Поворотные заслонки
Поворотные заслонки (ПЗ) могут применяться на трубопроводах как круглого, так и прямоугольного сечения для регулирования расходов воздуха и газов при небольших статических давлениях. В некоторых случаях заслонки применяют для регулирования расходов жидкости и пара. Изменение проходного сечения заслонки осуществляется путем ее вращения вокруг оси, расположенной перпендикулярно направлению потока.
ПЗ имеют ряд преимуществ перед шиберами и другими типами РО. Так, в ПЗ затвор в значительной мере разгружен, так как силы. Создаваемые давлением среды на обе его половины, частично уравновешиваются. Поэтому для поворота затвора нужен ИМ относительно небольшой мощности. Кроме того, ПЗ выгодно отличаются от других РО простотой конструкции, небольшими габаритными размерами и массой.
Конструктивная и пропускная характеристики ПЗ показаны на рис.1.13.
Рис. 1.13. Конструктивная (а) и пропускная характеристики (б) ПЗ.
Конструктивные характеристики ПЗ для прямоугольных и круглых трубопроводов определяются уравнением
F3.c. = Fc cos a, (1.10)
где F3.c. - площадь прохода между затвором и седлом;
Fc - площадь прохода в седле, примерно равная площади условного прохода трубопровода;
а - угол поворота затвора от положения, при котором проход закрыт.
По конструкции ПЗ могут быть с одним затвором (однолопастные) или несколькими (многолопастные), безупорными и упорными.
В безупорных заслонках (рис. 1.14, а) затвор имеет форму окружности и при закрытом проходе находится в вертикальном положении, причем диаметр окружности затвора несколько меньше диаметра прохода в корпусе, поэтому проход полностью не закрывается.
Рис. 1.14. Конструкции безупорной (а) и упорной (б) поворотных заслонок.
Безупорные заслонки являются только регулирующими. Однако при помощи дополнительных устройств в безупорных заслонках достигается герметичность, при которой они могут быть использованы как запорно- регулирующие. В упорных заслонках затвор имеет эллиптическую форму и закрывает проход с меньшими зазорами. В закрытом положении в упорной заслонке (рис. 1.14, б) затвор находится под углом 10...15° к вертикали. Упорные заслонки могут быть использованы как запорно-регулирующие, но
их нельзя применять для работы на загрязненных газах и жидких растворах, из которых могут выделяться твердые частицы.
Негерметичность (расход среды через полностью закрытую заслонку в процентах расхода среды через заслонку при ее полном открытии) упорных заслонок в 3-4 раза меньше, чем у безупорных.
По конструкции опор вала ПЗ подразделяются на двухопорные и четырехопорные. Первые применяются для легких условий работы, вторые – для тяжелых (при больших перепадах давлений, повышенной температуре, агрессивных средах и др.).
В промежуточном положении открытия на диск заслонки действует реактивный вращающий момент, стремящийся повернуть его таким образом, чтобы закрыть проход.
Многолопастные заслонки (жалюзи), при одинаковых размерах с однолопастными, имеют существенно меньший реактивный вращающий момент. Однако в связи с более сложной конструкцией и очень большим пропуском в положении «Закрыто» многолопастные заслонки применяют относительно редко.
Регулирующие клапаны с поступательным перемещением штока
Регулирующие клапаны (РК) являются наиболее распространенным видом дроссельных РО. Их применяют для регулирования расходов жидкостей, пара и газов при любых параметрах среды. РК с поступательным перемещением штока по конструкции делятся на тарельчатые, игольчатые, золотниковые, скальчатые и шиберные.
Тарельчатые клапаны выполняются с плоской и конической опорной поверхностью. Клапаны с плоской опорной поверхностью в качестве регулирующих не применяются из-за быстрого износа кромки тарелки и используются только как запорные. Клапаны с конической поверхностью в основном применяются для регулирования больших расходов. На рис.1.15 схематично изображена конструкция такого клапана.
Рис.1.15. Конструкция тарельчатого клапана.
Регулирование среды происходит за счет изменения проходного сечения между тарелкой 1 и седлом 2. Шток 3 выведен из корпуса 4 через уплотнительное устройство 5. Посредством рычага 6 клапан сочленяется с исполнительным механизмом. Регулируемая среда подается под тарелку.
