ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК G05D16/06 G05D7/01 

Изобретение относится к области автоматического регулирования теплотехнических параметров и может быть использовано в системах автоматического регулирования расходов жидкости различных теплотехнических процессов, в том числе для регулирования температурных параметров в системах теплоснабжения зданий по одному или нескольким параметрам с использованием электронного управляющего прибора.

Известны близкие по техническому решению регулирующие устройства, в которых регулирующий орган, выполненный в виде диска, не имеет жесткой связи с приводом, а управляющее воздействие привода на регулирующий орган осуществляется через технологический поток рабочей жидкости (см., например, устройства для регулирования расхода, описанные в авт. свид. СССР NN 744487, 840821, 1043303, 1462258 - все по МПК G 05 D 7/10).

Общим для этих устройств является недостаток, заключающийся в повышенной длине кольцевого зазора между диском и стенками дисковой (рабочей) камеры, что приводит к повышенным расходам рабочей жидкости, протекающей через рабочую камеру, и, как следствие, к увеличенным размерам управляющего клапана и его привода.

Известно также другое конструктивное исполнение гидравлического устройства с регулирующим органом на торце сильфона, расположенным соосно потоку рабочей жидкости, описанное в авт. свид. СССР N 1476331, МПК G 01 K 17/10.

Однако данное устройство не может быть использовано для регулирования расхода, т.к. предназначено для его измерения.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принято устройство "Регулятор давления", описанное в авторском свидетельстве СССР N 1010604, МПК G 05 D 16/06, содержащее корпус с входным и выходным отверстиями, исполнительный орган, имеющий седло и клапан исполнительного органа с сервоприводом, выполненным в виде сильфона, снабженного установленной в корпусе направляющей осью, в которой выполнен канал с отверстием, связанным с полостью сильфона, и клапан следящего устройства, установленный с возможностью перекрытия канала с отверстием в направляющей оси.

В дальнейшем упомянутые выше отверстия в корпусе именуются каналами, канал с отверстием в направляющей оси - обводным каналом, исполнительный орган - регулирующим органом, седло - посадочным седлом, клапан исполнительного органа - регулирующим клапаном, сервоприводом, а клапан следящего устройства - управляющим клапаном. Направляющей осью в прототипе названа штоковая часть клапана исполнительного органа прототипа, функционально сходная с направляющей осью заявленного устройства.

Недостатком данного устройства являются ограниченность его применения в качестве только регулятора давления и невозможность построения на его основе регуляторов с другим назначением из-за наличия подвижной направляющей оси, требующей уплотнений для подвижных соединений, что резко снижает точность и стабильность регулирования, а также из-за соизмеримости хода управляющего клапана с ходом регулирующего клапана, что требует довольно мощных управляющих приводов.

Кроме того, конструкция, выполненная по прототипу, является более сложной и металлоемкой из-за наличия в ней двух камер для размещения регулирующего органа, разделенных уплотнением для подвижных соединений.

Техническим результатом предлагаемого регулирующего устройства является расширение технологических возможностей и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что гидравлическое регулирующее устройство содержит корпус с входным и выходным каналами, регулирующий орган, имеющий посадочное седло и регулирующий клапан с приводом, выполненным в виде сильфона, снабженного установленной в корпусе направляющей осью, в которой выполнен обводной канал, связанный с внутренней полостью сильфона, и управляющий клапан, установленный с возможностью перекрытия обводного канала, снабженного направляющей осью, которая своей концевой частью, в которой выполнен обводной канал, жестко закреплена в корпусе с одним из торцев сильфона, а подвижный торец сильфона закрыт регулирующим клапаном с осевым отверстием для размещения в нем с кольцевым зазором другой части направляющей оси, на которой выполнены наклонные пазы или лыски, посредством которых внутренняя полость сильфона соединена с входным каналом, при этом эффективная площадь поверхности регулирующего клапана со стороны сильфона больше площади проходного отверстия посадочного сплава, а в качестве привода управляющего клапана на устройстве может быть смонтирована манометрическая термосистема с термобаллоном, снабженным электроподогревательным устройством, или какой-либо другой привод.

Предложенное регулирующее устройство по сравнению с известным прототипом отличается большей универсальностью. Оно может быть использовано для построения регуляторов температуры, давления, расхода, перепада давления, уровня и других, в которых конечная цель достигается путем изменения расхода по сигналу от соответствующего датчика. Например, для регуляторов, работающих без использования постороннего источника энергии, датчиком и одновременно приводом служит манометрическая термосистема.

