УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1997 года по МПК G05D7/06 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности, к устройствам регулирующим в энергетических установках расход или давление текучей рабочей среды.

Известно устройство для регулирования газового потока [1] содержащее корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе регулирующий орган, включающий неподвижный элемент в виде капилляра и подвижный элемент в виде уплотнителя, закрепленного на упругой мембране, причем перемещение подвижного элемента осуществляется электромагнитным приводом. Данное устройство является аналогом заявляемого устройства.

Недостатком такого устройства является двухпозиционный режим работы: при включении привода регулирующий орган переводится из положения "нормально закрыт" в положение "открыт" и не может быть зафиксирован в промежуточном положении. Кроме того, устройство недостаточно надежно в связи с ограниченной циклопрочностью мембраны. При использовании устройства для большого расхода текучей среды, когда на подвижный элемент воздействует значительная аэродинамическая или гидродинамическая сила со стороны потока текучей среды, необходимо существенно увеличивать мощность электромагнитного привода.

Известно также устройство для регулирования расхода газа [2] содержащее привод, корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе регулирующий орган, включающий неподвижный элемент в виде центрального профилированного тела и подвижный элемент, кинематически связанный с приводом, причем привод размещен вне корпуса.

Это устройство может быть принято за прототип.

Недостатки такого устройства связаны с тем, что для обеспечения кинематической связи подвижного элемента и привода из корпуса необходимо вывести соединительный элемент и одновременно обеспечить уплотнение места вывода. При длительном времени работы и высоком давлении рабочей среды это представляет значительную трудность и неизбежно приводит к необходимости затраты энергии на преодоление трения в местах уплотнения, а также к потерям рабочей среды из-за возможной протравки, которая обычно увеличивается по мере износа уплотнения.

Целью изобретения является повышение надежности и ресурса работы, снижение затрат энергии для перемещения подвижного элемента.

Это достигается тем, что в устройстве для регулирования потока текучей среды, содержащем привод, корпус с парубками входа и выхода, установленный в корпусе регулирующий орган, включающий неподвижный элемент в виде центрального профилированного тела и подвижный элемент, связанный с приводом, привод выполнен в виде электромагнитного линейного шагового двигателя, якорь которого имеет форму гильзы, жестко связан с подвижным элементом и размещен с возможностью продольного перемещения в корпусе, а статор совмещен с корпусом и выполнен составным из чередующихся герметично соединенных между собой немагнитных и магнитных элементов, каждая пара которых служит полюсами двигателя и образует окно, в котором размещена обмотка управления.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства; на фиг. 2 показан узел I на фиг.1
Устройство для регулирования потока текучей среды содержит корпус 1 с патрубком 2 входа и патрубком 3 выхода. Устройство снабжено приводом, который выполнен в виде линейного шагового двигателя. Статор двигателя совмещен с корпусом 1, поэтому корпус выполнен составным: немагнитные элементы 1,5 чередуются с магнитными элементами 6. На внутренней поверхности элементов 6 выполнена зубцовая структура. Элементы корпуса герметично соединены между собой. Каждая пара элементов 6 служит полюсами электромагнитного линейного шагового двигателя и образует окно 7, в котором размещена обмотка управления. Закрепленные на корпусе полукольца 8 служат внешним цилиндрическим магнитопроводом статора двигателя. По оси корпуса установлено центральное профилированное тело 9, прикрепленное к корпусу пилонами 10 и служащее неподвижным элементом регулирующего органа. Подвижным элементом регулирующего органа является гильза а, образующая с центральным телом 9 кольцевой канал. Якорь 12 двигателя выполнен также в форме гильзы, снабжен зубцовой структурой на наружной поверхности и жестко соединен ребрами 13 с гильзой 11.

В корпусе 1 расположена втулка 14, жестко и герметично соединенная с патрубком 2 и снабженная кольцевыми выступами 15 на наружной поверхности, которые охватываются с зазором гильзой 11, образуя лабиринтное уплотнение. На втулке 14 установлен стакан с поясками 16 и 17, являющимися направляющими для перемещения в продольном направлении якоря 12.

Описываемое устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотку управления появляется электромагнитная тяговая сила, действующая на якорь 12. В зависимости от циклограммы включения обмоток можно обеспечить линейное перемещение якоря на один шаг или несколько шагов, возвратно-поступательное движение якоря 12 или его стопорение относительно корпуса 1. Шаг перемещения определяется как конструктивными параметрами (количеством и взаимным расположением секций статора, геометрическими параметрами зубцовой структуры на полюсах и якоре линейного шагового двигателя), так и циклограммой включения обмоток.

Текучая среда от входного патрубка 2 поступает во втулку 14 и разделяется на два потока:
основной поток направляется к кольцевому каналу и далее на выход, минуя пилоны 10;
небольшая часть текучей среды, шунтируя основной поток, проходит через лабиринтное уплотнение, обтекает гильзу 11 и, выходя между ребрами 13, смешивается с основным потоком. Такая организация проточной части позволяет практически разгрузить подвижные элементы от действия неуравновешенных сил, связанных с воздействием потока текучей среды.

За счет профилированной поверхности тела 9 при перемещении гильзы 11 происходит изменение площади кольцевого канала. Это, в свою очередь, приводит к изменению параметров текучей среды (например, давления или расхода), что используется при регулировании энергетической установки.

Применение линейного шагового двигателя в качестве привода, совмещение статора привода с корпусом устройства и жесткое соединение якоря с подвижным элементом регулирующего органа исключает необходимость использования какой-либо кинематической связи между приводом и подвижным элементом, а также установку уплотнений, что обеспечивает надежность устройства и повышает ресурс его работы.

При испытаниях опытного образца заявляемого устройства в системе регулирования давления магистрали энергетической установки получены удовлетворительные результаты. Подтверждена работоспособность устройства при больших расходах воздуха и воды.

Предложено устройство для регулирования потока текучей среды в энергетических установках. Отличительной особенностью предложенного устройства является отсутствие кинематической связи подвижного элемента регулирующего органа с приводом. Это достигается тем, что привод выполнен в виде электромагнитного линейного шагового двигателя, статор которого совмещен с корпусом устройства и выполнен составным из чередующихся, герметично соединенных между собой немагнитных и магнитных элементов, причем каждая пара последних служит полюсами двигателя и образует окно, в котором размещена обмотка управления. Кроме того, якорь двигателя выполнен в виде гильзы и жестко связан с подвижным элементом регулирующего органа. Такое выполнение позволяет повысить надежность устройства и его ресурс. 2 ил.

Устройство для регулирования потока текучей среды, содержащее привод, корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе регулирующий орган, включающий неподвижный элемент в виде центрального профилированного тела и подвижный элемент, связанный с приводом, отличающееся тем, что привод выполнен в виде электромагнитного линейного шагового двигателя, якорь которого имеет форму гильзы, жестко связан с подвижным элементом и размещен с возможностью продольного перемещения в корпусе, а статор совмещен с корпусом и выполнен составным из чередующихся герметично соединенных между собой немагнитных и магнитных элементов, причем каждая пара последних служит полюсами двигателя и образует окно, в котором размещена обмотка управления.