РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 1996 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками, в частности ЖРД.

Известный регулятор расхода содержит корпус, помещенную в корпусе цилиндрическую камеру, на которой установлены подпружиненные поршневой элемент и гильза командного дросселя, кинематически связанная с управляющим валиком (Козлов А. А. и др. Система питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М. Машиностроение, 1988, с. 165, рис.2.55).

Недостатком упомянутого регулятора расхода является то, что надежность его работы на рабочей жидкости с загрязнением недостаточно высокая из-за малых зазоров в поршневом элементе, величина которых составляет 0,04-0,06 мм. Поэтому для обеспечения работоспособности регулятора необходима тонкая фильтрация рабочей жидкости. Последнее является проблемой, когда массовый расход рабочей жидкости составляет 20-50 кг/с и более.

Кроме того, габариты и масса упомянутого регулятора расхода значительны. Вызвано это тем, что в компоновке регулятора поршневой элемент размещен на наружной поверхности командного дросселя.

Известен регулятор расхода, в котором работоспособность регулятора на загрязненной рабочей жидкости достигается применением осциллирующих перемещений поршневого элемента (авт. свид. СССР N 1357923, МКИ G 05 D 7/00, от 07.12.1987 г. (прототип).

Упомянутый регулятор расхода содержит корпус с каналами входа и выхода, цилиндрическую камеру с каналами управляющего давления, поршневой элемент с осевым каналом, установленный в цилиндрической камере и разделяющий ее на две поршневые полости, сообщенные с каналами управляющего давления, причем одна из концевых частей поршневого элемента расположена вне цилиндрической камеры, в канале выхода.

Недостатком указанного регулятора расхода является то, что в нем давление подается в полости поршневого элемента по длинным каналам, выходящим за пределы стенок корпуса. В этом случае при работе регулятора на криогенной рабочей жидкости последняя газифицируется в длинных каналах за счет теплообмена с окружающей средой. Протекание потока с газовыми включениями через жиклеры канала заметно повышает амплитуду колебания гидравлического сопротивления поршневого элемента, поэтому устойчивость процессов, протекающих в энергоустановке, нарушается.

Кроме того, из-за сжимаемости рабочей жидкости в длинных каналах увеличивается время прохождения управляющего сигнала в полости поршневого элемента, поэтому быстродействие регулятора недостаточно высокое.

Следует отметить также, что для поддержания постоянства протекающего расхода необходима дополнительная система управления, которая приводит в действие регулятор по авт. свид. 1357923.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков известного регулятора расхода низкой точности поддержания заданного расхода рабочей жидкости, недостаточного быстродействия, необходимости применения дополнительной системы управления для поддержания постоянства протекающего расхода.

Конструкция предложенного регулятора расхода представлена на чертеже.

Регулятор состоит из корпуса 1 с каналами входа 2 и выхода 3. В корпусе установлен управляющий валик 4 и цилиндрическая камера 5 с каналами 6 и 7 управляющего давления. В канале 7 установлен калиброванный жиклер 8.

В цилиндрической камере установлен поршневой элемент 9 с осевым каналом 10 и калиброванным жиклером 11. Поршневой элемент разделяет цилиндрическую камеру на поршневые полости 12 и 13, сообщенные с каналами управляющего давления.

Одна из концевых частей 14 поршневого элемента расположена вне цилиндрической камеры в канале выхода 3. При перемещении поршневого элемента 9 в камере 5 кромка 15 изменяет проходное сечение патрубка 3, дросселируя поток рабочей жидкости.

В цилиндрической камере установлены пружина 16 и крышка 17, охватывающая недросселирующую концевую часть 18 поршневого элемента, при этом стенки крышки 17 и цилиндрической камеры 5 образуют канал подвода управляющего давления 6.

На стенке цилиндрической камеры 5 выполнены окна 19 и установлена гильза 20, кинематически связанная зубчатым зацеплением с управляющим валиком 4. Кромка гильзы 21 перекрывает проходное сечение окон 19.

Регулятор расхода работает следующим образом.

Рабочая жидкость поступает в регулятор через канал входа 2 и вытекает через канал выхода 3. При неизменном угловом положении валика 4 регулятор поддерживает расход протекающей рабочей жидкости постоянным. При протекании жидкости через окна 19 возникает перепад давления ΔP, который через каналы 6 и 7 действует на поршневой элемент 9, вызывая его перемещение.

