ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД И СТРУЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано в системах дистанционного управления, в частности, для переключения и следящего движения регулирующей арматуры нефтегазопроводов и продуктопроводов химических производств.

Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известен пневматический следящий привод, содержащий последовательно соединенные задающее устройство, сравнивающий усилитель и распределительное устройство, подключенное к источнику приводной среды под давлением и к каналам исполнительного двигателя /1/.

Техническим недостатком этого устройства является низкое быстродействие из-за большой инерционности вращающихся частей.

Известен пневматический следящий привод, содержащий последовательно соединенные задающее устройство, сравнивающий усилитель и распределительное устройство, подключенное к источнику приводной среды под давлением и к каналам исполнительного струйного двигателя, соединенного с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча и вал, кинематически связанный с объектом регулирования и датчиком обратной связи, подключенным к сравнивающему усилителю /2/.

Известен также струйный двигатель, содержащий встречнонаправленные неподвижные подводящие патрубки и ротор, установленный на двухстороннем валу, в котором выполнены соосные патрубкам подводы, связанные наклонными и радиальными пересекающимися каналами с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча /3/.

Техническим недостатком данных известных привода и двигателя является низкий к.п.д. вследствие аэродинамического сопротивления, обусловленного большой длиной плеч исполнительного двигателя, а также из-за отбора мощности к источнику приводной среды.

Технической задачей изобретения является повышение к.п.д. привода и струйного двигателя за счет технического результата, состоящего в снижении аэродинамического сопротивления и отбора мощности к источнику приводной среды.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом следящем приводе, содержащем последовательно соединенные задающее устройство, сравнивающий усилитель и распределительное устройство, подключенное к источнику приводной среды под давлением и к каналам исполнительного струйного двигателя, соединенного с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча и вал, кинематически связанный с объектом регулирования и датчиком обратной связи, подключенным к сравнивающему усилителю; ротор исполнительного струйного двигателя выполнен с одним активным плечом, а его второе плечо выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы, кроме того, пассивное плечо ротора выполнено из материала с большей плотностью, чем активное плечо, пассивное плечо ротора выполнено с длиной, меньшей длины активного плеча; струйный двигатель выполнен с встречнонаправленными неподвижными подводящими патрубками, подключенными к распределительному устройству, а вал ротора с осевыми подводами, которые соединены с одной стороны с упомянутыми каналами, а с другой стороны частично или полностью охватывают патрубки, причем соотношение диаметров подводов и патрубков выполнено равным 1,5^oC2,5, источник приводной среды под давлением выполнен в виде автономного, например, твердотопливного, газогенератора.

В части струйного двигателя сущность изобретения заключается в том, что в струйном двигателе, содержащем встречнонаправленные неподвижные подводящие патрубки и ротор, установленный на двухстороннем валу, в котором выполнены соосные патрубкам подводы, связанные наклонными и радиальными пересекающимися каналами с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча, ротор выполнен с одним активным плечом, на котором размещены все сопла, а его второе плечо выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы, кроме того, пассивное плечо ротора выполнено из материала с большей плотностью, чем активное плечо, пассивное плечо ротора выполнено с длиной, меньшей длины активного плеча, соотношение диаметров подводов и патрубков выполнено равным 1,5-2,5, патрубки частично или полностью размещены внутри подводов, наклонные каналы выполнены под углом 120^o-150^o к оси ротора, соотношение диаметров наклонных каналов и подводов выполнено равным 1-1,2, каждое сопло выполнено с соотношением диаметров среза и критического сечения равным 1,2-2, на активном плече выполнены два соосно размещенных и противоположно направленных сопла, соотношение расстояния от оси ротора до оси сопла и диаметра радиального канала выполнено равным 5-15, а распределительное устройство выполнено в виде золотника с электромагнитами управления.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема пневматического следящего привода, на фиг.2 продольный разрез струйного двигателя, через один из радиальных каналов, на фиг.3 разрез через сопла струйного двигателя, на фиг.4 вариант выполнения ротора струйного двигателя с уменьшенной длиной пассивного плеча, на фиг. 5 вид сбоку фиг.4, на фиг.6 разрез А-А фиг.3.

