Патент на изобретение №2315221

(54) ДРОССЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено в качестве дроссельного устройства для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС. Дроссельное устройство содержит корпус в виде трубы. В отверстии корпуса в осевом направлении размещены с зазором друг относительно друга дроссельные элементы с каналом для прохода среды, образующие ступени дросселирования. Каждый дроссельный элемент выполнен в виде спирального элемента из профильного изделия, неподвижно связанного первым своим концом с заглушкой. Спиральный элемент и заглушка установлены соосно отверстию корпуса с зазором относительно последнего. Второй конец спирального элемента закреплен неподвижно относительно корпуса. Первый конец и витки спирального элемента установлены с возможностью осевого перемещения. Профильное изделие выполнено пористым и проницаемым. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей по настройке и изменению параметров дроссельного устройства, на также на уменьшение эрозионного износа, шума, на повышение технологичности изготовления дросселирующих элементов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно к дроссельным устройствам для срабатывания перепада давления, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС.

Известно дроссельное устройство для многоступенчатого дросселирования, состоящее из дисковых дроссельных элементов, установленных в корпусе в виде трубы (см. Благов Э.Е., Ивницкий Б.Я. Дроссельно-регулирующая арматура ТЭС и АЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1990, с.72-73, рис.4.20а, б). Причем отверстия в шайбах располагают со смешением друг относительно друга по ходу потока так, что выходы отверстий предыдущей шайбы несоосны с отверстиями последующей шайбы для того, чтобы не было прямого проскока рабочей среды, а потоки меняли направление для усиления их торможения.

Недостатками конструкции являются малый перепад на одной шайбе – не более 3 МПа, низкая технологичность изготовления – сверление отверстий в толстостенной шайбе. Уменьшение диаметра отверстий и увеличение их количества (при сохранении суммарной площади для прохода потока среды) улучшает дробление потока, несколько снижает уровень шума, т.к. энергия единичной струи уменьшается. Но это понижает технологичность изделия, т.к. просверлить отверстия малого диаметра в толстостенных дисках, выполненных из труднообрабатываемых материалов (эрозионностойких), затруднительно. Точно рассчитать дроссель затруднительно. Возможности настройки таких конструкций нет.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к представленному изобретению является дроссельное устройство, содержащее корпус в виде трубы, в отверстии которого в осевом направлении размещены с зазором относительно друг друга дроссельные элементы с каналом для прохода среды, образующие ступени дросселирования, каждый дроссельный элемент выполнен в виде спирального элемента из профильного изделия, неподвижно связанного первым своим концом с заглушкой, установленными соосно отверстию корпуса с зазором относительно последнего, причем второй конец спирального элемента закреплен неподвижно относительно корпуса (см. а.с. SU 813063 А, кл. F16K 1/36, 15.03.1981).

Основным недостатком известного дроссельного устройства является то, что функциональные возможности по изменению характеристики дроссельного устройства ограничены.

Задача изобретения – расширение функциональных возможностей по настройке и изменению параметров дроссельного устройства, а также уменьшение эрозионного износа, шума, повышение технологичности изготовления дросселирующих элементов.

Технический результат достигается тем, что в дроссельном устройстве, содержащем корпус в виде трубы, в отверстии которого в осевом направлении размещены с зазором относительно друг друга дроссельные элементы с каналом для прохода среды, образующие ступени дросселирования, каждый дроссельный элемент выполнен в виде спирального элемента из профильного изделия, неподвижно связанного первым своим концом с заглушкой, которые установлены соосно отверстию корпуса с зазором относительно последнего, причем второй конец спирального элемента закреплен неподвижно относительно корпуса, первый конец и витки спирального элемента установлены с возможностью осевого перемещения, а профильное изделие выполнено пористым и проницаемым, кроме того

– спиральный элемент выполнен с упругими свойствами в виде пружины, например, сжатия,

– профильное изделие выполнено с упругими свойствами, например, из МР «металлорезины»,

– профильное изделие выполнено с упругими и эластичными свойствами, например, из открытопористой резины, открытоячеистого пенополиуретана.

На фиг.1 изображен разрез дросселя; на фиг.2 – вид А на фиг.1; на фиг.3 – формы поперечного сечения профильного изделия спирального элемента; на фиг.4 – разрез дросселя при полностью сжатых витках спирального элемента.

Дроссельное устройство содержит корпус 1 в виде трубы, в отверстии 2 которого размещены с зазором в осевом направлении друг относительно друга дроссельные элементы (ДЭ), каждый из которых выполнен в виде спирального элемента 3 (СЭ) из профильного изделия с каналом для прохода среды между витками СЭ 3. СЭ 3 неподвижно связан первым своим концом 4 с заглушкой 5. СЭ 3 и заглушка 5 установлены соосно отверстию 2 корпуса 1 с зазором 6 относительно последнего, причем второй конец 7 СЭ 3 закреплен неподвижно относительно корпуса 1.

Первый конец 4 и витки СЭ 3 установлены с возможностью осевого перемещения. Заглушка 5 может быть связана с приводом 8 ее перемещения вдоль оси корпуса 1. Заглушка 5 выполнена с обтекаемой внешней поверхностью 9, например, конической формы. СЭ 3 связан с корпусом 1 через параллельно прикрепленные к корпусу 1 и вдоль его оси ребра 10, расположенные в образованном зазоре 6 между наружной поверхностью 11 витков СЭ 3 и внутренней поверхностью отверстия 2 корпуса 1. Профильное изделие выполнено в виде проволоки или полосы, или ленты с простой (фиг.3а – д): круглой, или квадратной, или треугольной, или эллипсной, или прямоугольной, или со сложной (фиг.3е – л): многоугольной или криволинейной формой в поперечном сечении. СЭ 3 может быть выполнен с упругими свойствами в виде пружины, например, сжатия. Профильное изделие СЭ 3 может быть выполнено пористым и проницаемым для рабочей среды (из спеченного изделия, из пористых пластмасс). Профильное изделие СЭ 3 может быть выполнено проницаемым и упругим, например, из МР “металлорезина” или проницаемым, упругим и эластичным, например, из пористой резины, открытоячеистого пенополиуретана.