Такой технический результат возможен в связи с тем, что, в отличие от прототипа в завяленном устройстве направляющая ось неподвижно закреплена в корпусе с сильфоном, а регулирующий клапан на подвижном торце сильфона имеет возможность перемещаться по направляющей оси благодаря наличию в нем осевого отверстия и кольцевого зазора. При этом не требуется установка уплотняющих соединений, так как кольцевой зазор служит для протечки рабочей жидкости из входного канала через внутреннюю полость сильфона и управляющий клапан. Размещение в кольцевом зазоре выполненных на поверхности направляющей оси наклонных пазов или лысок позволяет изменять величину управляющего расхода рабочей жидкости, так как влияет на площадь проходного сечения кольцевого зазора, определяемую диаметром направляющей оси. Это обстоятельство позволяет максимально уменьшить непроизводительные (паразитные) протечки рабочей жидкости через кольцевой зазор в полость сильфона и уменьшить размеры и величину перемещения управляющего клапана, что исключает необходимость в соизмеримости величины хода управляющего клапана с ходом регулирующего клапана, а следовательно, уменьшает и мощность управляющего привода.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности позволяет расширить технологические возможности регуляторов, построенных на основе предлагаемого гидравлического регулирующего устройства, повышает эффективность работы управляющего клапана, делает более стабильными технические характеристики регулирующего устройства.

Кроме того, в заявленном устройстве благодаря наличию осевого отверстия в регулирующем клапане часть полости корпуса, предназначенная для размещения регулирующего органа, состоит из одной и той же камеры вместо двух камер в прототипе, куда входят как посадочное седло с регулирующим клапаном, так и сильфон. Такая конструктивная компоновка позволяет упростить конструкцию и снизить металлоемкость регулятора.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство, осевой разрез; на фиг. 2 изображен вариант его конкретного исполнения; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2.

Гидравлическое регулирующее устройство (фиг.1) включает корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, управляющий клапан 4, расположенный в стакане 5, пружину 6 и посадочное седло 7 с проходным отверстием 8. Регулирующий орган выполнен в виде сильфона 9, внутренняя полость которого является рабочей камерой 10 и который снабжен установленной в корпусе 1 направляющей осью 11. Один из торцев сильфона 9 закрыт крышкой 12 и жестко, посредством переходника 13 и крышки 14, соединен шпильками 15 и гайками 16 с корпусом 1, а с помощью осевой резьбы в крышке 12 - с концевой частью 17 направляющей оси 11. На концевой части 17 выполнен обводной канал 18 с возможностью обеспечения его перекрытия подпружиненным управляющим клапаном 4, а в стакане 5 и переходнике 13 - обводные каналы 19 и 20, предназначенные для соединения рабочей камеры 10 с выходным каналом 3. Подвижный торец сильфона 9 закрыт регулирующим клапаном 21, у которого эффективная площадь поверхности 22 со стороны рабочей камеры 10 больше площади проходного отверстия 8 посадочного седла 7 и который имеет осевое отверстие для размещения в нем с кольцевым зазором 23 направляющей оси 11 с выполненными на ней наклонными пазами или лысками 24, соединяющими рабочую камеру 10 через проходное отверстие 8 с входным каналом 2 корпуса 1.

Привод управляющего клапана 4 выполнен в виде маломощной манометрической термосистемы 25 с термобаллоном 26, снабженным электроподогревательной системой 27, нагревательным элементом 28. Манометрическая термосистема 25 смонтирована на крышке 14 корпуса 1 с помощью накидной гайки 29 и имеет управляющий шток 30, контактирующий с подпружиненным управляющим клапаном 4 регулирующего устройства.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом. При закрытом управляющем клапане 4 и подаче расхода рабочей жидкости во входной канал 2 устройства рабочая жидкость через кольцевой зазор 23 и наклонные пазы или лыски 24 на направляющей оси 11 поступает в рабочую камеру 10. Давление внутри сильфона будет повышаться и, воздействуя на единственную неуравновешенную поверхность 22 подвижного торца - регулирующего клапана 21, будет прижимать его к седлу 7. Усилие прижатия торца будет определяться произведением разности эффективных площадей подвижного торца сильфона и седла 7 на величину входного давления.

При открытом управляющем клапане 4 происходит слив рабочей жидкости из рабочей камеры 10 через обводные каналы 18, 19 и 20 в выходной канал 3 устройства. Давление в рабочей камере 10 понижается за счет дросселирования входного давления кольцевым зазором 23 и наклонными пазами или лысками 24 и станет меньше входного давления. Под действием перепада давлений на подвижном торце сильфона - регулирующем клапане 21 сильфон сжимается, открывая проходное отверстие 8 седла и пропуская расход рабочей жидкости.

Наличие наклонных пазов или лысок 24 на направляющей оси 11 взаимоувязывает величину перемещения подвижного торца сильфона от величины открытия управляющего клапана 4. Определенному открытию управляющего клапана соответствует определенное открытие регулирующего клапана 21.

Если под действием каких-либо причин регулирующий клапан откроется на большую величину, то увеличится площадь проходного сечения кольцевого зазора 23 совместно с площадью проходного сечения наклонных пазов или лысок 24. Расход рабочей жидкости, поступающей в рабочую камеру 10 сильфона, превысит ее слив в выходной канал 3 через управляющий клапан 4. Давление в рабочей камере 10 будет повышаться, что приведет к прикрытию регулирующего клапана 21 и уменьшению проходного сечения наклонных пазов или лысок 24, а следовательно, и уменьшению давления в рабочей камере 10.

