РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 2001 года по МПК G05D7/00 G05D7/01 

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

Известен регулятор расхода, который имеет широкий диапазон перепадов давлений на малых расходах, например, 100 кг/см² и более (Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика, 1972, стр. 113, рис. 78, б). Упомянутый регулятор расхода содержит корпус с патрубками входа и выхода, в полости которого размещена цилиндрическая камера с окнами и установленными в ней соосно гильзой и подпружиненным поршневым элементом.

Недостатком указанного регулятора является следующее:
- низкая точность поддержания заданного расхода, так как дросселирование потока в регуляторе производится окнами, размещенными на стенке поршневого элемента. Такое исполнение обуславливает действие на плунжер гидродинамических сил, нарушающих чувствительность и, следовательно, точность работы регулятора;
- регулятор не имеет настроечных элементов, с помощью которых можно было бы компенсировать разброс гидравлических характеристик, возникающих из-за влияния производственных отклонений размеров деталей в пределах допусков на их изготовление;
- регулятор является однорежимным, т.е. не содержит элементов дистанционного изменения расхода через регулятор во время работы;
- регулятор не имеет устройств, обеспечивающих надежную работу поршневого элемента при наличии частиц загрязнений в рабочей жидкости.

Известен регулятор расхода прямого действия, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, по оси которого расположен подпружиненный плунжер (патент N 1008157, Англия, МКИ F 1 J, F 2 V, 1964 г - прототип).

В нем плунжер выполнен по одному диаметру, который своей кромкой перекрывает радиальные дросселирующие отверстия. Рабочий поток в регулятор поступает радиально через боковые отверстия плунжера, далее через центральную часть плунжера, пружину и на радиальные дросселирующие отверстия.

Недостатками такого регулятора являются:
- радиальный подводящий поток, воздействуя на плунжер, ухудшает его чувствительность;
- используя центральную часть плунжера для перепуска потока, тем самым, для сохранения необходимой эффективной площади требуется увеличение его диаметра (габаритов);
- рабочий поток, проходя через боковые отверстия плунжера и его центральную часть, через пружину и через радиальные дроселирующие отверстия имеет повышенное сопротивление;
- имеет относительно большие габариты и вес;
- не имеет возможности управления статизмом гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений на регуляторе;
- не имеет возможности настройки исходного сопротивления на регуляторе;
- не имеет возможности выхода на режим главной ступени по заданному закону.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе расхода:
а) плунжер выполнен ступенчатым, по оси регулятора во входном канале установлена направляющая втулка с окнами и диффузорным элементом, взаимодействующим с дросселирующей кромкой, выполненной на меньшем диаметре плунжера, и соединенным с выходным каналом, при этом плунжер меньшим диаметром подвижно размещен в перегородке корпуса, выполненной за диффузорным элементом;
б) на направляющей втулке с окнами установлена подвижно гильза, образующая с окнами втулки задающее сечение и кинематически связанная с управляющим валиком, установленным в корпусе. Полость до задающего сечения соединена через фильтрующий элемент с заплунжерной полостью. В плунжере выполнен глухой осевой канал с радиальными отверстиями, соединяющий полость за задающим сечением через фильтрующий элемент с пружинной полостью плунжера. Заплунжерная полость соединена магистралью с выходным каналом;
в) в направляющей втулке выполнена перегородка с отверстием и установлен подпружиненный шток с поршневым элементом, снабженным затвором, и профилированной иглой, проходящей через отверстие в перегородке, а полости между поршневым элементом и перегородкой и за перегородкой соединены с входным каналом, при этом в направляющей втулке жестко установлено кольцо, взаимодействующее внутренним диаметром с подпружиненным штоком. Полость между поршневым элементом и кольцом соединена с входным и сливным каналами, а на торце кольца выполнено седло, взаимодействующее с затвором поршневого элемента;
г) в направляющей втулке выполнены дополнительные радиальные окна и установлен подпружиненный с поршневым элементом и острой кромкой золотник, взаимодействующий с дополнительными радиальными окнами, при этом входной канал через регулируемое отверстие соединен с поршневой полостью золотника, а пружинная полость золотника соединена с полостью за задающим сечением.

Совокупность указанных признаков проявляет в предлагаемом регуляторе расхода, в сравнении с известными техническими решениями, иные свойства, заключающиеся в улучшении эксплуатационных свойств регулятора.

Упомянутые эксплуатационные свойства заключаются в следующем:
- регулятор обеспечивает поддержание расхода рабочей жидкости постоянным с минимальными отклонениями ≅ 0,5% от заданного значения, в том числе и при работе на загрязненной рабочей жидкости;
- регулятор включает элементы, с помощью которых можно дистанционно управлять режимом работы по расходу в широком диапазоне;
- регулятор имеет фильтрующие элементы, защищающие прецизионные зазоры плунжера при работе на загрязненной рабочей жидкости;
- в регуляторе организован более короткий путь прохода рабочей жидкости, что повышает стабильность его характеристик и уменьшает сопротивление регулятора;
- регулятор включает элементы, обеспечивающие выход на режим главной ступени по заданному закону;
- в регуляторе имеется возможность настройки исходного сопротивления на регуляторе и управления статизмом гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений на регуляторе.

Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен малогабаритный регулятор расхода с обеспечением выхода на режим главной ступени по заданному закону со сливом рабочей жидкости при выходе на режим; на фиг. 2 - регулятор расхода с регулируемым временем выхода на режим главной ступени по заданному закону без слива рабочей жидкости, где:
1 - корпус;
2 - входной канал;
3 - выходной канал;
4 - сливной канал;
5 - плунжер;
6, 24,25 - пружины;
7 - перегородка корпуса;
8,28 - направляющие втулки;
9 - трубка;
10, 11 - фильтрующие элементы;
12 - магистраль;
13 - гильза;
14 - управляющий валик;
15,26- регулировочные элементы;
16 - перегородка;
17 - шток;
18 - поршневой элемент;
19 - затвор;
20 - профилированная игла;
21 - кольцо;
22 - седло;
23 - золотник;
27 - поршневой элемент;
29 - настроечный элемент;
F_з - задающее сечение;
F'₃ - дополнительное задающее сечение;
F_др - дросселирующее сечение;
А - диффузорный элемент;
Б - дросселирующая кромка;
В - заплунжерная полость;
Г - глухой осевой канал;
Д - радиальные отверстия;
Е - полость до задающего сечения;
Ж - окна;
З - полость за задающим сечением;
И - пружинная полость плунжера;
К - полость между поршневым элементом и перегородкой;
Л - полость между поршневым элементом и кольцом;
М - пружинная полость штока;
d - отверстие;
Н - дополнительные радиальные окна;
О - острая кромка золотника;
П - регулируемое отверстие;
Р - перепускной канал;
С - поршневая полость;
Т - пружинная полость золотника;
У - упор.

Регулятор расхода (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с каналами входа 2, выхода 3 и слива 4. По оси регулятора размещены подпружиненный ступенчатый плунжер 5, пружина 6. Во входном канале по оси регулятора установлена направляющая втулка 8 с окнами Ж и диффузорным элементом А, взаимодействующим с дросселирующей кромкой Б, выполненной на меньшем диаметре плунжера 5, и соединенным с выходным каналом 3.

Плунжер меньшим диаметром подвижно размещен в перегородке корпуса 7 за диффузорным элементом А.

На направляющей втулке 8 с окнами Ж установлена подвижно гильза 13, образующая с окнами направляющей втулки задающее сечение F_з и кинематически связанная с управляющим валиком 14, установленным в корпусе 1. Полость до задающего сечения Е соединена через фильтрующий элемент 10 с заплунжерной полостью В. В плунжере выполнен глухой осевой канал Г с радиальными отверстиями Д, соединяющий полость за задающим сечением З через фильтрующий элемент 11 с пружинной полостью плунжера И. Для обеспечения требуемого статизма заплунжерная полость соединена магистралью 12 через регулировочный элемент 26 с выходным каналом. Для обеспечения выхода на режим главной ступени по заданному закону в направляющей втулке 8 выполнена перегородка 16 с отверстием d и установлен подпружиненный шток 17 (пружина 24) с поршневым элементом 18, затвором 19 и профилированной иглой 20, проходящей через отверстие d в перегородке 16. Полость К между поршневым элементом 18 и перегородкой 16 и за перегородкой соединена с входным каналом. В направляющей втулке 8 жестко установлено кольцо 21, взаимодействующее внутренним диаметром с подпружиненным штоком 17. Полость между поршневым элементом 18 и кольцом соединена с входным каналом 2 и сливным каналом 4. На торце кольца 21 выполнено седло 22, взаимодействующее с затвором 19 поршневого элемента 18.

Регулятор расхода (фиг. 2) для обеспечения регулируемого времени выхода на режим главной ступени по заданному закону без слива рабочей жидкости дополнительно состоит из направляющей втулки 28 с дополнительными радиальными окнами Н, в которую установлены пружина 25, подпружиненный золотник 23 с поршневым элементом 27, острой кромкой О и перепускным каналом Р. Острая кромка О золотника взаимодействует с дополнительными радиальными окнами Н, образуя дополнительное задающее сечение F'_з. Поршневая полость золотника С через регулируемое отверстие П соединена с входным каналом 2, а пружинная полость золотника Т соединена с полостью за задающим сечением 3. Упор У ограничивает ход золотника.

Регулятор расхода (фиг 1) работает следующим образом.

