RU2027934C1

RU2027934C1 - Throttling device

Info

Publication number: RU2027934C1
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Благих; Владимир Тимофеевич Благих
Original assignee: Юрий Владимирович Благих; Владимир Тимофеевич Благих
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1995-01-27

Abstract

FIELD: control systems of production processes. SUBSTANCE: mounted in housing provided with inlet and outlet holes is throttling member made in form of shaft with bead and through- way hole and holder embracing it; holder has through-way passages which are brought in communication with holes of shaft. Thrust bush of holder is located between ends of holder and housing. Through-way passages of holder are of varying section lengthwise widening towards inlet and outlet holes. Sections of through-way passage of holder adjoining housing correspond to form and sizes of inlet and outlet holes respectively. Sections of through-way passage of holder adjoining shaft correspond to form and sizes of its through-way hole. Thrust bush of shaft made of material with low friction coefficient is mounted coaxially relative to thrust bush of holder and is supported by end of housing and bead of shaft. Width of bead is equal to difference of heights of bushes. EFFECT: enhanced reliability. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам регулирования расхода вещества и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. The invention relates to means for controlling the flow of substances and can be used in process control systems.

Известно устройство, в полости корпуса крана которого размещен дроссельный элемент, хвостовая часть которого установлена с возможностью поворота в крышке корпуса, а имеющиеся зазоры между дроссельным элементом и корпусом заполнены уплотнительным материалом (1). A device is known in the cavity of the crane body of which a throttle element is placed, the tail of which is mounted to rotate in the housing cover, and the existing gaps between the throttle element and the body are filled with sealing material (1).

Выполнение полости для размещения дроссельного элемента и отверстия для его установки в разных деталях - корпусе и крышке корпуса соответственно - вносит дополнительные погрешности на взаимное расположение дроссельного элемента относительно корпуса крана и исполнительного привода, что приводит к снижению точности позиционирования проходного канала дроссельного элемента относительно входного и выходного отверстий корпуса. The implementation of the cavity to accommodate the throttle element and the holes for its installation in different parts - the housing and the housing cover, respectively - introduces additional errors on the relative position of the throttle element relative to the valve body and the actuator, which reduces the accuracy of positioning of the passage channel of the throttle element relative to the input and output housing holes.

Кроме того, наличие в описанном устройстве непосредственного контакта материала уплотнения с рабочей поверхностью дроссельного элемента и рабочей средой вызывает его преждевременный износ и разгерметизацию устройства, что приводит к снижению сроков его эксплуатации. In addition, the presence in the described device of direct contact of the seal material with the working surface of the throttle element and the working medium causes its premature wear and depressurization of the device, which leads to a reduction in its life.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному устройству является дроссельное устройство, содержащее установленные в полости корпуса с входным и выходным отверстиями дроссельный элемент, выполненный в виде вала с буртом и проходным отверстием, охватывающую его обойму с проходными каналами, сообщенными с проходным отверстием вала, упорную втулку обоймы, размещенную между торцами обоймы и корпусом, упорную втулку вала, крышку корпуса, уплотнительный элемент вала и ограничитель поворота вала (2). The closest set of features to the claimed device is a throttle device containing throttle element mounted in the cavity of the housing with inlet and outlet openings, made in the form of a shaft with a shoulder and a passage hole, covering its holder with passage channels communicated with the shaft passage hole, a thrust sleeve holders placed between the ends of the ferrules and the housing, the thrust shaft sleeve, housing cover, shaft sealing element and shaft rotation limiter (2).

В указанном техническом решении проходные каналы обоймы выполнены с постоянным по длине сечением, что предопределяет равенство формы и размеров сечений входного и выходного отверстий корпуса с формой и размерами проходного отверстия вала и делает невозможным уменьшение наружного диаметра вала до размеров, меньших размер входного отверстия корпуса из-за конструктивных ограничений, связанных с необходимостью выполнения наружного диаметра вала большим, чем максимальный размер сечения проходного отверстия вала. In the specified technical solution, the passage channels of the casing are made with a constant cross-sectional length, which determines the equality of the shape and size of the cross sections of the input and output openings of the housing with the shape and dimensions of the passage of the shaft and makes it impossible to reduce the outer diameter of the shaft to sizes smaller than the size of the input casing due to design limitations associated with the need to make the outer diameter of the shaft larger than the maximum cross-sectional dimension of the shaft bore.