В тарельчатом клапане возникают сопутствующие усилия при открывании клапана за счет перепада давления, а при закрывании возникает встречная нагрузка, т. е. эти клапаны являются неуравновешенными.
Игольчатые клапаны отличаются от тарельчатых только конструкцией дросселирующего элемента. Он имеет форму иглы. Они широко применяются на электростанциях для регулирования расхода охлаждающей воды, регулирования давления пара и т. д. Проходным сечением служит коническая щель между иглой и внутренней кромкой седла. Плунжер через уплотнительное устройство выведен наружу и через рычаг сочленяется с исполнительным механизмом. Большим недостатком игольчатого клапана является быстрый эрозийный износ регулирующей
иглы.
Золотниковые клапаны с поступательным движением штока применяются в промышленности очень широко. Их используют для регулирования подачи питательной воды в паровых котлах, подачи обессоленной воды в деаэратор и т. д. На рис.1.16 показано устройство одного из видов золотникового регулирующего клапана.
Рис. 1.16. Конструкция золотникового клапана.
В данной конструкции регулирование среды осуществляется изменением проходного сечения в результате поступательного движения золотника 1 относительно окон гильзы 2, запрессованной в литую перемычку
3 корпуса. Профиль проходных окон золотника выполняется различным в зависимости от требуемой формы расходной характеристики. Золотник верхней своей частью шарнирно соединен со штоком 3, который сочленяется с помощью рычагов 4 и 5 с исполнительным механизмом. Регулируемая среда подается в межкорпусное пространство (показано стрелкой). Золотник статически разгружен, т. е. этот РО является уравновешенным.
Скальчатый двухседельный клапан, фрагмент которого показан на рис.1.17, осуществляет регулирование расхода среды путем изменения кольцевых сечений в верхнем 1 и нижнем 2 седлах при поступательном перемещении регулирующей скалки 3, имеющей два профилированных конуса 4 и 5.
Рис. 1.17. Фрагмент скальчатого двухседельного клапана. Верхний конец скалки через специальное устройство соединен с
наружным рычагом. Недостатки у этого клапана те же, что и у игольчатого и золотникового клапанов. В скальчатом клапане скалка статически разгружена, т. е. давление на обе ее части действует равномерно, но в силу
неравномерного износа скалки и седла возникают сопутствующие усилия, приводящие к некоторой неуравновешенности скальчатого клапана.
Шиберный клапан, конструкция которого показана на рис.1.18 осуществляет регулирование расхода среды за счет поступательного перемещения шибера 1 седла 2, в котором имеется ряд отверстий, особым образом расположенных, или одно профилированное отверстие.
Рис. 1.18. Конструкция шиберного клапана.
Своим верхним концом шибер шарнирно связан с наружным рычагом, служащим для сочленения с исполнительным механизмом. В некоторых конструкциях шиберных клапанов проходное окно сделано непосредственно на самом шибере. Оно делается разной формы, например V- или Т-образной. Плотное закрытие клапана обеспечивается самой средой за счет перепада давлений на клапане. Достоинством шиберных клапанов по сравнению с другими рассмотренными выше клапанами с поступательным движением штока являются большая износостойкость и большие рабочие давления. В шиберном клапане сопутствующее усилие возникает при его открывании за счет выталкивающей силы, образующейся воздействием перепадов давления на клапане и на торец шибера.
Краны
В крановых РО изменение проходного сечения осуществляется путем смещения отверстий в затворе 1 при его повороте относительно проходного сечения корпуса 2 (рис.1.19) на угол 5.
Рис. 1.19. Конструкция регулирующего крана.
Краны применяют для регулирования расходов жидкостей и газов в трубопроводах небольшого сечения. Наиболее распространенной является конструкция крана, в которой затвор выполнен в виде конусообразной пробки, притертой к корпусу, с проходным отверстием. Краны выполняются для установки в круглых и прямоугольных трубопроводах. Отверстия в затворе и корпусе могут быть круглой и прямоугольной формы. Конструктивная характеристика крана с прямоугольными сечениями отверстий в затворе и корпусе близка к линейной. Отверстия в затворе и корпусе могут быть любой другой формы: овальной, треугольной в сочетании с прямоугольной и т. д.; в соответствии с этим могут быть и различные конструктивные характеристики кранов.
