УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F23N5/24 

Изобретение относится к области автоматизации теплотехнических процессов и может быть использовано преимущественно для автоматизации контроля и регулирования аппаратов, работающих на теплонесущих и тепловыделяющих потоках (газ, пар, вода, воздух).

Устройства для контроля и регулирования, рассматриваемые в качестве аналогов заявленного устройства, содержат исполнительный орган с пусковой кнопкой, с датчиками контролируемых и регулируемых параметров [1]. Многомембранные исполнительные органы этих устройств с микропружинами и с усложненной схемой требуют повышенных трудозатрат производства, в том числе высокой точности, кропотливой сборки и наладки.

Известно устройство для контроля и регулирования, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и расположенный между ними клапан с седлом, надклапанной и подклапанной полостями, пусковую кнопку, запальник, горелку, датчики типа "сопло-заслонка" тяги, пламени и регулируемых параметров [2]. Недостатком прототипа является высокая трудоемкость изготовления, сборки и наладки мембранных узлов клапана. Возможный натяг мембраны при сборке и длительной эксплуатации, особенно при низких температурах, нарушает герметичность запорного органа, снижая надежность изделия. Кроме того, принципиальная схема прототипа допускает выброс хотя и незначительных, но все же порций газа, которые приходится эвакуировать дополнительными трубками в топочное пространство, что также усложняет и удорожает производство и эксплуатацию.

Целью настоящего изобретения является снижение трудоемкости производства и эксплуатации, а также повышение надежности.

Указанная цель в устройстве для контроля и регулирования, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и расположенный между ними клапан с седлом, надклапанной и подклапанной полостями, пусковую кнопку, запальник, горелку, датчики типа "сопло-заслонка" тяги, пламени и регулируемых параметров, достигнута разделением надклапанной и подклапанной полостей через гидродроссель, образованный гарантированным микрозазором между боковой стенкой клапана и корпусом крышки, выполнением запальника с двумя соплами, а сопла датчиков пламени и тяги располагаются в загерметизированных полостях, подпружиненные заслонки сопел находятся под воздействием термочувствительных элементов, полость входного патрубка соединена через последовательно подключенные сопла и загерметизированные полости датчиков сначала тяги, затем пламени к первому соплу запальника, второе сопло которого подключается через сопло пусковой кнопки вновь к полости входного патрубка, причем загерметизированная полость датчика пламени одновременно сообщается с загерметизированной мембраной и расположенной на крышке корпуса первой полостью, жесткий центр мембраны прикреплен к обратному микроклапану с соплом, расположенным во второй загерметизированной полости, надклапанная полость сообщается через подмембранную полость, сопло обратного микроклапана, вторую загерметизированную полость и датчик регулируемого параметра с полостью выходного патрубка, подключенного к основной горелке. Упрощенная же разновидность предлагаемого устройства для реализации только функций контроля образуется при охвате датчика регулируемого параметра шунтирующей трубкой.

Для наглядности работа предлагаемого устройства поясняется на аппарате, работающем на сжигаемом газе. Однако предлагаемое устройство может автоматизировать любой аппарат, работающий на теплоносящем и тепловыделяющем потоках с заменой запальной и основной горелок на контрольное и основное тепловыделяющее устройство.

Изобретение поясняется конструктивной схемой на чертеже.

