RU2443929C1

RU2443929C1 - Control valve actuator

Info

Publication number: RU2443929C1
Application number: RU2010123737/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Рашидович Девлеканов (RU); Дмитрий Рашидович Девлеканов; Рашид Шамильевич Девлеканов (RU); Рашид Шамильевич Девлеканов; Сергей Иванович Карышев (RU); Сергей Иванович Карышев
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2012-02-27
Also published as: RU2010123737A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: control valve actuator which is arranged on valve body includes cylinder, piston, stock and spring; at that, actuator is equipped with hydraulic control with non-adjustable and adjustable nozzles, control needle installed in bellows in closed body fixed on the drain chamber connected to hydraulic control. High pressure and low pressure cavities of the control are connected via pipelines to upper inlet cavity of the valve and upper cavity of cylinder, and lower cavity of cylinder and drain chamber are connected to the drain via drain pipelines. Inner cavity of bellows is connected to cavity of drain chamber and drain pipeline. Inner cavity of bellows housing is connected through the connection pipe to control pressure source.

EFFECT: improving reliability and manufacturability of the design at low inertia and high accuracy of remote continuous and stepless control of the drive actuator stroke; providing the possibility of accurate fuel flow control, which is required for performance of tests of aircraft engines and their assemblies, at optimum hydraulic resistance of main lines and specified fuel quality properties.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области регулирования подачи различных газообразных и жидких сред в трубопроводных системах, а именно к подаче топлива в топливонасосных помещениях испытательных стендов авиадвигателей и их узлов.The invention relates to the field of regulating the supply of various gaseous and liquid media in pipeline systems, namely, to the supply of fuel in the fuel pump rooms of the test benches of aircraft engines and their components.

Известно регулирующее исполнительное устройство (Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков. «Справочник конструктора трубопроводной арматуры», Ленинград, Машиностроение, 1987 г., стр.281, рис.3.58, стр.128…131, рис.2.92, 2.94…2.96), содержащее регулирующие клапаны, мембранные исполнительные механизмы, составные штоки, соединяющие плунжеры клапанов с мембранами исполнительных механизмов, уплотнения штока, размещенные в верхних крышках регулирующих клапанов и в нижних частях исполнительных механизмов, трубопроводы подачи управляющего давления к исполнительным механизмам (на рисунке не показаны), пружины.Known regulating actuator (DF Gurevich, ON Shpakov. "Guide to the designer of pipe fittings", Leningrad, Mechanical Engineering, 1987, p. 281, fig. 3.58, pp. 128 ... 131, fig. 2.92, 2.94 ... 2.96), containing control valves, diaphragm actuators, composite rods connecting valve plungers with actuator membranes, rod seals located in the upper covers of the control valves and in the lower parts of the actuators, pipelines for supplying control pressure to the actuator m (not shown in the figure), springs.

В случае выполнения клапана в варианте «нормально закрыт» в начальный момент времени при отсутствии командного давления плунжер клапана прижат к седлу силой упругости пружины. При этом рабочая среда, подводимая к входу клапана, не пропускается через его затвор. При подаче командного давления в полость исполнительного механизма, расположенную под мембраной, появляется сила, стремящаяся сжать пружину и переместить шток вверх. Когда величина этой силы превысит сопротивление пружины и штока эластичная мембрана начнет прогибаться вверх, передвигая шток и отжимая плунжер клапана от седла. Рабочая среда проникает в зазоры между плунжером и седлом и подается потребителю.If the valve is executed in the “normally closed” version at the initial moment of time, in the absence of command pressure, the valve plunger is pressed against the seat by spring force. In this case, the working medium supplied to the valve inlet is not passed through its valve. When command pressure is applied to the cavity of the actuator located under the membrane, a force appears that tends to compress the spring and move the rod up. When the magnitude of this force exceeds the resistance of the spring and the stem, the elastic membrane will begin to bend upward, moving the stem and squeezing the valve plug from the seat. The working medium enters the gaps between the plunger and the seat and is supplied to the consumer.

