RU2251041C1

RU2251041C1 - Throttle device

Info

Publication number: RU2251041C1
Application number: RU2003125222/06A
Authority: RU
Inventors: н Б.С. Веробь (RU); Б.С. Веробьян; А.Ф. Быков (RU); А.Ф. Быков; С.И. Карышев (RU); С.И. Карышев; В.В. Кулаков (RU); В.В. Кулаков
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2005-04-27
Also published as: RU2003125222A

Abstract

FIELD: valving.

SUBSTANCE: throttle device comprises housing with axial inlet and outlet. The housing receives central chamber and prechamber provided with sleeve valve gate and mechanism for moving the gate. The mechanism is made of rack and gear. There are passages for supplying and discharging cooling air. The rack is secured to the rod of the sleeve valve gate and is shifted with respect to the axis of the gear by a value of the radius of the dividing circumference of the gear. The device is provided with power rods mounted in the plane of the gear, inner shield arranged in the central chamber, and outer shield arranged inside the housing.

EFFECT: enhanced reliability and improved design.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано для регулирования расходов высокотемпературных газов в испытательных стендах авиадвигателей, а также в энергетической, химической, металлургической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of valve engineering and can be used to control the flow of high-temperature gases in the test benches of aircraft engines, as well as in the energy, chemical, metallurgical and other industries.

Известна кольцевая задвижка (см. А.Ф.Гуревич “Расчет и конструирование трубопроводной арматуры”, Л.: Машиностроение, Л.:, 1969 г., стр.65, рис.37). Устройство кольцевой задвижки содержит механизм перемещения поршня с обтекателем, состоящий из винтового привода с парой конических шестерен, размещенный в изолированном от среды пространстве - камере, а в предкамере находится поршень с обтекателем. Камера и предкамера данной кольцевой задвижки жестко связаны с корпусом пилонами. Винтовой привод имеет ручное управление.Known ring valve (see A.F. Gurevich “Calculation and design of pipe fittings”, L .: Engineering, L.:, 1969, p. 65, Fig. 37). The annular valve device comprises a piston with a cowl movement mechanism, consisting of a screw drive with a pair of bevel gears, located in a chamber isolated from the medium, and a piston with a cowl is located in the chamber. The camera and the pre-chamber of this annular valve are rigidly connected to the body by pylons. The screw drive has manual control.

Данная конструкция не может работать в зоне высоких температур. Жесткая связь камеры и предкамеры посредством пилонов с корпусом во время работы задвижки как элемента трубопровода в зоне высоких температур приводит к возникновению повышенной концентрации напряжений в пилонах из-за неравномерного прогрева пилонов и корпуса.This design cannot work in the high temperature zone. A rigid connection between the chamber and the pre-chamber by means of pylons with the body during operation of the valve as an element of the pipeline in the high temperature zone leads to an increased concentration of stresses in the pylons due to the uneven heating of the pylons and the body.

Кроме того, механизм перемещения поршня с обтекателем, хотя и расположен в замкнутом пространстве - камере, но не имеет принудительного охлаждения, а это значит, камера будет прогреваться до температуры дросселируемого газа, что недопустимо, так как в таких условиях винтовой привод с парой конических шестерен работать не может из-за возможной большой концентрации напряжений.In addition, the mechanism for moving the piston with a cowl, although it is located in a closed space - the chamber, but does not have forced cooling, which means that the chamber will warm up to the temperature of the throttle gas, which is unacceptable, since under such conditions a screw drive with a pair of bevel gears cannot work due to the possible high concentration of stresses.

Далее, при прохождении газа через контур кольцевой задвижки по тракту будет иметь место теплоизлучение, которое тем значительнее, чем выше температура. А в данной конструкции отсутствуют как теплоизоляция, так и система охлаждения и экранирования корпуса и камеры.Further, when gas passes through the ring gate valve circuit along the path, heat radiation will take place, which is all the more significant the higher the temperature. And in this design there is no thermal insulation, as well as a cooling and shielding system for the body and chamber.

Известна также задвижка (каталог фирмы RZD, MakVeld B.V., Голландия - аналог). Устройство задвижки содержит корпус, центральную камеру, пилоны, механизм привода, который выполнен из двух взаимно пересекающихся реек, одна из которых связана с клапаном, а другая - с приводом. Причем центральная камера, где расположен механизм привода, на пилонах жестко связана с корпусом.The valve is also known (catalog of the company RZD, MakVeld B.V., Holland - analogue). The valve device comprises a housing, a central chamber, pylons, a drive mechanism, which is made of two mutually intersecting rails, one of which is connected to the valve, and the other to the actuator. Moreover, the central chamber, where the drive mechanism is located, is rigidly connected to the body on the pylons.

