RU2819248C1

RU2819248C1 - Method of reducing cavitation in control pipeline valves

Info

Publication number: RU2819248C1
Application number: RU2023119170A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Фоминых; Ильгиз Рашитович Чиняев; Анатолий Леонтьевич Шанаурин
Original assignee: Александр Васильевич Фоминых; Ильгиз Рашитович Чиняев; Анатолий Леонтьевич Шанаурин
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2024-05-15

Abstract

FIELD: machine building; valve industry.

SUBSTANCE: invention can be used in technical systems for controlling flows of liquid medium in various industries. Method of reducing cavitation in control pipeline valves (PV) includes introduction of structural elements forming jets of working fluid and control parameters of flow of the latter into PV trim, determining fine control process and working medium velocity field, in which particles of the latter, moving at maximum speed, are located in the flow thickness.

EFFECT: invention is aimed at creation of a method for reduction of cavitation during operation on liquid working media of pipeline valves, in particular, in slide gate valves (SGV).

1 cl

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к арматуростроению и может быть использовано в технических системах для управления потоками жидкой среды в различных отраслях промышленности.The invention relates to mechanical engineering, in particular to valve engineering, and can be used in technical systems for controlling fluid flows in various industries.

Известно (см. Вестник арматуростроения №78 статья О.Н. Шпакова «Кавитация - злейший враг арматуры».It is known (see Valve Engineering Bulletin No. 78, article by O.N. Shpakov “Cavitation is the worst enemy of valves.”

Известен «Способ снижения кавитации в гидравлических машинах» (см. патент RU 260716 CI) включающий предотвращение разрыва потока жидкости от его столкновения с частями гидравлических машин путем формирования управляемого движения в приграничных частях гидравлических машин с увеличением его кинетической энергии для этого ему придают вращательную компоненту движения по направлению движения рабочего колеса насоса с приданием потоку жидкости пластичности путем подачи в поток воздуха в объеме 2-5% от объема подаваемой воды.There is a well-known “Method for reducing cavitation in hydraulic machines” (see patent RU 260716 CI), which includes preventing the rupture of the fluid flow from its collision with parts of hydraulic machines by forming a controlled movement in the border parts of hydraulic machines with an increase in its kinetic energy; for this purpose it is given a rotational component of the movement in the direction of movement of the pump impeller, imparting plasticity to the fluid flow by supplying air into the flow in a volume of 2-5% of the volume of supplied water.

К недостаткам известного способа следует отнести неприменимость его к трубопроводной арматуре. Тем более, что см. (Г. Морозов «Кавитационный износ деталей гидроагрегатов» Сибирский государственный университет) при работе с жидкой средой, загрязненной твердыми частицами, где кавитация наступает раньше, т.к. поверхность частиц абсорбирует тонкий слой воздуха, который при попадании в зону пониженного давления способствует повышению кавитации.The disadvantages of this known method include its inapplicability to pipeline fittings. Moreover, see (G. Morozov “Cavitation wear of parts of hydraulic units” Siberian State University) when working with a liquid medium contaminated with solid particles, where cavitation occurs earlier, because the surface of the particles absorbs a thin layer of air, which, when it enters a zone of low pressure, contributes to increased cavitation.

Известен также способ борьбы с кавитацией «Fisher» (прототип), включающий введенный в затвор клапанов конструктивных элементов формирующих струи рабочей жидкости и управляющих параметрами потока последней. При этом струи выходя из каналов клетки ударяются в детали затвора, внутренние поверхности корпуса и выходного патрубка клапана, что многократно изменяет направление вектора скорости частиц потока направленного на внутренние поверхности деталей затвора клапана, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, разрушая эти поверхности, что является существенным недостатком данного способа.There is also a known method of combating cavitation “Fisher” (prototype), which includes structural elements introduced into the valve shutter that form a jet of working fluid and control the flow parameters of the latter. In this case, the jets leaving the channels of the cage strike the valve parts, the internal surfaces of the body and the valve outlet pipe, which repeatedly changes the direction of the particle velocity vector of the flow directed to the internal surfaces of the valve parts, where cavitation bubbles collapse, destroying these surfaces, which is essential disadvantage of this method.

Даже при полностью открытом клапане поток рабочей среды многократно меняет свое направление, проходя между деталями затвора клапана и неоднократно соударяясь с ними, что и является факторами порождающими кавитацию.Even with the valve fully open, the flow of the working medium changes its direction many times, passing between the parts of the valve shutter and repeatedly colliding with them, which are the factors causing cavitation.

Технической задачей данного изобретения является создание способа снижения кавитации при эксплуатации на жидких рабочих средах трубопроводной арматуры в частности в шиберных запорно-регулирующих устройствах (ШЗРУ).The technical objective of this invention is to create a method for reducing cavitation during operation of pipeline fittings in liquid working media, in particular in gate valves.