Предлагаемое устройство контроля и регулирования содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками и расположенный между ними клапан 4 в виде стакана с седлом 5. На клапане предусмотрена прокладка 6, а боковая поверхность его образует с корпусом крышки 7 гарантированный микрозазор 8 в виде гидродросселя, соединяющего подклапанную 9 и надклапанную 10 полости. Надклапанная полость через канал 11, подмембранную полость 12 мембраны 13 с жестким центром 14 и сопло 15 обратного микроклапана 16, загерметизированную прокладкой 17 полость 18, канал 19 со штуцерным гнездом 20, трубку 21, через входное 22 и выходное 23 штуцерные гнезда датчика температуры 24, трубку 25 и штуцерное гнездо 26 подключена к полости выходного патрубка 3. Полость входного патрубка 2 через штуцерное гнездо 27, трубку 28, штуцерное гнездо 29 сопла 30, надмембранную полость 31 мембраны 32 с заслонкой 33 сопла, штуцерное гнездо 34 датчика тяги 35, трубку 36, штуцерное гнездо 37 сопла 38, надмембранную полость 39 мембраны 40 с заслонкой 41 сопла, штуцерное гнездо 42 датчика пламени 43, трубку 44 подключена к первому соплу 45 запальника 46, второе сопло 47 которого через трубку 48 подключено к выходному каналу 49 пусковой кнопки 50 со штоком 51, сальниковым уплотнением 52 и пружиной 53. Шток кнопки жестко прикреплен к заслонке 54 сопла 55. Надклапанная полость датчика пламени через штуцерное гнездо 56, трубку 57, штуцерное гнездо 58 также подключена к загерметизированной крышкой 59 на прокладке 60 надмембранной полости 61 обратного микроклапана 16, прикрепленного к жесткому центру мембраны штоком 62. Подмембранная полость 63 датчика тяги сообщается с атмосферой и содержит пружину 64, опирающуюся на заслонку, жестко прикрепленную к штоку 65, находящемуся под воздействием свободного конца термобиметалла 66, второй конец 67 которого прикреплен с возможностью изменения положения термобиметалла относительно штока, причем термобиметалл установлен у дымоотводящего канала 68 в месте возможного выброса продуктов сгорания газа при нарушениях тяги в дымоотводящем канале. Надмембранная полость датчика пламени отделена от сообщающейся с атмосферой подмембранной полости 69 мембраной с заслонкой сопла, на которую опирается пружина 70 и которая жестко прикреплена к штоку 71, находящемуся под воздействием свободного конца термобиметалла 72, второй конец 73 которого прикреплен с возможностью изменения положения термобиметалла относительно штока, причем термобиметалл находится под воздействием пламени запальника 46. Во входной полости 74 датчика температуры установлена заслонка 75 сопла 76 с прижимной пружиной 77, на заслонку опирается шток 78 в засопловой полости 79, шток уплотнен сальником 80, имеет регулировочную рукоятку 81 и с патрубком 82 образует термочувствительный дилатометрический элемент.

При отсутствии необходимости выполнять функцию регулирования и достаточности выполнять функцию только контроля датчик температуры охватывается шунтирующей трубкой 83.

На клапане 4 предусмотрен упор 84, благодаря которому в крайнем верхнем положении между клапаном и корпусом крышки 7 сохраняется гарантированный зазор, исключающий нарушение гидравлической схемы устройства. В полости вокруг седла 5 прикреплена фильтрующая сетка 85, а полость выходного патрубка 3 подключена трубопроводом к соплу 86 основной горелки 87 теплотехнического аппарата. Между запальной 46 и основной 87 горелками обеспечивается надежная огневая связь. Принципиальная схема заявленного устройства допускает подключение неограниченного числа датчиков контролируемых и регулируемых параметров, причем датчики регулируемых параметров могут подключаться как последовательно, так и параллельно. Kрышка 7 прикреплена к корпусу на прокладке 88.

Предлагаемое устройство для контроля и регулирования работает следующим образом.

В исходном состоянии газ подается на вход 2 устройства и через гидродроссель 8 в виде микрозазора между клапаном 4 и корпусом крышки 7 заполняет надклапанную полость 10, где устанавливается входное давление, прижимающее клапан с уплотнительной прокладкой 6 к седлу 5. Это исключает поступление газа на выходной патрубок 3. Подача газа через датчик температуры 24 на горелку 87 также исключается потому, что газ из надклапанной полости 10 через канал 11 поступает в подмембранную полость 12, где также устанавливается входное давление, мембрана 13 с жестким центром 14 и штоком 62 поднимает микроклапан 16 и закрывает седло 15 благодаря тому, что надмембранная полость 61 оказывается связанной с атмосферой через трубку 57, полость 39, трубку 44 и сопло 45 запальника, а сопло 38 датчика пламени своей подпружиненной заслонкой 41 под действием подвижного конца биметалла 72 нормально закрыто. Датчики пламени и тяги с помощью предусмотренных регулировок 67 и 73 должны быть настроены так, чтобы подвижные концы биметаллов 66 и 72 через штоки 65 и 71 сопло датчика тяги удерживали в исходном положении открытым, а сопло датчика пламени - закрытым, причем биметалл 66 должен быть изогнут с расположением активного слоя внутри, а биметалл 72 - с расположением активного слоя снаружи.

