Дроссельное устройство

Изобретение относится к области арматуростроения, а именно к дроссельным устройствам, и предназначено для регулирования расходов высокотемпературных газов в испытательных стендах авиадвигателей, а также в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известно дроссельное устройство, содержащее корпус, внутри которого размещен дросселирующий орган (патент РФ №2296260, кл. F16K 1/12, 2007 г.). В известном техническом решении дросселирующий орган выполнен в виде соответствующих камер с размещенным в них гильзовым затвором, установленным с возможностью осевого перемещения и связанного с приводом перемещения затвора. При этом внутренняя поверхность корпуса и дросселирующего органа выполнены экранированными. Гильзовый затвор взаимодействует со штоком привода через упорный подшипник и снабжен закрепленным на нем обтекателем. Дроссельное устройство позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения возможности его эксплуатации при температурах до 1000°C. Недостатком известного технического решения является низкая производительность, обусловленная выполнением дросселирующего органа в виде гильзового затвора и регулированием потока газа возвратно-поступательным перемещением затвора, что не позволяет увеличить диаметр проточной части устройства.

Известно дроссельное устройство, содержащее корпус с размещенным в нем дросселирующим органом, выполненным в виде соосно установленных дисков с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, образующими в открытом положении сплошные проходные каналы, причем один из дисков закреплен неподвижно, а второй установлен с возможностью осевого поворота относительно неподвижного диска (патент РФ №2329425, кл. F16K 3/08, 2008 г.). Подвижный и неподвижный диски установлены с зазором друг относительно друга в осевом направлении через подшипник качения, одно кольцо которого связано с подвижным диском, а другое - с неподвижным диском. Недостатком известного технического решения является невозможность использования при температурах выше 500-600°C, поскольку деформация дисков при нагреве ограничивает работоспособность подшипника и может вызвать заклинивание последнего.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является дроссельное устройство, в разъемном корпусе которого размещен дросселирующий орган, выполненный в виде соосно установленных дисков с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, образующими в открытом положении сплошные проходные каналы, причем по крайней мере один из дисков закреплен неподвижно, а второй установлен с возможностью осевого поворота относительно неподвижного диска, и конусообразные обтекатели, установленные на входе и выходе дроссельного устройства внутри его корпуса (патент РФ №2279006, кл. F16K 3/08, 2006 г.). Обтекатели обеспечивают формирование внутренней поверхности проходных отверстий на входе и выходе, обеспечивая снижение сопротивления дросселирующего узла рабочему потоку в открытом положении дисков. Производительность устройства регулируется количеством сквозных отверстий в дисках, площадью поверхности сквозных отверстий, а также возможностью увеличения проходного диаметра корпуса. При этом поворотный диск выполнен керамическим, а неподвижный диск - металлическим, включающим керамические вставки в зоне контакта с неподвижным диском.

Недостатком известного технического решения является невозможность использования при температурах, близких к 1000°C, поскольку концентрация напряжений в зоне контакта дисков вызывает деформацию неподвижного диска и заклинивание дросселирующего органа.

В основу предлагаемого технического решения положена техническая проблема обеспечения работоспособности устройства при условном проходе до 1000 мм, температурах до 1000°C и давлении более 50 кГс/см².

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в обеспечении дополнительной степени свободы дросселирующего органа.

Результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, достигается тем, что дроссельное устройство, в разъемном корпусе которого размещен дросселирующий орган, выполненный в виде соосно установленных дисков с равномерно расположенными по окружности сквозными отверстиями, образующими в открытом положении сплошные проходные каналы, причем по крайней мере один из дисков закреплен неподвижно, а второй установлен с возможностью осевого поворота относительно неподвижного диска, и конусообразные обтекатели, установленные на входе и выходе дроссельного устройства внутри его корпуса. Согласно изобретению разъемный корпус выполнен из двух частей - передней и задней, на внешней стороне которых выполнены рубашки охлаждения, причем каждая из частей снабжена охлаждаемыми соединительными фланцами, неподвижный диск выполнен в виде ступицы, размещенной в передней части корпуса, с радиально расположенными полыми охлаждаемыми стойками, концы которых прикреплены к передней части корпуса, подвижный диск размещен в задней части корпуса за неподвижным диском по потоку соосно неподвижному диску, обтекатель передней части корпуса закреплен на ступице неподвижного диска, обтекатель задней части корпуса закреплен на подвижном диске, ось последнего размещена в ступице, передняя часть оси выполнена охлаждаемой и размещена в упорном подшипнике, расположенном в передней части корпуса внутри соответствующего обтекателя, при этом упорный подшипник поджат гайкой к ступице через сферический вкладыш, выпуклой стороной обращенный к ступице, задняя часть оси установлена в подвижном диске, а устройство снабжено тепловыми защитными экранами, установленными на внутренней поверхности частей корпуса, стойках и ступице, по окружности подвижного диска и на внешней стороне обтекателей.

Совокупность существенных признаков достаточна для решения указанной технической проблемы и получения технического результата, поскольку:

- выполнение разъемного корпуса из двух частей - передней и задней, на внешней стороне которых выполнены рубашки охлаждения, снабжение каждой из частей охлаждаемыми соединительными фланцами, выполнение неподвижного диска в виде ступицы, размещенной в передней части корпуса, с радиально расположенными полыми охлаждаемыми стойками, концы которых прикреплены к передней части корпуса обеспечивает снижение температурных деформаций дросселирующего органа;

- размещение подвижного диска в задней части корпуса за неподвижным диском по потоку соосно неподвижному диску, закрепление обтекателя передней части корпуса на ступице неподвижного диска, закрепление обтекателя задней части корпуса на подвижном диске, размещение оси последнего в ступице, выполнение передней части оси охлаждаемой и размещение ее в упорном подшипнике, расположенном в передней части корпуса внутри соответствующего обтекателя обеспечивает снижение деформации подвижно диска в результате воздействия протекающего под высоким давлением высокотемпературного газового потока;

- поджатие упорного подшипника гайкой к ступице через сферический вкладыш, выпуклой стороной обращенный к ступице, установка задней части оси в подвижном диске обеспечивает компенсацию деформаций последнего за счет придания дополнительных степеней свободы;

- снабжение устройства тепловыми защитными экранами, установленными на внутренней поверхности частей корпуса, стойках и ступице, по окружности подвижного диска и на внешней стороне обтекателей обеспечивает дополнительное снижение температурных деформаций конструктивных частей устройства.

Существенные признаки могут иметь развитие и продолжение, а именно: подвижный диск изготовлен из жаропрочного материала, что обеспечивает повышенную стойкость диска к температурным деформациям.

Предложенное техническое решение поясняется следующим описанием его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на чертежах, где:

- на фиг. 1 изображена схема предложенного дроссельного устройства;

- на фиг. 2 тоже, вид спереди.

