RU2367834C1

RU2367834C1 - Control unit

Info

Publication number: RU2367834C1
Application number: RU2008116469/06A
Authority: RU
Inventors: Ромуальд Ромуальдович Ионайтис (RU); Ромуальд Ромуальдович Ионайтис; Олег Александрович Шевчук (RU); Олег Александрович Шевчук; Артур Станиславович Шевчук (RU); Артур Станиславович Шевчук
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма по созданию арматуры "АТЭК"
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to field of armature engineering, particularly to adjusting pipe valves, and is provided for apllication in energetics, in oil-and-gas industry. Control unit contains casing with outlet and inlet branches, hydraulically discharged control in the form of tubular hollow plunger, interlocked with drive arrangement, and leading cylinder. In the latter with ability of movement it is located hollow plunger. Casing from the side of outlet branch contains profiled insertion in area of outlet hole. This insertion is smoothly expanded to inner side of valve casing and forms with plunger common throttle -adjusting slot with ability of slot area changing at movement of plunger. On end external part of plunger from the side of outlet branch lengthwise travel of plunger there are implemented parallel grooves of square cross section. Outlet and inlet branches are implemented in the form of confuser and diffuser agreeably.

EFFECT: reliability enhancement of the device and operating characteristics improvement ensured by rate reduction of flow on annular part of plunger in throttling parallel grooves.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к регулирующим трубопроводным клапанам, и может быть использовано в энергетике, в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to the field of valve manufacturing, namely to regulating pipeline valves, and can be used in the energy sector, in the oil and gas industry.

Сложность управления расходом теплоносителя в энергонапряженных объектах (ЭНО) заключается в том, что велики требуемые показатели эффективности этих устройств - коэффициенты дросселирования потока (отношение перепада давления на управляющем устройстве к квадрату расхода протекающего через него теплоносителя).The complexity of controlling the flow of coolant in energetically stressed objects (ENO) lies in the fact that the required performance indicators of these devices are high - flow throttling coefficients (the ratio of the pressure drop across the control device to the square of the flow rate of the coolant flowing through it).

Особенностью регулирования расхода теплоносителя в ЭНО является широкий диапазон его изменения, т.е. должно обеспечиваться сильное дросселирование при малых открытиях и слабое при больших.A feature of regulating the flow of coolant in the ENO is a wide range of its changes, i.e. strong throttling should be ensured for small openings and weak for large.

Обычные устройства управления расходом с профилированным зазором между регулирующим органом и седлом пригодны только для относительно легких условий эксплуатации. Они могут обеспечить требуемое в ЭНО дросселирование лишь за счет малой площади проходного сечения. Это приводит к резкому возрастанию скорости течения теплоносителя и существенному снижению срока службы устройств из-за эрозионного или кавитационного износа или вибрационного разрушения. Узкое проходное сечение может быть подвержено засорению, при котором снижение расхода может достичь недопустимой величины.Conventional flow control devices with a profiled clearance between the regulator and the seat are suitable only for relatively light operating conditions. They can provide the throttling required in ENO only due to the small passage area. This leads to a sharp increase in the flow rate of the coolant and a significant reduction in the service life of the devices due to erosion or cavitation wear or vibration damage. A narrow bore may be prone to clogging, at which a reduction in flow rate may reach an unacceptable value.

В профилированном зазоре без искусственного дросселирования мало сопротивление проточной части (ПЧ), поэтому требуется сильно уменьшать зазор между плунжером (золотником) и седлом или вставкой. Здесь трудно выставлять «ноль» из-за сильного влияния допусков на изготовление.In the profiled gap without artificial throttling, the resistance of the flow part (IF) is small, therefore, it is necessary to greatly reduce the gap between the plunger (spool) and the seat or insert. It is difficult to set “zero” due to the strong influence of tolerances on manufacturing.

Для повышения надежности работы устройств управления расходом применяют средства, увеличивающие площадь проточной части и уменьшающие скорость течения (искусственная шероховатость, внезапные повороты и т.п.). Это уменьшает вероятность засорения проточной части, эрозии, кавитации и вибрации ее элементов.To increase the reliability of the operation of the flow control devices, means are used that increase the area of the flow part and reduce the flow rate (artificial roughness, sudden turns, etc.). This reduces the likelihood of clogging of the flow part, erosion, cavitation and vibration of its elements.

