RU2220347C2

RU2220347C2 - Hot gas flow rate control valve

Info

Publication number: RU2220347C2
Application number: RU99122422A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Соломонов; Ю.С. Виниченко; В.А. Григорьев; О.А. Лобанов
Original assignee: Государственное предприятие Московский институт теплотехники
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2003-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; valves for control of hot gas flow rate at pressure of up to 10 Mpa and temperature of 1600 K. SUBSTANCE: proposed valve has body with inlet and outlet branch pipes and seat with flow rate hole formed by cylindrical surface. Seat is engageable with cylindrical adjusting member which is provided with flow port; it is mounted for turn and is kinematically linked with shaft locked against axial motion. Bearing unit is formed by two projections which are made on seat and are provided with through holes coaxial with shaft. Generatrices of cylindrical surfaces of these holes are matched with cylindrical surface of seat. Similar circular grooves are made on adjusting member perpendicularly to axis of its cylindrical surface. Said grooves are used for receiving rings made from anti-friction material, graphite for example. Depth of grooves is lesser than thickness of rings. Rings consist of two parts engageable over flat end faces running through central plane of these rings. External cylindrical surface of rings is engageable with walls of through holes of bearing unit. Clearance is provided between inner cylindrical surface of rings and inner cylindrical surface of grooves. EFFECT: enhanced operational reliability due to reduced load. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений.The invention relates to the field of engineering and is aimed at improving valve designs operating at high temperatures and pressures.

Известна конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с возможностью вращения установлена заслонка с расходным отверстием, которое совмещается с расходным отверстием выходного патрубка. Между заслонкой и выходным патрубком имеется кольцевой зазор (п. США № 3276466, НКИ 137-339, 1966 г.).A known design of a rotating valve for hot gas, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles with flow openings. A rotary shutter with a flow outlet is installed in the housing, which is combined with the flow outlet of the outlet pipe. There is an annular gap between the valve and the outlet pipe (US No. 3276466, NKI 137-339, 1966).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что наличие значительного кольцевого зазора между заслонкой и выходным патрубком приводит к непроизводительному расходу горячего газа и требует увеличения запасов рабочего тела.The disadvantage of this design is that the presence of a significant annular gap between the valve and the outlet pipe leads to unproductive consumption of hot gas and requires an increase in the reserves of the working fluid.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, расположенными с боков расходного отверстия седла и имеющими сквозные соосные цилиндрической поверхности седла цилиндрические отверстия, в которые установлен цилиндрический регулирующий элемент с расходным отверстием, кинематически связанный с валом (патент РФ № 2079023, кл. 6 F I6 K 5/04, 5/12, 1994 г.).A known valve design for regulating the flow of hot gas, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a saddle with a flow hole and a support node formed by two protrusions located on the sides of the flow hole of the saddle and having through holes coaxial with the cylindrical surface of the saddle, which have a cylindrical control an element with a feed hole kinematically connected with the shaft (RF patent No. 2079023, class 6 F I6 K 5/04, 5/12, 1994).

В этой конструкции зазор между седлом и регулирующим элементом сведен к минимуму (необходимо, чтобы регулирующий элемент вошел свободно в отверстия опорного узла). Однако при поджатии регулирующего элемента к седлу за счет давления горячих газов в закрытом положении (расходное отверстие седла перекрыто регулирующим элементом) регулирующий элемент прогибается в расходное отверстие седла, что приводит к увеличению момента страгивания и требует в свою очередь увеличения мощности привода и увеличения толщин всех деталей кинематической цепи.In this design, the gap between the seat and the regulating element is minimized (it is necessary that the regulating element fits freely into the holes of the support unit). However, when the adjusting element is pressed to the seat due to the hot gas pressure in the closed position (the flow hole of the saddle is blocked by the control element), the control element bends into the flow hole of the saddle, which leads to an increase in the breakaway torque and, in turn, requires an increase in drive power and an increase in the thickness of all parts kinematic chain.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение надежности работы клапана за счет снижения нагрузки на детали при незначительном увеличении расхода газа через закрытый клапан.The aim of the invention is to increase the reliability of the valve by reducing the load on the parts with a slight increase in gas flow through the closed valve.

Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, опорный узел, образованный двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, на регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки, в которые установлены кольца из антифрикционного материала, преимущественно графита, при этом глубина канавок выполнена меньше толщина колец, которые выполнены из двух частей, контактирующих друг с другом по плоским торцам, проходящим через диаметральную плоскость колец, причем кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью со стенками сквозных отверстий опорного узла, а между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор.This goal is achieved by the fact that in the valve for regulating the flow of hot gas, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a saddle with a flow hole formed by a cylindrical surface in contact with a cylindrical control element made with a flow window mounted rotatably and kinematically connected with the fixed from axial movement by the shaft, the support node formed by two protrusions made on the saddle and having through holes coaxial with the shaft forming a cylinder of the dical surfaces of which are aligned with the cylindrical surface of the saddle, the same annular grooves are made on the regulating element on both sides of its supply window perpendicular to the axis of its cylindrical surface, in which rings of antifriction material, mainly graphite, are installed, while the depth of the grooves is less than the thickness of the rings that are made of two parts in contact with each other at flat ends passing through the diametrical plane of the rings, the rings contacting externally a cylindrical surface with the walls of the through holes of the support unit, and between the inner cylindrical surface of the rings and the inner cylindrical surface of the groove a gap.

На фиг.1 и 2 изображен общий вид клапана для регулирования расхода горячего газа.Figure 1 and 2 shows a General view of the valve for regulating the flow of hot gas.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В выходной патрубок установлено седло 4 с расходным отверстием 5. На седле имеется цилиндрическая поверхность 6, с которой контактирует цилиндрический регулирующий элемент 7, выполненный с расходным окном 8, установленный с возможностью поворота и кинематически связанный с валом 9. Вал с регулирующим элементом может быть соединен жестко или через кинематические узлы. Вал зафиксирован от осевого перемещения, например, при помощи стопорного кольца 10 и уступа 11. На седле выполнен опорный узел, образованный двумя выступами 12, имеющими соосные с валом сквозные отверстия 13, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла. На регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси 14 его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки 15, в которые установлены кольца 16 из антифрикционного материала, преимущественно графита. Выполнение колец из графита обеспечивает их работоспособность при температуре газа до 1600 К. Если температура ниже, то можно использовать другие марки, например "Боросил". Т.е. в каждом конкретном случае надо подбирать оптимальную марку материала колец. Кольца выполнены из двух частей 17 и 18, контактирующих друг с другом по плоским торцам 19 и 20, проходящим через диаметральную плоскость колец. Кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью 21 со стенками 22 сквозных отверстий опорного узла, а между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор "δ", величина которого определяется из условий работы и по характеристикам материалов колец и регулирующего элемента. Глубина "h" канавок выполнена меньше толщины "Δ" колец. Выходной конец вала загерметизирован резиновым уплотнительным кольцом 23.The valve consists of a housing 1 with input 2 and output 3 nozzles. A saddle 4 with a supply hole 5 is installed in the outlet pipe. On the saddle there is a cylindrical surface 6 with which a cylindrical regulating element 7 is made, made with a consumable window 8, rotatably mounted and kinematically connected with the shaft 9. The shaft with the regulating element can be connected rigidly or through kinematic nodes. The shaft is fixed from axial movement, for example, by means of a retaining ring 10 and a ledge 11. On the saddle there is a support assembly formed by two protrusions 12 having through holes 13 coaxial with the shaft and forming cylindrical surfaces which are aligned with the cylindrical surface of the saddle. On the regulating element, on both sides of its supply window, perpendicular to the axis 14 of its cylindrical surface, identical ring grooves 15 are made, in which rings 16 are made of antifriction material, mainly graphite. The implementation of the rings of graphite ensures their performance at a gas temperature of up to 1600 K. If the temperature is lower, then other grades can be used, for example, Borosil. Those. in each case, it is necessary to select the optimal grade of material of the rings. The rings are made of two parts 17 and 18 in contact with each other along the flat ends 19 and 20 passing through the diametrical plane of the rings. The rings contact the outer cylindrical surface 21 with the walls 22 of the through holes of the support assembly, and a gap "δ" is made between the inner cylindrical surface of the rings and the inner cylindrical surface of the grooves, the value of which is determined from the working conditions and the characteristics of the materials of the rings and the regulating element. The depth "h" of the grooves is less than the thickness "Δ" of the rings. The output end of the shaft is sealed with a rubber o-ring 23.