Режим работы регулирующего клапана определяется либо температурой, либо давлением, либо соотношением компонентов в смесях. Поэтому контроль работы клапана осуществляется по сигналам или датчика температуры, или датчика давления, или сигнализатора концентрации. Величина управляющего давления может изменяться либо вручную оператором, либо автоматически по командам системы автоматизированного управления. Недостатком таких приводов клапанов является недолговечность мембран, которые быстро теряют герметичность, в результате чего нарушается работоспособность механизма управления клапаном. При наличии системы обратной связи и при использовании насадного варианта установки привода из-за негерметичности мембраны управляющая среда попадает в рабочую среду (авиационное топливо), что недопустимо по условиям проведения испытаний авиадвигателей и их узлов. Кроме того, такие клапаны требуют наличия герметичного уплотнения штока в верхней крышке клапана и в нижней части исполнительного механизма (при наличии обратной связи и в колонковом варианте установки привода). В связи с этим имеются большие силы трения, препятствующие перемещению штока и уменьшающие чувствительность системы управления клапаном. При этом часто нарушается плавность регулирования и шток перемещается рывками, не позволяя установить требуемые параметры с необходимой точностью. Такие регулирующие клапаны требуют постоянного контроля герметичности мембраны и уплотнений штока. Приходится часто производить работы по устранению негерметичности. Из-за недостатков нарушается точность проведения испытаний и возможны срывы испытаний при отказе привода.The operating mode of the control valve is determined either by temperature, or pressure, or by the ratio of components in the mixtures. Therefore, valve operation is monitored by signals from either a temperature sensor, or a pressure sensor, or a concentration indicator. The value of the control pressure can be changed either manually by the operator, or automatically according to the commands of the automated control system. The disadvantage of such valve actuators is the fragility of the membranes, which quickly lose their tightness, as a result of which the operability of the valve control mechanism is disrupted. In the presence of a feedback system and when using the packaged version of the drive installation, due to a leak in the membrane, the control medium enters the working medium (aviation fuel), which is unacceptable under the conditions of testing aircraft engines and their components. In addition, such valves require a tight stem seal in the upper valve cover and in the lower part of the actuator (in the presence of feedback and in the core version of the actuator installation). In this regard, there are large friction forces that impede the movement of the rod and reduce the sensitivity of the valve control system. In this case, the smoothness of regulation is often violated and the rod moves jerkily, not allowing you to set the required parameters with the necessary accuracy. Such control valves require constant monitoring of the tightness of the diaphragm and stem seals. It is often necessary to carry out work to eliminate leaks. Due to deficiencies, the accuracy of the test is impaired and test failures are possible if the drive fails.

Известно регулирующее исполнительное устройство для жидких и газообразных сред (Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры», Ленинград, Машиностроение, 1987 г., стр.220…257, рис.3.2…3.31, стр.129, рис.2.93), содержащее регулирующие клапаны, электропривод, шток, соединяющий плунжер клапана с механизмом преобразования вращательного движения вала электропривода в поступательное движение штока клапана, уплотнение штока, размещенные в верхней крышке регулирующего клапана.Known regulating actuator for liquid and gaseous media (D.F. Gurevich, O.N. Shpakov "Handbook of pipeline fittings designer", Leningrad, Mechanical Engineering, 1987, p. 220 ... 257, Fig. 3.2 ... 3.31, p. 129, Fig. 2.93), containing control valves, an electric actuator, a rod connecting the valve plunger with a mechanism for converting the rotational movement of the electric actuator shaft into the translational movement of the valve stem, the rod seal located in the upper cover of the control valve.

При включении электродвигателя привода вращательное движение от его вала передается через редуктор к механизму преобразования вращательного движения вала электропривода в поступательное движение штока клапана, в результате чего шток клапана перемещается на необходимую величину, открывая или закрывая клапан.When the drive motor is turned on, the rotational movement from its shaft is transmitted through the gearbox to the mechanism for converting the rotational movement of the electric drive shaft into the translational movement of the valve stem, as a result of which the valve stem moves to the required value, opening or closing the valve.

