RU2436003C2 - Throttle-control valve - Google Patents

Throttle-control valve Download PDF

Info

Publication number
RU2436003C2
RU2436003C2 RU2009121638/06A RU2009121638A RU2436003C2 RU 2436003 C2 RU2436003 C2 RU 2436003C2 RU 2009121638/06 A RU2009121638/06 A RU 2009121638/06A RU 2009121638 A RU2009121638 A RU 2009121638A RU 2436003 C2 RU2436003 C2 RU 2436003C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
valve
perforation holes
perforation
spool
Prior art date
Application number
RU2009121638/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009121638A (en
Inventor
Аркадий Ефимович Зарянкин (RU)
Аркадий Ефимович Зарянкин
Виктор Иванович Черноштан (RU)
Виктор Иванович Черноштан
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Центральный конструкторско-технологический институт арматуростроения" (ЗАО "ЦКТИА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Центральный конструкторско-технологический институт арматуростроения" (ЗАО "ЦКТИА") filed Critical Закрытое акционерное общество "Центральный конструкторско-технологический институт арматуростроения" (ЗАО "ЦКТИА")
Priority to RU2009121638/06A priority Critical patent/RU2436003C2/en
Publication of RU2009121638A publication Critical patent/RU2009121638A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2436003C2 publication Critical patent/RU2436003C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Details Of Valves (AREA)
  • Lift Valve (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: throttle-control valve consists of case, of hollow slide with perforations and of diffuser seat. Perforation holes create an internal cavity of the slide with external streamlined surface. Perforation holes are arranged only on a section of streamlined surface below seating diametre D1 not less, than on three diametres (D1>D2>D3)<Dn. Diametres of perforation holes on this diametres d1,d2,d3 are decreased downstream.
EFFECT: reduced negative effects of secondary flows, facilitation of stable flow and smooth flow rate characteristic of valve at all positions of slide.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического арматуростроения и, в частности, к дроссельно-регулирующей арматуре.The invention relates to the field of power valve engineering and, in particular, to throttle control valves.

Известны регулирующие клапаны, например, паровой турбины, содержащие клапанную коробку (корпус), золотник со штоком и отводящий диффузор. Обтекаемая поверхность золотника может иметь самую разнообразную форму от шарообразной поверхности до сложной профилированной поверхности (Зарянкин А.Е., Симонов Б.П. Регулирующие и стопорно-регулирующие клапаны паровых турбин. МЭИ. 2005 г., стр.289). Главным недостатком существующих дроссельно-регулирующих клапанов является их повышенная вибрация, которая на некоторых режимах достигает недопустимо больших значений, что чаще всего приводит к разрушению штока.Known control valves, for example, a steam turbine containing a valve box (housing), a spool with a rod and a discharge diffuser. The streamlined surface of the spool can have a wide variety of shapes from a spherical surface to a complex profiled surface (Zaryankin A.E., Simonov B.P. Regulating and stop-regulating valves of steam turbines. MPEI. 2005, p. 289). The main drawback of existing throttle control valves is their increased vibration, which in some modes reaches unacceptably large values, which most often leads to the destruction of the stem.

Этот недостаток почти отсутствует в перфорированных клапанах, где золотник выполняется с внутренней полостью, которая соединяется с пространством за золотником с помощью отверстий перфорации, равномерно распределенной по всей поверхности, расположенной ниже посадочного диаметра (SU 399671 А1, 03.10.1973 - прототип).This drawback is almost absent in perforated valves, where the spool is made with an internal cavity that connects to the space behind the spool using perforation holes uniformly distributed over the entire surface located below the bore diameter (SU 399671 A1, 03/10/1973 - prototype).

Однако при сплошной перфорации обтекаемой поверхности на ряде режимов в клапанном канале возникает сложное вторичное течение, - обусловленное тем, что за посадочным диаметром вдоль поверхности золотника имеет место при шаровой форме золотника достаточно интенсивное повышение давления на клапане (частичное открытие золотника). Указанная разница давлений приводит к перетеканию части рабочего тела через отверстия перфорации из донной части золотника в область низкого давления, расположенную непосредственно за посадочным диаметром. Это вторичное (поперечное) течение нарушает плавность расходной характеристики клапана, и на некоторых режимах подъем золотника не ведет к адекватному увеличению расхода, поскольку поперечный сброс рабочего тела из внутренней полости золотника затрудняет основное течение и на таких режимах генерирует добавочные пульсации давления в потоке.However, with continuous perforation of the streamlined surface on a number of modes, a complex secondary flow arises in the valve channel, due to the fact that behind the seating diameter along the surface of the valve, there is a fairly intense increase in pressure on the valve with a spherical shape of the valve (partial opening of the valve). The specified pressure difference leads to the flow of part of the working fluid through the perforation holes from the bottom of the spool to the low-pressure region located immediately behind the bore diameter. This secondary (transverse) flow disrupts the flow characteristics of the valve and, in some modes, raising the spool does not lead to an adequate increase in flow, since the transverse discharge of the working fluid from the internal cavity of the spool makes the main flow more difficult and generates additional pressure pulsations in the flow in such modes.