Пневматический следящий привод содержит последовательно соединенные задающее устройство (не изображено), сравнивающий усилитель 1 и распределительное устройство 2, подключенное к источнику приводной среды под давлением в виде автономного твердотопливного газогенератора (не изображен) и к каналам 3, 4, 5, 6 исполнительного струйного двигателя 7.

Струйный двигатель 7 содержит подключенные к распределительному устройству 2 встречнонаправленные подводящие патрубки 8, 9 и ротор 10, установленный на двухстороннем валу 11, в котором выполнены соосные патрубки 8,9 подводы 12,13, связанные наклонными и радиальными каналами 3, 4, 5, 6 с соплами 14,15, причем ротор 10 выполнен с одним активным плечом 16, на котором соосно размещены и противоположно направлены сопла 14, 15, а его второе плечо 17 выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы, т.е. не только боковой поверхности, но и всей пространственной конфигурации. Вал 11 кинематически связан зубчатой передачей (не обозначена) с объектом 18 регулирования и с датчиком 19 обратной связи, подключенным через преобразователь 20 к усилителю 1. Плечо 16 (фиг. 4, 5) выполнено из материала с большой плотностью и с меньшей длиной, чем плечо 17. Соотношение диаметров d₁:d₂ подводов 12,13 и патрубков 8,9 выполнено равным 1,5-2,5, причем последние частично размещены внутри подводов 12,13. Наклонные каналы 3,4 выполнены под углом α = 120^°-150^° к оси ротора 10, а соотношение диаметров d₃:d₁ наклонных каналов и подводов выполнено равным 1-1,2. Сопла 14,15 выполнены с соотношением диаметров d₄: d₅ среза и критического сечения равным 1,2-2. Соотношение R: d₆ расстояния от оси ротора 10 до оси сопла 14(15) и диаметра радиального канала 5(6) выполнено равным 5-15.

Распределительное устройство 2 может быть выполнено в виде золотника с электромагнитами управления (не обозначены).

Пневматический следящий привод и струйный двигатель работают следующим образом.

При отсутствии сигнала рассогласования на выходе сравнивающего усилителя 1 распределительное устройство 2 находится в нейтральном положении, сопла 14,15 сообщены между собой и приводная среда не поступает (или поступает одинаково) в патрубки 8,9 и сопла 14,15, а ротор 10 не вращается.

При поступлении от задающего устройства входного сигнала в виде напряжения U_вх на перемещение объекта 18, подается (при необходимости) сигнал на включение автономного источника приводной среды, например, горячего газа, и усилителем 1 формируется сигнал рассогласования для переключения распределительного устройства 2. В результате подача газа через один из патрубков 8(9) и одно из сопел 14(15) увеличивается. Возникает реактивная сила и момент на валу 11 ротора 10, под действием которого вращение ротора 10 передается объекту 18 регулирования и датчику 19 обратной связи. Информация об угле поворота объекта 18 передается в виде напряжения U_о.с. обратной связи и сравнивается в усилителе 1 с входным сигналом U_вх. После выравнивания входного сигнала и сигнала обратной связи рассогласование отсутствует и распределительное устройство 2 возвращается в исходное состояние. Подача газа к струйному двигателю 7 прекращается, вал 11 останавливается и объект 18 остается в новом положении. Уменьшение размеров плеча 17 ротора 10, выполненного пассивным, позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление, так как уменьшается поверхность, взаимодействующая с окружающим ее газом и расширяются возможности выбора оптимальных обтекаемой формы и длины плеча 17 для получения минимального трения с одновременным уменьшением момента сопротивления на валу 11. Автономность источника приводной среды позволяет упростить эксплуатацию привода в отдаленных районах и исключить непроизводительные расходы приводной среды и соответствующие потери энергии.

Геометрические соотношения, используемые в данном устройстве, обеспечивают минимальные местные потери и сопротивление по длине в каналах струйного двигателя, а также минимальные утечки приводной среды при прохождении ее из патрубков 8, 9 в подводы 12, 13.