Известны дроссельно-регулирующие устройства, в которых для повышения надежности и производительности путем снижения скорости в узком сечении регулирующего клапана и устранения кавитации применяются дроссельные гребешки и межгребенчатые камеры [SU 813064 A1, кл. F61K 1/52, 47/04, 15.03.1981].Known throttle control devices in which, to increase reliability and performance by reducing speed in a narrow section of the control valve and eliminate cavitation, throttle combs and inter-ridge chambers are used [SU 813064 A1, cl. F61K 1/52, 47/04, 03/15/1981].

Известны устройства, в которых применяли конический плунжер с гребешками и межгребенчатыми камерами [SU 3185438 A, кл. F16K 1/34, 25.05.1965] и [SU 276663 A1, F61K 1/12, 01.01.1970].Known devices in which a conical plunger with scallops and inter-ridge chambers was used [SU 3185438 A, cl. F16K 1/34, 05/25/1965] and [SU 276663 A1, F61K 1/12, 01/01/1970].

В конусном клапане сопротивление возрастает из-за сопротивления по длине щели, поэтому увеличивается площадь проходного сечения при одинаковом расходе.In a cone valve, the resistance increases due to resistance along the length of the slit; therefore, the area of the flow area increases at the same flow rate.

К недостаткам таких устройств следует отнести снижение проходного сечения конусной проточной части относительно полнопроходной, что обуславливает увеличение гидравлического сопротивления и снижение пропускной способности.The disadvantages of such devices include a decrease in the bore of the conical flow passage relative to the full bore, which leads to an increase in hydraulic resistance and a decrease in throughput.

Известное устройство, принятое за прототип, представляет собой соосный (прямоточный) регулирующий клапан, содержащий корпус с выходным и выходными патрубками, запорный орган в виде полного плунжера с наружным кольцевым выступом и профильную вставку [SU 2243434 C1, кл. F61K 1/12, 3/24, 27.12.2004].The known device adopted for the prototype is a coaxial (straight-through) control valve, comprising a housing with outlet and outlet nozzles, a locking member in the form of a complete plunger with an outer annular protrusion and a profile insert [SU 2243434 C1, class. F61K 1/12, 3/24, 12/27/2004].

К недостаткам этого устройства можно отнести высокую скорость течения в прикрытом состоянии, из-за малых площадей проходного сечения и малого коэффициента гидравлического сопротивления, что может вызывать разрушение плунжера и профильной вставки (эрозионный износ и/или вибрация).The disadvantages of this device include the high flow rate in the closed state, due to the small areas of the flow area and the small coefficient of hydraulic resistance, which can cause destruction of the plunger and profile insert (erosion wear and / or vibration).

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а технический результат, получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в повышении надежности и улучшении эксплуатационных характеристик за счет снижения скорости течения и увеличения площади регулируемого проходного сечения, в результате чего повышается эрозионная стойкость плунжера и продольной вставки, снижается шум, исходящий от устройства при дросселировании потока.The aim of the invention is to remedy these disadvantages of the prototype, and the technical result obtained by the implementation of the proposed device is to increase reliability and improve operational characteristics by reducing the flow velocity and increasing the area of the adjustable bore, resulting in increased erosion resistance of the plunger and the longitudinal insert, The noise coming from the device when throttling the flow is reduced.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в регулирующем соосном (проточном) устройстве, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, гидравлически разгруженный регулирующий орган в виде полого плунжера, кинематически связанного с приводным устройством, и направляющий цилиндр, в котором может перемещаться полый плунжер, на концевой наружной части трубчатого полого плунжера со стороны выходного патрубка выполнены дроссельные параллельные канавки, корпус со стороны выходного патрубка содержит профилированную вставку в области выходного отверстия, плавно расширяющуюся к внутренней стороне корпуса клапана, так что плунжер и вставка образуют общую дроссельно-регулирующую щель, площадь которой меняется при перемещении плунжера в направляющем цилиндре.The specified technical result is ensured due to the fact that in the regulating coaxial (flow) device containing a housing with inlet and outlet nozzles, a hydraulically unloaded regulating body in the form of a hollow plunger kinematically connected with the drive device, and a guide cylinder in which the hollow plunger can move , throttle parallel grooves are made on the end outer part of the tubular hollow plunger from the side of the outlet pipe, the housing from the side of the outlet pipe contains profiles hydrochloric insert in the outlet smoothly expanding toward the inner side of the valve body so that the plunger and the insert to form a total throttle-regulating gap whose area varies when moving the plunger in the guide cylinder.

