РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК G05D23/20 G05D23/19 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве: в регулировании подачи теплоносителя в системах центрального отопления, в регулировании температуры воздуха в помещении, а также для регулирования подачи жидкостей и газов на других технических объектах.

Известен электромагнитный клапан (см. А.с. №1155824, М.кл. F 16 К 31/02) с ручным дублером, позволяющий дистанционно управлять запорным органом. Недостатком устройства является дополнительный нагрев электромагнита, обусловленный протеканием тока через электромагнит при закрывании запорного органа, что снижает надежность электромагнита и безопасность его эксплуатации.

Известно также устройство для регулирования температуры (см. А.с. №1269114, М.кл. G 05 D 23/20), позволяющее регулировать подачу теплоносителя в трубопроводе в функции его температуры. Недостатком устройства является отсутствие контроля температуры воздуха в помещении и, вследствие этого, низкая точность регулирования, так как температура воздуха может колебаться в результате внешних воздействий. Известный регулятор температуры не позволяет также использовать его при централизованном дистанционном управлении несколькими объектами теплопотребления, удаленными от центра управления из-за потерь тепла в трубопроводе, и, вследствие этого, непредсказуемом падении температуры в магистральном трубопроводе и в конечном итоге на объекте управления. Кроме того, в известном устройстве невозможно дистанционное изменение уставки температуры, а также невозможно регулирование подачи рабочего тела в функции другого параметра, например расхода, уровня.

Цель изобретения - повышение точности регулирующего устройства и расширение области применения.

Достигается это тем, что регулирующее устройство дополнительно снабжено задатчиком температуры объекта, сумматором сигналов управления, двухпозиционным релейным элементом и одновибраторами, при этом запорный орган расположен в корпусе электромагнитного клапана, который содержит основной и вспомогательный электромагниты с подпружиненными относительно корпуса сердечниками, причем ось вспомогательного электромагнита расположена ортогонально оси основного электромагнита, сердечник вспомогательного электромагнита имеет косой срез по форме фиксирующей кольцевой расточки на сердечнике основного электромагнита, имеющей возможность осевого смещения, а запорный орган выполнен в виде цилиндрической заслонки, жестко и соосно связанной с сердечником основного электромагнита, выход задатчика подключен к первому входу сумматора сигналов управления, ко второму входу его подключен выход датчика температуры объекта, а выход сумматора сигналов управления подключен к входу двухпозиционного релейного элемента, подвижный переключающий контакт которого подключен к одному полюсу источника питания, ко второму полюсу подключены первые концы катушек основного и вспомогательного электромагнитов, а их вторые концы подключены через одновибраторы к соответствующим неподвижным контактам релейного элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен электромагнитный клапан, на фиг.2 и на фиг.3 - варианты электрической схемы регулирующего устройства, где номерами обозначены следующие позиции:

1 - входной и выходной патрубки электромагнитного клапана; 2 - запорный орган; 3 - пружина-демпфер; 4 - корпус клапана; 5 - катушка основного электромагнита; 6 - сердечник основного электромагнита; 7 - пружина основного электромагнита; 8 - кольцевая расточка; 9 - винт смещения кольцевой расточки; 10 - катушка вспомогательного электромагнита; 11 - сердечник вспомогательного электромагнита; 12 - пружина вспомогательного электромагнита; 13 - задатчик температуры; 14 - сумматор сигналов управления; 15 - датчик температуры; 16 - релейный элемент; 17 - подвижный переключающий контакт; 18, 19 - неподвижные контакты релейного элемента 16; 20 - одновибратор; 21 - транзистор с р-n-р переходом; 22 - транзистор с n-р-n переходом.

Электромагнитный клапан (фиг.1) работает следующим образом. Через патрубки 1 клапан подключается к системе теплоснабжения. Открывание трубопровода осуществляется в результате вертикального перемещения запорного органа 2. Пружина-демпфер 3 предохраняет запорный орган 2 от удара о корпус 4 клапана. Для открывания трубопровода включается катушка основного электромагнита 5, катушка вспомогательного электромагнита 10 отключена на время, необходимое для перемещения запорного органа 2 в нижнее положение. При этом сердечник основного электромагнита 6 под действием электромагнитной силы перемещается (втягивается) вниз и, преодолевая сопротивление пружины 7, перемещает запорный орган 2. В конце перемещения сердечника 6 кольцевая расточка 8 оказывается против сердечника 11 вспомогательного электромагнита 10, сердечник 11 под действием пружины 12 своим косым срезом входит в кольцевую расточку 8 и фиксирует положение сердечника 6 и, тем самым, положение запорного органа 2. По истечении заданного промежутка времени катушка 5 основного электромагнита отключается. Степень перекрытия трубопровода, то есть положение запорного органа 2, регулируется путем осевого смещения кольцевой расточки 8 с помощью винта 9. Это необходимо для исключения гидравлического удара, возникающего при быстром перекрытии трубопровода в процессе регулирования.

