ТУРБИННЫЙ ДВУХШТОКОВЫЙ РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 1996 года по МПК G05D7/06 

Изобретение относится к гидроавтоматике, в частности к технике регулирования расхода текучей среды, и может быть использовано в различных областях техники, где точное и тонкое регулирование расхода текучей среды.

Известен турбинный регулятор расхода, содержащий корпус, установленную в нем на валу турбину из ферромагнитного материала и расположенную в области турбины индукционную катушку с включенным в ее цепь переменным резистором /1/.

Недостатком указанного регулятора является небольшой диапазон регулирования.

Наиболее близким по конструктивным признакам и достигаемому результату к предлагаемому регулятору является регулятор по авторскому свидетельству N 1241201.

Указанный регулятор, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус с входным и выходным патрубками, расположенные в нем вал, закрепленный в подшипниковых опорах, дроссельную шайбу, шток, взаимодействующий посредством резьбы с валом, и две турбины с лопатками из ферромагнитного материала и индукционными катушками, установленными в области турбин, при этом ступица первой турбины жестко закреплена на валу, ступица второй через дополнительный подшипник связана с последним и через шпоночное или шлицевое соединение со штоком, а в цепи индукционных катушек через многопозиционные синхронные переключатели включены одинарный и сдвоенный синхронно регулируемые переменные резисторы.

Недостатком этого регулятора является небольшой диапазон и скорость регулирования расхода.

Цель изобретения расширение диапазона и увеличение скорости регулирования.

На фиг. 1 изображена конструкция регулятора, а на фиг. 2 его электрическая схема.

Турбинный двухштоковый регулятор расхода содержит корпус 1 с входным и выходным патрубками 2, 3, закрепленный в подшипниковых опорах 4, 5 вал 6, первую турбину 7, ступица 8 которой закреплена на валу 6, снабженную лопатками 9 из ферромагнитного материала и индукционной катушкой 10, состоящей из сердечника 11 и обмотки 12, корпуса 13, 14 подшипниковых опор 5, 6, закрепленные в пилонах 15, 16, дроссельные шайбы 17, 18, выполненные на валу 6 резьбы 19 и 20 противоположного друг другу направления, гладкие участки 21, 22 для центрирования вала 6, размещенные на посадочных местах 23, 24 дополнительные подшипники 25, 26, вторую турбину 27, третью турбину 28 соответственно со ступицами 29 и 30, лопатками 31, 32 из ферромагнитного материала и индукционными катушками 33, 34, включающими в себя обмотки 35, 36 и сердечники 37, 38, а также шпоночные или шлицевые соединения 39, 40 первого 41 и второго 42 штоков, закрепленные на валу 6 упоры 43, 44, многопозиционные синхронные переключатели 45 /S.1.1-S.1.6/, строенный синхронно регулируемый переменный резистор 46 (P 1.1. P1.2. P 1.3), сдвоенный 47 /R2.1, R2.2/ и одинарный 48 /R3/ синхронно регулируемые переменные резисторы. При этом синхронные переключатели 45 /S1.1-S1.6/ выполнены не менее чем семипозиционными, их количество равно шести /S1.1-S1.6/, причем строенный резистор 46 включен в цепи 12, 35, 36 индукционных катушек 10, 33, 34 через шестой, пятый и четвертый переключатели S1.1, S1.2, S1.3, сдвоенный /47 - R2.1, R2.2/ через третий и второй переключатели S1.4, S1.5, а одинарный /48 - R3/ через первый переключатель S1.6. Вывод катушки 12 /10/ первой турбины 7 подключен к нулевому контакту переключателя 1.2, второму и четвертому контактам переключателя S1.5 и шестому контакту переключателя S1.6, вывод катушки 35 /33/ второй турбины 27 к нулевому контакту переключателя S1.1, четвертому и пятому контактам переключателя S1.4 и первому контакту переключателя S1.6, а вывод катушки 36/34/ третьей турбины 28 к нулевому контакту переключателя S1.3, второму контакту переключателя S1.4, пятому контакту переключателя S1.5 и третьему контакту переключателя S1.6, при этом переключатели 45 /S1.1-S1.6/ снабжены шестью выключателями 49-54 /S2-S7/, включенными в цепи всех резисторов 46 /R1.1, R1.2, R1.3/, 47 /R2.1, R2.2/, 48 /R3/.

Работа турбинного двухштокового регулятора осуществляется на нескольких режимах следующим образом.