Дроссельное устройство работает следующим образом.

Рабочая среда поступает через отверстие 2 к заглушке 5 и СЭ 3, проходит через щели между витками СЭ 3 и дросселируется. Изменением зазора между витками СЭ 3 можно изменять сопротивление ступени дросселя, что приводит к изменению гидравлического сопротивления и расхода рабочей среды при постоянном перепаде давления. Выполнение в поперечном сечении профильного изделия разной формы позволяет организовывать вход и выход рабочей среды для увеличения гидравлического сопротивления и изменять гидравлическую характеристику. При больших перепадах давления целесообразно применение профильных изделий в виде эллипса, прямоугольника, ориентированных большой осью по направлению потока среды (между витками СЭ 3) перпендикулярно оси СЭ 3, зигзагообразного, волнообразного профиля (фиг.3б – л), обладающих повышенной жесткостью в направлении потока среды и действия перепада давления. При малых перепадах давления возможно применение простого круглого профиля (фиг.3, а, е). При использовании криволинейного профиля (фиг.3з – л) имеет место зигзагообразная поверхность, изменяя размеры которой (длины, углы, радиусы) можно влиять на гидравлическую характеристику. СЭ 3 может быть настроен на специальном стенде путем изменения степени сжатия витков и зазора между ними, после чего положение фиксируется с помощью сварки или стопорных, крепежных элементов. СЭ 3 может быть установлен и с возможностью осевого перемещения в процессе работы его витков (кроме конца 7) и заглушки 5. Изменением профиля СЭ 3 возможно регулировать осевую и радиальную жесткость СЭ 3. Увеличение радиальной жесткости необходимо при повышенных перепадах давления.

Выполнение СЭ 3 в виде пружины сжатия позволяет автоматически изменять гидравлическую характеристику при увеличении на входе давления рабочей среды. Под действием набегающего потока рабочей среды на заглушку 5 и увеличивающегося перепада давления на СЭ 3 происходит сжатие витков СЭ 3. Этим процессом можно управлять путем изменения формы наружной поверхности 9 заглушки 5 (изменяется усилие гидродинамического сопротивления), при этом уменьшается зазор между витками СЭ 3, сопротивление потоку среды возрастает, расход рабочей среды уменьшается или поддерживается постоянным. Это обеспечивается правильно подобранными характеристикой осевой жесткости и формы профильного изделия СЭ 3, что не обеспечивают известные конструкции дросселей. Таким образом, расширяются функциональные возможности дросселя. Струи потока рабочей среды входят в щели между витками СЭ 3 радиально, соударяются, что снижает уровень шума и увеличивает сопротивление, т.е. использован принцип инерционного сопротивления (потеря давления связана с инерционными силами и ударами струй среды). В регулирующих органах инерционного сопротивления потеря давления пропорциональна квадрату скорости потока.

Выполнение профильного изделия СЭ 3 пористыми и проницаемыми для рабочей среды позволяет при полном сжатии витков СЭ 3 (фиг.4) осуществлять процесс дросселирования через поровое пространство профильного изделия с использованием принципа вязкостного трения. Профильное проницаемое изделие с упругими свойствами, например, из МР “металлорезина”, пенополиуретана позволяет сжимать и далее витки после соприкосновения, при этом сжимается профиль витка в осевом направлении, уменьшается размер пор, а сопротивление потоку рабочей среды увеличивается. Витки СЭ 3 могут быть сжаты предварительно на специальном стенде до получения заданной гидравлической характеристики и зафиксированы сваркой или другими стопорными, крепежными элементами (когда СЭ 3 неподвижен в процессе работы).

Выполнение связи заглушки 5 с приводом 8 (привод может располагаться снаружи или изнутри корпуса 1) ее осевого перемещения позволяет сжимать или разжимать витки СЭ 3 и изменять гидравлическую характеристику в процессе работы, обеспечивать регулирование потока рабочей среды, что расширяет функциональные возможности дроссельного устройства.

Конструкция СЭ 3 проста в изготовлении, т.к. спиральный элемент технологичен и легко изготавливается на токарном, профильно-гибочном, пружинно-навивочном станке.

Представленное дроссельное устройство может быть использовано в качестве регулируемого и нерегулируемого дросселя в системах дросселирования жидких и газообразных сред энергетической, нефтегазовой промышленности.

Формула изобретения

1. Дроссельное устройство, содержащее корпус в виде трубы, в отверстии которого в осевом направлении размещены с зазором относительно друг друга дроссельные элементы с каналом для прохода среды, образующие ступени дросселирования, каждый дроссельный элемент выполнен в виде спирального элемента из профильного изделия, неподвижно связанного первым своим концом с заглушкой, установленными соосно отверстию корпуса с зазором относительно последнего, причем второй конец спирального элемента закреплен неподвижно относительно корпуса, отличающееся тем, что первый конец и витки спирального элемента установлены с возможностью осевого перемещения, а профильное изделие выполнено пористым и проницаемым.

2. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральный элемент выполнен с упругими свойствами в виде пружины, например, сжатия.

3. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что профильное изделие выполнено с упругими свойствами, например, из «металлорезины».

4. Дроссельное устройство по п.1, отличающееся тем, что профильное изделие выполнено с упругими и эластичными свойствами, например, из открытопористой резины, открытоячеистого пенополиуретана.

РИСУНКИ