ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1995 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к пневмомашиностроению, в частности к механизмам, предназначенным для осуществления следящего движения объектов регулирования в составе пневматических следящих приводов запорной и регулирующей аппаратуры магистральных трубопроводов.

Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известен пневматический механизм, содержащий устройство подачи рабочей среды с встречными подводящими патрубками и струйный двигатель, ротор которого установлен на валу, а каждый из выполненных в роторе подводов связан наклонными и радиальными пересекающимися каналами с одним из сопл, размещенных на плечах ротора [1]
Техническими недостатками данного механизма являются низкий КПД, связанный с большими утечками в подводах, и низкое качество переходных процессов из-за его несимметричности.

Известен также пневматический механизм, содержащий устройство подачи рабочей среды с встречными подводящими патрубками и струйный двигатель, ротор которого установлен на двухстороннем валу, а каждый из двух выполненных в последнем и соосных подводящим патрубкам подводов связан наклонными и пересекающимися с ними радиальными каналами с двумя соответствующими соплами, размещенными на противоположных плечах ротора [2]
Техническими недостатками данного механизма являются низкий КПД из-за утечек в подводах и аэродинамического сопротивления ротора, а также разброс параметров при разных направлениях вращения вала, увеличенные габариты.

Цель изобретения повышение КПД, устранение разброса параметров, обеспечение оптимальных габаритов.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом механизме, содержащем устройство подачи рабочей среды с встречными подводящими патрубками и струйный двигатель, ротор которого установлен на двухстороннем валу, а каждый из двух выполненных в последнем и соосных подводящим патрубкам подводов связан наклонными и пересекающимися с ними радиальными каналами с двумя соответствующими соплами, размещенными на противоположных плечах ротора, для достижения цели подводящие патрубки размещены внутри подводов, а каждые два соединенных с одним подводом наклонных канала выполнены симметричными относительно этого подвода с углами наклона 120-150^о к его оси и с диаметрами, составляющими 0,6-1,0 диаметра последнего, причем плечи ротора выполнены с обтекаемыми боковыми поверхностями, попарно симметричными относительно двух вертикальных плоскостей.

Кроме этой необходимой и достаточной во всех случаях совокупности признаков, в частных случаях он выполняется с соотношением диаметров патрубков и подводов, равным 1,5-2,5, с соотношением диаметров среза и критического сечения сопл, равным 1,2-2, с соотношением радиусов плеч ротора к диаметрам их радиальных каналов, равным 5-15, с соотношением диаметров радиальных каналов и критического сечения сопл, равным 1,2-2.

Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью признаков состоит в том, что повышается КПД за счет сокращения утечек, поскольку подводящие патрубки размещены внутри подводов с образованием зазора, препятствующего утечкам, а также за счет уменьшения трения и аэродинамического сопротивления вращению ротора благодаря обтекаемому (плавному) внешнему контуру его плеч и указанным геометрическим соотношениям, а также в том, что обеспечивается устранение разброса параметров за счет симметричного выполнения наклонных каналов и, следовательно динамической сбалансированности ротора, и сокращение габаритов при указанных оптимальных геометрических параметрах.

На фиг.1 изображена принципиальная схема пневматического следящего привода; на фиг.2 разрез через радиальные каналы, связанные с разными подводами; на фиг.3 разрез через радиальные каналы, связанные с одним подводом; на фиг. 4 разрез через четыре сопла; на фиг.5 разрез А-А на фиг.4.

Пневматический механизм содержит устройство подачи рабочей среды с встречными подводящими патрубками 1,2 и струйным усилителем 3 и струйный двигатель 4, ротор 5 которого установлен на двухстороннем валу 6, а каждый из выполненных в нем соосных патрубкам 1,2 подводов 7,8 связан наклонными каналами 9, 10 и 11,12 и пересекающимися с ними параллельными радиальными каналами 13, 14 и 15, 16 с соплами 17-20 соответственно, размещенными на противоположных плечах 21, 22 ротора 5. Патрубки 1,2 размещены, например, частично в подводах 7,8, а каждые два соединенных с одним подводом 7 (8) наклонных канала 11, 10 (9, 12) выполнены симметричными относительно этого подвода 7(8) с углами α наклона 120-150^о к его оси и с диаметрами D_нк, составляющими 0,6-1,0 диаметра D_под подвода 7(8). Механизм выполнен с соотношением диаметров D_патр патрубков 1,2 и диаметров D_под подводов 7,8, равным 1,5 2,5, с соотношением диаметра d_ср среза сопл 17-20 и диаметра d_кр их критического сечения, равным 1,2-2, с соотношением радиусов R_п плеч 21, 22 ротора 5 к диаметрам D_рад каналов 13-16, равным 5-15, и соотношением диаметров D_рад каналов 13-16 и диаметра d_кр критического сечения сопл 17-20, равным 1,2-2. Боковые поверхности Р, Q выполнены обтекаемыми и симметричны относительно вертикальных плоскостей Х-Х и У-У (фиг.5).