Рабочая жидкость поступает в регулятор через входной канал 2, через задающее сечение F_з и дополнительное задающее сечение F'_з. Далее через дросселирующее сечение F_др идет через выходной канал 3 на потребитель. При малом входном давлении задающее сечение F₃ и на упоре в правом положении штока 17 дополнительное задающее сечение F'_з обеспечивают расход рабочей жидкости на предварительном режиме. По мере увеличения входного давления шток 17 медленно, в том числе и за счет демпфирования, перемещается, преодолевая усилие пружины 24, в левое крайнее, соответствующее режиму главной ступени, положение. В левом крайнем положении затвор 19 садится на седло 22 и после выхода на режим главной ступени полностью перекрывает слив рабочей жидкости из регулятора. При перемещении штока 17 профилированная игла 20 увеличивает дополнительное задающее сечение F'_з, что обеспечивает совместно с задающим сечением F_з расход рабочей жидкости на режиме главной ступени. При неизменном задающем сечении F_з и F'_з постоянство расхода рабочей жидкости обеспечивается постоянством перепада давлений на задающих сечениях F_з и F'₃ за счет изменения дросселирующего сечения F_др. При увеличении давления на входе через фильтрующий элемент 10 это давление действует на плунжер 5 и уменьшает дросселирующее сечение F_др. При уменьшении давления на входе падает давление в заплунжерной полости В и под действием пружины 6 дросселирующее сечение F_др увеличивается. В обоих случаях обеспечивается постоянство перепада давлений на задающих сечениях, а следовательно, и постоянство расхода через регулятор.

При увеличении или уменьшении давления на выходе из регулятора происходят аналогичные действия по поддержанию расхода через регулятор.

Изменение расхода через регулятор на режиме главной ступени, например ± 30% от номинального значения, производится вращением управляющего валика 14 и перемещением гильзы 13 на увеличение или уменьшение задающего сечения F₃ и, следовательно, расхода.

Сила пружины 6 выбирается из условия равновесия с усилием от перепада давлений на плунжере 5.

Для регулируемого времени выхода на режим главной ступени по заданному закону без слива рабочей жидкости предлагается вариантное исполнение регулятора расхода (фиг. 2).

Регулятор расхода в этом случае работает следующим образом.

На режиме главной ступени задающее сечение F_з и полностью открытые дополнительные радиальные окна Н обеспечивают расход режима главной ступени. Расход рабочей жидкости на предварительном режиме обеспечивается задающим сечением F_з и настроенным дополнительным задающим сечением F'₃ при помощи настроечного элемента 29. В начале работы регулятор обеспечивает расход предварительного режима. По мере увеличения входного давления через регулируемое отверстие П происходит заполнение поршневой полости С. После заполнения этой полости начинается перестройка регулятора - перемещение до упора У золотника 23 на открытие дополнительного задающего сечения F'_з.

Подбором профиля дополнительных радиальных окон Н, проходного сечения регулируемого отверстия П, жесткости пружины 25, диаметров золотника 23 и поршневого элемента 27, объема поршневой полости С обеспечивается требуемый закон перехода регулятора расхода с предварительного режима на режим главной ступени.

Использование предлагаемого регулятора расхода в системах управления топливопитанием энергетических установок позволяет повысить их экономичность и надежность работы.

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками. Технический результат: использование изобретения в системах управления топливопитанием энергетических установок позволяет повысить их экономичность и надежность. Результат достигается тем, что конструктивные особенности регулятора позволяют обеспечить поддержание расхода рабочей жидкости с минимальными отклонениями ≅0,5% от заданного значения, возможность дистанционного управления режимом работы по расходу в широком диапазоне, возможность работы на загрязненных средах, возможность выхода на режим главной ступени по заданному закону, возможность управления статизмом гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений на регуляторе. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор расхода, содержащий корпус с входным, выходным и сливным каналами, размещенный по оси регулятора подпружиненный плунжер, отличающийся тем, что в нем плунжер выполнен ступенчатым, по оси регулятора во входном канале установлена направляющая втулка с окнами и диффузорным элементом, взаимодействующим с дросселирующей кромкой, выполненной на меньшем диаметре плунжера, и соединенным с выходным каналом, при этом плунжер меньшим диаметром подвижно размещен в перегородке, выполненной в корпусе за диффузорным элементом. 2. Регулятор расхода по п.1, отличающийся тем, что в нем на направляющей втулке с окнами установлена подвижно гильза, образующая с окнами втулки задающее сечение и кинематически связанная с управляющим валиком, установленным в корпусе, полость до задающего сечения соединена через фильтрующий элемент с заплунжерной полостью, при этом в плунжере выполнен глухой осевой канал с радиальными отверстиями, соединяющий полость за задающим сечением через фильтрующий элемент с пружинной полостью плунжера, а заплунжерная полость соединена магистралью с выходным каналом. 3. Регулятор расхода по п.1, отличающийся тем, что в нем в направляющей втулке выполнена перегородка с отверстием и установлен подпружиненный шток с поршневым элементом, снабженным затвором, и профилированной иглой, проходящей через отверстие в перегородке, а полости между поршневым элементом и перегородкой и за перегородкой соединены с входным каналом, при этом в направляющей втулке жестко установлено кольцо, взаимодействующее внутренним диаметром с подпружиненным штоком, полость между поршневым элементом и кольцом соединена с входным и сливным каналами, а на торце кольца выполнено седло, взаимодействующее с затвором поршневого элемента. 4. Регулятор расхода по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем в направляющей втулке выполнены дополнительные радиальные окна и установлен подпружиненный с поршневым элементом и острой кромкой золотник, взаимодействующий с дополнительными радиальными окнами, при этом входной канал через регулируемое отверстие соединен с поршневой полостью золотника, а пружинная полость золотника соединена с полостью за задающим сечением.