Такое конструктивное выполнение проходных каналов в обойме не позволяет увеличить рабочий ход вала от полностью закрытого проходного сечения до полного его открытия и делает невозможным, при сохранении требуемых диапазонов изменения значения расходов устройством, увеличение плавности изменения расходной характеристики и уменьшение разброса требуемой величины пропускной способности и по этой причине снижает точность регулирования расхода. Such a constructive implementation of the passage channels in the cage does not allow to increase the working stroke of the shaft from a completely closed passage section to its full opening and makes it impossible, while maintaining the required ranges of changes in the flow rate value of the device, to increase the smoothness of the change in the flow rate characteristic and reduce the spread in the required flow rate and this reason reduces the accuracy of flow control.

Задача изобретения состоит в том, чтобы за счет увеличения рабочего угла поворота дроссельного элемента, уменьшения погрешности на взаимное расположение деталей и снижения коэффициента трения в контакте подвижных и неподвижных деталей, обеспечить повышение точности регулирования расхода и увеличение срока эксплуатации устройства. The objective of the invention is that by increasing the working angle of rotation of the throttle element, reducing errors on the relative position of parts and reducing the coefficient of friction in the contact of moving and stationary parts, to ensure improved accuracy of flow control and increase the life of the device.

На фиг. 1 изображен общий вид дроссельного устройства, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А и диапазоны изменения рабочих углов поворота дроссельного устройства и устройства-прототипа; на фиг. 3 - вариант исполнения устройства с ограничителем поворота вала, компенсирующей муфтой и термостабилизирующим элементом. In FIG. 1 shows a General view of the throttle device, section; in FIG. 2 - section AA and ranges of variation of the working angles of rotation of the throttle device and prototype device; in FIG. 3 is an embodiment of a device with a shaft rotation limiter, a compensating sleeve and a thermostabilizing element.

