[1]Изобретение относится к области машиностроения, в частности к регуляторам расхода газа для регулирования расхода рабочей среды, имеющей высокую температуру и давление, и предназначенным для перераспределения расхода газа.
[2]Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая теплоизолированный корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием, контактирующее с регулирующим элементом (заслонкой) по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям, регулирующий элемент через карданную муфту соединен с валом, который установлен в подшипники и приводится в движение от привода, а герметизация вала обеспечивается уплотнительными кольцами (патент РФ №2079023, МПК 6 F16K 5/04, 5/12, 1997 г.).
[3]Недостаток этой конструкции состоит в том, что для обеспечения перераспределения расхода газа требуется два клапана регулирования расхода, что приводит к увеличению массы изделия и снижению его надежности.
[4]Известна конструкция газораспределительного клапана, содержащая корпус с входным и двумя выходными патрубками, седлами и заслонками. Заслонки соединены с валами (патент РФ №2355931, МПК F16K 5/12, 5/04, 2007 г.).
[5]Недостаток такой конструкции заключается в том, что требуется наличие двух валов, которые приводятся автономно каждый своим приводом, а это в свою очередь приводит к увеличению массы изделия и количеству приводов.
[6]Задачей изобретения является обеспечение перераспределения расхода газа путем снабжения регулятора расхода дополнительными заслонкой, приводимой в движение общим валом с основной заслонкой, и выходным патрубком, с установленным в нем седлом с расходным отверстием.
[7]Указанная задача решается тем, что в регуляторе расхода газа, содержащем корпус с входным и выходными, основным и дополнительным, патрубками, в выходные патрубки которого, соответственно, установлены седла с расходными отверстиями, контактирующие с соответствующими заслонками по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям, основная заслонка кинематически соединена с валом связанным с приводом, взаимообращенные цилиндрические поверхности основных заслонки и седла соосны с валом, при этом дополнительная заслонка кинематически связана с основной заслонкой со стороны противоположной стороне связи основной заслонки с валом и взаимообращенные цилиндрические поверхности дополнительных заслонки и седла соосны с валом, причем на дополнительной заслонке со стороны основной заслонки выполнен прилив, диаметр которого меньше диаметра цилиндрического отверстия основного седла и больше диаметра цилиндрического отверстия дополнительного седла, кроме того расходные отверстия заслонок и седел выполнены в форме прямоугольника, одна пара сторон которого перпендикулярна оси вала, отверстия заслонок и седел в плоскости, перпендикулярной оси вала, имеют одинаковую длину, а взаимосвязь расходных отверстий заслонок и седел в радиальном сечении определяется соотношениями:
[9]причем диаметр дополнительной заслонки меньше диаметра основной заслонки, при этом обеспечиваются следующие соотношения:
[10]α1<α, β1<β, ω1<ω, ρ1<ρ, где:
[11]α - угол между торцами расходного отверстия дополнительной заслонки или дополнительного седла;
[12]β - угол между торцом расходного отверстия дополнительного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия дополнительной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
[13]ω - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
[14]ρ - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка;
[15]n - номинальная степень открытия расходного отверстия седла, где n=0…0,5.
[16]α1 - угол между торцами расходного отверстия основной заслонки или основного седла;
[17]β1 - угол между торцом расходного отверстия основного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия основной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
[18]ω1 - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
[19]ρ1 - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка.
[20]На фиг. 1 изображен общий вид регулятора расхода газа.
[21]На фиг. 2 изображено сечение регулятора по основному патрубку.
[22]На фиг. 3 изображено сечение регулятора по дополнительному патрубку.
[23]На фиг. 4 изображено расходное отверстие заслонки и седла прямоугольной формы.
[24]На фиг. 5 изображены угловые расположения взаимосвязанных между собой деталей и узлов регулятора расхода газа.
[25]На фиг. 6 изображена расходная характеристика регулятора расхода газа.