На валу 6 установлена шестерня 23 редуктора (не обозначен), связанного винтовой передачей 24 с объектом регулирования (не изображен) и датчиком 25 обратной связи, подключенным через преобразователь 26 и суммирующий усилитель 27 к электромеханическому преобразователю 28.

Пневматический механизм работает следующим образом.

При отсутствии рассогласования на усилителе 27 струйный усилитель 3 находится в нейтральном положении и рабочая среда, например горячий газ, поступает одинаково в патрубки 1,2 и подводы 7, 8 и вытекает через сопла 17-20. Вытекая из них, газ создает реактивные силы, которые равны между собой в силу симметрии ротора 5 и равенства расходов газа, вытекающего через сопла 17-20. При появлении рассогласования в приводе на выходе усилителя 27 появляется напряжение, а на электромеханическом преобразователе 28 усилие, переключающее струйный усилитель 3. В результате расход газа через один из патрубков 1, 2 и, следовательно, через одну из пар сопл 17-20 увеличивается, а через другую уменьшается. Возникают разности реактивных сил и моментов на валу 6 ротора 5. Эта разность моментов является движущим моментом струйного двигателя 4, под действием которого вращение передается через редуктор и винтовую передачу 24 объекту регулирования и датчику 25. Информация об угле поворота передается в виде напряжения обратной связи U_ос и сравнивается усилителем 27 с входным сигналом U_вх для формирования сигнала рассогласования. Повышение устойчивости может быть обеспечено за счет введения обратной связи по скорости с тахогенератором (не изображено). При отработке рассогласования струйный двигатель 4 работает с минимальными утечками между патрубками 1, 2 и подводами 7, 8 и с минимальным сопротивлением вращению ротора 5, определяемым его обтекаемой формой и указанными соотношениями геометрических параметров.

В настоящее время разработана документация и изготовлены опытные образцы механизма, прошедшие испытания с положительными результатами.

Использование: в качестве следящих приводов запорной и регулирующей аппаратуры магистральных трубопроводов. Сущность изобретения: каждый из выполненных в роторе подводов связан наклонными и параллельными радиальными каналами с соплами, размещенными на плечах ротора. Патрубки размещены, например, частично в подводах, а каждые два соединенных с одним подводом наклонных канала выполнены симметричными относительно этого подвода с углами наклона 120 - 150° к его оси и с диаметрами, составляющими 0,6 - 1,0 диаметра подвода. Механизм выполнен с соотношением диаметров патрубков и диаметров подводов, равным 1,5 - 2,5, с соотношением диаметра среза сопл и диаметра критического сечения, равным 1,2 - 2,0, с соотношением радиусов плеч ротора к диаметрам каналов, равным 5 - 15, и с соотношением диаметров каналов и диаметра критического сечения сопл, равным 1,2 - 2,0. Боковые поверхности выполнены обтекаемыми и симметричны относительно вертикальных плоскостей. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ, содержащий устройство подачи рабочей среды с встречными подводящими патрубками и струйный двигатель, ротор которого установлен на двустороннем валу, а каждый из двух выполненных в последнем и соосных с подводящими патрубками подводов связан наклонными и пересекающимися с ними радиальными каналами с двумя соответствующими соплами, размещенными на противоположных плечах ротора, отличающийся тем, что подводящие патрубки размещены внутри подводов, а каждые два соединенных с одним подводом наклонных канала выполнены симметричными относительно этого подвода с углами наклона 120 150^o к его оси и с диаметрами, составляющими 0,6 1,0 диаметра последнего, причем плечи ротора выполнены с обтекаемыми боковыми поверхностями, попарно симметричными относительно двух вертикальных плоскостей. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с соотношением диаметров патрубков и подводов 1,5 2,5. 3. Механизм по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он выполнен с соотношением диаметров среза и критического сечения сопл 1,2 2. 4. Механизм по пп.1 3, отличающийся тем, что он выполнен с соотношением радиусов плеч ротора к диаметрам их радиальных каналов 5 15. 5. Механизм по пп.1 4, отличающийся тем, что он выполнен с соотношением диаметров радиальных каналов и критического сечения сопл 1,2 2.