Всем этим совокупным техническим результатом обусловлено решение поставленной технической задачи повышения к.п.д. струйного двигателя и привода в целом.

Испытания опытных образцов подтвердили оптимальность признаков предложенного технического решения.

Использование: в системах дистанционного управления. Сущность изобретения: в пневматическом следящем приводе, содержащем задающее устройство, сравнивающий усилитель и распределительное устройство, подключенное к каналам исполнительного струйного двигателя, соединенного с соплами, ротор струйного двигателя выполнен с одним активным плечом, на котором размещены все сопла, а его второе плечо выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы из материала с большей плотностью, чем активное плечо. Источник приводной среды выполнен в виде автономного твердотопливного газогенератора. Вал ротора связан с объектом регулирования и с датчиком обратной связи, подключенным к сравнивающему усилителю. 3 с и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Пневматический следящий привод, содержащий последовательно соединенные задающее устройство, сравнивающий усилитель и распределительное устройство, подключенное к источнику приводной среды под давлением и к каналам исполнительного струйного двигателя, соединенным с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча и вал, кинематически связанный с объектом регулирования и датчиком обратной связи, подключенным к сравнивающему усилителю, отличающийся тем, что ротор исполнительного струйного двигателя выполнен с одним активным плечом, а его второе плечо выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что пассивное плечо ротора выполнено из материала с большей плотностью, чем активное плечо. 3. Привод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что пассивное плечо ротора выполнено с длиной, меньшей длины активного плеча. 4. Привод по пп. 1 3, отличающийся тем, что струйный двигатель выполнен с встречно направленными неподвижными подводящими патрубками, подключенными к распределительному устройству, а вал ротора с осевыми подводами, которые соединены с одной стороны с упомянутыми каналами, а с другой стороны частично или полностью охватывают подводящие патрубки, причем соотношение диаметров подводов и патрубков выполнено равным 1,5 2,5. 5. Привод по пп. 1 4, отличающийся тем, что источник приводной среды под давлением выполнен в виде автономного, например, твердотопливного газогенератора. 6. Струйный двигатель, содержащий встречно направленные неподвижные подводящие патрубки и ротор, установленный на двустороннем валу, в котором выполнены соосные с патрубками подводы, связанные наклонными и радиальными пересекающимися каналами с соплами, каждое из которых размещено на активном плече ротора, имеющего два уравновешенных плеча, отличающийся тем, что ротор выполнен с одним активным плечом, на котором размещены все сопла, а его второе плечо выполнено пассивным в виде противовеса обтекаемой формы. 7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что пассивное плечо ротора выполнено из материала с большей плотностью, чем активное плечо. 8. Двигатель по пп. 6 и 7, отличающийся тем, что пассивное плечо ротора выполнено с длиной, меньшей длины активного плеча. 9. Двигатель по пп. 6 8, отличающийся тем, что на активном плече выполнено два соосно размещенных и противоположно направленных сопла. 10. Струйный двигатель, содержащий встречно направленные неподвижные патрубки и ротор, установленный на двустороннем валу, в котором выполнены соосные с патрубками подводы, связанные наклонными и радиальными пересекающимися каналами с соплами, размещенными на плечах ротора, отличающийся тем, что соотношение диаметров подводов и патрубков выполнено равным 1,5 2,5. 11. Двигатель по пп. 6 10, отличающийся тем, что патрубки частично или полностью размещены внутри подводов. 12. Двигатель по пп. 6 11, отличающийся тем, что наклонные каналы выполнены под углом 120 150° к оси ротора. 13. Двигатель по пп. 6 12, отличающийся тем, что соотношение диаметров наклонных каналов и подводов выполнено равным 1 1,2. 14. Двигатель по пп. 6 13, отличающийся тем, что каждое его сопло выполнено с соотношением диаметров среза и критического сечения, равным 1,2-2. 15. Двигатель по пп. 6-14, отличающийся тем, что соотношение расстояния от оси ротора до оси сопла и диаметра радиального канала выполнено равным 5
15. 16. Двигатель по пп. 6 15, отличающийся тем, что он снабжен распределительным устройством, подключенным к патрубкам и выполненным в виде золотника с электромагнитным управлением.