Дроссельное устройство выполнено следующим образом. Устройство содержит разъемный корпус, выполненный из двух частей. Передняя часть 1 с рубашкой 2 охлаждения на внешней стороне части 1 корпуса и задняя часть 3 с аналогичной рубашкой 4 охлаждения связаны между собой при помощи соединительных охлаждаемых фланцев 5 и 6 с рубашками 7 и 8 охлаждения и соответствующих шпилек 9 с гайками 10. В корпусе установлен дросселирующий орган, включающий размещенный в передней части 1 неподвижный диск, выполненный в виде ступицы 11 с радиально расположенными стойками 12, образующими расположенные между ними сквозные отверстия 13. Стойки 12 содержат каналы 14 охлаждения, при этом концы стоек 12 прикреплены к передней части 1 корпуса. Дросселирующий орган включает также установленный в задней части 3 корпуса подвижный диск 15, выполненный из жаропрочного материала (например, из стали), который размещен за неподвижным диском и соосно с ним по направлению движения потока газа с возможностью осевого поворота относительно неподвижного диска. Подвижный диск 15 связан с кронштейнами 16, предназначенными для передачи усилия от привода (на чертеже не показан) вращения. По окружности подвижного диска 15 выполнены равномерно расположенные по окружности сквозные отверстия 17, соответствующие отверстиям 13, причем в открытом положении отверстия 13 и 17 образуют сплошные проходные каналы, предназначенные для прохождения потока горячего газа. В ступице 11 установлена ось 18, передняя часть которой размещена в упорном подшипнике 19, который расположен в передней части 1 корпуса и поджат гайкой 20 к ступице 11 через сферический вкладыш 21, обращенный выпуклой стороной к ступице 11. В передней части оси 18 выполнены каналы 22 охлаждения, а задняя часть оси 18 закреплена в подвижном диске 15. На передней части 1 корпуса закреплен конусообразный обтекатель 23, причем таким образом, что упорный подшипник 19 располагается внутри обтекателя 23, а на подвижном диске 15 закреплен аналогичный конусообразный обтекатель 24. На внутренней поверхности частей 1 и 2 корпуса, стойках 12, ступице 11, по окружности подвижного диска 15 и на внешней стороне обтекателей 23 и 24 установлены тепловые защитные экраны 25. Рубашки охлаждения и соответствующие каналы охлаждения сообщены с системой (на чертеже не показана) охлаждения при помощи патрубка 26 входа и патрубка 27 выхода подачи охлаждающей жидкости.

Устройство работает следующим образом. Перед пуском газового потока через дроссель включается система охлаждения дросселя и через патрубки 26 и 27 производится соответственно подача и отвод охлаждающей жидкости в рубашки 2, 4, 7, 8 соответствующих частей 1 и 3 и фланцев 5 и 6 корпуса и канал 22 охлаждения оси 18. При необходимости изменения расхода газового потока, проходящего через дроссель, включается привод вращения, который через кронштейны 16 заставляют поворачиваться диск 15 относительно передней части 1 корпуса. При этом происходит изменение площади проходного сечения за счет перемещения диска 15 относительно стоек 12 ступицы 11, т.е. изменение величины сопротивления дросселя. Размещение диска 15 в задней части 3 корпуса за стойками 12 и ступицей 11, образующими неподвижный диск дросселирующего органа, позволяет уменьшить ударное воздействие набегающего потока высокотемпературного газа при диаметре трубопроводов до 1000 мм и давлении более 50 кГс/см², а сферический вкладыш 21 компенсирует возникающие температурные и ударные деформации диска 15 за счет обеспечения дополнительных степеней свободы упорного подшипника 19. В положении «открыто» отверстия 17 подвижного диска 15 совмещаются с отверстиями 13 между стойками 12 ступицы 11 в передней части 1 корпуса и дроссель создает минимальное сопротивление потоку и создаются сплошные проходные каналы. В положении «закрыто» отверстия 17 на подвижном диске 15 совмещаются со стойками 12 передней части 1 корпуса и дроссель создает максимальное сопротивление потоку. Обтекатели 23 и 24 и экраны 25 обеспечивают дополнительную защиту конструктивных элементов устройства от воздействия высокотемпературного потока газа.

Таким образом, выполнение корпуса из двух частей, размещение неподвижного диска, выполненного в виде ступицы с охлаждаемыми стойками, в передней части корпуса, а подвижного диска в задней части корпуса за неподвижным диском по потоку соосно неподвижному диску, и кинематическая связь упорного подшипника со ступицей через сферический вкладыш обеспечивает работоспособность устройства при условном проходе до 1000 мм, температурах до 1000°C и давлении более 50 кГс/см² за счет дополнительной степени свободы дросселирующего органа.