ЗАДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено в автоматических устройствах для регулировки и поверки приборов давления.

Известен дозированный насос, содержащий две камеры, образованные двухступенчатым плунжером, на входе и выходе каждой из которых установлены соответственно нагнетательные и обратные клапаны (а. с. N 184133, кл. G 01 L 27/00, 1966).

Недостатком этого насоса применительно к задатчикам давления является то, что он может только нагнетать давление. Для сброса же давления можно было бы оснастить насос четырехходовым распределителем золотникового типа, но распределители золотникового типа не эффективны для объемных систем вследствие больших утечек и, кроме того, между распределителем и цилиндром потребовалось бы установить измерительный преобразователь давления, чтобы информировать систему управления о величине давления в этой полости.

Известен автоматический задатчик давления, содержащий грузопоршневой манометр, механизм наложения грузов, гидроцилиндр узла создания давления с приводом, узел сигнализации крайних положений поршня грузопоршневого манометра, управляющий двухскоростным приводом гидроцилиндра (а.с. N 624464, кл. G 01 L 27/00, 1981).

Недостаток конструкции состоит в ограниченном количестве подсоединяемых к устройству поверяемых приборов, а также в низкой производительности устройства, связанной с необходимостью ограничения скорости нагружения вследствие возможной потери точности, обусловленной переходными процессами.

Известно устройство задания давления, содержащее два пневмогидроусилителя с концевыми включателями, к каждому выходу которых подсоединены управляемые клапаны, а к входу переключающие клапаны и четырехходовый элемент сравнения [1]
Недостатком устройства является сложность конструкции.

За прототип взято устройство для поверки и регулировки манометров, содержащее двойной гидроцилиндр с имеющими общий шток поршнями разного диаметра, связанными с электроприводом, включенный в систему грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов, причем полость малого гидроцилиндра соединена непосредственно с системой, а большая с пневмокомпенсатором, ограничивающим давление при отключении ее от системы, бачок, соединенный с системой через электромагнитные клапаны, и компенсирующий цилиндр [2]
Недостатки этой конструкции связаны с низкими эксплуатационными возможностями устройства, в частности ограничением объема жидкости, передаваемой гидроцилиндрами от бачка в систему.

Предлагаемый задатчик давления содержит грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов, зажимную головку для установки контролируемого манометра, пульт управления, двойной гидроцилиндр с поршнями разного диаметра, соединенными штоком, перемещаемые электродвигаталем. Большая полость гидроцилиндра соединена с системой через клапан переключения и пневмокомпенсатор.

Задатчик дополнительно содержит предохранительный и обратный клапаны, соединяющие полость малого гидроцилиндра с бачком с жидкостью, и блок обратных клапанов, соединяющих систему и гидроцилиндр.

Блок обратных клапанов производит переключение только при выравнивании давления в системе и полости малого гидроцилиндра до величины допустимой его пульсации, что позволяет подать нужный объем жидкости и достигнуть требуемого давления за несколько ходов поршней, а значит, обеспечивать питание большего числа поверяемых приборов, без снижения точности и без увеличения мощности приводной системы (при незначительном увеличении времени поверки или регулировки), а также уменьшить количество управляющих сигналов.

В устройстве, взятом за прототип, при большом количестве устанавливаемых на поверку приборов, т. е. при большом объеме системы, одного хода поршня может оказаться недостаточно для создания требуемого значения давления, соответствующее же увеличение диаметров поршней приведет к потере точности и потребует увеличения мощности приводного электродвигателя.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого задатчика давления; на фиг.2 приведена функциональная схема блока клапанов, где Q расход жидкости через блок; Р₁ давление в полости цилиндра малого диаметра; Р_к давление в межклапанном пространстве; Р₂ давление в системе.

Устройство содержит двойной гидроцилиндр 1 с поршнями 2 и 3 разного диаметра, соединенные штоком, перемещаемые от привода 4, содержащего электродвигатель, редуктор и винтовую пару. Полость цилиндра большего диаметра связана с пневмокомпенсатором 5 и через переключающий клапан 6 и блок клапанов 7 с системой, которая содержит грузопоршневой манометр 8 с механизмом автоматической установки и снятия грузов и коллектор 9, включающий зажимные головки для установки контролируемых приборов 10.

