Регулятор расхода

(51) 5 0 7/О ЕНТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) БРЕТЕН ИКАНИЕ ПАТЕНТ(56) Авторское свидетельство СССР Я 926622, кл, 6 05 О 7101, 1982.(57) Изобретение относится к машиностроению, в частности. к области турбостроения и относится к автоматическим регуляторам расхода рабочего тела турбины для стабилизации давления жидкости или газа в напорном патрубке насоса или компрессора турбонасосных или турбокомпресорных агрегатов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет автоматического управления расходом.Ж 1836665 А рабочего тела турбины при изменении давления нагнетания потребителя энергии, повышение точности регулирования за счет увеличения чувствительности рабочего органа - эластичного затвора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе расхода, содержащем корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, осевой обтекатель 4, дополнительно содержитсяцилиндрический насадок 9 с профилированной внутренней поверхностью, эластичный затвор совмещен с обтекателем 4 и выполнен в виде эластичной замкнутой осесимметричной оболочки, полость которой является камерой управления, рабочий канал, в котором размещен затвор, образован наружной профилированной поверхностью эластичной оболочки 6 и внутренней профилированной поверхностью цилиндрического насадка 9. 2 з.п.ф-лы,2 ил,5 10 15 Изобретение относится к машиностроению, в частности, к области турбостроения и относится к автоматическим регуляторам, поддерживающим необходимый расход рабочего тела турбины в зависимости от давления нагнетания насоса или компрессора, потребляющих мощность турбины, и может найти применение в конструкциях турбонасосных и турбокомпрессорных агрегатов вспомогательного энергетического оборудования.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет автоматического управления расходом рабочего тела турбины при изменении давления нагнетания потребителя энергии (насоса, компрессора); повышение точности регулирования за счет увеличения чувствительности рабочего органа - эластичного затвора,Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе расхода, содержащем корпус с ,:входным и выходным патрубками, в котором установлен эластичный затвор с камерой управления, закрепленный в рабочем канале осевой обтекатель, в корпусе дополни" тельно закреплен цилиндрический насадок с профилированной внутренней поверхностью, эластичный затвор совмещен с осевым обтекателем и выполнен в виде эластичной замкнутой осесимметричной оболочки, представляющей тело вращения, полость эластичной оболочки является камерой управления и сообщена с нагнетательной магистралью, рабочий канал образован наружной профилированной поверхностью эластичной оболочки и внутренней профилированной поверхностьо цилиндрического насадка,Кроме того, цилиндрический профилированный насадок выполнен из эластичной оболочки, образующей со стенками корпуса дополнительную управляющую камеру, подключенную к сообщению управляющей камерой с нагнетательной магистралью.Кроме того, камеры управления обтекателя и насадка сообщены с всасывающей магистралью посредством коммуникационного патрубка продувки, снабженного управляющим элементом,В полости камеры управления эластичного затвора, сообщенной с нагнетательным патрубком насоса или компрессора, образуется давление, равное напору жидкости, или давление сжатого газа, Таким образом, на эластичную оболочку (в чувствительном элементе) со стороны рабочего канала действует переменное статическое давление потока рабочего тела турбины, а на внутреннюю - давление жидкости или газа, создаваемое насосом или 20 25 30 35 40 45 50 55 компрессором, входящим в состав турбоагрегата. Под действлем внешних и внутренних сил давлсния чувствительный элемент на расчетном режиме работы турбоагрегата находится в равновесном состоянии, а унругая оболочка сдеформирована растянута) таким образом, что эластичный затвор образует проходное сече 11 иа рабочего канала с площадью, соотве гству 1 ощей прохождению расчетного расхода рабочего тела, ребуемого для рабоы турбины,При давлении жидкости газа) в камере управления вьште расчетного, что соответствует повышени 1 О давления в напорном патрубке насоса или в нагнатательном патрубке компрессора, силы давления, дейст.гЮШИЕ На ПОВЕРХ 1 ОСТЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО элемента. и резь 1 Сн а 1 От сит и статического давленля на внешнеи поверхности и силы упругости материага эласичного затвора, В рсзультате градиент давления становится больше градиента давления на расчетном режигле и эласичная Оболочка камерь управления растягивается, а эластичныЙ затес;: расширяется, перекрывая проходное сенс., ие в рабочегл кэ 1 але. что приводит к сгиженлю расхода оабонаго тела турбины, Угэ 1 д 1 Ость турб 1 е 1 ы и часота вращения роОрз, на котором уста нов/1 е н 1 асос или ком рессор, уленьшается, При этсм напор аСОСа ИЛИ ДаВЛЕНИЕ г 1 аГНвтаНИЯ КОМПРЕС- сора падает. Это изИенение будет проходить до мо лента стабилизации частоты врагцения рспора, когда давление нагнетания в напорном парубке установится в соответствии с характеристикой насоса комгрессора). Синхронно происходит уменьшение давления в камере управления, В регуляторе устанавливается