В профилированных клапанах (фиг.2), где клапанный канал на частичном подъеме золотники представляет собой осесимметричное кольцевое сопло Лаваля, картина течения оказывается еще более сложной, так как здесь на значительном расстоянии после посадочного диаметра имеет место конфузорное течение со снижением давления по потоку с последующим его повышением в оставшейся части канала. При этом на частичных открытиях золотника и больших перепадах давления в таком канале реализуются сверхзвуковые режимы течения со скачком уплотнения внутри канала. В случае сплошной перфорации обтекаемой поверхности золотника это ведет к интенсификации поперечного течения рабочего тела в зоне конфузорного течения.In profiled valves (Fig. 2), where the valve channel at a partial rise of the spools is an axisymmetric annular Laval nozzle, the flow pattern is even more complicated, since here at a considerable distance after the bore diameter there is a confuser flow with a decrease in pressure in the stream, followed by its increase in the remainder of the channel. In this case, at partial openings of the valve and large pressure drops in such a channel, supersonic flow regimes with a shock wave inside the channel are realized. In the case of continuous perforation of the streamlined surface of the spool, this leads to intensification of the transverse flow of the working fluid in the zone of confusional flow.

Предлагаемое изобретение призвано снизить отрицательные последствия указанных вторичных течений и обеспечить стабильное течение и плавность расходной характеристики рассматриваемых клапанов при всех положениях золотника.The present invention is intended to reduce the negative effects of these secondary flows and to ensure a stable flow and smooth flow characteristics of the valves in question at all positions of the spool.

Для достижения этой цели предлагается сплошную перфорацию обтекаемой поверхности золотника заменить перфорацией только части поверхности, с уменьшением диаметров отверстий перфорации по ходу потока.To achieve this goal, continuous perforation of the streamlined spool surface is proposed to be replaced by perforation of only part of the surface, with a decrease in the diameter of the perforation holes along the flow.

На фиг.1 показан клапан с частичной перфорацией шаровой поверхности золотника. На фиг.2 изображен профилированный клапан с частичной перфорацией обтекаемой профилированной части золотника.Figure 1 shows a valve with partial perforation of the spherical surface of the spool. Figure 2 shows a profiled valve with partial perforation of the streamlined profiled part of the spool.

Как для шарового (фиг.1), так и профилированного (фиг.2) золотников их внутренняя полость 1 соединена с пространством диффузорного седла 2 с помощью трех рядов отверстий перфорации 3, 4, 5, которые располагаются на части обтекаемой поверхности ниже посадочного диаметра Dп, причем диаметры отверстий перфорации d1, d2, d3 уменьшаются по ходу потока.Both for the spherical (Fig. 1) and profiled (Fig. 2) spools, their internal cavity 1 is connected to the space of the diffuser seat 2 using three rows of perforation holes 3, 4, 5, which are located on a part of the streamlined surface below the bore diameter D p , and the diameters of the perforation holes d 1 , d 2 , d 3 decrease along the flow.

Целесообразность такого расположения отверстий перфорации определяется тем, что при малых открытиях клапана только на входной части обтекаемой поверхности золотника сохраняется конфузорный характер течения со снижением давления по ходу потока, а затем при сверхкритических скоростях течения в последующих скачках уплотнения происходит резкое повышение давления и при сплошной перфорированной поверхности возникают интенсивные вторичные течения через внутреннюю полость клапана. Отрицательные последствия таких течений рассматривались выше.The appropriateness of such an arrangement of the perforation holes is determined by the fact that with small valve openings only at the inlet part of the streamlined spool surface, the confuser nature of the flow is maintained with pressure decreasing along the flow, and then, at supercritical flow velocities, subsequent pressure surges cause a sharp increase in pressure even with a continuous perforated surface intense secondary flows occur through the internal cavity of the valve. The negative consequences of such currents were considered above.