Дроссельное устройство содержит корпус 1, в котором выполнена поверхность В для центрирования вала 2 дросселя. Вал 2 дросселя и охватывающая его обойма 3 установлены во внутренней полости корпуса 1. В этой же полости, с упором в его торцевую поверхность 4, установлена упорная втулка 5 обоймы 3, а также упорная втулка 6 вала 2 дросселя, выполненная из материала с низким коэффициентом трения. На валу 2 дросселя выполнен бурт 7, ширина которого равна разности высот упорной втулки 5 обоймы 3 и упорной втулки 6 вала 2 дросселя. Обойма 3 установлена без зазора между упорной втулкой 5 обоймы 3 и крышкой 8 корпуса 1. Входное 9 и выходное 10 отверстия корпуса 1 имеют переменное сечение и соединяются соответственно с входным 11 и выходным 12 участком трубопровода. В дополнительной полости 13 корпуса 1 на валу 2 дросселя установлен упор 14 вала дросселя, а на внутренней поверхности дополнительной полости 13 корпуса 1 установлен упор 15 корпуса 1. Герметизация дополнительной полости 13 корпуса 1 осуществляется за счет использования герметизирующего сальникового уплотнения 16 и регулирующей степень его поджатия втулки 17. Упор 14 вала дросселя является одной из полумуфт компенсирующей муфты, вторая полумуфта 18 соединяется с первой, с возможностью разъема, и установлена на валу 19 исполнительного механизма. На поверхности дополнительной полости 13 корпуса 1 выполнена монтажная площадка 20 с центрирующей поверхностью "С" для установки исполнительного механизма и размещен термостабилизирующий элемент 21 для компенсации температурного воздействия рабочей среды на элементы конструкции устройства. Профиль входного 9 и выходного 10 отверстий корпуса 1 выбран из условия обеспечения минимальных безвозвратных потерь давления рабочей среды на входе и выходе устройства. Профиль сечения канала обоймы 3 выполнен таким образом, чтобы на примыкающих к валу 2 дросселя участках углы наклона образующих к оси канала составляли 3,5 градуса и сопряжение этих углов с входным 9 и выходным 10 отверстиями корпуса 1 выполнено по радиусам, обеспечивающим плавный, без уступов, переход от входного 9 и выходного 10 отверстий корпуса 1 к примыкающим к валу дросселя участкам канала обоймы 3. Сквозное отверстие вала 2 дросселя выбирается в зависимости от физических параметров регулируемой среды с учетом обеспечения оптимальной пропускной характеристики, близкой к линейной, по экспериментально определенным зависимостям. The throttle device comprises a housing 1, in which a surface B is made for centering the shaft 2 of the throttle. The throttle shaft 2 and the cage 3 enclosing it are installed in the inner cavity of the housing 1. In the same cavity, with an emphasis on its end surface 4, a thrust sleeve 5 of the cage 3 is installed, as well as a thrust sleeve 6 of the throttle shaft 2, made of a material with a low coefficient friction. A shoulder 7 is made on the throttle shaft 2, the width of which is equal to the height difference of the thrust sleeve 5 of the holder 3 and the thrust sleeve 6 of the throttle shaft 2. The cage 3 is installed without a gap between the thrust sleeve 5 of the cage 3 and the cover 8 of the housing 1. The input 9 and output 10 of the opening of the housing 1 have a variable cross-section and are connected to the input 11 and output 12 of the pipeline, respectively. In the additional cavity 13 of the housing 1 on the shaft 2 of the throttle, an emphasis 14 of the throttle shaft is installed, and on the inner surface of the additional cavity 13 of the housing 1, an emphasis 15 of the housing 1 is installed. The sealing of the additional cavity 13 of the housing 1 is carried out by using a sealing gland seal 16 and regulating the degree of its compression bushings 17. The throttle shaft emphasis 14 is one of the coupling half of the compensating coupling, the second coupling half 18 is connected to the first, with the possibility of a connector, and mounted on the shaft 19 of the actuator. On the surface of the additional cavity 13 of the housing 1, an assembly pad 20 is made with a centering surface "C" for mounting the actuator and a thermostabilizing element 21 is placed to compensate for the temperature effect of the working medium on the structural elements of the device. The profile of the inlet 9 and outlet 10 of the openings of the housing 1 is selected from the condition of ensuring minimal irrevocable pressure losses of the working medium at the inlet and outlet of the device. The cross-sectional profile of the channel of the casing 3 is made in such a way that on the sections adjacent to the shaft 2 of the throttle, the angles of inclination of the generators to the channel axis are 3.5 degrees, and the conjugation of these angles with the input 9 and output 10 of the housing 1 is made along radii that provide smooth, without steps , the transition from the input 9 and output 10 openings of the housing 1 to sections of the casing channel 3 adjacent to the throttle shaft. The through hole of the throttle shaft 2 is selected depending on the physical parameters of the controlled medium, taking into account optimal flow SKNOU characteristics close to linear, at the experimentally determined dependencies.

Выбранная форма канала устройства обеспечивает отклонение траектории твердых частиц, находящихся в потоке, к оси канала при входе в устройство, а после прохождения минимального сечения отверстия вала 2 дросселя, вследствие постепенного расширения канала и инерционности самих твердых частиц, их абразивное воздействие на стенки канала практически исключается, что повышает срок эксплуатации устройства и стабильность характеристик при длительном его использовании. The selected channel shape of the device provides a deviation of the trajectory of the solid particles in the stream to the channel axis when entering the device, and after passing through the minimum section of the bore of the shaft 2 of the throttle, due to the gradual expansion of the channel and the inertia of the solid particles themselves, their abrasive effect on the channel walls is practically eliminated , which increases the life of the device and the stability of characteristics during prolonged use.

