Регулювальний клапан системи рідинного охолодження

Изобретение относится к устройствам, позволяющим плавно регулировать расход преимущественно в системах жидкостного охлаждения (СЖО). На современном уровне техники известны устройства, которые позволяют плавно регулировать расход [1]. Это регулирующее устройство изменяет свои гидравлические характеристики за счет изменения площади проходного сечения канала путем перекрытия части сечения при ввинчивании резьбового штифта, наконечник которого входит непосредственно в канал. Сложная форма сечения проходного канала, образованного таким образом, препятствует обеспечению плавной регулировки при малых расходах ввиду "запирания" жидкости в щелях и узкостях, образованных штифтом [2]. Этот же недостаток присущ и всем конструкциям штоковых вентилей, в которых проток жидкости начинается при определенном их открытии, когда сила давления жидкости превосходит силу поверхностного натяжения, В этом случае форма проходного сечения представляет кольцевой зазор толщиной площадь которого где D - диаметр седла, d -диаметр штока, значительно превосходит площадь круга Sk = pd2/4 который обеспечит эквивалентный расход жидкости. Поскольку величина расхода пропорциональна площади сечения, то конструкция штоковых вентилей не обеспечивает проток и регулирование жидкости при малых расходах, соответствующих площади проходного сечения S в диапазоне Sk < S < Sз. Поэтому наиболее эффективными представляются регулирующие устройства с круглым проходным сечением, у которых получается максимальная площадь сечения при минимальной длине границы с телом дросселя. Прототипом к предлагаемому изобретению выбрано регулирующее устройство, представляющее собой корпус со сквозным каналом, который соединяет входной и выходной штуцера, а в самом канале установлена диафрагма с круглым отверстием переменного диаметра [3]. Эта диафрагма в диапазоне температур от плюс 7 до минус 7°С позволяет изменять расход более чем в 5 раз. Изменение расхода осуществляется за счет того, что диафрагма изготавливается из прецизионных термочувствительных сплавов, в частности сплавов на основе золота с 46-50% кадмия, сплавов меди с 23-28% золота и 45-47% цинка и др. К недостаткам прототипа следует отнести сложность запуска из холостого состояния СЖО, большая вероятность засорения диафрагмы, сложность технологии изготовления прецизионных сплавов и их дороговизна, Кроме того, существенным недостатком, снижающим эксплуатационную надежность СЖО, является ограниченный диапазон рабочих температур, в котором осуществляется регулирование, и необходимость нагревательного и охладительного устройств для осуществления регулирования. Точность и плавность регулирования (или поддержания) заданной температуры будет определяться точностью и плавностью регулирования (или поддержания) температуры диафрагмы. Поскольку сплав диафрагмы прототипа является термочувствительным, то для точности задания и поддержания, а также плавности регулирования расхода необходимо иметь возможность поддерживать температуру и регулировать ее с малым отклонением, например, не более + 0,1°С, что достаточно сложно даже в обычных условиях, а особенно, если поддерживать температуру диафрагмы следует, когда через нее проходит поток с переменным расходом. Создание высокоточных регуляторов и стабилизаторов температуры для жидкостных систем охлаждения сложно, особенно если учитывать высокую полную теплоемкость регулирующего устройства (металлоемкость устройства и рабочей жидкости). Поскольку расход пропорционален площади проходного сечения, то при изменении температуры расход будет меняться в квадрате от изменения диаметра, что не позволит точно и плавно регулировать расход в устройстве прототипа, Таким образом, следующие признаки прототипа не позволяют точно и плавно регулировать расход. Термочувствительный материал диафрагмы требует прецизионного поддержания температуры и ее изменения, что невозможно обеспечить для системы жидкостного охлаждения. Квадратичная зависимость расхода от температуры не позволит точно и плавно при существующих регуляторах температуры поддерживать и изменять расход. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования регулирующего клапана системы жидкостного охлаждения, в котором установлена ирисовая диафрагма с круглым отверстием переменного диаметра, за счет чего обеспечивается качество регулирования - точность и плавность, -особенно при малых расходах. Регулирующий клапан - неотъемлемая часть СЖО, который устанавливается непосредственно перед охлаждающими каналами и регулирует расход жидкости через них. Использование предлагаемого регулирующего клапана на каждом из многочисленных параллельных каналов системы жидкостного охлаждения, на которых необходимо регулировать точные и, в общем случае, не одинаковые расходы, позволит обеспечить необходимое и достаточное охлаждение каждого канала СЖО. Качество регулирования определяет потребительские свойства регулирующего клапана, а именно, повышает эксплуатационную надежность системы жидкостного охлаждения. Поставленная задача достигается тем, что в регулирующем клапане СОЖ, состоящем из корпуса со сквозным каналом, который соединяет входной и выходной штуцера, а в самом канале установленную диафрагму с круглым отверстием переменного диаметра, согласно изобретению, диафрагма выполнена в виде ирисовой. В заявляемом регулирующем клапане используется ирисовая диафрагма, Применение такой конструкции в качестве регулируемого дросселирующего устройства с круглым проходным сечением позволяет плавно и точно проводить регулирование во всем диапазоне расхода, включая и малые значения расхода, вплоть до "запирания" диафрагмы. Регулирующий клапан показан на фиг,1 и состоит из корпуса 1, который заканчивается входным 2 и выходным 3 штуцерами. В корпусе изготовлен сквозной канал 4, соединяющий входной и выходной штуцера, а в канале установлена ирисовая диафрагма 5 С регулировочным кольцом 6. Устройство ирисовой диафрагмы известно [4]. Такая диафрагма показана на фиг.2 и состоит из ряда серповидных пластин 7. соединенных одним неподвижным кольцом 8 одним подвижным регулировочным кольцом 6. Работает регулировочный клапан следующим образом. Поток жидкости попадает в корпус 1 клапана через входной штуцер 2, затем в канал 4, и при прохождении через круглое отверстие ирисовой диафрагмы 5 дросселируется и выходит через выходной штуцер 3. Диаметр отверстия ирисовой диафрагмы изменяется вращением регулировочного кольца 6, что позволяет изменять расход. Предлагаемое изобретения сформировалось на базе экспериментальных исследований, проводимых в лаборатории ОИНТЭ при изучении работы макета хладоновой системы охлаждения с параллельными охлаждающими каналами, на которых выделяются различные тепловые нагрузки, а также при наладке хладоновой СЖО для серийно выпускаемых суперЭВМ в г. Калининграде на п/о "Кварц". Установлено, что исследованные конструкции штоковых регулировочных вентилей не обеспечивают плавной регулировки расхода, особенно при малых его значениях, а при остановке СЖО и повторном запуске наблюдается запирание" системы, т.е. отсутствует пототок жидкости [5,6]. Авторами экспериментально исследовалась работа диафрагм с диаметрами отверстий от 0,25 до 0,60 мм. В качестве рабочих жидкостей применялись хладоны R12 и R22. Опыты показали отсутствие эффекта "запирания" шайб при подаче хладагента [5,6]. Технико-экономический эффект от использования предлагаемой конструкции регулирующего клапана заключается в том, что диафрагма с круглым отверстием переменного диаметра позволяет плавно регулировать во всем диапазоне расход, вплоть до минимальных его значений, соответствующих "запиранию" проходного сечения диафрагмы.