Дроссельное устройство /его варианты/ Советский патент 1981 года по МПК G05D7/01 

1

Изобретение относится к устройствам контрольно-регулирующей гидравлической аппаратуры и может найти применение в машиностроении.

Известно дроссельное устройство, вьтолненное в виде клапана, предназначенное для регулирования потоков, преимущественно газов, включакнцее седло и закрепленную на штоке клапана чашу .

Отличительной особенностью этого устройства является наличие в седле равнорасположеншлх по всей его поверхности диффузорных каналов, вьшолненга 1Х со степенью расширения 3,55,0 и углом раскрытия 5-8 .

Недостатком устройства является не оптимальное выполнение подводящего канала клапана, что вызывает неравномернов распределение параметров потока по сечению.

Конструктивное выполнение чаши с поступательным движением при регулировании потока требует приложения

значительных усилий, особенно при работе клапана в высокоскоростных потоках жидкости с большим расходом.

Известно также устройство с более оптимальным выполнением каналов регулируемого клапана, позволяющее добиться равномерного распределения параметров потока по сечению и состоящее из двух перфорированных панелей, перфорации у которых смещены отнс сительно друг друга у неподвижной и и подвижной панелей, а регулирование расхода осуществляется путем осевого л емещения подвижной панели 2 .

Нбдз1остатком этого устройства является то, что при регулировании расхода необходиьо слишком большие усилия перемещения. Это обстоятельство затрудняет использование данного устройства в высокоскоростных жидкост ных потоках, особенно в системах автоматического регулирования. В прочностном отношении данное устройство несовершенно, а выполнение привода подвижной панели в сис1еме трубопровода усложняет конструкцию. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является дроссельное устройство, рабочим органом которого являются примыкающие один к другому соосно установленные неподвижный и поворотный элементы С отверстиями для прохода жидкости, например, элементы выполнены в виде неподвижного и поворотного дисков с прорезями и перемычками, представляющими собой форму частей секторов. При совмещении прорезей дроссельное устройство имеет максимальную проходную площадь, уменьшени которой до полного закрытия осуществляется за счет перекрытия прорезей неподвижного диска перемзшками поворотного. Боковые стенки прорезей образуют при этом подводящие и отводящие каналы, чаще всего конфузорный и диффузорной геометрии соответственно Сз.

Недостатком этого устройства является то, что при его работе возникае пульсация расхода при больших степенях дросселирования потока. Эта пульсация расхода создает дестабилизацию момента, действукмцего со стороны потока на поворотный элемент, что определяет в конечном итоге работу регулирующего механизма в колебательном режиме.

Цель изобретения - улучшение динамических характеристик дроссельного устройства.

Указанная цель достигается тем, что в дроссельном устройстве, содержащем установлешные в корпусе неподвижньш и поворотно-регулирующий элементы с отверстиями в виде частей секторов, боковые стенки которых образуют подводящие конфузорные и отводящие, диффузорные каналы, поворотно- регулируищий элемент выполнен переменной в радиальном направлении толщины, угол раскрытия отводящих диффузорных каналов вьтолнен в пределах , причем толщина поворотно-регулйрукщегО элемента на участке расположения отводящих диффузорных каналов определена соотношением

,

Где У расстояние от оси поворотнорегулирующего элемента: Ч - секторный угол отверстия, в радианах;

А - постоянный для каждой конкретной конструкции коэффициент, выбираюищйся из условия А 5.

Другой вариант дроссельного устройства предусматривает выполне ше отводящих диффузорных каналов в пределах 34-90, при этом коэффициент А выбирается из условия ..

Ограничения на А сверху при углах раскрытия диффузорных каналов 8-15 и снизу при углах 34-90 выбирают, исходя из конструктивных либо прочностных соображений.

На фиг.1 схематически изображено устройство, установленное в трубопроводе, общий вид: на фиг. 2 - вид А ira фиг.; на фиг.З - конусный вариант устройства; на фиг.4 - нормальные сечения дроссе11ирующих каналов в полностью открытом (а ) и в частично перекрытом б состояниях, на фиг.З сечение Б-Б на фиг.2j на фиг.6 сечение Б-В на фиг.2; на фиг.7 - виды потока, проходящего по каналам для различных случаев соотношения размеров выходного и входного каналов, дроссельного устройству.

Дроссельное устройство содержит примыкающие один к другому неподвижный элемент (диск ) I и поворотно-регулирукяций элемент (.диск ) 2 с равнораспрдоженными на каждом диске щелевыми прорезями в виде частей секторов. Боковые стенки прорезей образуют подводящие конфузорные каналы 4 (фиг.4) в диске 1 и отводящие диффузорные каналы 5 (фиг.4) в диске 2,

Установлено дроссельное устройство в трубопроводе 3. Уплотнительные узлы а также привод поворотного диска не показаны.

2 выполнен переменной толщины в радиальном направлении. При этом на участке расположения отводящих каналов 5 эту.толщину определяют в соответствии с соотношением

е - ,.

где V - текущий радиус диска2:

vp секторный угол прорези в плане (фиг.2):

А постоянный для данной конструкции коэффициент, его величина зависит от выбранного узла раскрытия отводящих каналов (фиг.4о|).