Полость цилиндра меньшего диаметра связана с системой через блок клапанов 7 и через предохранительный клапан 11 и обратный клапан 12 с бачком 13, причем предохранительный клапан настроен на давление, превышающее максимально синтезируемое устройством. Конечные выключатели 14 и 15, взаимодействующие с кронштейном, связанным с поршнем большого диаметра, расположены в зоне крайних, соответственно левого и правого, по схеме положений поpшней; они, как и блок клапанов 7, манометр 8 и привод 4, связаны с устройством 16 управления.

Блок клапанов 7 содержит два обратных электрогидравлических клапана, включенные последовательно-встречно, содержащие расположенные в полости корпуса 17 с возможностью осевого смещения два снабженных коаксиальными сквозными отверстиями сердечника 18 из магитомягкого материала, взаимодействующие с опирающимися на седла 19, поджатые с помощью регулировочных элементов 21 пружинами 20, запорными элементами 22, например шариками, и с установленными снаружи корпуса обмотками 23, образующими с сердечниками управляемые соленоиды.

Работает устройство следующим образом.

Пусть требуется при исходном (правом по схеме) положении поршней увеличить давление до определенного значения.

После включения привода 4 начинается перемещение поршней 2 и 3 влево по схеме, при этом на обмотки блока клапанов 7 подано напряжение и, если Р₁ Р_к Р₂ (оба клапана блока 7 открыты), то в системе начинает возрастать давление.

При достижении определенного значения давления срабатывает клапан 6 и отсоединяет полость большего поршня 3 от системы. С этого момента давление в ней повышается только от действия малого поршня 2.

Повышение давления в полости поршня 3 после закрытия клапана 6 ограничивается компенсатором 5, начальное давление воздуха в котором должно быть больше, чем наибольшее давление срабатывания клапана 6. При достижении заданного давления в системе манометр 8 информирует об этом устройство 16 управления, которое отключает привод 4.

Если за один ход поршней не удалось достичь всех требуемых ступеней или уровня давления, то по команде конечного выключателя 14 происходит отключение обмоток блока клапанов 7 от питающего напряжения и реверсирования привода. При этом система оказывается замкнутой. Жидкость из бачка 13 поступает через клапан 12 в полости цилиндров меньшего и большего диаметров за счет возникающего в них разряжения.

В крайнем правом положении поршней 2 и 3 срабатывает выключатель 15, на обмотки блока клапанов 7 подается напряжение и происходит реверсирование привода 4. Но при этом система остается замкнутой (левый по схеме клапан блока закрыт, так как он запирается давлением Р₂жидкости в системе, а правый открыт, так как в смежных с ним областях давление одинаковое).

Поскольку в магистрали есть избыточное давление (Р₁ < Р₂), подача напряжения на катушки клапанов только подготавливает открытие клапанов, которое происходит автоматически при выравнивании давления в системе и полости малого цилиндра, т.е. при Р₁ Р₂. Дальнейшее перемещение поршней вызовет увеличение давления в системе.

При достижении в системе требуемого давления привод отключается. При снижении давления блок клапанов 7 открыт (Р₁ Р₂) и на обмотки блока клапанов подано напряжение, а поршни перемещаются вправо по схеме до тех пор, пока давление в системе не достигнет заданного значения, после чего привод отключается.

Если за один ход не удалось снизить давление до требуемого значения, то по команде конечного выключателя 15 происходит реверсирование движения поршней и отключение обмоток блока клапанов 7 от питающего напряжения (клапан закрывается). При этом жидкость из цилиндра меньшего диаметра сбрасывается через клапан 11 в бачок 13, из большего поступает в пневмокомпенсатор 5. В этот момент P₂ Р_к < Р₁.