Отмеченные скачки уплотнения располагаются примерно на половине длины образующей, очерчивающей профиль золотника. Отсюда следует, что область частичной перфорации на обтекаемой поверхности золотника должна располагаться в верхней части этой поверхности, занимая не более половины длины образующей, которая очерчивает эту поверхность.The marked shock waves are located approximately half the length of the generatrix that delineates the spool profile. It follows that the region of partial perforation on the streamlined surface of the spool should be located in the upper part of this surface, occupying no more than half the length of the generatrix that defines this surface.

Необходимость использования не менее трех поясов перфорации вытекает из необходимости исключения кризисного снижения усилий на шток клапана с последующим резким увеличением на шток динамических нагрузок при переходе от дозвуковых к сверхзвуковым течениям в проточной части клапана. На регулирующих клапанах энергетических паровых турбин такие режимы возникают в области малых открытий клапана

Figure 00000001
(
Figure 00000002
, где h - подъем клапана, a D1 - диаметр узкого сечения диффузорного седла). Для иллюстрации сказанного на фиг.3 приведена осциллограмма усилий на штоке модельного профилированного клапана при его открытии, равном
Figure 00000003
, и непрерывном увеличении относительного давления ∈2 (∈2=P2/P0, где P0 - начальное давление рабочей среды в клапанной коробке, а Р2 - давление за клапаном) от докритических к сверхкритическим значениям (∈2<0,5). Указанная осциллограмма была получена при одном поясе перфорации, расположенном вблизи посадочного диаметра Dp.The need to use at least three perforation belts follows from the need to exclude a crisis reduction in the efforts on the valve stem, followed by a sharp increase in the dynamic loads on the rod during the transition from subsonic to supersonic flows in the valve flow section. On control valves of energy steam turbines, such modes occur in the area of small valve openings
Figure 00000001
(
Figure 00000002
where h is the valve lift, and D 1 is the diameter of the narrow section of the diffuser seat). To illustrate the foregoing, Fig. 3 shows the oscillogram of the forces on the stem of a profiled model valve when it is opened, equal to
Figure 00000003
, and a continuous increase in relative pressure ∈ 2 (∈ 2 = P 2 / P 0 , where P 0 is the initial pressure of the working medium in the valve box, and P 2 is the pressure behind the valve) from subcritical to supercritical values (∈ 2 <0.5 ) The indicated waveform was obtained with one perforation belt located near the bore diameter D p .

Видно, что при с ∈2=0,46 произошло резкое снижение усилия на штоке с последующим развитием весьма больших пульсаций осевой силы.It can be seen that with c ∈ 2 = 0.46, a sharp decrease in the force on the rod followed by the development of very large pulsations of the axial force.

При двух поясах перфорации кризисное падение усилий на штоке произошло при ∈2=0,521 и резко снизились пульсации силы на штоке с уменьшением величины ∈2 до значения 0,403 (фиг.4).With two perforation belts, a crisis drop in the forces on the rod occurred at ∈ 2 = 0.521 and the ripple of forces on the rod sharply decreased with a decrease in the value of ∈ 2 to 0.403 (Fig. 4).

Переход к трем поясам перфорации (фиг.5) обеспечит почти бескризисное снижение усилий на штоке при переходе в область сверхкритических перепадов давления (∈2<0,5).The transition to three zones of perforation (Fig. 5) will provide an almost crisis-free reduction of efforts on the rod during the transition to the region of supercritical pressure drops (∈ 2 <0.5).

Одновременно произошло и дальнейшее снижение амплитуды пульсаций давления.At the same time, a further decrease in the amplitude of pressure pulsations occurred.

Целесообразность снижения диаметров отверстий перфорации по ходу потока определяется тем обстоятельством, что все регулирующие клапаны работают в исключительно широком диапазоне изменения перепадов давления и при этом могут занимать любое положение в пределах изменения относительной высоты подъема золотника от

Figure 00000004
до
Figure 00000005
.The feasibility of reducing the diameters of the perforation holes along the flow is determined by the fact that all control valves operate in an extremely wide range of pressure drops and can occupy any position within the range of changes in the relative height of the spool from
Figure 00000004
before
Figure 00000005
.

В результате даже при частичной перфорации один или даже два последних по ходу потока пояса перфорации могут оказаться в области повышенного по отношению к первому поясу давления. В этом случае при уменьшенных диаметрах отверстий перфорации последующих поясов перфорации интенсивность перетекания рабочей среды через внутреннюю полость золотника оказывается низкой, неспособной нарушить плавность расходной характеристики клапана.As a result, even with partial perforation, one or even two of the latter along the flow of the perforation belt may be in the region of increased pressure relative to the first belt. In this case, with reduced diameters of the perforation holes of subsequent perforation belts, the intensity of the flow of the working medium through the internal cavity of the spool turns out to be low, unable to violate the smoothness of the flow rate characteristic of the valve.