Недостатком этих клапанов является большой вес и габариты электропривода, необходимость прокладки в пожаро- и взрывоопасных топливонасосных помещениях электрических кабелей, установки электроарматуры, выключателей. Все это должно выполняться в пожаро- и взрывобезопаном исполнении и требует постоянного контроля исправности этого оборудования. Для выполнения этих работ необходимы высококвалифицированные специалисты. При этом влияние «человеческого фактора», часто являющегося причиной аварий и катастроф, на безопасность работы топливонасосной сильно возрастает. Кроме того, сильно увеличиваются эксплуатационные расходы на электроэнергию, на прокладку электросетей и на их оборудование, на обслуживание их высококвалифицированными специалистами, на ремонт и замену вышедших из строя элементов.The disadvantage of these valves is the large weight and dimensions of the electric drive, the need to lay electrical cables in fire and explosion hazardous pump rooms, installation of electrical fittings, switches. All this must be carried out in a fire- and explosion-proof version and requires constant monitoring of the health of this equipment. To carry out these works, highly qualified specialists are needed. At the same time, the influence of the “human factor”, which is often the cause of accidents and disasters, on the safety of the fuel pump is greatly increased. In addition, operating costs for electricity, for laying electrical networks and for their equipment, for maintenance by highly qualified specialists, for repair and replacement of failed elements are greatly increased.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является регулирующий клапан с поршневым приводом (Д.Ф.Гуревич, О.Н.Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры», Ленинград, Машиностроение, 1987 г., стр.265…268, рис.3.38…3.45), содержащий регулирующий клапан, поршневой исполнительный механизм, составные шток, содержащий плунжер регулирующего клапана с поршнем, уплотнения штока, трубопроводы подачи управляющего давления к исполнительным механизмам (на рисунке не показаны), пружины.Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the technical result achieved is a control valve with a piston actuator (D.F. Gurevich, O.N. Shpakov "Pipeline Valve Designer Handbook", Leningrad, Mechanical Engineering, 1987, pp. 265 ... 268 , fig.3.38 ... 3.45), containing a control valve, a piston actuator, a composite rod, containing a control valve plunger with a piston, rod seals, control pressure supply pipelines to actuators (not shown in the figure ), springs.

Этот клапан содержит регулирующий клапан двухседельный, поршневой исполнительный механизм, составной шток, соединяющий плунжеры клапана с поршнем исполнительного механизма, уплотнения штока, размещенные в верхней крышке регулирующего клапана и в нижней части исполнительного механизма, трубопровод подачи командного давления к исполнительному механизму (на рисунке не показан), пружину.This valve contains a two-seat control valve, a piston actuator, a composite rod connecting the valve plungers with the actuator piston, rod seals located in the upper cover of the control valve and in the lower part of the actuator, a command pressure supply pipeline to the actuator (not shown ), a spring.

Такие клапаны требуют наличия герметичного уплотнения штока в верхней крышке клапана и в нижней части исполнительного механизма (при наличии обратной связи и колонковом варианте установки привода). В связи с этим имеются большие силы трения, препятствующие перемещению штока и уменьшающие чувствительность системы управления клапаном. При этом часто нарушается плавность регулирования и шток перемещается рывками, не позволяя установить требуемые параметры с необходимой точностью. Такие регулирующие клапаны требуют постоянного контроля герметичности уплотнения штока. Приходится часто производить работы по проверке герметичности и устранению негерметичности. Из-за этих недостатков невозможно произвести бесступенчатое регулирование подачи топлива на испытательные стенды авиадвигателей и их узлов. В случае насадного варианта установки поршневого привода возможно проникновение среды управляющего давления в рабочую среду через уплотнение штока, что недопустимо по условиям проведения испытаний авиадвигателей и их узлов.Such valves require a tight stem seal in the upper valve cover and in the lower part of the actuator (in the presence of feedback and a core version of the actuator installation). In this regard, there are large friction forces that impede the movement of the rod and reduce the sensitivity of the valve control system. In this case, the smoothness of regulation is often violated and the stem moves jerky, not allowing you to set the required parameters with the necessary accuracy. Such control valves require constant monitoring of the tightness of the stem seal. It is often necessary to carry out work to check for leaks and eliminate leaks. Due to these shortcomings, it is impossible to continuously adjust the fuel supply to the test benches of aircraft engines and their components. In the case of a mounted installation of a piston actuator, the control pressure medium can penetrate into the working medium through the stem seal, which is unacceptable under the conditions of testing aircraft engines and their components.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности и технологичности конструкции, в обеспечении малой инертности и высокой точности дистанционного непрерывного и бесступенчатого регулирования хода исполнительного механизма привода, в обеспечении возможности точного регулирования расхода топлива, необходимого для проведения испытаний авиадвигателей и их узлов, при оптимальном гидравлическом сопротивлении магистралей и обеспечении заданных показателей качества топлива.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability and manufacturability of the design, to ensure low inertia and high accuracy of the remote continuous and stepless control of the actuator actuator, to enable precise control of the fuel consumption necessary for testing aircraft engines and their components, with optimal hydraulic resistance of highways and ensuring specified fuel quality indicators.