Поставленная задача достигается тем, что способ снижения кавитации в регулирующей трубопроводной арматуре, включающий введение в затвор ТПА формирующих струи рабочей среды и управляющих параметрами потока последней конструктивных элементов затвора ТПА, определяющих процесс тонкого регулирования* и поле скоростей рабочей среды, в котором частицы последней, движущиеся с максимальной скоростью расположены в толще потока.The task is achieved by the fact that the method of reducing cavitation in control pipeline fittings, including the introduction into the valve of the injection molding machine, forming jets of the working medium and controlling the flow parameters of the latter, is the structural elements of the valve of the injection molding machine, determining the process of fine control* and the velocity field of the working medium, in which the particles of the latter are moving with maximum speed are located in the thickness of the flow.

*Процесс тонкого регулирования - это процесс когда при максимальных*The process of fine regulation is a process when, at maximum

перепадах давления, до и после затвора ТПА, обеспечивают минимальное значение расхода рабочей среды. Способ осуществляется следующим образом: 1. На примере запорно-регулирующей задвижки патент RU 246470 С2 F16K 3/12 (см. Ползуновский вестник №4, 2018 г. «Управление зоной схлопывания кавитационных пузырьков в задвижке стабилизатором».) В затворный узел представленного устройства введен конструктивный элемент стабилизатор, взаимодействующий с торцом запорного элемента (шибера) оба элемента снабжены рядом общих отверстий, благодаря которым в начальный момент открытия затвора ТПА происходит процесс тонкого регулирования с полем максимальных скоростей рабочей среды размещаемой в толще рабочей жидкости, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, т.е. в толще рабочей среды, а не вблизи поверхностей затвора и корпуса.pressure differences before and after the valve of the injection molding machine ensure a minimum flow rate of the working medium. The method is carried out as follows: 1. Using the example of a shut-off and control valve, patent RU 246470 C2 F16K 3/12 (see Polzunovsky Bulletin No. 4, 2018 “Control of the zone of collapse of cavitation bubbles in the valve with a stabilizer.”) A stabilizer is inserted into the valve assembly of the presented device. structural element stabilizer interacting with the end of the locking element (gate) both elements are equipped with a number of common holes, thanks to which at the initial moment of opening the valve of the injection molding machine, a process of fine regulation occurs with the field of maximum speeds of the working medium located in the thickness of the working fluid, where the collapse of cavitation bubbles occurs, those. in the thickness of the working medium, and not near the surfaces of the valve and body.

2. На примере патента RU 2586958 F16K 3/02 (см. шаг 8 Шиберное запорно-регулирующее устройство с внутренним байпасом, с. 181 «Управление потоками жидкостей и газов « часть 1. Авторы: Чиняев И.Р. и др. Курган, 2022 г.2. Using the example of patent RU 2586958 F16K 3/02 (see step 8 Gate shut-off and control device with internal bypass, p. 181 “Control of liquid and gas flows” part 1. Authors: I.R. Chinyaev et al. Kurgan, 2022

Введен конструктивный, управляемый шпинделем элемент - заслонка, встроенная в шибер запорно-регулирующего устройства (ШЗРУ) и перекрывающая канал в шибере. При этом заслонка снабжена каналом равного диаметра с каналом в шибере. В процессе совмещения каналов заслонки и шибера происходит также тонкое регулирование рабочей среды и формирование поля скоростей, каналы расположены по центру проточного канала корпуса ШЗРУ, что и предопределяет место расположения поля скоростей и вектора скоростей частиц потока рабочей среды, а значит и зоны схлопывания кавитационных пузырьков.A constructive element controlled by a spindle has been introduced - a damper, built into the gate of the shut-off and control device (SHZRU) and blocking the channel in the gate. In this case, the damper is equipped with a channel of equal diameter with the channel in the gate. In the process of combining the channels of the damper and gate, fine regulation of the working medium and the formation of a velocity field also occur; the channels are located in the center of the flow channel of the cavitation device body, which predetermines the location of the velocity field and the velocity vector of the particles of the working medium flow, and therefore the zone of collapse of cavitation bubbles.

На примере патента RU 2506483 (см. шаг 4 модернизации шиберных запорно-регулирующих устройств «Управление потоками жидкостей и газов часть 1, авторы Чиняев И.Р. и другие, Курган, 2022)Using the example of patent RU 2506483 (see step 4 of the modernization of gate shut-off and control devices “Control of liquid and gas flows part 1, authors I.R. Chinyaev and others, Kurgan, 2022)

Введен совместный конструктивный элемент для подпружиненного стабилизатора и торца шибера с рядом канавок (канавки могут быть круглыми, прямоугольными, коническими и т.д.).A joint structural element has been introduced for the spring-loaded stabilizer and the end of the gate with a number of grooves (the grooves can be round, rectangular, conical, etc.).