Таким образом использование частичной перфорации обтекаемой поверхности золотника совместно с уменьшением по ходу потока диаметров отверстий перфорации позволяет резко снизить интенсивность вторичных течений через внутреннюю полость золотника, а при увеличенном диаметре отверстий первого ряда относительно отверстий перфорации последующих рядов за счет снижения нормальной к поверхности золотника скорости эти перетекания уже практически не могут влиять на расходную характеристику клапана, поскольку первый ряд перфорации как на шаровом, так и на профилированном клапанах всегда находится в зоне конфузорного течения, где внешние возмущения весьма быстро затухают.Thus, the use of partial perforation of the streamlined surface of the spool, together with a decrease in the diameters of the perforation holes along the stream, can drastically reduce the intensity of the secondary flows through the internal cavity of the spool, and with an increased diameter of the holes of the first row relative to the perforations of the subsequent rows due to a decrease in the velocity normal to the surface of the spool almost no longer can affect the flow characteristics of the valve, since the first row of perforations as even and on profiled valves it is always in the zone of confusional flow, where external disturbances decay very quickly.

Claims (1)

Дроссельно-регулирующий клапан, содержащий корпус, полый золотник с отверстиями перфорации, соединяющими внутреннюю полость с внешней обтекаемой поверхностью, и диффузорное седло, отличающийся тем, что отверстия перфорации располагаются только на части обтекаемой поверхности ниже посадочного диаметра D1 не менее чем на трех диаметрах (D1>D2>D3)<Dп, a диаметры отверстий перфорации на этих диаметрах d1, d2, d3 уменьшаются по ходу потока. A throttle control valve containing a housing, a hollow spool with perforation holes connecting the internal cavity to the external streamlined surface, and a diffuser seat, characterized in that the perforation holes are located only on a part of the streamlined surface below the bore diameter D 1 of at least three diameters ( D 1 > D 2 > D 3 ) <D p , and the diameters of the perforation holes at these diameters d 1 , d 2 , d 3 decrease along the flow.
RU2009121638/06A 2009-06-08 2009-06-08 Throttle-control valve RU2436003C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121638/06A RU2436003C2 (en) 2009-06-08 2009-06-08 Throttle-control valve

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121638/06A RU2436003C2 (en) 2009-06-08 2009-06-08 Throttle-control valve

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009121638A RU2009121638A (en) 2010-12-20
RU2436003C2 true RU2436003C2 (en) 2011-12-10

Family

ID=44056149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009121638/06A RU2436003C2 (en) 2009-06-08 2009-06-08 Throttle-control valve

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2436003C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702600C1 (en) * 2019-03-11 2019-10-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) Gas discharge valve of chamber for processing materials by explosion energy

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2702600C1 (en) * 2019-03-11 2019-10-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) Gas discharge valve of chamber for processing materials by explosion energy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009121638A (en) 2010-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3130764B1 (en) Steam valve
EP1103767B1 (en) Gas turbine combustor with flow guide
CA1079253A (en) Anti-cavitation valve
EP1334300B1 (en) High-stability valve arrangement for a governor valve
JP6144284B2 (en) Decompressor
CN105579671B (en) Steam control valve device and generating equipment
EP3212974B1 (en) Choked flow valve with clamped seat ring
DE19632207A1 (en) Process for preventing laminar boundary layer separation on turbomachine blades
RU2738387C2 (en) Balanced valve regulator and method of reduction of rod forces on valve stem
CN104121138B (en) A kind of turbine draft tube with whirlpool inhibitory action
GB2566359A8 (en) Fuel nozzle for a gas turbine engine
CN105570202A (en) Ejector with adjustable inner wall structure
RU2436003C2 (en) Throttle-control valve
EP2644846A1 (en) Exhaust diffuser for a gas turbine
CN209067294U (en) Blow-off system and gas-turbine unit
EP1137899B1 (en) Combustion device and method for burning a fuel
WO2009121350A1 (en) Gas turbine compressor
Deniz et al. Improvements of Flow Control With Fluid Injection for the Suppression of Flow Instabilities in Pump-Turbines
CN111288168A (en) Multi-stage noise reduction cage type regulating valve
JP3394661B2 (en) Steam control valve
JP2916840B2 (en) Angle valve
CN207470531U (en) A kind of flow conditioner for adjusting the distribution of bend pipe gas flow rate
Bons et al. Turbine separation control using pulsed vortex generator jets
CN207762274U (en) A kind of novel more conduction tandem band low-noise device control valves
JPS58197401A (en) Geothermal turbine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120609