СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД Российский патент 2004 года по МПК G05D7/06 F16K31/08 

Изобретение относится к приборостроению, в частности может быть использовано там, где необходимо регулирование расходов жидких и газообразных сред путем дросселирования.

Известен способ регулирования расхода жидких и газообразных сред, основанный на неоднородности магнитного поля относительно оси потока электропроводящей жидкости по его длине /1/.

Недостатком такого способа регулирования является ограничение на тип среды (она должна быть электропроводной). Кроме того, глубина регулирования также ограничена и не превышает 20-30% от номинального значения расхода электропроводящей жидкости в связи с отсутствием механического дросселирующего элемента в процессе регулирования.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ регулирования расхода жидких и газообразных сред /2/ путем дросселирования реверсивным исполнительным органом перемещающийся магнитной жидкостью, на которую воздействуют магнитным полем магнитотвердого материала, напряженность которого изменяют управляющими электрическими импульсами.

Недостатком такого способа регулирования является низкая чувствительность и высокая энергоемкость регулирования. Это обусловлено тем, что при реализации данного способа уменьшение расхода происходит за счет увеличения гидравлического сопротивления, обеспечиваемого путем втягивания реверсивного исполнительного органа с магнитной жидкостью в центральную область регулируемого потока, где скорость рабочей жидкости имеет максимальное значение. Это приводит к тому, что в процессе перекрытия проточной части реверсивным исполнительным органом приходится преодолевать возрастающие усилия препятствия перекрытия проточной части. Сила, действующая на реверсивный орган от перекрываемого потока, может быть вычислена следующим образом:

где R_н, R_к - начальный (максимальный) радиус "живого" сечения проточной части до начала электромагнитного управления и конечный (минимальный) радиус "живого" сечения после приложения заданного управляющего магнитного поля; ν - континуальная (текущая) скорость регулируемого потока рабочей среды; ρ - плотность регулируемой среды.

Из полученного видно, что с увеличением магнитного поля, т.е. с ростом управляющего фактора, радиус “живого” сечения проточной части уменьшается, при этом проходное сечение проточной части уменьшается за счет перемещения реверсивного исполнительного органа в центральную часть проточной части и возрастает сила, действующая на оболочку реверсивного исполнительного органа. Это возрастающее по мере перекрытия потока усилие со стороны потока должно компенсироваться возрастающей мощностью управления, т.е. мощностью управляющего напряжения, приложенного к электромагнитной катушке регулирующего элемента. В силу равномерности электромагнитного усилия вдоль управляющей катушки воздействие силового потока на реверсивный исполнительный орган носит “открывающий” характер, т.е. силовой поток противодействует своему закрытию реверсивным исполнительным органом с помощью магнитного поля катушки управления. Именно в связи с этим чувствительность управления, т.е. коэффициент усиления по мощности регулирующего элемента является низким.

Цель изобретения - повышение чувствительности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения чувствительности регулирования используют магнитотвердый материал, изменяющий свою коэрцитивную силу вдоль по потоку от максимального значения до минимального.

На фиг.1 представлен регулирующий клапан в открытом состоянии; на фиг.2 - в закрытом.

Регулирующий клапан представляет собой эластичную мембрану 1, расположенную на участке расширения трубопровода 2 с размещенной внутри него магнитной системой, состоящей из катушки 3, разомкнутого магнитотвердого сердечника 4 с малой коэрцитивной силой, постоянного кольцевого магнита 5 из магнитотвердого материала с большой коэрцитивной силой и магнитной жидкости 6.