Данная конструкция тоже не может работать в зоне высоких температур, так как без принудительного охлаждения невозможно обеспечить надежное взаимодействие двух взаимно пересекающихся реек и избежать большой концентрации напряжений в местах зацепления.This design also cannot work in the high temperature zone, since without forced cooling it is impossible to ensure reliable interaction of two mutually intersecting rails and to avoid a high concentration of stresses in the engagement points.

Повышенная концентрация напряжений возникает под влиянием высокой температуры и давления и в пилонах, с помощью которых центральная камера связана с корпусом.An increased stress concentration arises under the influence of high temperature and pressure in the pylons, with the help of which the central chamber is connected to the body.

Наконец, если рассматривать задвижку в состоянии “открыто”, как элемент трубопровода, то для уменьшения теплопотерь по тракту корпус задвижки должен быть теплоизолирован или иметь охлаждение, а ее проточная часть, как и центральная камера, должна быть экранирована, что в данной конструкции отсутствует.Finally, if we consider the valve in the “open” state as an element of the pipeline, then to reduce heat loss along the path, the valve body must be insulated or cooled, and its flow part, like the central chamber, must be shielded, which is absent in this design.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является “Дроссельное устройство” (см. Патент US 1919165 А, кл. F 16 К 1/12, 18.07.1933 - прототип). Описанное дроссельное устройство содержит корпус с осевым входом и выходом, внутри которого на пилонах размещены центральная камера и предкамера с расположенными в них гильзовым затвором и механизмом перемещения последнего, выполненного из рейки и шестерни, каналов подачи и отвода охлаждающего воздуха, при этом рейка жестко связана со штоком гильзового затвора и смещена относительно оси шестерни на величину радиуса делительной окружности шестерни.Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the technical result achieved is the "Throttle device" (see US Patent 1919165 A, class F 16 K 1/12, 07/18/1933 - prototype). The described throttle device comprises a housing with an axial inlet and outlet, inside of which on the pylons there is a central chamber and a pre-chamber with a sleeve shutter and a mechanism for moving the latter, made of a rack and pinion, cooling air supply and exhaust channels, while the rail is rigidly connected to the liner shutter rod and is offset relative to the axis of the gear by the radius of the pitch circle of the gear.

В данном дроссельном устройстве отсутствие жесткой осевой фиксации центральной камеры относительно корпуса является существенным недостатком конструкции, что способствует возникновению дополнительных температурных напряжений при работе дроссельного устройства в зоне высоких температур. Кроме того, в данной конструкции имеют место тепловые потери газа за счет излучения по тракту дросселирования в пределах осевой длины дроссельного устройства с учетом принудительного охлаждения центральной камеры, где расположен механизм перемещения гильзового затвора, что тоже является недостатком рассмотренной конструкции.In this throttle device, the lack of rigid axial fixation of the central chamber relative to the housing is a significant design defect, which contributes to the emergence of additional temperature stresses during operation of the throttle device in the high temperature zone. In addition, in this design there are thermal losses of gas due to radiation along the throttling path within the axial length of the throttle device, taking into account the forced cooling of the central chamber, where the sleeve shutter movement mechanism is located, which is also a drawback of the considered design.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении надежности и технологичности конструкции, обеспечении работоспособности дроссельного устройства при высоких температурах, а также уменьшении тепловых потерь по тракту дросселирования.The technical problem solved by the invention consists in increasing the reliability and manufacturability of the structure, ensuring the operability of the throttle device at high temperatures, as well as reducing heat losses along the throttling path.

Это достигается за счет фиксации центральной камеры относительно корпуса силовыми штифтами, расположенными в плоскости оси шестерни механизма привода, изменения конфигурации штока, жестко связанного с рейкой и шарнирно - с гильзовым затвором, а также за счет принудительного охлаждения центральной камеры и экранирования последней, как и экранирования внутренней стенки корпуса дроссельного устройства.This is achieved by fixing the central chamber relative to the housing with power pins located in the plane of the axis of the gear of the drive mechanism, changing the configuration of the rod rigidly connected to the rail and pivotally with a sleeve shutter, as well as by forcibly cooling the central chamber and shielding the latter, as well as shielding the inner wall of the throttle body.

