§ 2. Регулирующие органы

Регулирующим органом называется звено исполнительного уст­ройства, представляющее собой переменное гидравлическое сопро­тивление, которое воздействует на расход среды, изменяя свое про­ходное сечение.

На рис. 15.2 показаны схемы регулирующих органов промыш­ленных исполнительных устройств.

В двухседельных регулирующих органах (рис. 15.2,а) кор­пус имеет два седла, а затвор, проходящий через эти седла, имеет два утолщения с дросселирующими и запирающими поверхностями. Перемещение затвора относительно седел изменяет площадь прохо­да среды. Основным преимуществом двухседельного регулирующего органа является возможность разгрузки затвора от одностороннего действия силы, создаваемой статическим давлением среды. В боль­шинстве случаев на затворах двухседельных регулирующих органов кроме дросселирующих имеются запирающие поверхности, и поэто­му с целью обеспечения возможности сборки и разборки регулирую­щего органа диаметр прохода верхнего седла делают большим, чем диаметр прохода нижнего седла, для того чтобы через него прошло нижнее утолщение затвора. Разные размеры проходов седел созда­ют неуравновешенность сил гидростатического давления среды на затвор, но эта неуравновешенность невелика, так как невелика раз­ность диаметров верхнего и нижнего седел.

Двухседельные регулирующие органы всегда проектируются та­ким образом, чтобы изменение их исполнения с нормально открыто­го (НО) на нормально закрытое (НЗ) осуществлялось лишь пере-монтированием относительного расположения затвора и седел при сохранении всех деталей.

Односедельные регулирующие органы (рис. 15.2,6) могут быть проходными и угловыми. В проходных направление потока сре­ды при входе и выходе не изменяется, а в угловых — при выходе изменяется на 90° по отношению к направлению на входе.

Одностороннее действие статического давления среды создает необходимость применения исполнительных механизмов большой мощности. При движении со стороны, противоположной расположе­нию штока, т. е. «под затвор», она отнимает затвор от седла. Испол­нительный механизм должен создать перестановочное усилие, спо­собное преодолеть силу давления среды на затвор. Это усилие за­висит от перепада давления на затворе и площади прохода в седле.

При движении среды со стороны расположения штока, т. е. «на затвор», давление среды способствует закрытию затвора, прижимая его к седлу. В этом случае при определении силы, действующей на затвор, необходимо кроме статического давления среды учитывать «затягивание» затвора. Последнее объясняется тем, что под затво­ром образуется вакуумная полость, размеры которой в связи с тур­булентностью потока изменяются. Поэтому при неизменном положе­нии затвора его «затягивает» в проход седла с переменной силой.

Односедельные регулирующие органы применяют лишь в случа­ях, когда невозможно применение разгруженных двухседельных ре­гулирующих органов: при незначительных условных проходах тру­бопроводов, при регулировании потоков вязких жидкостей и неодно­родных сред (взвесей, пульп и т. п.), а также в случаях, когда необходимо полностью перекрыть поток при закрытии регулирующе­го органа.

Возможность обеспечения герметичности закрытия прохода явля­ется важным преимуществом односедельных регулирующих органов.

Трехходовые регулирующие органы (рис. 15.2,в) можно при­менять для непрерывного или двухпозиционного регулирования. Для непрерывного регулирования применяют два вида конструкций: раз­делительные и смесительные. Первые предназначены для разделе­ния потока в изменяющихся соотношениях между двумя линиями (А=В+С), как это показано на рис. 15.2,б, вторые применяют в случаях, когда необходимо смешение двух потоков с переменным со­отношением в один (В+С=А). При этом в отличие от конструкции, показанной на рис. 15.2,в меняются направление потока С и конфи­гурация внутренних перегородок корпуса.

Для двухпозиционного регулирования их используют в том слу­чае, когда поток попеременно направляется то в одном, то в другом направлении или когда два потока поочередно двигаются в одном направлении.

В трехходовых регулирующих органах направление потока осу­ществляется таким образом, чтобы исключить явление «затягива­ния» затвора в проходы седел. Конструкция органа выбирается та­кой, чтобы давление среды отжимало каждую из двух дросселирую­щих частей затвора от соответствующего седла (рис. 15.2,в).

Регулирующие заслонки (рис. 15.2,г) изменяют пропуск­ную способность при повороте диска под действием исполнительно­го механизма. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с выше­рассмотренными регулирующими органами.

В регулирующих заслонках нет зон, в которых могут скапливать­ся механические частицы и грязь. Поток регулируемой среды значи­тельно меняет свое направление при проходе через заслонку, поэто­му сопряженные дросселирующие поверхности изнашиваются мень­ше, чем в регулирующих клапанах. Кроме того, заслонки имеют сравнительно несложную конструкцию, небольшие габариты, массу и стоимость.

Основные недостатки регулирующих заслонок — трудность обес­печения плотного перекрытия регулируемого потока; наличие значи­тельных неразгруженных усилий, действующих на диск заслонки.