Режим тонкого регулирования расхода. Переключатель 45 имеет положение "0". При этом нулевые каналы подключаются к выходам переключателей S1.1-S1.6. Резисторы R1.1, R1.2, R1.3 через переключатели S1.1, S1.2, S1.3 подключены к обмоткам 35, 12, 36 /L1, L2, L3/, но с помощью выключателей S2, S3, S4 отключены от общего провода. В результате по обмоткам 35, 12, 36 электрический ток не протекает и момент сопротивления вращению турбин 27, 7, 28 обусловлен только силами трения. При перемещении движка резистора 46 в первый момент включаются выключатели S2, S3, S4 и обмотки 35, 12, 36 замыкаются на резисторы R1.1, R1.2, R1.3. При вращении под действием потока жидкости турбин 7, 27, 28 в соответствующих им индукционных катушках индуктируется ЭДС и при замкнутости цепей обмоток 12 /L2/, 35 /L1/, 36 /L3/ протекает электрический ток. На турбинах создается момент, зависящий от скорости вращения турбин и определяемый мощностью, расходуемой на вихревые токи и перемагничивание ферромагнитных материалов. Тепло, выделяемое в электрических контурах, определяется зависимостью
Q E²/r,
где Е ЭДС, индуктируемая в катушках, r активное электрическое сопротивление контура.

С уменьшением сопротивлений резисторов увеличиваются ток в обмотках катушек и выделяемое тепло, т.е. возрастает момент сопротивления вращению турбин 27, 7, 28. В результате растет гидравлическое сопротивление потоку среды и снижается ее расход.

Режим среднего регулирования расхода. Переключатель 45 имеет положение "1". При этом первые каналы подключаются к выходам переключателей и S.1.1-S1.6. Через переключатель S1.6 и выключатель S7 обмотка L1 замыкается резистором R3. При включении выключателя S7 и уменьшении сопротивления резистора R3 тормозится турбина 27, при этом шток 41 начинает двигаться к дроссельной шайбе 17, перекрывая проходное сечение, и расход среды уменьшается.

Переключатель 45 имеет положение "2". Через переключатели S1.4, S1.5 и выключатели S5, S6 обмотки L2, L3 замыкаются резисторами R2.1, R2.2. При включении выключателей S5, S6 и уменьшении сопротивлений резисторов R2.1, R2.2 тормозятся турбины 7, 28. Шток 41 движется от дроссельной шайбы 17, увеличивая расход среды.

Переключатель 45 имеет положение "3". Через переключатель S1.6 и выключатель S7 обмотка L3 замыкается резистором R3. При включении выключателя S7 и уменьшении сопротивления резистора R3 тормозится турбина 28, шток 42 движется к дроссельной шайбе 18, уменьшая расход среды.

Переключатель 45 имеет положение "4". Через переключатели S1.4, S1.5 и выключатели S5, S6 обмотки L2, L1 замыкаются резисторами R2.1, R2.2. При включении выключателей S5, S6 и уменьшении сопротивления резисторов R2.1, R2.2 тормозятся турбины 7, 27, шток 42 движется от дроссельной шайбы 18, увеличивая расход.

Режим грубого и быстрого регулирования. Переключатель 45 имеет положение "5". Через переключатели S1.4, S1.5 и выключатели S5, S6 обмотки L1, L3 замыкаются резисторами R2.1, R2.2. При включении выключателей S5, S6 и уменьшении сопротивления резисторов R2.1, R2.2 тормозятся турбины 27, 28, штоки 41, 42 движутся к дроссельным шайбам 17, 18, при этом расход среды быстро уменьшается.

Переключатель 45 имеет положение "6". Через переключатель S1.6, выключатель S7 обмотка L2 замыкается резистором R3. При включении выключателя и уменьшении сопротивления резистора R3 тормозится турбина 7, штоки 41, 42 движутся от дроссельных шайб 17, 18, быстро увеличивая расход среды.

Упоры 43, 44 исключают взаимодействие вращающихся штоков с дроссельными шайбами и подшипниками 4, 5, а также выход штоков из шлицевого или шпоночного соединений 39, 40 со ступицами турбин 27, 28. Наличие пилонов 15, 16 улучшает условия работы вала. Кроме того, упрощается конструкция, т.к. при наличии пилонов нет необходимости в специальных крепежных деталях для закрепления вала в корпусе, нагруженные подшипники интенсивно охлаждаются потоком среды. Наличие на валу 6 гладких участков 21, 22, на которые насажены штоки 41, 42, обеспечивает повышение точности посадки штоков, уменьшение их радиальных биений.

