Регулирующие заслонки

Принцип действия регулирующих заслонок, предназначенных для регулирования больших расходов, заключается в изменении их пропускной способности при повороте диска в соответствии с входным сигналом, поступающим от управляющего устройства (управляющей вычислительной машины, автоматического регулятора, панели дистанционного управления и т. п.).

Типовая конструкция регулирующей заслонки с плоским диском и пневматическим мембранно-пружинным приводом показана на рис.13.41. Основной узел заслонки — кольцевой корпус 1, внутри которого расположен поворотный диск 2, смонтированный па валу 3 и зафиксированный коническими штифтами 4. Вал вращается на четырех опорах, из которых две (ближайшие к диску) являются подшипниками скольжения 5, а две другие представляют собой спаренные радиальные шарикоподшипники 6. Внутренние подшипники смонтированы непосредственно в гнездах корпуса, а внешние — в кронштейнах 7, которые крепятся к корпусу. Сальниковые уплотнения 8 расположены непосредственно в корпусе 1. Конструкция сальникового уплотнения позволяет продувать подшипники скольжения или смазывать сальниковые кольца и подшипники при помощи лубрикатора. Пропускная способность заслонки изменяется в результате поворота диска. Вал заслонки приводится в движение при помощи мембранного пневматического привода через кривошипный механизм.

Заслонка (см. рис. 13.41) предназначена для регулирования потоков среды с температурой не выше 200 °С. Когда заслонка работает в средах с температурой 200-400 °С, вал заслонки должен проходить через ребристую рубашку охлаждения. В этих же рубашках следует располагать и сальниковые уплотнения.

Кривошипный передаточный механизм позволяет изменять величину угла и начало поворота диска. Узкий корпус заслонки зажимается между контрфланцами трубопровода при помощи длинных стягивающих шпилек. Заслонку можно комплектовать не только мембранным, но и поршневым пневматическим приводом, который развивает большие усилия.

Для управления заслонкой при аварийном прекращении снабжения привода сжатым воздухом ее комплектуют ручным дублером. Последний можно устанавливать в различных положениях непосредственно на месте монтажа. В зависимости от условий эксплуатации предусмотрен целый ряд исполнений заслонок, отличающихся типом исполнительного механизма, а также наличием и расположением ручного дублера.

Основные детали заслонки в зависимости от коррозионных свойств и температуры регулируемых сред могут быть изготовлены из серого чугуна Сч18-36, углеродистой стали 25Л-П, а также из сталей Х18Н9ТЛ и Х17Н13МЗТЛ или из других специально указанных материалов.

Регулирующие заслонки по сравнению с регулирующими клапанами имеют следующие преимущества.

1. В открытом положении гидравлическое сопротивление регулирующих заслонок значительно ниже, чем у регулирующих клапанов, следовательно, при одних и тех же технологических параметрах условный проход регулирующей заслонки может быть меньше условного прохода регулирующего клапана.
2. В регулирующих заслонках нет зон, в которых могут скапливаться механические частицы и грязь.
3. В регулирующих заслонках поток регулируемой среды незначительно изменяет свое направление, поэтому сопряженные дросселирующие поверхности изнашиваются меньше, чем в регулирующих клапанах.
4. Регулирующие заслонки имеют сравнительно несложную конструкцию, небольшие габаритные размеры, массу и стоимость.

Основными недостатками регулирующих заслонок являются: трудность обеспечения плотного перекрытия регулируемого потока; наличие значительных неразгруженных усилий, действующих на диск заслонки; трудность получения расчетных пропускных характеристик.

Принципиальная сложность создания плотного перекрытия потока регулируемой среды связано с тем, что запорный элемент заслонки (диск) вращается и его рабочее перемещение нельзя использовать для герметизации.

Диск не может свободно перемещаться вдоль трубопровода. Поступательное перемещение («плавание») диска вдоль оси трубопровода в заслонках очень трудно выполнить, так как для этого необходимо специальное устройство, отдельное от привода заслонки, что сильно усложнило бы и удорожило бы конструкцию заслонки. Однако в последнее время разработан целый ряд конструкций запорно-регулирующих заслонок, которые, кроме своей основной функции — регулирования потока среды, выполняют я функцию перекрытия потока. Конструкции таких устройств приведены ниже.

Значительные неразгруженные усилия, действующие на диск заслонки, вызваны формой характеристики крутящего момента в диапазоне углов поворота затвора от 60 до 90°. При переходе диска в эту зону из-за неравномерного распределения скорости динамический крутящий момент резко возрастает и достигает максимума в зоне 75-80°, а затем резко падает до нуля в момент полного открытия. Кроме того, в диапазоне углов 60-90° одной величине крутящего момента соответствуют два разных угла поворота диска, т. е. работа заслонки в этой зоне неустойчива, что отрицательно сказывается на работоспособности исполнительного механизма. Возрастание же крутящего момента пропорционально увеличению перепада давления, ограничивает применение заслонок с плоским диском весьма небольшими значениями перепадов давления.

Трудность получения расчетных пропускных характеристик заслонок связана с тем, что при углах поворота диска больше 60° расход среды не увеличивается пропорционально углу поворота диска. Учитывая, что в этом же диапазоне значительно возрастает крутящий момент, применение традиционных конструкций заслонок ограничивается, как правило, углом поворота диска, равным 60°. Целесообразнее применить заслонку с большим условным проходом и углом поворота диска на 60°, чем использовать более мощный привод для поворота диска на больший угол, получая при этом плохую пропускную характеристику и неустойчивую работу. При этом следует отметить, что ограничение поворота диска углом 60° снижает потенциальную пропускную способность заслонки (при угле поворота на 90°) приблизительно в 2 раза.

Первые конструкции заслонок были разработаны сравнительно давно, но в течение долгого времени их применяли только для регулирования потоков газообразных сред при статическом давлении, не превышающем 2,5 кгс/см2, перепаде давления на затворе не более 0,1-0,2 кгс/см2 и температуре до + 100°С.

Рис.13.39. Регулирующая заслонка с плоским диском и пневматическим мембранно-пружинным приводом:

1-кольцевой корпус; 2 — диск; 3 — вал; 4 — конический штифт; 5 — подшипник скольжения; 5 — спаренный шарикоподшипник; 7 — кронштейн; 8 — сальник

Однако при увеличении производительности установок и внедрении крупнотоннажных производств повышались требования к регулирующим устройствам. Так, необходимо было перейти к созданию регулирующих и запорно-регулирующих устройств для жидких, газообразных и парообразных агрессивных и .неагрессивных сред на условные давления и перепады давления, достигающие десятков, а порой и сотен атмосфер, на температуру среды от -50 до +600 °С и температуру окружающего воздуха от -50 до +50 °С. ‘При этом непрерывно возрастали диаметры условных проходов регулирующих устройств. Стало очевидным, что в большинстве случаев, когда условный проход трубопровода превышает 150 мм, становится единственно возможным применение заслонок. Это объясняется тем, что себестоимость изготовления регулирующего клапана с диаметром условного прохода свыше 150 мм во много раз превышает себестоимость изготовления заслонки. А если говорить о регулирующих клапанах с условным диаметром выше 300-350 мм, то их создание становится не только нерациональным, но и практически невозможным.