Технический результат достигается тем, что привод регулирующего клапана, который размещен на корпусе клапана, содержит цилиндр, поршень, шток и пружину, причем привод снабжен гидравлическим регулятором с нерегулируемым и регулируемым соплами, регулирующей иглой, установленной в сильфоне в закрытом корпусе, закрепленным на дренажной камере, соединенной с гидравлическим регулятором. Полости высокого и низкого давления регулятора соединены трубопроводами с верхней входной полостью клапана и верхней полостью цилиндра, а нижняя полость цилиндра и дренажной камеры соединены со сливом трубопроводами слива. Внутренняя полость сильфона соединена с полостью дренажной камеры и трубопроводом слива. Внутренняя полость корпуса сильфона через патрубок соединена с источником управляющего давления.The technical result is achieved in that the control valve actuator, which is placed on the valve body, contains a cylinder, piston, rod and spring, and the actuator is equipped with a hydraulic regulator with unregulated and adjustable nozzles, a regulating needle mounted in a bellows in a closed case, mounted on the drainage chamber connected to the hydraulic regulator. The high and low pressure cavities of the regulator are connected by pipelines to the upper inlet cavity of the valve and the upper cavity of the cylinder, and the lower cavity of the cylinder and the drain chamber are connected to the drain by drain pipelines. The internal cavity of the bellows is connected to the cavity of the drainage chamber and the drain pipe. The internal cavity of the bellows body through a pipe is connected to a source of control pressure.

Предлагаемый привод регулирующего клапана схематически изображен на фиг.1 в варианте его работы с двухседельным регулирующим клапаном, на фиг.2 - в варианте его работы с односедельным регулирующим клапаном, на фиг.3 - в варианте его работы с задвижкой, на фиг.4 - в варианте его работы с поворотной заслонкой.The proposed control valve actuator is shown schematically in Fig. 1 in the embodiment of its operation with a two-seat control valve, in Fig. 2, in the embodiment of its operation with a single-seat control valve, in Fig. 3, in the embodiment of its operation with a valve, in Fig. 4, in the version of his work with a rotary damper.

Привод регулирующего клапана состоит из цилиндра 1, устанавливаемого на клапан, поршня 2, штока 3, пружины 4, гидравлического регулятора 5 с регулируемым 6 и нерегулируемым 7 соплами, иглы 8, сильфона 9, корпуса 10 сильфона, дренажной камеры 11, трубопровода 12 подачи рабочего тела от регулирующего клапана к гидравлическому регулятору 5, трубопровода 13 подачи рабочего тела от гидравлического регулятора 5 к цилиндру 1, трубопровода 14 слива из цилиндра 1, трубопровода 15 слива из дренажной камеры 11, патрубка 16 подвода управляющего давления. При установке привода на регулирующий клапан, имеющий поворотный запорный орган, в конструкцию включается механизм 17 (фиг.4) преобразования поступательного движения штока 3 во вращательное движение запорного органа клапана.The control valve actuator consists of a cylinder 1 mounted on a valve, a piston 2, a rod 3, a spring 4, a hydraulic regulator 5 with an adjustable 6 and unregulated 7 nozzles, a needle 8, a bellows 9, a bellows body 10, a drainage chamber 11, a working supply pipe 12 body from the control valve to the hydraulic regulator 5, the pipe 13 for supplying the working fluid from the hydraulic controller 5 to the cylinder 1, the drain pipe 14 from the cylinder 1, the drain pipe 15 from the drainage chamber 11, the pipe 16 for supplying control pressure. When installing the actuator on a control valve having a rotary locking member, the mechanism 17 (FIG. 4) converts the translational movement of the stem 3 into the rotational movement of the locking member of the valve.

Привод регулирующего клапана работает следующим образом.The control valve actuator operates as follows.

В начальный момент времени регулирующий клапан закрыт, так как отсутствует управляющее давление в патрубке 16. При этом игла 8 открывает регулируемое сопло 6 и рабочая среда, поступающая по трубопроводу 12 в гидравлический регулятор 5, сбрасывается через сопло 6 в дренажную камеру 11 и далее по трубопроводу 15 соответственно на слив. Пружина 4 удерживает поршень 2 в верхнем положении. Диаметр поршня зависит от величины усилия, необходимого для открытия запорного органа клапана, а высота поршня - от величины потребного хода штока 3 и от высоты пружины 4.At the initial time, the control valve is closed, since there is no control pressure in the nozzle 16. In this case, the needle 8 opens the adjustable nozzle 6 and the working medium entering through the pipeline 12 into the hydraulic regulator 5 is discharged through the nozzle 6 into the drainage chamber 11 and then through the pipeline 15, respectively, to drain. The spring 4 holds the piston 2 in the upper position. The piston diameter depends on the magnitude of the force required to open the valve shut-off element, and the piston height - on the magnitude of the required stroke of the rod 3 and on the height of the spring 4.