[26]Регулятор расхода газа (фиг. 1, 2 и 3) состоит из теплоизолированного корпуса 1 с входным 2, основным выходным 3 и дополнительным выходным 4 патрубками. В выходные патрубки 3 и 4 установлены седла: основное 5 и дополнительное 6 с расходными отверстиями 7 и 8 соответственно. С седлами контактируют заслонки: основная 9 и дополнительная 10, которые кинематически связаны с валом 13, например, через карданные муфты: основную 11 и дополнительную 12. Заслонки и седла контактируют по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям. Для этого на седлах выполнены опорные узлы 14 и 15. Опорные узлы 14 и 15 выполнены в виде двух пластин, расположенных с обеих сторон от расходных отверстий седел в которых имеются цилиндрические отверстия. В заслонках также выполнены расходные отверстия 16 и 17. Цилиндрические взаимообращенные поверхности заслонок и седел соосны с валом. Для соединения заслонок с валом через карданные муфты на заслонках и валу выполнены прорези 18, 19, 20 и 21, в которые заходят штифты 22 и 23 карданных муфт 11 и 12. На основной заслонке прорези 18 и 21 выполнены с обеих сторон. Расходные отверстия седел и заслонок выполнены в форме прямоугольника, у которого одна пара сторон 24 (фиг. 4) перпендикулярна оси вала 13. На основной и дополнительной заслонках в районе расходных отверстий выполнены прямоугольные выемки. Заслонки со стороны, ближайшей к валу, снабжены приливами 25 и 26, диаметр которых превышает диаметр цилиндрической поверхности седел 5 и 6 соответственно. Размер диаметра прилива 26 дополнительной заслонки 10 выполнен меньше цилиндрической поверхности основного седла 5 и больше диаметра цилиндрического отверстия дополнительного седла, а максимальная длина штифта 23 дополнительной карданной муфты 12 меньше диаметра цилиндрического отверстия основного седла. Вал через подшипники 27 установлен в крышку 28 и загерметизирован уплотнением 29.
[27]Чтобы обеспечить необходимую расходную характеристику и ее линейность в плоскости, перпендикулярной оси вала, длина отверстий заслонок и седел в плоскости, перпендикулярной оси вала, должна быть одинакова, а взаимосвязь их расходных отверстий в радиальной плоскости определяется соотношениями:
[29]причем диаметр дополнительной заслонки меньше диаметра основной заслонки, при этом обеспечиваются следующие соотношения:
[30]α1<α, β1<β, ω1<ω, ρ1<ρ, где:
[31]α - угол между торцами расходного отверстия дополнительной заслонки или дополнительного седла;
[32]β - угол между торцом расходного отверстия дополнительного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия дополнительной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
[33]ω - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
[34]ρ - угол между торцом расходного отверстия дополнительной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленной от входного патрубка;
[35]n - номинальная степень открытия расходного отверстия седла, где n=0…0,5.
[36]α1 - угол между торцами расходного отверстия основной заслонки или основного седла;
[37]β1 - угол между торцом расходного отверстия основного седла, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия основной заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
[38]ω1 - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, ближайшей к входному патрубку;
[39]ρ1 - угол между торцом расходного отверстия основной заслонки и ее кромкой, наиболее удаленными от входного патрубка.
[40]Выполнение расходных отверстий заслонок и седел прямоугольной формы, ориентированной вполне определенным образом, и вышеприведенные соотношения обеспечивают линейное изменение расходной площади через регулятор. Расходная характеристика регулятора приведена на фиг. 6. Там же указана зона регулирования.
[41]При работе газы поступают через входной патрубок 2 во внутреннюю полость регулятора и далее подходят к расходным отверстиям 16 и 17 заслонок 9 и 10. При вращении вала 13 одна из заслонок 9 или 10 может закрывать расходные отверстия седел 5 или 6. Через отверстие, образованное заслонкой и седлом, газы истекают из регулятора. Наличие дополнительных заслонки, кардана и седла обеспечивает перераспределение расхода газа. Расположение дополнительного расходного патрубка зависит от компоновки изделия. Наличие приливов 25 и 26 исключает осевое перемещение заслонок в одну сторону. Карданные муфты компенсируют возможное тепловое перемещение седел вдоль оси, перпендикулярной оси вала, что исключает возможное заклинивание подвижных элементов регулятора.
[42]Благодаря тому, что диаметр прилива дополнительной заслонки 10 выполнен меньше диаметра отверстия основного седла 5 и больше диаметра отверстия дополнительного седла, а максимальная длина штифта дополнительной карданной муфты меньше диаметра отверстия основного седла, обеспечивается установка (собираемось) дополнительных заслонки и карданной муфты.
[43]Контакт заслонок и седел по цилиндрическим взаимообращенным поверхностям уменьшает непроизводительный расхода газа через закрытые участки расходных отверстий седел.
[44]Благодаря соотношению углов и выполнению расходных отверстий заслонок и седел прямоугольной формы обеспечивается линейность расходной характеристики (фиг. 6).
[45]Т.к. обе заслонки приводятся в движение от общего вала, то требуется один общий привод, что обеспечивает повышение надежности и снижение массы изделия.
[46]Таким образом, конструкция регулятора расхода газа обеспечивает:
[47]- перераспределение расхода газа;
[48]- уменьшение непроизводительного расхода газа через закрытые участки расходных отверстий седел;
[49]- повышение надежности работы регулятора;
[50]- линейность расходной характеристики.