В левом по схеме крайнем положении по команде конечного выключателя 14 выключается питание блока клапанов 7 и происходит реверсирование поршней (при этом левый клапан блока 7 открывается, а правый закрыт, так как Р₂ Р_к < Р₁) и, когда давление в системе и полости цилиндра меньшего диаметра сравнивается (Р₂ Р₁), открывается правый клапан блока 7 и продолжается снижение давления в системе.

В таблице представлены функциональные варианты работы блока клапанов 7.

Если в блоке клапанов 7 использовать известные управляемые обратные клапаны, то при подаче электрического сигнала они будут принудительно открыты независимо от давления направленного навстречу пружине клапана. При этом возникают большие пульсации давления в системе.

Линейные размеры и параметры катушек (число витков, питающее напряжение) соленоидов блока клапанов 7 подобраны таким образом, что обеспечивают тяговое усилие сердечника в начальный момент открытия запорного элемента больше усилия поджатия его пружиной на величину допустимой пульсации давления в системе. Каждый обратный клапан блока клапанов 7 открывается только при выравнивании давления в полостях, расположенных слева и справа от клапана, до величины допустимой пульсации давления в системе.

Например, если полагать, что система абсолютно жесткая, то для величины допустимой пульсации давления Δ Р усилие поджатия пружинами запорных элементов F равно
F F_c S ˙Δ P, где F_c усилие, развиваемое соленоидом;
S площадь проходного сече- ния седла клапана, образованная его диаметром.

Для оценки этих соотношений выполним расчет для конкретных условий.

Примем F_c 2 Н, d 0,004 м, Δ Р 10⁴ Па.

Тогда F 2- 10= 1,875H
Блок клапанов снабжен регулятором усилия пружины, который позволяет обеспечить при заданных параметрах системы (объема жесткости, уровня давления и т. п. ) более точную настройку соотношения между усилием открытия запорных элементов и усилием их поджатия пружинами.

Использование: регулировка и поверка приборов давления в автоматизированных устройствах. Сущность изобретения: устройство содержит блок нагружения, представляющий собой двойной цилиндр. К полостям гидроцилиндра подключены регулятор давления, обратный и предохранительный клапаны. Через блок электрогидравлических обратных клапанов блок нагружения соединен с системой. Система содержит грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов и коллектор, включающий устройство для установки поверяемых приборов. Блок клапанов, манометр и привод связаны с устройством управления. Блок клапанов пропускает жидкость в одном и другом направлениях только при выравнивании давления в системе и полости малого гидроцилиндра до величины допустимой пульсации давления в системе. Требуемое значение давления в системе может обеспечиваться за несколько ходов поршней, что позволяет увеличить число поверяемых приборов без снижения точности и увеличения мощности привода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. 1 табл.

1. ЗАДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий грузопоршневой манометр с механизмом автоматической установки и снятия грузов, включенный в трубопровод с зажимной головкой для установки контролируемого манометра, бачок с жидкостью, двойной гидроцилиндр с поршнями разного диаметра, имеющими общий шток, причем полости цилиндров меньшего и большего диаметров связаны между собой через пневмокомпенсатор и регулирующий клапан, электропривод поршней и устройство управления контроллер, отличающийся тем, что он снабжен установленными параллельно между бачком с жидкостью и полостью цилиндра меньшего диаметра обратным клапаном и предохранительным клапаном, настроенным на давление, превышающее наибольшее давление, создаваемое задатчиком давления, а также установленным между цилиндром меньшего диаметра и трубопроводом блоком клапанов, выполненным в виде расположенных в общем корпусе двух управляемых обратных клапанов, включенных последовательно встречно, причем каждый обратный клапан из блока клапанов состоит из установленного в полости корпуса с возможностью осевого смещения сердечника, имеющего коаксиальные сквозные отверстия и взаимодействующего с опирающимся на седло, поджатым пружиной запорным элементом и установленным снаружи корпуса соленоидом, выполненным с возможностью создания усилия открытия запорного элемента, превышающего усилие поджатия его пружиной на величину допустимой пульсации давления в трубопроводе. 2. Задатчик давления по п. 1, отличающийся тем, что в нем блок клапанов снабжен регулирующими усилие поджатия пружин элементами.