Для перекрытия трубопровода включается катушка 10 вспомогательного электромагнита, сердечник 11 втягивается и перемещается в крайнее правое положение, косой срез сердечника 11 выходит из кольцевой расточки 8, освобождая тем самым сердечник 6 основного электромагнита. Под действием пружины 7 сердечник 6 вместе с запорным органом 2 перемещается в крайнее верхнее положение и остается в нем до повторного включения катушки 5 основного электромагнита. По истечении заданного времени катушка 10 вспомогательного электромагнита отключается.

Таким образом катушки основного 5 и вспомогательного 10 электромагнитов остаются включенными кратковременно, что снижает их нагрев и повышает электробезопасность эксплуатации клапана.

Работа регулирующего устройства осуществляется следующим образом (фиг.2).

С помощью задатчика 13 задается уровень температуры объекта. Действительная температура объекта контролируется датчиком температуры 15, установленным непосредственно на объекте регулирования. Сигналы управления от задатчика 13 и датчика 15 сравниваются в сумматоре 14, на выходе которого формируется сигнал соответствующего знака. Этот сигнал подается на воспринимающее устройство релейного элемента 16. При положительном знаке сигнала на входе релейного элемента 16 замыкаются контакты 17-18, и через одновибратор 20 включается катушка 5 основного электромагнита. При этом электромагнитный клапан открывает трубопровод и температура объекта повышается.

При отрицательном знаке сигнал на входе релейного элемента 16 замыкаются контакты 17-19 и через одновибратор 20 включается катушка 10 вспомогательного электромагнита, что приводит к перекрытию (полному или частичному, в зависимости от положения кольцевой расточки 8, см. фиг.1), трубопровода и снижению температуры объекта.

На фиг.3 представлен вариант технической реализации регулирующего устройства с использованием транзисторов различной проводимости в качестве ключевых элементов. При положительном знаке сигнала управления на базах транзисторов отпирается транзистор 21 и включается основной электромагнит 5, что приводит к открыванию трубопровода и повышению температуры объекта. При отрицательном сигнале на базах транзисторов транзистор 21 запирается, а транзистор 22 отпирается, что приводит к включению вспомогательного электромагнита 10, перекрытию трубопровода и снижению температуры объекта.

Одновибраторы 20 на фиг.2 и на фиг.3 формируют прямоугольный (или более сложный) импульс при включении основного и вспомогательного электромагнитов, длительность которого определяется временем, необходимым для перемещения сердечника электромагнита при его включении из одного крайнего положения в другое.

Таким образом, регулирующее устройство позволяет дистанционно изменять уставку температуры регулирования и управлять температурой объекта. При этом контролируется непосредственно температура объекта, а не теплоносителя, что обеспечивает высокую точность регулирования температуры.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет регулировать подачу рабочего тела (жидкости или газа) в функции другого параметра, например в функции расхода, уровня и т.п.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в жилищно-коммунальном хозяйстве при регулировании подачи теплоносителя в системах центрального отопления, температуры воздуха в помещениях и т.д. Техническим результатом является повышение точности регулятора и расширении области применения, который достигается за счет того, что устройство состоит из электромагнитного клапана с входным и выходным патрубками, датчика и задатчика температуры, сумматора, релейного элемента и одновибраторов. Запорный клапан управляется с помощью основного и вспомогательного электромагнитов, сердечники которых подпружинены относительно корпуса клапана. Сердечник основного электромагнита связан с запорным органом и имеет кольцевую расточку, положение которой изменяется вдоль оси сердечника при помощи винта и тем самым меняется степень перекрытия трубопровода. Сердечник вспомогательного электромагнита имеет косой срез на конце по форме кольцевой расточки и служит для фиксации сердечника основного магнита после его включения, а следовательно, и запорного органа. Длительность включения электромагнитов определяется одновибраторами. Перемещение запорного клапана в одну сторону осуществляется с помощью основного электромагнита, а в другую - за счет действия пружины. 3 ил.

Регулирующее устройство, содержащее запорный орган, установленный в трубопроводе подачи теплоносителя, и датчик температуры, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено задатчиком температуры объекта, сумматором сигналов управления, двухпозиционным релейным элементом и одновибраторами, при этом запорный орган расположен в корпусе электромагнитного клапана, который содержит основной и вспомогательный электромагниты с подпружиненными относительно корпуса сердечниками, причем ось электромагнита расположена ортогонально оси основного электромагнита, сердечник вспомогательного электромагнита имеет косой срез по форме фиксирующей кольцевой расточки на сердечнике основного электромагнита, имеющей возможность осевого смещения, а запорный орган выполнен в виде цилиндрической заслонки жестко и соосно связанной с сердечником основного электромагнита, выход задатчика подключен к первому входу сумматора сигналов управления, ко второму входу его подключен выход датчика температуры объекта, а выход сумматора сигналов управления подключен к входу двухпозиционного релейного элемента, подвижный переключающий контакт которого подключен к одному полюсу источника питания, ко второму полюсу подключены первые концы катушек основного и вспомогательного электромагнитов, а их вторые концы подключены через одновибраторы к соответствующим контактам релейного элемента.