При поднятии шибера, когда совмещенные канавки достигнут выходного канала корпуса, начинается процесс тонкого регулирования рабочей среды, разделенной на отдельные струи, вектора скорости которых направлены в толщу рабочей среды, где и происходит схлопывание кавитационных пузырьков, а не на деталях затвора.When the gate is raised, when the combined grooves reach the outlet channel of the housing, the process of fine regulation of the working medium begins, divided into separate jets, the velocity vectors of which are directed into the thickness of the working medium, where the collapse of cavitation bubbles occurs, and not on the valve parts.

На примере патента RU 2685461 «Затвор запорной трубопроводной арматуры», патентообладатель Шанаурин Анатолий Леонтьевич. В узел затвора введен конструктивный элемент «сквозной канал, соединяющий входной и выходной патрубки корпуса» перекрываемый клапаном, управляемым через пакет тарельчатых пружин шпинделем. Канал выполнен по центру клина, что обеспечивает процесс тонкого регулирования и при его открытии формирование поля скоростей рабочей среды, в котором частицы жидкости, движущиеся с максимальной скоростью расположены в толще потока.Using the example of patent RU 2685461 “Shut-off valve valve”, patent holder Anatoly Leontyevich Shanaurin. A structural element “a through channel connecting the inlet and outlet pipes of the body” is introduced into the valve assembly, which is closed by a valve controlled through a package of disc springs by a spindle. The channel is made in the center of the wedge, which ensures a fine control process and, when it opens, the formation of a velocity field of the working medium, in which liquid particles moving at maximum speed are located in the thickness of the flow.

Известно также шиберное запорно-регулирующее устройство (см. патент RU 217661 F16K 3/02), у которого введен в выходной патрубок корпуса пакет дроссельных пластин со взаимосвязанными между собой горизонтальными каналами. Пакет состоит из 3-х пластин, сочетание таких каналов и определяет процесс тонкого регулирования, а их взаимное расположение по горизонтали определяет направление потока частиц рабочей среды с максимальной скоростью в толще потока.A gate valve shut-off and control device is also known (see patent RU 217661 F16K 3/02), in which a package of throttle plates with interconnected horizontal channels is inserted into the outlet pipe of the housing. The package consists of 3 plates, the combination of such channels determines the process of fine regulation, and their relative horizontal arrangement determines the direction of the flow of particles of the working medium with maximum speed in the thickness of the flow.

Известно шиберное запорно-регулирующее устройство (см. патент RU 276932 F16K 3/02), в котором в управляемый посредством рычажного привода шибер снабжен центральным каналом, перекрываемым заслонкой функционально связанный с шибером, что и обеспечивает процесс тонкого регулирования рабочей среды проходящей через центральный канал шибера, который расположен в толще потока рабочей среды.A gate valve shut-off and control device is known (see patent RU 276932 F16K 3/02), in which the gate valve, controlled by a lever drive, is equipped with a central channel, which is closed by a damper and is functionally connected to the gate, which ensures the process of fine regulation of the working environment passing through the central channel of the gate. , which is located in the thickness of the working medium flow.

Приведенные примеры показывают, как различные конструктивные элементы затворов ТПА формируют поток рабочей среды.The given examples show how various structural elements of injection molding machine valves form the flow of the working medium.

Проведенные исследования выбранных технических решений с использованием программного комплекса ANSYS подтвердили правильность их функционирования.Conducted studies of selected technical solutions using the ANSYS software package confirmed the correctness of their functioning.

Таким образом, введение конструктивных элементов по заявленному способу в затвор ТПА предопределяет тонкое регулирование с расположением частиц рабочей среды, движущихся с максимальной скоростью в толще потока, чем и обусловлено схлопывание кавитационных пузырьков в толще потока не влекущее за собой разрушение внутренних поверхностей деталей ТПА.Thus, the introduction of structural elements according to the claimed method into the valve of the injection molding machine predetermines fine control with the arrangement of particles of the working medium moving at maximum speed in the thickness of the flow, which determines the collapse of cavitation bubbles in the thickness of the flow, which does not entail destruction of the internal surfaces of the injection molding machine parts.

При обеспечении полнопроходности (затвор полностью открыт) в приведенных примерах кавитация практически равна нулю.When ensuring full flow (the valve is fully open), in the examples given, cavitation is practically zero.

Claims

A method for reducing cavitation in control pipeline fittings (RPV), including the introduction of structural elements into the valve of the valve, forming jets of the working medium and controlling the flow parameters of the latter, characterized in that the structural elements of the valve of the valve determine the process of fine regulation and the velocity field of the working medium in which the particles , moving at maximum speed, are located in the thickness of the flow.