РЕГУЛЯТОР ПОТОКА Российский патент 2001 года по МПК G05D7/00 

Изобретение относится к регуляторам потока.

Например, в отопительных установках необходимо регулировать потоки жидкости. В этой ситуации объемный расход должен быть независим от преобладающего перепада давления. Для выполнения этой функции предлагается, например, в работе "Recknagel, Sprenger, Honman: Taschenbuch fur Heizung- und Klimatechnik", издание 92/93, страница 433, рисунок 223-25, последовательно соединять редуктор давления и регулятор расхода. В этой схеме редуктор давления является вентилем, уменьшающим давление до такой степени, при которой обеспечивается постоянный перепад давления через регулятор расхода. В таком случае в вентиле, используемом в качестве регулятора расхода, имеется определенное соотношение между положением вентиля и проходящим потоком.

Вентиль, используемый в качестве регулятора расхода, имеет в максимально открытом положении установленный, проходящий через него номинальный поток. При эксплуатации максимальный проходящий поток обычно не требуется. По этой причине во многих случаях такие регуляторы расхода имеют устройство для ограничения проходящего потока. В таком случае ограничения проходящего потока достигают воздействием ограничения хода. Однако воздействие ограничения хода допускает регулировку в относительно небольшом диапазоне, что считается недостатком регулирования.

Из патента ФРГ N 2365679 известен регулятор потока с мембраной 12, воспринимающей перепад давления на органе дросселирования и соответственно перемещающей клапан 15. Такая конструкция, представляющая наиболее близкий аналог изобретения, имеет недостаток, заключающийся в том, что ограничение расхода через регулятор приводит к уменьшению располагаемого диапазона регулирования.

В соответствии с изобретением предлагается компактный регулятор потока, который, выполняя функции регулятора давления, делает проходящий через него поток независимым от перепада давления, так что величина этого потока однозначно зависит от степени открытия вентиля, а способ ограничения проходящего потока позволяет сохранить весь диапазон регулировки, таким образом устраняя указанный выше недостаток уровня техники.

Предложенный регулятор потока имеет корпус с расположенными в нем первой и второй зонами дросселирования. Первая зона дросселирования регулирует перепад давления через вторую зону дросселирования, поддерживая его на постоянной величине, причем данное регулирование осуществляется посредством гидравлического привода, имеющего мембрану, одна сторона которой образует стенку первой камеры давления, сообщающейся с впускной камерой регулятора потока, а другая сторона образует стенку второй камеры давления, сообщающейся с камерой за второй зоной дросселирования. Мембрана соединена тягой с регулировочным конусом, который является элементом первой зоны дросселирования.

Отличие настоящего регулятора от ближайшего уровня техники состоит в том, что вторая зона дросселирования имеет конус, который установлен с возможностью бесступенчатого аксиального перемещения относительно отверстия с помощью привода вентиля посредством оси вентиля, при этом конус второй зоны дросселирования содержит по меньшей мере две отдельные части, которые установлены с возможностью перемещения одна относительно другой, а эффективное поперечное сечение зоны дросселирования является изменяемым посредством изменения зазора между этими отдельными частями.

В частных вариантах выполнения регулятора первая конусная часть может быть жестко соединена с осью вентиля, в то время как вторая конусная часть может быть установлена с возможностью аксиального перемещения на оси вентиля. Вторая конусная часть может иметь внутреннее отверстие, резьба которого взаимодействует с резьбой оси вентиля. Вторая конусная часть может удерживаться таким образом, чтобы не иметь возможность вращения при вращении оси вентиля. При этом средство, предотвращающее вращение второй конусной части, может быть образовано штырем, прикрепленным к конусной части, контактирующим с канавкой, которая неподвижна относительно корпуса регулятора.

Регулировка зазора между конусными частями может выполняться вращением, осуществляемым с помощью поворотного вала с закрепленным на нем червячным колесом, при этом вращение может быть передано зубчатому колесу, которое закреплено на оси вентиля и которое находится в зацеплении с червячным колесом для передачи вращения оси вентиля. В этом случае вал может быть соединен с регулировочным электродвигателем с возможностью получения от него вращательного движения, при этом такой регулировочный электродвигатель может приводиться в действие с помощью регулятора.

