдельные струи, вектора скорости которых направлены в толщу рабочей среды, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, а не на деталях затвора.

На примере патента RU 2685461 «Затвор запорной трубопроводной арматуры», патентообладатель Шанаурин Анатолий Леонтьевич. В узел затвора введен конструктивный элемент «сквозной канал, соединяющий входной и выходной патрубки корпуса» перекрываемый клапаном, управляемым через пакет тарельчатых пружин шпинделем. Канал выполнен по центру клина, что обеспечивает процесс тонкого регулирования и при его открытии формирование поля скоростей рабочей среды, в котором частицы жидкости, движущиеся с максимальной скоростью расположены в толще потока.

Известно также шиберное запорно-регулирующее устройство (см. патент RU 217661 F16K 3/02), у которого введен в выходной патрубок корпуса пакет дроссельных пластин со взаимосвязанными между собой горизонтальными каналами. Пакет состоит из 3-х пластин, сочетание таких каналов и определяет процесс тонкого регулирования, а их взаимное расположение по горизонтали определяет направление потока частиц рабочей среды с максимальной скоростью в толще потока.

Известно шиберное запорно-регулирующее устройство (см. патент RU 276932 F16K 3/02), в котором в управляемый посредством рычажного привода шибер снабжен центральным каналом, перекрываемым заслонкой функционально связанный с шибером, что и обеспечивает процесс тонкого регулирования рабочей среды проходящей через центральный канал шибера, который расположен в толще потока рабочей среды.

Приведенные примеры показывают, как различные конструктивные элементы затворов ТПА формируют поток рабочей среды.

Проведенные исследования выбранных технических решений с использованием программного комплекса ANSYS подтвердили правильность их функционирования.

Таким образом, введение конструктивных элементов по заявленному способу в затвор ТПА предопределяет тонкое регулирование с расположением частиц рабочей среды, движущихся с максимальной скоростью в толще потока, чем и обусловлено схлопывание кавитационных пузырьков в толще потока не влекущее за собой разрушение внутренних поверхностей деталей ТПА.

При обеспечении полнопроходности (затвор полностью открыт) в приведенных примерах кавитация практически равна нулю.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к арматуростроению, и может быть использовано в технических системах для управления потоками жидкой среды в различных отраслях промышленности. Способ снижения кавитации в регулирующей трубопроводной арматуре (ТПА) включает введение в затвор ТПА формирующих струи рабочей жидкости и управляющих параметрами потока последней конструктивных элементов, определяющих процесс тонкого регулирования и поле скоростей рабочей среды, в котором частицы последней, движущиеся с максимальной скоростью, расположены в толще потока. Изобретение направлено на создание способа снижения кавитации при эксплуатации на жидких рабочих средах трубопроводной арматуры, в частности в шиберных запорно-регулирующих устройствах (ШЗРУ).

Способ снижения кавитации в регулирующей трубопроводной арматуре (ТПА), включающий введение в затвор ТПА конструктивных элементов, формирующих струи рабочей среды и управляющих параметрами потока последней, отличающийся тем, что конструктивные элементы затвора ТПА определяют процесс тонкого регулирования и поле скоростей рабочей среды, в котором частицы, движущиеся с максимальной скоростью, расположены в толще потока.