Сила пружины 16 выбирается при настройке регулятора такой, чтобы уравновесить силу, действующую на поршневой элемент 9 при заданном расходе рабочей жидкости, заданном угловом положении управляющего валика 4 и заданном положении дросселирующей кромки 15 относительно канала выхода 3.

Если в настроенном регуляторе расход рабочей жидкости отклоняется от заданного значения, например уменьшается, то снижается перепад давлений на окнах 19 и, следовательно, уменьшается сила, действующая на поршневой элемент 9. В результате под действием пружины 16 поршневой элемент 9 перемещается и кромка 15 открывает проходное сечение выходного канала. Расход через регулятор возрастает.

При увеличении расхода рабочей жидкости сверх заданного значения регулятор работает аналогично описанному выше.

Режим работы регулятора по расходу изменяется при повороте валика 4 системой управления энергоустановки. Поворот валика 4 вызывает перемещение гильзы 20 относительно окон 19 и изменение проходного сечения окон. Последнее приводит к изменению режима работы регулятора по расходу.

Работоспособность регулятора на загрязненной рабочей жидкости достигается за счет осциллирующих осевых перемещений поршневого элемента так же, как это осуществляется в регуляторе расхода (авт. свид. 1357923).

При появлении перепада давления ΔP устанавливается переток рабочей жидкости через калиброванные жиклеры 11 и 7 и калиброванные зазоры 22 и 23.

При протекании потока в канале, образованном концевой частью 14 и стенками выходного патрубка 3, турбулентные пульсации действуют на концевую часть 14, вызывая поперечные вибрации поршневого элемента. Амплитуда вибрации равна величине калиброванных зазоров 22 и 23. Коэффициент расхода калиброванных зазоров 22 и 23 зависит от расположения поршневого элемента 9 относительно стенок цилиндрической камеры 5.

Поперечная вибрация концевой части 14 вызывает перемещение поршневого элемента 9 относительно стенок цилиндрической камеры 5 и, следовательно, пульсации расхода и давления в междужиклерной поршневой полости 13. Последнее вызывает осциллирующие возвратно-поступательные перемещения поршневого элемента 9 вдоль его оси.

Использование: в гидроавтоматике и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками. Сущность изобретения: регулятор расхода состоит из конуса 1, цилиндрической камеры 5 с каналами управляющего давления 6 и 7, поршневого элемента 9 с осевым каналом 10, установленного в цилиндрической камере и разделяющего ее на две поршневые полости 12 и 13, сообщенные с каналами управляющего давления, причем одна из концевых частей 14 поршневого элемента расположена вне цилиндрической камеры, в канале выхода 3. Улучшение эксплуатационных свойств регулятора расхода достигается тем, что поршневой элемент подпружинен, в корпусе установлен управляющий валик 4, в цилиндрической камере установлена крышка 17, охватывающая недросселирующую концевую часть 10 поршневого элемента, при этом стенки крышки и цилиндрической камеры образуют канал 6 подвода управляющего давления, а на стенке цилиндрической камеры выполнены окна 19 и установлена гильза 20, перекрывающая окна и кинематически связанная с управляющим валиком. Регулятор поддерживает постоянным расход загрязненной рабочей жидкости, в том числе криогенной, имеет повышенное быстродействие. Масса регулятора более чем в три раза ниже массы известных агрегатов аналогичного назначения. 1 ил.

Регулятор расхода, содержащий корпус с каналами входа и выхода, в полости которого установлена цилиндрическая камера с расположенным в ней поршневым элементом с двумя концевыми частями и осевым каналом, разделяющим ее на две поршневые полости, сообщенные с каналами управляющего давления, причем одна из концевых частей поршневого элемента расположена вне цилиндрической камеры и образует с каналом выхода переменный дроссель, отличающийся тем, что поршневой элемент подпружинен, в корпусе установлен управляющий валик, цилиндрическая камера соединена с каналом входа и в ней установлена крышка, охватывающая недросселирующую концевую часть поршневого элемента и ограничивающая первую поршневую полость, при этом стенки крышки и цилиндрической камеры образуют канал управляющего давления, соединенный с каналом входа, на стенке цилиндрической камеры со стороны канала входа выполнены окна, соединяющие канал входа с полостью корпуса, и установлена гильза с возможностью перекрытия окон, кинематически связанная с управляющим валиком, причем канал управляющего давления второй поршневой полости соединен с полостью корпуса.