Конструкция предлагаемого устройства будет описана на примере со ссылкой на чертежи, где:
фиг.1 представляет собой регулятор потока в разрезе,
фиг. 2а и фиг. 2б - схематические изображения поперечного сечения, ограничивающего поток, и
фиг. 3 - диаграмма потока.

На фиг. 1 позицией 1 указан регулятор потока, через впускную камеру 2 которого поток жидкости поступает в регулятор 1 потока и через выпускную камеру 3 которого поток жидкости покидает регулятор 1 потока, что также показано стрелками. Между впускной камерой 2 и выпускной камерой 3 расположены первая и вторая зоны дросселирования, соединенные последовательно и расположенные в одном корпусе 7 регулятора потока. Первая зона дросселирования образована регулировочным конусом 9 и первым отверстием 8 клети 6 с двумя опорными поверхностями, а вторая зона дросселирования образована конусом 4, который установлен с возможностью взаимодействия со вторым отверстием 5 и перемещения относительно клети 6 с двумя опорными поверхностями, что позволяет регулировать степень открытия вентиля.

Клеть 6 с двумя опорными поверхностями неподвижно соединена с корпусом 7 регулятора. Первое отверстие 8 и второе отверстие 5 выполнены на противоположных сторонах клети 6 с двумя опорными поверхностями. Регулировочный конус 9, который является элементом первой зоны дросселирования, установлен с возможностью перемещения относительно этого отверстия 8. Регулировочный конус 9 соединен посредством тяги 10 с мембраной 11. Мембрана 11 является частью гидравлического привода 12, который регулирует положение регулировочного конуса 9 относительно отверстия 8. Такое регулирование становится возможным благодаря тому, что на мембрану 11 действуют с одной стороны давление притока, а с другой - давление в клети 6 с двумя опорными поверхностями. Для осуществления такого воздействия первая камера 13 давления соединена с впускной камерой 2 посредством трубопровода 14. Вторая камера 15 давления соединена с камерой 18 в клети 6 с двумя опорными поверхностями с помощью отверстия 16 в тяге 10 и отверстия 17, проходящего в поперечном направлении.

Направляющий корпус 19, соединенный с корпусом 7 регулятора, предназначен, с одной стороны, для направления регулировочного конуса 9, а с другой - для поддержания пружины 20 регулятора. Пружина 20 регулятора определяет опорное значение в ответ на перепад давления, причем опорное значение является значением (давления) до которого это устройство обеспечивает регулировку. Ее сила добавляется к тому усилию, которое регулировочный конус 9 прикладывает к мембране 11. В противоположном направлении действует сила, которая возникает в результате давления p1, получаемого во впускной камере 2. Если давление p1 во впускной камере 2 повышается, то давление в камере 13 давления также повышается. Это увеличивающееся давление перемещает мембрану 11 по направлению к пружине 20 регулятора до тех пор, пока снова не установится равновесие сил. В то же самое время регулировочный конус 9 перемещается по направлению к отверстию 8 благодаря перемещению мембраны 11 посредством тяги 10, так что давление p2 в клети 6 с двумя опорными поверхностями, то есть в камере 18, повышается так же, как давление p1 во впускной камере 2. Соответственно перепад давления между впускной камерой 2 и камерой 18 остается постоянным.

В этом случае перепад давления через вышеупомянутую вторую зону дросселирования, которая образуется конусом 4 и вторым отверстием 5 клети 6 с двумя опорными поверхностями, также остается постоянным. Это означает, что регулировка степени открытия вентиля становится независимой от перепада давления.

Вторая зона дросселирования служит фактическим узлом регулировки потока, проходящего через вентиль. В соответствии с этим вариантом воплощения вторая зона дросселирования имеет такую конфигурацию, что ограничение потока возможно без ограничения хода, так что всегда можно использовать всю длину хода, что является преимуществом регулирования. Этого достигают приданием конусу 4 соответствующей формы.

Регулировочный элемент проходящего потока содержит конус 4, который закреплен на оси 21 вентиля. Поток может быть известным способом изменен посредством аксиального перемещения оси 21 вентиля. Для этой цели предназначен привод вентиля любого типа (не показанный на фиг. 1). Привод вентиля позволяет перемещать ось на всю длину H хода между двумя предельными положениями "закрыто" и "полностью открыто". Привод вентиля является, как правило, приводом непрерывного действия, так что возможны любые промежуточные положения между двумя предельными положениями.