Неразгруженность диска заслонки объясняется следующими об­стоятельствами. При проходе среды (рис. 15.2,г) давление на обе половины диска уравновешено только в момент полного перекрытия потока. При промежуточных положениях диск разделяет поток на две неравные части: большая часть потока проходит сверху, а мень­шая — снизу. В результате на заслонку будет действовать крутя­щий момент, стремящийся ее закрыть. При переходе диска в диапа­зон угла поворота 60—90°, вследствие неравномерного распределения скорости сверху и снизу заслонки, крутящий момент достигает максимума в зоне 65—75°, а затем резко падает до нуля в момент полного открытия.

До недавнего времени регулирующие заслонки находили весьма ограниченное применение. Однако с увеличением условных диамет­ров трубопроводов применение их следует признать перспективным.

Диафрагмовые регулирующие органы (рис. 15.2,д) применя­ют, как правило, для регулирования потоков агрессивных сред. В них затвор делают в виде упругого элемента — мембраны, кото­рая, перемещаясь под действием исполнительного механизма отно­сительно седла, изменяет площадь прохода среды. Одновременно диафрагма является разделительной перегородкой, отделяющей все подвижные металлические детали от соприкосновения со средой. При этом диафрагму изготовляют из кислотостойкого материала, а на внутреннюю поверхность чугунного корпуса регулирующего ор­гана наносят кислотостойкое покрытие.

Основные преимущества дифрагмовых регулирующих органов — возможность применения дешевых антикоррозионных материалов вместо дорогостоящих нержавеющих сталей, а также отсутствие сальника; недостатки—неразгруженность затвора и ограничения величины давления и температуры регулируемых сред.

В шланговых регулирующих органах (рис. 15.2,е) регулируе­мая среда проходит.через эластичный патрубок (шланг). Затвор представляет собой два валика, между которыми расположен шланг. Валики сближаются или расходятся в плоскости, перпенди­кулярной к оси прохода корпуса. При движении вниз верхнего ва­лика, управляемого штоком регулирующего органа, нижний валик перемещается вверх; при движении верхнего валика вверх нижний валик перемещается в обратном направлении. Передача усилия с верхнего валика на нижний осуществляется с помощью цепной или рычажной передачи.

Шланговые регулирующие органы обладают рядом преимуществ: ввиду прямоточной конструкции исключается застой продукта; дроссельная часть герметично перекрыта и отделена от штока при­вода, что позволяет обойтись без уплотнения штока; обеспечивает­ся надежное перекрытие трубопровода; возможна быстрая и удоб­ная замена эластичного патрубка при выходе его из строя.

Основные недостатки шланговых регулирующих органов — невы­сокая температура регулируемых сред (до 80 °С) и небольшое ра­бочее давление (до 1 МПа); значительная неуравновешенность за­твора; сравнительно небольшой срок службы эластичного патрубка.

Шланговые регулирующие органы могут регулировать потоки самых разнообразных сред. В зависимости от среды их эластичные патрубки изготовляют из бензостойких, маслобензиностойких, хими­чески стойких эрозионных материалов. Применение таких материа­лов вместо дорогостоящих нержавеющих сталей дает большой эко­номический эффект.

Шаровые регулирующие органы (рис. 15.2,ж) оборудованы затвором поворотного типа, выполненным в виде сферы с цилиндри­ческим отверстием. При повороте вала привода сфера поворачива­ется, изменяя сечение прохода. Они конструктивно несложные, на­дежные в эксплуатации, дешевые, легкие и герметичные в широком диапазоне регулируемых сред, условных проходов и рабочих давле­ний. Седла шаровых регулирующих органов изготовляют обычно из эластичного материала (фторопласта, резины, нейлона и т. п.).

Благодаря прямоточной конструкции эти регулирующие органы особенно эффективны при регулировании потоков высоковязких сред, пульп с абразивными частицами и т. п.

Шаровые регулирующие органы могут быть как полнопроходны­ми, так и суженными. Полнопроходные имеют диаметр прохода в ша­ре, равный диаметру прохода присоединительных концов, а сужен­ные—приблизительно на 20% меньше. В некоторых конструкциях выходной патрубок выполняется по форме расширяющейся части сопла Вентури.

В результате незначительного гидравлического сопротивления шаровые регулирующие клапаны монтируют, как правило, на трубо­проводах с меньшим условным проходным диаметром, используя для этой цели конусные переходы.

Клеточные регулирующие органы (рис. 15.2) получают в на­стоящее время все большее распространение. Свое название они по­лучили по характерной для них детали-клетке, внутри которой пе­ремещается затвор. Клетка зажимается между седлом и верхней крышкой корпуса. Шток регулирующего органа жестко связан с затвором. Применяют два варианта конструкции этого устройства. В одном из них профилированные отверстия делают в клетке, а за­твор имеет вид обычного поршня (как показано на рис. 15.2,з). В другом варианте на затворе делаются профилированные отвер­стия, а на клетке — цилиндрические или прямоугольные отверстия.

При перемещении затвора относительно клетки меняется про­ходное сечение регулирующего органа. Благодаря каналам давле­ния среды под затвором и над ним равны и, следовательно, затвор уравновешен.

Отличительная особенность клеточных регулирующих орга­нов — отсутствие резьбовых соединений внутри корпуса, что позво­ляет их ремонтировать без демонтажа корпуса регулирующего ор­гана с трубопровода. Хорошая ремонтопригодность дает при экс­плуатации значительную экономию средств.

Клеточные регулирующие органы могут быть как проходными, так и угловыми.