При подаче управляющего давления в патрубок 16 происходит сжатие сильфона 9 от перепада давлений в корпусе 10 сильфона и в дренажной камере 11. При этом игла 8 прикрывает сечение регулируемого сопла 6. Это приводит к росту давления рабочего тела в гидравлическом регуляторе 5, в трубопроводе 13 и в верхней полости цилиндра 1. За счет увеличения перепада давления, действующего на поршень 2, происходит увеличение силы, сжимающей пружину 4. Когда эта сила становится больше силы сжатия пружины 4, силы трения штока 3 и сил сопротивления запорного органа клапана, поршень 2 начнет перемещаться вниз, сжимая пружину 4 и перемещением штока 3 открывая запорные органы регулирующего клапана. Регулирующий клапан открывается и начинает перепускать рабочую среду в выходной трубопровод (не показан). Все утечки рабочей среды в нижнюю часть цилиндра 1 через уплотнение штока 3 и через уплотнение поршня 2 удаляются по трубопроводу 14 в дренаж. Это позволяет поддерживать максимальный перепад давления на поршне 2 и не предъявлять жестких требований к герметичности уплотнений штока 3 и поршня 2, что уменьшает сопротивление перемещениям штока 3 и поршня 2 и увеличивает чувствительность поршневого исполнительного механизма к изменениям управляющего давления.When the control pressure is applied to the pipe 16, the bellows 9 is compressed from the differential pressure in the bellows body 10 and in the drainage chamber 11. In this case, the needle 8 covers the cross section of the adjustable nozzle 6. This leads to an increase in the pressure of the working fluid in the hydraulic regulator 5, in the pipe 13 and in the upper cavity of the cylinder 1. By increasing the pressure drop acting on the piston 2, there is an increase in the force compressing the spring 4. When this force becomes greater than the compression force of the spring 4, the friction force of the rod 3 and the resistance forces of the locking element to Apaana, the piston 2 begins to move downward, compressing the spring 4 and the moving rod 3 by opening the shut-off organs of the control valve. The control valve opens and begins to bypass the medium into the outlet pipe (not shown). All leaks of the working medium to the lower part of the cylinder 1 through the stem seal 3 and through the piston seal 2 are removed through the pipeline 14 into the drainage. This allows you to maintain the maximum pressure drop across the piston 2 and not impose strict requirements on the tightness of the seals of the rod 3 and piston 2, which reduces the resistance to movement of the rod 3 and the piston 2 and increases the sensitivity of the piston actuator to changes in control pressure.

Снижение требований к герметичности уплотнений ведет к уменьшению затрат при эксплуатации регулирующего клапана с таким приводом. При этом также исключается возможность утечки рабочей среды во внешнюю среду.Reducing the requirements for tightness of seals leads to lower costs when operating a control valve with such an actuator. This also eliminates the possibility of leakage of the working environment into the external environment.

Небольшая величина усилия, действующая на иглу 8, и небольшой ход иглы позволяют использовать небольшой по размерам сильфон 9 и обеспечивать его длительный ресурс (до 25 лет), что дополнительно снижает эксплуатационные расходы и повышает надежность привода.The small amount of force acting on the needle 8 and the small stroke of the needle allow the use of a small-sized bellows 9 and ensure its long life (up to 25 years), which further reduces operating costs and increases the reliability of the drive.

Конструкция предлагаемого привода регулирующего клапана исключает возможность попадания среды управляющего давления в рабочую среду, что гарантирует обеспечение заданных показателей качества топлива, подаваемого на испытательные стенды авиадвигателей и их узлов и предотвращает нарушение работы топливной аппаратуры.The design of the proposed control valve actuator eliminates the possibility of the control pressure entering the working medium, which ensures the achievement of the specified quality indicators of the fuel supplied to the test benches of aircraft engines and their components and prevents disruption of the fuel equipment.

Claims

1. The actuator of the control valve, which is placed on the valve body, containing a cylinder, piston, rod and spring, characterized in that the actuator is equipped with a hydraulic regulator with unregulated and adjustable nozzles, a regulating needle installed in the bellows in a closed case, mounted on the drainage chamber, connected to the hydraulic regulator.

2. The control valve actuator according to claim 1, characterized in that the high and low pressure cavities of the regulator are connected by pipelines to the upper inlet cavity of the valve and the upper cavity of the cylinder, and the lower cavity of the cylinder and the drain chamber are connected to the drain by drain pipelines.

3. The control valve actuator according to claim 2, characterized in that the internal cavity of the bellows is connected to the cavity of the drainage chamber and the drain pipe, and the internal cavity of the housing of the bellows through a pipe is connected to a source of control pressure.