Для непрерывного регулирования краны применяют относительно редко. Для двухпозиционного регулирования краны имеют преимущества по сравнению с другими типами РО: небольшую массу и габаритные размеры, простую конструкцию, при полностью открытом проходе - относительно малое гидравлическое сопротивление.
Чтобы негерметичность затвора в кранах была по возможности меньшей, при закрытом проходе запирающая поверхность затвора должна перекрывать запирающую поверхность седла. Это перекрытие должно охватывать проход со всех сторон. При уменьшении перекрытия увеличивается негерметичность затвора, а также износ запирающих поверхностей, так как при уменьшении перекрытия возрастает удельное давление затвора на седло. При повышенном перекрытии увеличиваются все размеры крана. Степень перекрытия зависит от параметров среды и размеров
прохода крана. В кранах для вязких сред, а также для сред, плохо смачивающих запирающие поверхности, перекрытие должно быть меньшим; чем больше перепад давления и размер прохода, тем большим должно быть перекрытие.
Конические краны не обеспечивают достаточной герметичности закрытия прохода, так как даже при небольшой разности в конусности затворов и седел запирающие поверхности будут касаться только по узкой полоске, лежащей в плоскости, перпендикулярной их оси вращения. Кроме того, в конических кранах часто возникает заклинивание затвора.
Шаровые краны имеют существенные преимущества по сравнению с коническими: в них исключается возможность заклинивания пробки; при несовпадении радиусов сфер затвора и седла уплотнительный контакт создается по окружности вокруг прохода. Однако, обладая указанными преимуществами, шаровые краны с цилиндрическим проходом в затворе не применяются для регулирования расхода среды в широком диапазоне, так как не обеспечивают необходимую пропускную характеристику.
В этих случаях регулирования чаще других кранов применяют краны с цилиндрическим затвором. В этом кране затвор представляет собой полый цилиндр, на боковых стенках которого прорезаны окна. Цилиндрический затвор вращается в стакане, запрессованном в корпус. Окна, прорезанные в цилиндрическом затворе и стакане, образуют дросселирующие поверхности. Путем соответствующего профилирования окон можно получить необходимую пропускную характеристику крана. В цилиндрических кранах зазоры между затвором и седлом выбраны малыми (0,1 - 0,2 мм), поэтому такие клапаны очень чувствительны к попаданию в зазоры твердых частиц.
Питатели сыпучих твердых тел
Питатели служат для регулирования подачи предварительно размельченного твердого топлива или твердых тел другого назначения. В
промышленности применяются следующие типы питателей: тарельчатые, ленточные, скребковые, шнековые.
Тарельчатый питатель (рис. 1.20) предназначен для подачи твердого топлива в мельницу для превращения его в пылевидное состояние.
Рис.1.20. Конструкция тарельчатого питателя.
Топливо (уголь) из бункера через телескопическую трубу 1 поступает на вращающуюся тарелку 2, рассыпается на ней под углом естественного откоса (30 - 35 °) и вращается вместе с тарелкой. Подача топлива в течку 4 регулируется поворотным ножом 3, сочлененным с исполнительным механизмом с помощью рычага 5. Количество подаваемого топлива зависит от положения поворотного ножа и положения манжеты б телескопической трубы. Манжета служит для ручной регулировки (корректировки) работы питателя.
Ленточный питатель (рис... 1.21) применяется в тех случаях, когда необходимо контролировать расход топлива, так как при этой конструкции возможна установка весов для непрерывного взвешивания проходящего над ними груза.
Рис. 1.21. Конструкция ленточного питателя.
Регулировка подачи топлива (сыпучего твердого тела) производится секторным затвором или шибером 1, который изменяет толщину слоя на выходе течки. Работает ленточный питатель следующим образом. Предварительно раздробленный уголь из бункера поступает в приемную трубу 2 и через отверстие, образованное секторным затвором и лентой питателя, подается через весы 3 в мельницу.
Скребковый питатель (рис... 1.22) представляет собой цепной транспортер с укрепленными на цепи скребками 1.
Подача топлива регулируется перемещением шибера 2, связанного с дополнительным механизмом. Минимальный зазор между шибером и скребками устанавливается в соответствии с размером кусков топлива (30 -
40 мм). В остальном работа скребкового питателя сходна с работой ленточного.
Шнековый питатель представляет собой трубу или желоб. Перемещение материала осуществляется с помощью шнекового винта, скорость вращения которого регулируется.