В процессе работы горячий газ под давлением до 10 МПа и с температурой порядка 1600 К поступает через входной патрубок внутрь корпуса и далее через расходное окно регулирующего элемента и расходное отверстие седла истекает наружу, например, для создания тяги.During operation, hot gas under pressure up to 10 MPa and with a temperature of the order of 1600 K enters through the inlet pipe into the housing and then through the flow window of the control element and the flow hole of the saddle expires outward, for example, to create traction.

Вращением вала и регулирующего элемента изменяется расход горячего газа. Благодаря тому, что седло и регулирующий элемент контактируют друг с другом через кольца, выполненные из антифрикционного материала, снижается усилие трения, а в закрытом положении регулирующий элемент не заходит в седло, т.к. кольца выступают за наружную цилиндрическую поверхность регулирующего элемента (толщина колец выполнена больше глубины канавок). Соотношение толщины колец и глубины канавок также зависит от условий работы и материалов сопрягаемых деталей. Изготовление колец из двух частей обеспечивает их установку в канавки. Контакт половинок колец по плоским торцам, проходящим через их диаметральную плоскость, и контакт колец с внутренней цилиндрической поверхностью сквозных отверстий опорного узла уменьшает радиальный люфт колец. Наличие зазора "δ" (тепловой зазор) исключает разрушение колец из-за термических расширений, в процессе работы под действием давления горячих газов регулирующий элемент через кольца давит на седло в зоне расходного отверстия седла.The rotation of the shaft and the regulating element changes the flow rate of hot gas. Due to the fact that the saddle and the regulating element are in contact with each other through rings made of antifriction material, the friction force is reduced, and in the closed position the regulating element does not enter the saddle, because the rings protrude beyond the outer cylindrical surface of the regulating element (the thickness of the rings is greater than the depth of the grooves). The ratio of the thickness of the rings to the depth of the grooves also depends on the working conditions and materials of the mating parts. The manufacture of rings from two parts ensures their installation in the grooves. The contact of the halves of the rings along the flat ends passing through their diametrical plane, and the contact of the rings with the inner cylindrical surface of the through holes of the support unit reduces the radial play of the rings. The presence of a gap "δ" (thermal gap) eliminates the destruction of the rings due to thermal expansions. During operation, under the influence of pressure of hot gases, the regulating element presses through the rings on the seat in the area of the seat outlet.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, увеличивается надежность работы клапана для регулирования расхода горячего газа за счет появления зазора между цилиндрическими поверхностями седла и регулирующего элемента и установки колец из антифрикционного материала.Thus, as can be seen from the above, the reliability of the valve for controlling the flow of hot gas increases due to the appearance of a gap between the cylindrical surfaces of the seat and the regulating element and the installation of rings of antifriction material.

Claims

A valve for regulating the flow of hot gas, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a seat formed by a cylindrical surface with a flow hole, in contact with a cylindrical control element made with a flow window, mounted for rotation and kinematically connected with a shaft fixed from axial movement, a support node formed by two protrusions made on the saddle and having through holes coaxial with the shaft, forming the cylindrical surfaces of which are combined They are provided with a cylindrical surface of the saddle, characterized in that on the regulating element on both sides of its supply window, perpendicular to the axis of its cylindrical surface, identical ring grooves are made, in which rings of antifriction material, mainly graphite, are installed, while the depth of the grooves is less than the thickness of the rings, which made of two parts in contact with each other at flat ends passing through the diametrical plane of the rings, the rings contacting the outer cylindrical a surface with the walls of the through holes of the support node, and a gap is made between the inner cylindrical surface of the rings and the inner cylindrical surface of the grooves.