Указанная техническая задача решается тем, что дроссельное устройство, содержащее корпус с осевым входом и выходом, внутри которого на пилонах размещены центральная камера и предкамера с расположенными в них гильзовым затвором и механизмом перемещения последнего, выполненного из рейки и шестерни, каналов подачи и отвода охлаждающего воздуха, при этом рейка жестко связана со штоком гильзового затвора и смещена относительно оси шестерни на величину радиуса делительной окружности шестерни, снабжено силовыми штифтами, установленными в плоскости оси шестерни, а также внутренним экраном, размещенным в центральной камере, и внешним экраном, расположенным внутри корпуса.The indicated technical problem is solved in that a throttle device comprising a housing with an axial inlet and an outlet, inside of which a central chamber and a prechamber with a sleeve shutter and a mechanism for moving the latter made of a rack and pinion, cooling air supply and exhaust channels are located on the pylons , while the rail is rigidly connected with the rod sleeve of the shutter and offset relative to the axis of the gear by the radius of the pitch circle of the gear, equipped with power pins installed in the pl oskosti axis gear, as well as an internal screen located in the Central chamber, and an external screen located inside the housing.

Кроме того, каналы подачи и отвода охлаждающего воздуха соединяются с полостью, образованной внутренним экраном, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями, а внешний экран расположен эквидистантно относительно внутренней поверхности корпуса и состоит из подвижных частей, каждая из которых выполнена с отверстиями.In addition, the cooling air supply and exhaust channels are connected to a cavity formed by an internal screen made in the form of a hollow cylinder with holes, and the external screen is located equidistant relative to the inner surface of the housing and consists of moving parts, each of which is made with holes.

На фиг.1 показано дроссельное устройство, на фиг.2 - разрез А-А дроссельного устройства (фиг.1), фиг.3 - детали дроссельного устройства вида I (фиг.2).Figure 1 shows the throttle device, figure 2 is a section aa of the throttle device (figure 1), figure 3 is a detail of the throttle device of type I (figure 2).

Дроссельное устройство содержит корпус 1 с осевым входом и выходом (не обозначены), внутри которого на пилонах 2 размещены центральная камера 3 и предкамера 4 с расположенными в них гильзовым затвором 5 и механизмом его перемещения. Механизм перемещения выполнен в виде рейки 6, жестко связанной со штоком 7, и шестерни 8, закрепленной на валу 9. На другом конце вала 9 расположена шестерня 10. Шестерня 10 входит в зацепление с рейкой 11, жестко связанной с валом 12, управляемым приводом 13.The throttle device contains a housing 1 with an axial inlet and outlet (not indicated), inside of which on the pylons 2 there is a central chamber 3 and a pre-chamber 4 with a sleeve shutter 5 located therein and a mechanism for moving it. The movement mechanism is made in the form of a rack 6, rigidly connected with the rod 7, and a gear 8, mounted on the shaft 9. At the other end of the shaft 9 is a gear 10. The gear 10 is engaged with the rack 11, rigidly connected with the shaft 12, controlled by the drive 13 .

Внутри центральной камеры 3 расположен внутренний экран 14, а в проточной части корпуса 1 размещены подвижные части внешнего экрана 15. Осевая фиксация центральной камеры 3 относительно корпуса 1 осуществляется силовыми штифтами 16, установленными в плоскости оси шестерни 8.Inside the central chamber 3, an inner shield 14 is located, and in the flowing part of the housing 1, the movable parts of the outer shield 15 are placed. The axial fixation of the central chamber 3 relative to the housing 1 is carried out by power pins 16 mounted in the plane of the gear axis 8.

В корпусе 1 выполнены канал 17 подачи охлаждающего воздуха через кольцевой зазор между валом 9 и внутренней поверхностью упругой втулки 18 и канал 19 отвода охлаждающего воздуха.In the housing 1, a channel 17 for supplying cooling air through an annular gap between the shaft 9 and the inner surface of the elastic sleeve 18 and a channel 19 for removing cooling air are made.

Каналы подачи 17 и отвода 19 охлаждающего воздуха соединяются с полостью (не обозначена), образованной внутренним экраном 14 в центральной камере 3.The supply channels 17 and the cooling air outlet 19 are connected to a cavity (not indicated) formed by the inner screen 14 in the central chamber 3.

Рейка 6, жестко связанная со штоком 7 гильзового затвора 5, смещена относительно оси шестерни 8, сидящей на валу 9, на величину радиуса делительной окружности (В.И.Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 2, М.: Машиностроение, 1982 г., стр.260, рис.9) шестерни 8.The rail 6, rigidly connected with the rod 7 of the sleeve lock 5, is offset relative to the axis of the gear 8, sitting on the shaft 9, by the radius of the pitch circle (V.I. Anuryev. Handbook of a mechanical engineer. Volume 2, M .: Engineering, 1982 ., p. 260, fig. 9) gears 8.

Внутренний экран 14 выполнен в виде полого цилиндра с отверстиями.The inner screen 14 is made in the form of a hollow cylinder with holes.