При отсутствии управляющего сигнала на катушке 3 и нулевой намагниченности магнитотвердого сердечника 4 с малой коэрцитивной силой клапан под действием упругих свойств высокоэластичной мембраны 1 постоянного магнита 5 находится в открытом состоянии, т.е. создает минимальное гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление рабочему потоку (фиг.1). При этом магнитная жидкость 6 концентрируется в области полюсов N_c и S_c постоянного магнита 5, причем большая часть массы магнитной жидкости концентрируется в области левого по потоку жидкости полюса N_c постоянного магнита. Правый по потоку полюс S_c ослаблен магнитотвердым сердечником 4 с малой коэрцитивной силой и его действие практически ослаблено до нуля в конце проточной части. Именно из-за этого реверсивный регулирующий орган занимает положение (фиг.1), при котором проточная часть имеет минимальное гидравлическое сопротивление. С учетом расположения постоянного магнита 5 с большой коэрцитивной силой и магнитопровода 4 с малой коэрцитивной силой относительно проточной части можно констатировать: магнитотвердый материал изменяет свою коэрцитивную силу вдоль по потоку от максимального значения до минимального.

Для уменьшения расхода через регулирующий клапан на управляющую катушку 3 подают импульс тока, с помощью которого создают поле, намагничивающее магнитотвердый сердечник 4 с малой коэрцитивной силой. При этом правый полюс S_с постоянного магнита 5 нейтрализуется практически до нуля магнитным полем магнитопровода 4, а левый полюс N_с постоянного магнита 5 ослабляется левым полюсом ^{магнитопровода 4. Все это приводит к тому, что действие магнитного поля постоянного магнита 5 и полюса магнитопровода 4 на магнитную жидкость ослабляется. В то же время появляется нескомпенсированное воздействие полюса на магнитную жидкость и все это приводит к тому, что реверсивный регулирующий орган занимает положение (фиг.2), при котором проточная часть перекрывается и возрастает гидравлическое сопротивление. Расход уменьшается.}

По мере перекрытия потока возрастает усилие на реверсивный регулирующий орган (см. формулу (1)), но характер этого воздействия будет “закрывающим”, т.е. чем больше магнитное поле сердечника 4, тем больше закрывающее усилие на реверсивный регулирующий орган со стороны потока. Это означает, что для перекрытия потока на помощь энергии магнитного поля приходит энергия перекрываемого потока. Т.о. чувствительность управления возрастает, поскольку уменьшаются энергетические затраты управляющего магнитного поля, необходимые на перемещение реверсивного регулирующего органа на условную единицу координаты перемещения.

При уменьшении энергии управляющего магнитного поля или его полном снятии реверсивный регулирующий орган возвращается в исходное состояние (фиг.1) и не требуется размагничивания сердечника 4 по частичным циклам, поскольку соотношение коэрцитивных сил сердечника 4 и постоянного магнита 5 позволяет это получить.

И в этом случае с учетом расположения постоянного магнита 5 с большой коэрцитивной силой и магнитопровода 4 с малой коэрцитивной силой относительно проточной части можно констатировать: магнитотвердый материал изменяет свою коэрцитивную силу вдоль по потоку от максимального значения до минимального.

Простота конструкции регуляторов, реализующих предлагаемый способ, а также отсутствие каких-либо механических частей позволяют повысить надежность регуляторов, а также понизить их стоимость как в процессе производства, так и при эксплуатации.

Регуляторы на этом принципе могут одновременно выполнять и функции запорных клапанов.

Список источников

1. АС СССР №798742 - аналог.

2. АС СССР №630617 - прототип.

На участке расширения трубопровода размещают клапан в виде заполненной магнитной жидкостью эластичной мембраны, внутри которой вдоль потока размещены постоянный кольцевой магнит и разомкнутый сердечник с катушкой, выполненные из магнитотвердого материала, соответственно, с большой и малой коэрцитивной силой. Регулирование расхода осуществляют путем дросселирования потока эластичной мембраной, перемещаемой магнитной жидкостью под действием магнитного поля магнитотвердого материала. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности регулирования. 2 ил.

Способ регулирования расхода жидких и газообразных сред путем дросселирования потока исполнительным органом, перемещаемым магнитной жидкостью под действием магнитного поля магнитотвердого материала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности регулирования, используют магнитотвердый материал, изменяющий свою коэрцитивную силу вдоль по потоку от максимального значения до минимального.