Кроме того, дроссельные параллельные канавки выполнены по длине хода плунжера, который равен или близок расстоянию от выхода из профильной вставки клапана до торца направляющего цилиндра.In addition, parallel throttle grooves are made along the stroke length of the plunger, which is equal to or close to the distance from the outlet of the profile insert of the valve to the end of the guide cylinder.

Кроме того, канавки в поперечном сечении выполнены квадратными.In addition, the grooves in the cross section are square.

Кроме того, входной и выходной патрубки выполнены в виде сопловых переходов:In addition, the inlet and outlet nozzles are made in the form of nozzle transitions:

конфузора и диффузора.confuser and diffuser.

На чертеже представлен продольный разрез предлагаемого регулирующего соосного устройства (РСУ): сверху от оси в открытом положении, а снизу - в закрытом положении.The drawing shows a longitudinal section of the proposed regulatory coaxial device (DCS): above the axis in the open position, and below in the closed position.

Устройство включает в себя наружный корпус 1, полый плунжер 2, например, с зубчатой рейкой 3 для поступательного перемещения плунжера 2, внутренний корпус (направляющий цилиндр) 4, в котором поступательно перемещается плунжер 2 от привода 5, кольцевую профильную вставку 6, установленную в наружном корпусе 1 для возможности регулирования расхода рабочей среды по заданному закону при движении плунжера 2, входной 7 и выходной 8 патрубки для установки РСУ в трубопровод, входной 9 и выходной 10 фланцы наружного корпуса для обеспечения снятия (выемки) устройства без вырезки из трубопровода.The device includes an outer casing 1, a hollow plunger 2, for example, with a gear rack 3 for translational movement of the plunger 2, an inner casing (guide cylinder) 4, in which the plunger 2 is progressively moved from the actuator 5, an annular profile insert 6 mounted in the outer case 1 for the ability to control the flow rate of the working medium according to a given law when the plunger 2, inlet 7 and outlet 8 are in motion for connecting the DCS to the pipeline, inlet 9 and outlet 10 of the flanges of the outer casing to ensure removal (extraction) from troystva without cutting out piping.

На концевой наружной части плунжера 2 выполнены дроссельные параллельные канавки 11, которые вместе с профилирующей вставкой 6 образуют дроссельно-регулирующую цепь 12, площадь которой меняется при изменении плунжера 2 в направляющем цилиндре 4.On the end outer part of the plunger 2, throttle parallel grooves 11 are made, which together with the profiling insert 6 form a throttle-regulating circuit 12, the area of which changes when the plunger 2 changes in the guide cylinder 4.

Дроссельные канавки 11 выполнены по длине хода плунжера (на чертеже показано шесть дроссельных канавок 11), причем ход плунжера близок или равен расстоянию от выхода из продольной вставки 6 до торца направляющего цилиндра 4.The throttle grooves 11 are made along the stroke length of the plunger (six throttle grooves 11 are shown in the drawing), the plunger stroke being close to or equal to the distance from the exit from the longitudinal insert 6 to the end face of the guide cylinder 4.

Сопротивление щели возрастает, когда одна ее сторона или обе выполняются с параллельными дроссельными канавками. Эффект интенсификации дросселирования объясняется тем, что кольцевая струя сначала создает, а потом постоянно крутит вихри в кольцевых канавках.The resistance of the gap increases when one side of it or both are made with parallel throttle grooves. The effect of intensification of throttling is explained by the fact that the annular jet first creates, and then constantly twists vortices in the annular grooves.

Максимальная пропускная способность регулирующего устройства (РУ) определяется кольцевой щелью между главным корпусом РУ и корпусом плунжера. Переход от нее к дроссельной щели должен выполняться плавным с использованием профильной вставки.The maximum throughput of the control device (RU) is determined by the annular gap between the main body of the RU and the plunger body. The transition from it to the throttle gap should be smooth using a profile insert.

Входной и выходной патрубки 7 и 8 выполнены в виде плавных сопловых переходов - конфузорного и диффузорного.The inlet and outlet nozzles 7 and 8 are made in the form of smooth nozzle transitions - confuser and diffuser.