В одном из конструктивных вариантов конус 4 содержит первую конусную часть 22, которая жестко установлена на оси 21 вентиля, и вторую конусную часть 23, которая может аксиально смещаться относительно первой. В соответствии с этим зазор между первой конусной частью 22 и второй конусной частью 23 является изменяемым. Конструктивное выполнение такого относительного позиционирования может быть различным. На фиг. 1 показана одна из возможных конструкций. В таком устройстве ось 21 вентиля имеет резьбу 21 в той части, где на ней установлена вторая конусная часть 23. На внутренней стороне своего отверстия конусная часть 23 имеет резьбу, которая согласуется с резьбой 24. В конусной части 23 закреплен штырь 25, контактирующий с направляющей канавкой 26, которая предусмотрена в стойке 27. Стойка 27 неподвижно соединена с клетью 6 с двумя опорными поверхностями.

Такое устройство обеспечивает изменение зазора между первой конусной частью 22 и второй конусной частью 23 при вращении оси 21 вентиля. При вращении в одном направлении зазор увеличивается, а при вращении в противоположном направлении зазор уменьшается.

На фиг. 2а и на фиг. 2б, на которых теми же ссылочными номерами, что и на фиг. 1, обозначены аналогичные элементы, показаны различные зазоры, которые таким образом были получены между конусными частями 22, 23. В обоих случаях нижняя конусная часть 22 соединена с осью 21 вентиля одинаково, положения верхней конусной части 23 изменяются. На фиг. 2а показано, что зазор между двумя конусными частями 22, 23 больше, в то время как на фиг. 2б он существенно меньше. Из этого следует, что, несмотря на одно и то же положение оси, поток через регулятор меньше в случае, показанном на фиг. 2б, чем в случае, показанном на фиг. 2а.

Регулировку зазора между конусными частями 22, 23 вращением оси 21 вентиля осуществляют (фиг. 1) благодаря тому, что зубчатое колесо 28 неподвижно установлено на оси 21 вентиля. Червячное колесо 30, которое неподвижно установлено на валу 29, находится в зацеплении с зубчатым колесом 28. Вал 29 приводят в движение либо вручную, либо, преимущественно, с помощью регулировочного электродвигателя (не показан). Механизация регулировки позволяет сделать ее дистанционной. Таким образом регулятор может производить регулировку. Это выгодно в больших установках, если необходимо управлять большим числом регуляторов потока. В этом случае возможно, например, обеспечить регулирование потоков дистанционно с централизованного пульта. Такое решение предоставляет новые возможности в отношении централизованного управления большими установками. Так, например, районная отопительная установка может воздействовать на максимальное ограничение объемного расхода у потребителей и таким образом реагировать на особые ситуации, например в течение крайне холодных периодов или при уменьшении производительности районной отопительной установки.

Описываемый регулятор потока 1 имеет такую конструкцию, что, когда привод вентиля не действует, вентиль автоматически перемещается в крайнее положение "закрыто".

Для этой цели известным образом служит пружина 31 сжатия, причем эта пружина сжатия одним концом упирается в корпус 7 регулятора, а другим концом - в нажимную пластину 32, соединенную с осью 21 вентиля. Для полноты описания следует также упомянуть, что регулировочный конус 9 имеет отверстие 33, которое предназначено для сброса давления. Сила, действующая на регулировочный конус 9 известным образом, компенсируется этим эффектом сброса давления.

На фиг. 3 показана диаграмма потока. Зависимость потока от длины хода оси иллюстрируется линейными характеристиками. Первая кривая A показывает параметры потока, когда зазор между двумя конусными частями 22, 23 большой, как показано на фиг. 2а, а вторая кривая B показывает параметры потока при меньшем зазоре, как показано на фиг. 2б.

Номинальный поток через регулятор 1 потока обеспечивается самым большим зазором, который может быть установлен между конусными частями 22, 23, при самом большом перемещении оси 21 вентиля относительно закрытого положения. Уменьшение потока, которое эффективно во всем регулировочном диапазоне оси 21 вентиля, осуществляют уменьшением зазора между конусными частями 22, 23.