равновесное состояние чувствительного элемента с площадью проходного сечения формируемою деформацией эластичного затвора. ПО рабочему канат проходит пото. рабочего гела с расходом, необходимым для требуемого режима работы турбоагрегата,При снижении давления в нагнетательном патрубке насоса или компрессора и, соответственно, в камере управления до величины расчетного режима эластичный затвор сжимается, так как градиент давления в чувствительно элементе уменьшается. Площадь проходного сечения рабочего канала увеличивается. Расход рабочего тела, поступающего в турбину, возрастает. лощнось турбинь и частота вращения ротора достига 1 от расчепыхзначениЙ, НапорнасоСа или давление компрессора в нагнетательном патрубке увеличивается, Напорная характеристика насоса или компрессора приходит в соответствие с расчетной харак1836665 5 10 15 20 25 30 35 4045 50 теристикой, В регуляторе устанавливается равновесное состояние чувствительного элемента. Проходное сечение эластичного затвора обеспечивает расход рабочего тела, требуемый для поддержания расчетного режима,При выполнении эластичного затвора с двумя камерами управления чувствительность регулирования повышается, так как степень деформации (растяжения) упругой оболочки каждой камеры управления снижается, а относительная величина перемещения при формировании проходного сечения внешней или внутренней частей эластичного затвора уменьшается, При этом проходное сечение рабочего канала при растяжении упругих оболочек приобретает форму профилированного канала. что снижает. гидравлические потери рабочего тела турбины. При заполнении камеры управления жидкостью в ее полости возможно скопление газа; который повышает инерционность чувствительного элемента, так как при повышении давления жидкости газ способен сжиматься. Использование коммуникационного патрубка продувки, соединяющего полость камеры управления со всасывающей полостью насоса, позволяет удалить газообразные включения из полости камеры управления и снизить инерционность регулирования, Патрубок продувки для регулирования расхода удаляемой жидкости может быть снабжен управляющим элементом, например запорным клапаном,На фиг, 1 представлен схематично регулятор расхода с одной камерой управления; на фиг. 2 - регулятор расхода с двумя камерами управления,Регулятор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, полый осевой обтекатель 4 с камерой управления 5 и эластичной оболочкой б. Осевой обтекатель 4 совмещен с эластичным затвором в виде эластичной оболочки б и выполнен в виде эластичной осесимметричной замкнутой оболочки, представляющей тело вращения, Полый обтекатель 4 со шлангами 7 закреплен между входным 2 и выходным 3 патрубками и расположен аксиально в проточной части рабочего канала 8, образованного наружной профилированной поверхностью эластичной оболочки 6 и внутренней профилированной поверхностью цилиндрического насадка 9, установленного в корпусе 1. Насадок 9 выполнен с воэможностью образования со стенками корпуса 1 дополнительной управляющей камеры 1 О. Камера управления 5 сообщена с нагнетательной магистралью насоса или компрессора посредством подводящего патрубка 11.. В конструкции регулятора предусмотрена возможность сообщения камеры управления 5 со всасывающей полостью насоса путем применения коммуникационного патрубка продувки 12, который снабжен управляющим элементом, например запорным клапаном (на рисунке не показано). В случае выполнения насадка 9 полым камеры 5 и 10 сообщены между собой.Регулятор работает следующим образом,При прохождении рабочего тела турбины от входного патрубка 2 к выходному патрубку 3 и достижения турбоагрегатом частоты вращения, Соответствующей расчетному режиму, в камере управления 5 (фиг. 1) устанавливается давление. обусловленное напором насоса или давлением нагнетания комп рессора. Эластичная оболочка 6 обтекателя 4 деформируется с образованием расчетной внутренней поверхности рабочего канала 8. Напорная характеристика насоса или компрессора приходит в соответствие с расчетной характеристикой, При этом деформированная эластичная оболочка 6 находится в равновесном состоянии, так как силы давления внутри полости камеры управления уравновешиваются силами статического давления, образованными потоком рабочего тела турбины в пределах рабочего канала 8, и упругими силами материала оболочки б. На расчетном режиме работы турбоагрегата сходящаяся-расходящаяся проточная часть рабочего канала В образована деформируемой поверхностью эластичной оболочки б обтекателя 4 и внутренней профилированной поверхностью насадка 9. Эластичный затвор в виде чувствительного элемента упругой оболочки б формирует площадь проходного сечения рабочего канала 8, определяющую расход рабочего тела турбины, который соответствует расчетному режимуПри увеличении напора или давления в нагнетательном патрубке насоса или компрессора эластичная оболочка 6 растягивается, так как давление в камере управления увеличивается, и эластичный затвор расширяется, Площадь проходного сечения рабочего канала 8 в узком сечении уменьшается и расход рабочего тела, поступающего в проточную часть турбины, снижается. Мощность турбины уменьшается. Обороты падают. В нагнетательном патрубке насоса или