В исходном состоянии газ не подается и на второе сопло 47 запальника, так как сопло 55 пусковой кнопки 50 под действием пружины 53 закрыто заслонкой 54.

Таким образом, в исходном состоянии подача теплонесущего потока - газа на горелку и на запальник полностью исключается.

Для запуска устройства в работу необходимо нажать на пусковую кнопку 50 и кратковременно, до срабатывания датчика пламени, удерживать ее нажатой. Газ через открывшееся сопло 55 через канал 49 поступит на сопло 47 запальника, который разжигают. Под действием пламени запальника 46 биметалл 72 датчика пламени, изгибаясь, освободит шток 71 и заслонка 41 под действием пружины 70 откроет сопло 38 и газ из входной полости 2 через трубку 28, нормально открытое сопло 30 и полость 31 датчика тяги, трубку 36, открывшееся сопло 38 и полость 39 датчика пламени, трубку 44 поступит в сопло 45 запальника 46, пламя его резко увеличится, указывая на то, что пусковую кнопку 50, которая до сего момента удерживалась нажатой, можно освободить, после чего на запальнике установится нормальное пламя. Одновременно газ из полости 39 датчика пламени через трубку 57 поступит в надмембранную полость 61, где также установится входное давление, в обеих полостях мембраны 13 давления сравняются, мембрана с жестким центром 14 и штоком 62, под действием веса опускаясь вниз, отведет микроклапан 16 от седла 15, газ из подмембранной полости 12 через сопло 15, полость 18, канал 19 и трубку 21 поступит в полость 74 датчика температуры 24 и, при открытом сопле 76, газ устремится через полость 79, трубку 25 в полость выходного патрубка 3, давление в надклапанной полости 10, благодаря наличию гидродросселя 8, снизится, под действием входного давления клапан 4, поднявшись, откроет седло 5 и газ поступит на сопло 86 горелки 87, которая воспламенится от запальника 46 благодаря надежной огневой связи между запальником и горелкой.

С повышением температуры теплоносителя, подогреваемого пламенем горелки, установленная в теплоноситель трубка 82 дилатометрического датчика температуры 24, удлиняясь, отведет конец штока 78 от заслонки 75, которая под действием пружины 77 закроет сопло 76, в надклапанной полости 10 давление повысится и клапан 4, опустившись, закроет седло 5, подача газа на горелку 87 прекратится, горелка погаснет, температура теплоносителя снизится, трубка 82 дилатометра, укорачиваясь, штоком 78 надавит на заслонку 75, отводя ее от сопла 76, сопло 76 вновь откроется, что приведет к возобновлению подачи газа на горелку и процесс, повторяясь, обеспечит поддержание заданной рукояткой 81 температуры теплоносителя. При повороте рукоятки 81 на резьбе вокруг оси штока 78 меняется длина штока, что обеспечивает настройку датчика температуры на заданную температуру. На объектах с повышенной инерционностью возможно поддержание заданной температуры теплоносителя не только в дискретном, но и в аналоговом режиме с плавным изменением подачи газа на горелку.

При нарушениях тяги в дымоотводящем канале 68 под воздействием температуры продуктов сгорания газа биметалл 66, разгибаясь, освобождает шток 65, заслонка 33 под действием пружины 64 закрывает сопло 30, в полости 39 датчика пламени устанавливается атмосферное давление благодаря истечению газа через сопло 45 запальника, запальник гаснет, биметалл 72, разгибаясь, через шток 71 заслонкой 41 закрывает сопло 38. В связанной с полостью 39 датчика пламени полости 61 также устанавливается атмосферное давление и газ под давлением в полости 12 поднимает мембрану 13 с жестким центром 14 вверх и клапаном 16 закрывает седло 15, в надклапанной полости 10 через гидродроссель 8 устанавливается входное давление и клапан 4, опустившись, закрывает седло 5, подача газа на выходной патрубок 3 полностью прекращается.