Полное перемещение оси 21 вентиля возможно как в том случае, когда конусные части 22, 23 разнесены на наибольшее возможное расстояние, так и в случае любого меньшего зазора. Этим обеспечивается возможность использования всего диапазона перемещений оси 21 вентиля, то есть всего диапазона регулировки.

Регулятор потока предназначен для регулирования потока жидкости. Регулятор потока содержит корпус (7), первую и вторую зоны дросселирования, расположенные в корпусе (7), гидравлический привод (12) регулирования посредством первой зоны (8, 9) дросселирования перепада давления через вторую зону (4, 5) дросселирования до постоянной величины. Гидравлический привод (12) снабжен мембраной (11), одна сторона которой образует стенку первой камеры (13) давления, сообщающейся с впускной камерой (2) регулятора потока. Другая сторона мембраны (11) образует стенку второй камеры (15) давления, сообщающейся с камерой (18) за второй зоной (4, 5) дросселирования. При этом мембрана (11) соединена тягой (10) с регулировочным конусом (9), который является элементом первой зоны (8, 9) дросселирования. Вторая зона (4, 5) дросселирования имеет конус (4), который установлен с возможностью бесступенчатого аксиального перемещения относительно отверстия (5) с помощью привода вентиля посредством оси (21) вентиля. При этом конус (4) второй зоны дросселирования содержит по меньшей мере две отдельные части (22, 23), которые установлены с возможностью перемещения одна относительно другой. Эффективное поперечное сечение зоны (4,5) дросселирования является изменяемым посредством измерения зазора между отдельными частями (22, 23). Изобретение позволяет делать поток, проходящий через регулятор потока, независимым от перепада давления с сохранением всего диапазона регулировки. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Регулятор потока, имеющий корпус (7), первую и вторую зоны дросселирования, расположенные в корпусе (7), и гидравлический привод (12) регулирования посредством первой зоны (8, 9) дросселирования перепада давления через вторую зону (4, 5) дросселирования до постоянной величины, снабженный мембраной (11), одна сторона которой образует стенку первой камеры (13) давления, сообщающейся с впускной камерой (2) регулятора потока, а другая сторона образует стенку второй камеры (15) давления, сообщающейся с камерой (18) за второй зоной (4, 5) дросселирования, при этом мембрана (11) соединена тягой (10) с регулировочным конусом (9), который является элементом первой зоны (8, 9) дросселирования, отличающийся тем, что вторая зона (4, 5) дросселирования имеет конус (4), который установлен с возможностью бесступенчатого аксиального перемещения относительно отверстия (5) с помощью привода вентиля посредством оси (21) вентиля, при этом конус (4) второй зоны дросселирования содержит по меньшей мере две отдельные части (22, 23), которые установлены с возможностью перемещения одна относительно другой, а эффективное поперечное сечение зоны (4,5) дросселирования является изменяемым посредством изменения зазора между отдельными частями (22, 23). 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что первая конусная часть (22) жестко соединена с осью (21) вентиля, в то время как вторая конусная часть (23) установлена с возможностью аксиального перемещения на оси (21) вентиля. 3. Регулятор по п.2, отличающийся тем, что вторая конусная часть (23) имеет внутреннее отверстие, резьба которого взаимодействует с резьбой оси (21) вентиля. 4. Регулятор по п.3, отличающийся тем, что вторая конусная часть (23) удерживается таким образом, что она не может вращаться при вращении оси (21) вентиля. 5. Регулятор по п. 4, отличающийся тем, что средство, предотвращающее вращение второй конусной части (23), образовано штырем (25), прикрепленным к конусной части (23), контактирующим с канавкой (26), которая неподвижна относительно корпуса (7) регулятора. 6. Регулятор по одному из пп.2 - 5, отличающийся тем, что регулировку зазора между конусными частями (22, 23) выполняют вращением, осуществляемым с помощью поворотного вала (29) с закрепленным на нем червячным колесом (30), при этом вращение может быть передано зубчатому колесу (28), которое закреплено на оси (21) вентиля и которое находится в зацеплении с червячным колесом (30) для передачи вращения оси (21) вентиля. 7. Регулятор по п.6, отличающийся тем, что вал (29) соединен с регулировочным электродвигателем с возможностью получения от него вращательного движения, при этом регулировочный электродвигатель приводится в действие с помощью регулятора.