При дросселировании потока жидкости путем поворота диска 1 на некоторый угол проходная ширина в каналах ум1МП)1 1а1-мтя i: величгш,)-8( (l)nr.)) для полностью открытого дросселя до величшпм О . Величина расхода жидкости определяется коэффициентом сопротивЛС1-ШЯ дросселя, который зависит от степени закрытия дросселяJ -&-о(/о| и от соотношения величин Ejcil и угла раскрытия отводящего канала cL Величиш 1 последнего соотношения опреде ляют характер распространения струи после ее прохода через местное сужение ci. Как показали исследования, при ве личинах Е/с(3 и углах раскрытия каналов 0 34-90°поток выходит из дросселя в виде струй под некоторым углом 0 к поверхности диска, как показано на фиг.5, где изображено сечение Б-Б каналов дросселя, выполнен ных по некоторому радиусу hf . Лишь на некотором расстоянии отдельные струи сливаются в поток (граничныелинии потока на фиг.5,6 и 7 изображены пунктиром). При величинах Е|а /5 и углах об 8-15 струи, проходя через сужения СЯ , успевают затем занять все сечения отводящего канала (фиг.6). Из дросселя они выходят нормально к его образующей поверхности. При 1/а 4 и d . 15-34 наблюдаются неустойчивые течения, выражающиеся в произвольном изменении характера струи либо по типу фиг.5, либо по типу фиг . 6. Для прорезей, вьтолненных ь виде частей секторов, величина Jf будет постоянной по радиусу н, следователь но, ее влияние на коэффициент сопротивления дросселя не зависит от ради са. Отношение /01 зависит от закона изменения толщины диска в радиальном направлении. Так при регулировании дросселя в случае постоянной толщины диска с отводящими каналами наступает такой момент, когда при больших текущих V имеем В/а 3, а при малых 6|о1 5. Например, на фиг.5 и 6 изображены сечения отводящих каналов, выполненных на разных радиусах диска Причем . - означает, что где-то в промежуточных сечениях имеет место соотношение , как след ствие этого образуется зона неустойчивых течений с изменяющимся коэффициентом сопротивления и углом выхода струй в из дросселя. Эти два обсто ятельства вызывают колебания расхода и нестабильность момента от сил peaKt ции струй на элементы дросселя. Избежать этого явления удается, если толщину диска с отводящими каналами изменять по з :кону, обеспечивающему постоянство Р/О . Это постоянство будет выполняться, если толщина даска на участке расположения отводящих каналов будет определяться соотношением С А-Ч-Г. А углами раскрытия каналов об , взятыми в диапазонах 8-15°.при , и 34-900, „ри А 3, создаются однозначные условия для формирования струйного потока в отводящих каналах (фиг.7 а) для первого случая и (фиг.7 б) для второго. Эксперименты, проведенные с дросселЬньт устройством, выполненным по данному изобретению, показали существенное уменьшение колебаний расхода жидкости и повьш1ение стабильности величины регулирующего момента, что свидетельствует об улучшении динамических характеристик этого устройства по сравнению с известным. Формула изобретения 1, Дроссельное устройство, содержащее установленные в корпусе подвижный и поворотно-регулирунщий элементы с отверстиями в виде частей секторов, боковые стенки которых образуют подводящие конфузорные и отводящие диффузорные каналы, отличающееся тем, что, с целью ния динамических характеристик устройства, в нем поворотно-регулирующий элемент выполнен переменной в радиаль ном направлении толщины, угол раскрытия ОТВОДЯ1Ф1Х диффузорных каналов выполнен в пределах 8-15, причем толщина поворотно-регулирующего элемента на участке расположения отводящих диффузорных каналов определена соотношениемe-A-vp h, де h - расстояние от оси поворотнорегулирующего элементаJ Ч- секторный угол отверстия в радианах; А - постоянный для каждой конкретной конструкции коэффициент, выбирающийся из услоп ВИЯ А / 5. 2. Дроссельное устройпно, содеращее установленные в корпусо подижный и поворотно ре1-улирукяций элементы с отверстиями в виде частей секторов, боковые стенки которых образуют подводяцр е конфузорные и отводящие диффузорные каналы, отличающееся тем, что, с5 целью улучшения динамических характеристик устройства, в нем поворотнорегулирующий элемент вьтолнея переменной в радиальном направлею1и толщины, угол раскрытия отводящих диффузорных каналов выполнен в пределах 34-90, причем толщина поворотно-регулируннцего элемента на участке расположения отводящих диффузорных каналов определена соотношением15 Е--А-ННаправлениепотока 857090 пр № № № т

Фт.2 h - расстояние от оси поворотнорегулирующего элемента; Ч - секторный угол отверстия в радианах А - постоянный для каждой конкретной конструкции коэффициент, выбирающийся из условия . Источники информации. нятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 36460, кл. F16 К 1/06, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 33801, кл. F16 К 1/22, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР 87338, кл. G 05 D 7/01, 1969 (проип) .

Направление потока

(Направление потока

НапраЙление потока

5

Направление

потока

ФиъЛ