Если под действием каких-либо причин регулирующий клапан 21 сильфона откроется на меньшую величину, то слив рабочей жидкости через управляющий клапан 4 превысит ее поступление в рабочую камеру 10, что приведет к дополнительному открытию регулирующего клапана 21. Таким образом, регулирующий орган устройства (подвижной торец сильфона с регулирующим клапаном 21) всегда следит за перемещением управляющего клапана 4.

Усилия, перемещающие подвижный торец сильфона, достаточно велики, что позволяет не учитывать влияние жесткости сильфона на величину его перемещения.

Привод управляющего клапана 4 осуществляется маломощной манометрической термосистемой 25, в которой устанавливаются температурные пределы регулирования рабочей жидкости с помощью специального задатчика (не показан). Электроподогревательная система 27 с помощью датчиков температуры (не показаны) и электронного управляющего прибора (не показан), в котором могут быть заложены и возможности программирования, реагирует на изменения температуры окружающей среды и, учитывая погодные и временные факторы, по заданной программе через нагревательный элемент 28 передает температурные отклонения на термобаллон 26, искусственно изменяя его температуру и тем самым воздействуя на управляющий клапан 4 регулирующего устройства.

Вариант исполнения предлагаемого устройства, изображенный на фиг.2-4, состоит из корпуса 1 с входным каналом 2, крышки 14 с выходным каналом 3, подпружиненного управляющего клапана 4, направляющей оси 11 и регулирующего органа в виде сильфона 9 с рабочей камерой 10.

Особенность варианта заключается в том, что корпус 1 имеет форму фланца, направляющая ось 11 является соосным продолжением входного отверстия 2, а управляющий клапан 4 расположен со стороны цилиндрической части корпуса 1, при этом обводной канал 18 проходит сквозь корпус 1 и направляющую ось 11 с выходом в рабочую камеру 10, а входной канал 2 является и проходным отверстием посадочного седла 7. Один из торцев сильфона 9 закрыт крышкой 12 и жестко закреплен на торце направляющей оси 11 гайкой 31, а другой - подвижный торец - закрыт регулирующим клапаном 21 с осевым отверстием для размещения в нем с кольцевым зазором 23 направляющей оси 11 с выполненными на ней наклонными пазами или лысками 24.

Работает вариант исполнения устройства на фиг.2-4 аналогично основному, см. выше - фиг.1.

Применение различных вариантов компоновок устройства, определяемых условиями производства или эксплуатации, в качестве регулирующего органа позволяет значительно упростить конструкцию всего регулирующего устройства, уменьшить его габаритно-массовые показатели и одновременно повысить надежность, улучшить технические характеристики, сократить себестоимость. Это делает приборы на основе предложенного устройства пригодными для производства в условиях малых и средних предприятий, а также более доступными для потребителей.

Изобретение относится к автоматическому регулированию расходов жидкости, в том числе в системах теплоснабжения зданий с использованием электронного управляющего прибора. В корпусе с входным и выходным каналами имеется регулирующий орган, выполненный в виде сильфона с рабочей камерой и направляющей осью. Один из торцов сильфона закрыт крышкой и соединен с корпусом и направляющей осью, в которой выполнен обводной канал, перекрываемый управляющим клапаном, а другой - подвижный торец - закрыт регулирующим клапаном с осевым отверстием для размещения в нем с кольцевым зазором направляющей оси с выполненными на ней наклонными пазами или лысками. Это делает переменной площадь кольцевого зазора по мере открытия регулирующего клапана и взаимоувязывает его с работой управляющего клапана путем дозированного пропуска рабочей жидкости в рабочую камеру. Привод управляющего клапана выполнен в виде маломощной манометрической термосистемы с термобаллоном, снабженным электроподогревательной системой. При закрытом управляющем клапане происходит перекрытие проходного отверстия устройства подвижным торцом сильфона, а при открытом - соответствующее его открытие с пропуском расхода рабочей жидкости. Технический результат состоит в том, что применение конструктивного решения регулирующего органа согласно изобретению позволяет расширить технологические возможности, упростить конструкцию устройства, уменьшить его габаритно-массовые показатели, повысить надежность работы и уменьшить себестоимость, что создает предпосылки для производства приборов в условиях малых и средних предприятий и большей их доступности для потребителей. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Гидравлическое регулирующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным каналами, регулирующий орган, включающий посадочное седло, регулирующий клапан и сильфон, снабженный установленной в корпусе направляющей осью, в которой выполнен обводной канал, связанный с внутренней полостью сильфона, и управляющий клапан, установленный с возможностью перекрытия обводного канала, отличающееся тем, что в нем направляющая ось своей концевой частью, в которой выполнен обводной канал, жестко закреплена в корпусе с одним из торцов сильфона, а подвижный торец сильфона закрыт регулирующим клапаном, снабженным осевым отверстием для размещения в нем с кольцевым зазором другой части направляющей оси, на которой выполнены наклонные пазы или лыски, посредством которых внутренняя полость сильфона соединена с входным каналом, при этом эффективная площадь поверхности регулирующего клапана со стороны сильфона больше площади проходного отверстия посадочного седла. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на нем смонтирован привод управляющего клапана, выполненный в виде, например, манометрической термосистемы с термобаллоном, снабженным электроподогревательной системой.