Внешний экран 15 расположен эквидистантно относительно внутренней поверхности корпуса 1 и состоит из нескольких подвижных частей, каждая из которых выполнена с отверстиями.The external screen 15 is located equidistant relative to the inner surface of the housing 1 and consists of several moving parts, each of which is made with holes.

Дроссельное устройство работает следующим образом.The throttle device operates as follows.

Через канал 17 подачи охлаждающего воздуха и кольцевой зазор между валом 9 привода и внутренней поверхностью упругой втулки 18 в полость, образованную внутренним экраном 14 в центральной камере 3 (размещенной на пилонах 2), подается воздух для охлаждения механизма перемещения гильзового затвора 5. Из указанной полости центральной камеры 3 воздух поступает в канал 19 отвода охлаждающего воздуха. Внутренний экран 14 улучшает охлаждение механизма перемещения гильзового затвора 5 и уменьшает влияние охлаждающего воздуха, подаваемого в центральную камеру 3, на температуру дросселируемого газа по всему тракту дроссельного устройства.Through the cooling air supply channel 17 and the annular gap between the drive shaft 9 and the inner surface of the elastic sleeve 18, air is supplied to the cavity formed by the inner shield 14 in the central chamber 3 (located on the pylons 2) 5. From the specified cavity the Central chamber 3, the air enters the channel 19 of the cooling air. The inner screen 14 improves cooling of the movement mechanism of the sleeve valve 5 and reduces the effect of cooling air supplied to the central chamber 3 on the temperature of the throttled gas throughout the throttle device path.

Перфорированные подвижные части внешнего экрана 15 снижают теплопотери дросселируемого газа, проходящего через дроссельное устройство. Осевая фиксация центральной камеры 3 относительно корпуса 1 обеспечивается силовыми штифтами 16.Perforated moving parts of the outer screen 15 reduce heat loss of the throttled gas passing through the throttle device. Axial fixation of the Central chamber 3 relative to the housing 1 is provided by power pins 16.

Процесс дросселирования осуществляется с помощью привода 13, который через рейку 11, жестко связанную с валом 12, входящую в зацепление с шестерней 10, жестко посаженной на вал 9 (на его выходном конце), приводит во вращение соединенную с валом 9 шестерню 8, входящую в зацепление с рейкой 6, жестко связанной со штоком 7, на котором закреплен гильзовый затвор 5. В результате перемещения гильзового затвора 5 в предкамере 4 происходит изменение проходного сечения дроссельного устройства, т.е. реализуется процесс дросселирования.The throttling process is carried out using the drive 13, which through the rack 11, rigidly connected to the shaft 12, engaged with the gear 10, rigidly mounted on the shaft 9 (at its output end), drives the gear 8 connected to the shaft 9, which is included in meshing with a rail 6, rigidly connected to the rod 7, on which the sleeve shutter 5 is fixed. As a result of the movement of the sleeve shutter 5 in the pre-chamber 4, the passage section of the throttle device changes, i.e. throttling process is being implemented.

По сравнению с аналогами и прототипом по своей технической сущности и достигаемому техническому результату предлагаемое авторами дроссельное устройство позволяет работать в зоне высоких температур, например ≤873К (600°С) и давлений ≤5 МПа (50 кгс/см²) при условных проходах ≤⌀500 мм, что значительно расширяет возможность регулирования расходов высокотемпературных газов на испытательных стендах авиадвигателей. Данное дроссельное устройство может найти применение во многих отраслях промышленности.Compared with analogs and prototypes in terms of their technical nature and technical result achieved, the throttle device proposed by the authors allows operating in a zone of high temperatures, for example, ≤873K (600 ° C) and pressures ≤5 MPa (50 kgf / cm ² ) with nominal passes ≤⌀ 500 mm, which greatly expands the ability to control the flow of high-temperature gases at the test stands of aircraft engines. This throttle device can be used in many industries.

Claims

1. A throttle device comprising a housing with an axial inlet and an outlet, inside of which on the pylons there is a central chamber and a pre-chamber with a sleeve shutter and a mechanism for moving the latter made of a rack and pinion, cooling air supply and exhaust channels, while the rail is rigidly connected with the rod sleeve of the shutter and offset relative to the axis of the gear by the value of the radius of the pitch circle of the gear, characterized in that it is equipped with power pins installed in the plane of the axis of the gear And an inner screen, placed in the central chamber and outer screen disposed inside the housing.

2. The throttle device according to claim 1, characterized in that the cooling air supply and exhaust channels are connected to a cavity formed by an internal screen made in the form of a hollow cylinder with holes.

3. The throttle device according to claim 1, characterized in that the external screen is located equidistant relative to the inner surface of the housing and consists of moving parts, each of which is made with holes.