компрессора, с уменьшением частоты вращения, напор или давление нагнетания также снижаются, В камере управления 5 вэластичной оболочке 6 е виде чувствительного элемента устанавливается равновесное состояние, что соответствует стабилизации частоты вращения ротора на новом режиме. Эластичный затвор образует проходное сечение в узком месте, соответствующее меньшему расходу рабочего тела, потребляемого турбиной на новом режиме работы,При уменьшении нзпорз в нэгнетательном пэтрубке насоса или компрессора давление в полости камеры управления 5 снижается. Градиент давления в эластичной оболочке 6 становится меньше. Под действием упругих сил эластичный затвор сжимается и проходное сечение в узком сечении рабочего канала увеличивается, Расход рабочего тела возрастает. Мощность турбины и частота вращения ротора повышаются, Напор или давление нагнетания в напорном патрубке насоса или компрессора возрастают. В регуляторе устанавливается равновесное состояние чувствительного элемента, Обороты ротора стабилизируются, Эластичный затвор обеспечивает требуемый расход рабочего тела.При значительном уменьшении напора е нагнетательном патрубке насоса или ком-. прессора давление в камере управления 5 снижается ниже расчетного. Статическое давление потока в проточной части рабочего канала и соответственно силы статического давления превышают силы давления в камере управления. Эластичная оболочка 6 сжимается. Площадь проходного сечения эластичного затвора заметно увеличивается. Расход рабочего тела возрастает, увеличивая мощность турбины, Напор или давление нагнетания насоса или компрессора увеличиваются. Обороты стабилизируются, Однако, е этой области нерасчетных режимов работы турбоагрегата проходное сечение рабочего канала будет существенно отличаться от расчетного сходящегося-расходящегося канала и потери энергии рабочего тела будут выше.При использовании полости насадка 9 (фиг, 2) в качестве камеры управления 10 на всех рассматриваемых режимах работы турбоагрегэта регулировзние расхода рабочего тела будет идентично, Однако, в этом случае чувствительность эластичного затвора, образованного внешней и внутренней рабочими частями, будет выше, так как при одной и той же площади проходного сечения узкой части рабочего канала в сравнении с конструкцией по фиг. 1, относительная деформация отдельно взятой рабочей части эластичного затвора уменьшается. Относительное перемещение каждой части эла стичного затвора будет меньше. Кроме этого, деформация эластичных оболочек камер управления 5 и 10 определяется в этом случае формированием переменного статического давления в проточной части рабочего канала, что способствует самоформированию сходящегося-расходящегося рабочего канала, обладающего минимальными потерями энергии, что повышает экономичность регулятора расхода, но несколько усложняет конструкцию,Использование коммуникационного патрубка продувки 12, соединяющего полость камерь 1 управления 5 и 10 со всасывающей полостью насоса, позволяет посредством запорного клапана удалять га зообразные включения, Отсутствие газа в полости камеры управления снижает инерционность регулирования, так кэк жидкость беэ газообразных включений становится несжимаемой и импульс давления передается чувствительному элементу беэ запаздывания,Преимуществом предлагаемого регулятора является обеспечение оптимального расхода рабочего тела турбины для установившегося расчетного или нерасчетного режима работы турбоэгрегатз, что повышает его экономичность при эксплуатации, Кроме этого, повышается чувствительность эластичного затвора и точность регулирования, особенно при использовании двух камер управления, снижается инерционность регулирования при удалении газообразных включений из камер управления, заполненных жидкостью,формула изобретения 1, Регулятор расхода, содержащий корпус с входным и выходным патрубкзми, в 40 45 котором установлен эластичный затвор с камерой управления, закрепленный в рабочем канале осевой обтекатель, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что он содержит закрепленный в корпусе цилиндрический насадок с профилировзнной внутренней поверхностью, эластичный затвор совмещен с осевым обтекателем и выполнен в виде эластичной замкнутой осесимметричной оболочки, представляющей тело вращения, полость эластичной оболочки является камерой управления и сообщена с нагнетательной магистралью, рабочий канал образован наружной профилированной поверхностью эластичной оболочки и внутренней профилированной поверхностью цилиндрического насадка. 5 10 15 20 25 30 35 2, Регулятор по и, 1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что цилиндрический профилирован1836665 Составитель Г,Шекун Редактор М,Васильева Техред ЮМоргентал Корректор П.ГерешиЗаказ 3020 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ный насадок выполнен из эластичной оболочки, образующей со стенками корпуса дополнительную камеру управления, подключенную к сообщению основной камеры управления с нагнетательной магистралью,3, Регулятор по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что камеры управления обтекателя и насадка сообщены со всасывающей магистралью посредством 5 коммуникационного патрубка продувки,снабженного управляющим элементом.