Регулирующее соосное устройство (РСУ) работает следующим образом. На устройство снизу от оси показано в закрытом состоянии. Плунжер 2 перекрывает отверстие профильной вставки 6. РСУ в закрытом положении установлено в трубопровод, в котором рабочая среда слева и справа от выходного отверстия находится под перепадом давления ΔР. Разница давлений рабочей среды на крайнем гребешке правой кольцевой канавки плунжера 2позволит ему надежно находиться в крайнем положении. При повороте на открытие с помощью привода 5 плунжер 2 поступательно перемещается влево, в сторону патрубка 7. Перемещение плунжера обеспечивается, например, шестерней вала, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой 3 плунжера 2. Регулирование расхода рабочей среды осуществляется при перемещении плунжера из положения полностью закрытого РСУ в положение полностью открытое и обратно. Профиль вставки 6 обеспечивает реализацию заданной расходной характеристики. Для перемещения плунжера может быть использован электропривод или ручной привод.Regulating coaxial device (DCS) operates as follows. The device below the axis is shown in a closed state. Plunger 2 closes the hole of the profile insert 6. The DCS in the closed position is installed in the pipeline, in which the working medium to the left and to the right of the outlet is under the differential pressure ΔР. The pressure difference of the working medium on the extreme scallop of the right annular groove of the plunger 2 will allow it to be reliably in the extreme position. When turning to open using drive 5, the plunger 2 is translationally moving left, towards the nozzle 7. The movement of the plunger is provided, for example, by a gear of the shaft meshed with the gear rack 3 of the plunger 2. The flow rate of the working medium is controlled when the plunger is moved from the fully closed position DCS in the fully open position and back. Profile insert 6 provides the implementation of a given flow characteristics. To move the plunger, an electric drive or a manual drive can be used.

При необходимости установки определенного расхода среды перемещают плунжер 2 относительно профильной вставки 6. При этом между гладкой и зубчатой поверхностями плунжера 2 и вставки 6 образуется дросселирующая щель. Поток жидкости в клапане из входного патрубка 7 попадает в кольцо, образованное корпусами 1 и 4, далее проходит по дроссельной щели 12 и по патрубку 8 выходит в трубопровод.If it is necessary to install a certain flow rate of the medium, the plunger 2 is moved relative to the profile insert 6. At the same time, a throttling gap is formed between the smooth and gear surfaces of the plunger 2 and insert 6. The fluid flow in the valve from the inlet pipe 7 enters the ring formed by the housings 1 and 4, then passes through the orifice 12 and through the pipe 8 enters the pipeline.

Изменяя расстояние между стенками плунжера и вставки, регулируют степень дросселирования и расход среды. В зависимости от расстояния меняется скорость среды и энергия, затрачиваемая на кручение вихрей в кольцевых дроссельных канавках.By changing the distance between the walls of the plunger and the insert, the degree of throttling and the flow rate of the medium are controlled. Depending on the distance, the speed of the medium and the energy spent on torsion of the vortices in the annular throttle grooves change.

В предлагаемом устройстве высокая степень дросселирования при малых его открытиях достигается благодаря высокому гидравлическому сопротивлению щели с искусственно шероховатой стенкой, а увеличение пропускной способности - благодаря конфузорно-диффузорному исполнению проточной части корпуса и исключению влияния шероховатости при больших открытиях. Возможность замены РСУ без вырезки из трубопровода упрощает эксплуатацию устройства.In the proposed device, a high degree of throttling with small openings is achieved due to the high hydraulic resistance of the slit with an artificially rough wall, and an increase in throughput is due to the confuser-diffuser design of the flow part of the body and the exclusion of the effect of roughness during large openings. The ability to replace the DCS without cutting from the pipeline simplifies the operation of the device.

Из вышеизложенного следует, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.From the foregoing, it follows that the specified set of essential features is necessary and sufficient to achieve the specified technical result.

Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области техники, то есть соответствует критериям изобретения.The analysis of patent and scientific and technical literature containing descriptions of similar technical solutions in the considered and related fields of technology allows us to conclude that the proposed technical solution is new and does not explicitly follow from the prior art, has an inventive step, is industrially feasible and applicable in the specified field of technology, that is, meets the criteria of the invention.

Claims

An adjusting device comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a hydraulically unloaded regulating body in the form of a tubular hollow plunger kinematically connected to the drive device, and a guide cylinder in which the hollow plunger is movably located, the housing on the side of the outlet nozzle comprising a profiled insert in the area of the outlet opening, gradually expanding to the inner side of the valve body and forming with the plunger a common throttle-regulating slot with the possibility of Changes gap area by moving the plunger in the guide cylinder, characterized in that on the outer end portion of the plunger from the outlet along the length of the plunger stroke are made parallel grooves of square cross-section, wherein the inlet and outlet port formed in the form of a converging tube and diffuser, respectively.