Аналогичное происходит и при случайном аварийном погасании пламени запальника. Повторный пуск в работу заявленного устройства возможен только через пусковую кнопку 50, что обеспечивает безопасность в эксплуатации.

Предлагаемое устройство, в отличие от прототипа, исключает трудоемкие мембранные узлы в корпусе регулятора, что приводит к упрощению конструкции, сборки и наладки работы устройства, а также к существенному уменьшению габаритов и повышению надежности.

Таким образом, устройство для контроля и регулирования благодаря простоте, непосредственности действия прямо от теплонесущего потока без привлечения внешних источников энергии и промежуточных электровырабатывающих узлов, а также малым габаритам и уменьшению трудозатрат производства найдет широкое применение при автоматизации контроля и регулирования аппаратов, работающих на теплонесущих и тепловыделяющих потоках.

Источники информации
1. А. С. Paгозин, Бытовая аппаратура на газовом, жидком и твердом топливе, изд-во "Недра", Ленинград, 1982, рис.61, 66 и 71.

2. Там же, рис.68.

Изобретение относится к автоматизации теплотехнических процессов и может быть использовано преимущественно для автоматизации контроля и регулирования аппаратов, работающих на теплонесущих и тепловыделяющих потоках (газ, пар, вода, воздух). Устройство контроля и регулирования содержит корпус 1 с крышкой 7, между которыми расположен клапан 4 с седлом 5, боковая поверхность клапана образует с корпусом крышки гарантированный зазор в виде гидродросселя, канал контроля с датчиками тяги 35, пламени 43, двумя соплами запальника 46, пусковой кнопкой 50 и полостью входного патрубка 2 образует замкнутую цепь, отделенную от замкнутой цепи канала регулирования, включающей надклапанную полость 10, датчик температуры 24 и полость выходного патрубка 3, загерметизированной надмембранной полостью 61 обратного микроклапана 16. Пуск в работу устройства реализуется нажатием на пусковую кнопку 50 и розжигом запальника 46, что приводит к открытию подачи газа на горелку 87, воспламеняющуюся от запальника 46. Нарушение тяги либо погасание пламени приводит к закрытию сопел соответствующих датчиков, что вызывает повышение давления в надклапанной полости 10 и прекращению подачи газа на горелку 87 благодаря закрытию клапаном 4 седла 5. Регулирование заданного параметра осуществляется открытием либо закрытием сопла датчика соответствующего чувствительного элемента, что вызывает подачу либо прекращение подачи газа только на горелку 87 при продолжающем работать запальнике 46, имеющем надежную огневую связь с горелкой. Изобретение позволяет снизить трудоемкость производства и эксплуатации, а также повысить надежность путем значительного сокращения в корпусе устройства числа трудоемких мембранно-сопловых узлов и замены их одним клапаном. 1 ил.

Устройство для контроля и регулирования, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и расположенный между ними клапан с седлом, надклапанной и подклапанной полостями, пусковую кнопку, запальник, горелку, датчики типа "сопло-заслонка" тяги, пламени и регулируемых параметров, отличающееся тем, что в нем надклапанная и подклапанная полости разделены гидродросселем, образованным гарантированным микрозазором между боковой стенкой клапана и корпусом крышки, запальник содержит два сопла, а сопла датчиков пламени и тяги расположены в загерметизированных полостях, подпружиненные заслонки этих сопел находятся под воздействием термочувствительных элементов, полость входного патрубка соединена через последовательно подключенные сопла и загерметизированные полости датчиков сначала тяги, затем пламени, к первому соплу запальника, второе сопло которого подключается через сопло пусковой кнопки вновь к полости входного патрубка, причем загерметизированная полость датчика пламени одновременно сообщается с загерметизированной мембраной и расположенной на крышке корпуса первой полостью, жесткий центр мембраны прикреплен к обратному микроклапану с соплом, расположенным во второй загерметизированной полости, надклапанная полость сообщается через подмембранную полость, сопло обратного микроклапана, вторую загерметизированную полость и датчик регулируемого параметра с полостью выходного патрубка, подключенной к основной горелке.