В полностью открытом положении устройства сквозное отверстие вала 2 дросселя установлено вдоль оси входного 9 и выходного 10 отверстий корпуса 1. При таком положении сквозного отверстия вала 2 дросселя, проходной канал устройства имеет гладкую, без выступов поверхность и обеспечивает беспрепятственное прохождение рабочей среды с заданным максимальным значением расходной характеристики. In the fully open position of the device, the through hole of the shaft 2 of the throttle is installed along the axis of the input 9 and output 10 of the openings of the housing 1. With this position of the through hole of the shaft 2 of the throttle, the passage channel of the device has a smooth, without protrusions surface and provides unhindered passage of the working medium with a given maximum value flow characteristics.

При необходимости изменения расхода рабочего тела через устройство вал 20 исполнительного привода передает через полумуфту 18 вращение на полумуфту 14, установленную на валу 2 дросселя, в результате чего, вал 2 дросселя поворачивается относительно своей оси на необходимый угол и ось проходного отверстия вала смещается относительно оси проходного канала устройства на тот же угол, что обеспечивает частичное перекрытие проходного канала устройства и изменение расхода рабочей среды через устройство на заданную величину в пределах от максимального значения до нуля. If it is necessary to change the flow rate of the working fluid through the device, the actuator shaft 20 transmits rotation through the coupling half 18 to the coupling half 14 mounted on the throttle shaft 2, as a result of which, the throttle shaft 2 is rotated relative to its axis by the necessary angle and the axis of the shaft bore is shifted relative to the bore axis the channel of the device at the same angle, which provides a partial overlap of the passage channel of the device and a change in the flow rate of the working medium through the device by a predetermined amount ranging from maxim nogo value to zero.

Точное позиционирование проходного отверстия вала 2 дросселя в полностью открытом и полностью закрытом положениях устройства обеспечивается взаимодействием поверхностей упора 14 вала 2 дросселя с поверхностью упора 15 корпуса 1. The exact positioning of the bore of the shaft of the throttle 2 in the fully open and completely closed positions of the device is ensured by the interaction of the surfaces of the stop 14 of the shaft 2 of the throttle with the surface of the stop 15 of the housing 1.

Фиксация вала 2 дросселя в промежуточных положениях обеспечивается за счет сил трения герметизирующего уплотнения 16, либо специальным фиксатором, либо исполнительным механизмом. The locking of the throttle shaft 2 in intermediate positions is ensured by the friction forces of the sealing seal 16, either with a special lock or with an actuator.

При повороте вала 2 дросселя упорная втулка 6 вала 2 дросселя, выполненная из материала с низким коэффициентом трения, например, бронзы, обеспечивает стабильный момент вращения вала 2 дросселя независимо от давления рабочей среды, а также, вследствие поджатия буртом вала 2 дросселя, осуществляет самоуплотнение дроссельного устройства за счет разницы давления от воздействия рабочего тела на вал 2 дросселя и давления окружающей среды. When turning the shaft 2 of the throttle, the thrust sleeve 6 of the shaft of the throttle 2, made of a material with a low coefficient of friction, for example, bronze, provides a stable torque of rotation of the shaft 2 of the throttle, regardless of the pressure of the working medium, and also, due to the preload of the shaft 2 of the throttle, performs self-sealing of the throttle the device due to the pressure difference from the impact of the working fluid on the shaft 2 of the throttle and environmental pressure.

В термостабилизирующий элемент 21 подается вещество (жидкость или газ), имеющее температуру ниже или выше температуры рабочего тела, обеспечивающее подвод или отвод тепла в зависимости от условий эксплуатации устройства для создания нормальных температурных условий функционирования привода и уплотнения. A substance (liquid or gas) is supplied to the thermostabilizing element 21, having a temperature lower or higher than the temperature of the working fluid, providing heat supply or removal depending on the operating conditions of the device to create normal temperature conditions for the functioning of the drive and seal.