Таким образом, предлагаемый регулятор обеспечивает как медленное и тонкое, так и быстрое и грубое регулирование расхода в широком диапазоне. При необходимости тонкого и глубокого регулирования расхода сначала осуществляется измерение расхода в режиме грубого или среднего регулирования за счет перемещения одного или двух штоков, а затем осуществляется подрегулировка расхода в режиме тонкого регулирования за счет одновременного торможения /синхронного/ трех турбин. Регулятор компактен, прост в управлении, легко разбирается и собирается, обеспечивая возможность замены неисправных элементов и отдельных деталей.

Использование изобретения: гидроавтоматика в различных отраслях промышленности - гидромашиностроении, энергетике, химической технологии. Сущность изобретения: регулятор состоит из трех турбин 7, 27, 28 с установленными в корпусе 1 напротив них индукционными катушками 10, 33, 34 с включенными в их цепи через синхронные переключатели регулируемыми резисторами. Центральная турбина 7 закреплена на валу 6, а турбины 27, 28 расположены по обе стороны от центральной турбины, установлены на валу 6 на подшипниках 25, 26 и связаны со штоками 41, 42 через шлицевые соединения 39, 40. Штоки 41, 42 связаны с валом 6 ходовыми резьбами 19, 20. С двух сторон от штоков расположены дроссельные шайбы 17, 18. Грубое регулирование расхода осуществляется за счет перемещения штоков 41, 42 по ходовым резьбам 19, 20, а тонкое - за счет электромагнитного торможения турбин 7, 27, 28 при изменении электрического сопротивления резисторов, включенных в цепи индукционных катушек 10, 33, 34. Чем меньше электрическое сопротивление цепи катушки, тем больше электрический ток, протекающий в ней, и тормозящий момент, действующий со стороны катушки на соответствующую турбину. Лопатки турбин выполнены из ферромагнитного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбинный двухштоковый регулятор расхода, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенные в нем вал с дроссельной шайбой, закрепленный в подшипниковых опорах, шток, взаимодействующий посредством резьбы с валом, и две турбины с лопатками из ферромагнитного материала и индукционными катушками, установленными в области турбин, при этом ступица первой турбины жестко закреплена на валу, ступица второй турбины через дополнительный подшипник связана с последним и через шпоночное или шлицевое соединение со штоком, а в цепи индукционных катушек первой и второй турбин включены одинарный переменный резистор через первый многопозиционный синхронный переключатель и сдвоенный синхронно регулируемый переменный резистор через второй и третий многопозиционные синхронные переключатели, отличающийся тем, что он снабжен с противоположной стороны от первой турбины третьей турбиной со ступицей, лопатками из ферромагнитного материала и индукционной катушкой, вторым дополнительным подшипником, вторыми дроссельной шайбой и штоком, навернутым на выполненную на валу резьбу с направлением, противоположным направлению резьбы первого штока и взаимно действующим через шпоночное или шлицевое соединение со ступицей третьей турбины, установленной посредством второго дополнительного подшипника на валу, а также четвертым, пятым и шестым многопозиционными синхронными переключателями, регулятор снабжен дополнительным строенным синхронно регулируемым переменным резистором, многопозиционные синхронные переключатели выполнены не менее, чем семипозиционными, причем в цепь индукционной катушки третьей турбины одинарный переменный резистор включен через первый многопозиционный синхронный переключатель, сдвоенный синхронно регулируемый переменный резистор через второй и третий многопозиционные синхронные переключатели, строенный синхронно регулируемый переменный резистор включен в цепи индукционных катушек через четвертый, пятый и шестой многопозиционные синхронные переключатели, вывод индукционной катушки первой турбины подключен к нулевому контакту пятого, второму и четвертому контактам второго и шестому контакту первого многопозиционных синхронных переключателей, вывод индукционной катушки второй турбины к нулевому контакту шестого, четвертому и пятому контактам третьего и первому контакту первого многопозиционных синхронных переключателей, а вывод индукционной катушки третьей турбины к нулевому контакту четвертого, второму контакту третьего, пятому контакту второго и третьему контакту первого многопозиционных синхронных переключателей, при этом каждый многопозиционный синхронный переключатель снабжен выключателем, включенным в цепь соответствующего резистора. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен пилонами, соединяющими подшипниковые опоры вала с дроссельными шайбами, а вал упорами для штоков.