Например, для перегретого пара с температурой +100^оС и выше в термостабилизирующий элемент подается вода с температурой от +5 до +30^оС, что обеспечивает температуру герметизирующего уплотнения и привода в диапазоне от +10 до +40^оС.For example, to superheated steam with a temperature of 100 ^C and higher in heat stabilizing element is supplied with water having a temperature of +5 to +30 ^C, a temperature that provides the mechanical seal and the drive in the range of +10 to +40 ° ^C.

При температуре рабочего тела ниже 0^оС (например, сжиженный газ) в термостабилизирующий элемент подается антифриз с температурой от + 20 до + 40^оС.At a temperature of the working fluid below ⁰ ° C (e.g., liquefied petroleum gas) is fed into the heat stabilizing element antifreeze temperature from + 20 to + 40 ° ^C.

В случае регулирования рабочего тела с температурой от + 5 до + 100^оС в помещениях с температурой окружающей среды до +50^оС термостабилизирующий элемент обеспечивает использование естественного конвективного теплообмена с окружающей воздушной средой.In the case of the working fluid with temperature regulation from + 5 to + 100 ^{° C} in the ambient temperature indoor environment to 50 ^{° C} heat stabilizing member provides the use of a natural convection heat exchange with the ambient air environment.

Для изменения расходной характеристики дроссельного устройства, например, в случае необходимости увеличения максимально возможного для данного проходного канала устройства расхода рабочего тела, в предлагаемом устройстве предусмотрена возможность смены формы и размеров канала устройства путем замены вала 2 дросселя и обоймы 3 через крышку 8 корпуса 1, на вал 2 дросселя с увеличенным проходным отверстием и обойму 3 с каналом, обеспечивающим плавное, без уступов, соединение входного 9 и выходного 10 отверстий корпуса 1 с проходным отверстием вала 2 дросселя. To change the flow characteristic of the throttle device, for example, if it is necessary to increase the maximum possible flow rate of the working fluid for a given passage channel, the proposed device provides the ability to change the shape and size of the channel of the device by replacing the shaft 2 of the throttle and cage 3 through the cover 8 of the housing 1, by throttle shaft 2 with an enlarged bore and a cage 3 with a channel providing a smooth, without ledges, connection of the input 9 and output 10 of the openings of the housing 1 with the bore throttle shaft 2.

Claims

1. THROTTLE DEVICE, comprising a throttle element installed in the cavity of the housing with inlet and outlet openings, made in the form of a shaft with a shoulder and a passage hole, covering its holder with passage channels communicated with the shaft passage hole, a thrust sleeve of the holder located between the ends of the holder and housing, thrust shaft sleeve, housing cover, shaft sealing element and shaft rotation limiter, characterized in that the passage channels of the casing are made variable along the length of the section, expanding towards the casing passage and outlet openings, wherein the sections of the casing passage channel adjacent to the casing correspond to the shape and dimensions of the casing inlet and outlet openings, respectively, and the casing passage passage sections adjacent to the shaft correspond to the shape and size of its casing passage, the shaft thrust sleeve is made of material with a low coefficient of friction, installed coaxially thrust sleeve sleeve and supported on the end face of the housing and the shaft shoulder, and the width of the shaft shoulder is equal to the height difference of the thrust sleeve of the sleeve and shaft.

2. The device according to claim 1, characterized in that an additional cavity is made in the housing and a shaft rotation limiter is placed in it, made in the form of a step on the shaft and an abutment on the inner surface of the additional housing cavity.

3. The device according to claim 2, characterized in that in the additional cavity of the housing there is a compensating coupling, one of the coupling halves of which is mounted on the ledge of the shaft, and the second, connected to the first with the possibility of a connector, on the shaft of the actuator, and on the outer surface of the housing covering an additional cavity, an assembly pad with a centering surface for installing the actuator is made.

4. The device according to claim 1, characterized in that on the portion of the housing at the location of the sealing element of the shaft placed thermostabilizing element.