УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области автоматизации различных техпроцессов и может найти широкое применение в различных отраслях промышленности.

Известна система автоматического регулирования, содержащая регулирующий клапан, установленный на трубопроводе, содержащий мембранный исполнительный механизм, который через преобразователь функционально связан с регулирующим устройством (см., например, патент Великобретании №1068447 С3 РС 05 Д, публ. 1967 г.).

Недостатком известной системы автоматического регулирования является низкое быстродействие и недостаточная точность поддержания заданного параметра.

Целью предполагаемого изобретения является повышение быстродействия и точности поддержания заданного параметра, а также повышение надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что по меньшей мере одна из полостей мембранного исполнительного механизма соединительным патрубком связана с по меньшей мере одним нагнетательным устройством переменного направления нагнетания, при этом нагнетательное устройство переменного направления нагнетания может быть реализовано в виде реверсивного нагнетательного устройства, или двух нагнетательных устройств, а по меньшей мере один из электрических приводов нагнетательного устройства переменного направления нагнетания электрически соединен с по меньшей мере одним из выходов регулирующего устройства.

Устройство автоматического регулирования поясняется чертежами:

Фиг.1 - Принципиальная схема устройства, с пневматическим приводом.

Фиг.2 - Узел исполнительного механизма, с гидравлическим приводом.

Фиг.3 - Узел исполнительного механизма, с двумя пневматическими приводами.

Фиг.4 - Узел исполнительного механизма, с двумя гидравлическими приводами.

Устройство автоматического регулирования содержит мембранный исполнительный механизм 1, выполненный, например, дискообразной формы, собранный из двух тарелок, верхней тарелки 2 и нижней тарелки 3, соединенные между собой фланцами 4, между которыми установлена мембрана 5. Мембрана 5 делит полость исполнительного механизма на две части, на надмембранную полость 6 и подмембранную полость 7. В нижней части мембранного исполнительного механизма 1 установлен стакан 8, закрепленный на нижней тарелке 3, например приваренный к ней, в котором установлена пружина 9, верхней своей частью упирающаяся в диск 10, а основанием зафиксированная на подпятнике 11, выполненного в виде шайбы.

Стакан 8 закреплен на штативе 12, например приварен к нему, нижней своей частью закрепленный к корпусу регулирующего клапана 13 при помощи гайки 14. Регулирующий 13 клапан установлен при помощи фланцев 16 на технологическом трубопроводе 17.

Диск 10 имеет резьбовое соединение со штоком 15, который соединен с регулирующим органом клапана 13.

Исполнительный механизм 1 переходным патрубком 18 соединен с реверсивным нагнетательным устройством 19, например с микрокомпрессором или микронасосом, которое механически соединено с реверсивным электроприводом 20, например с реверсивным электродвигателем, и который электрически связан с выходом регулирующего прибора 21, например с ЭВМ или с ПИ-регулятора. Другим переходным патрубком 22 нагнетательное устройство 19 соединено с трубчатыми отводами, с отводом 23, на конце которого установлен обратный клапан 24, и с отводом 25, на конце которого установлен предохранительный клапан 26 (фиг.1).

Если реверсивное нагнетательное устройство 19 выполнено гидравлическим, например его функции выполняет микронасос, то в этом примере обратный клапан 24 и предохранительный клапан 26 патрубками 27 и 28 соответственно соединены с накопительной емкостью 29 с открытым верхом и дном 30, в котором залита жидкость 31, например масло или вода (фиг.2).

Нагнетательное устройство переменного направления нагнетания может быть выполнено из двух нагнетательных устройств, нагнетательного устройства 32, выход которого патрубком 33 соединен с переходным патрубком 18, а через него с исполнительным механизмом 1, а его вход соединен патрубком 34 с обратным клапаном 24, нагнетательного устройства 35, вход которого патрубком 36 соединен с переходным патрубком 18, а через него с исполнительным механизмом 1, а его выход патрубком 37 соединен с предохранительным клапаном 26.

Нагнетательное устройство 32 механически соединено с электроприводом 38, например с электродвигателем, а нагнетательное устройство 35 механически соединено с электроприводом 39, например с электродвигателем.

Электропривод 38 проводами 40 и 41 соединен с выходом регулирующего прибора 21, а электропривод 39 проводами 40 и 42 соединен с выходом регулирующего прибора 38.

Функции электропривода может выполнять электродвигатель обычный или реверсивный. Как правило, на выходе регулирующего прибора выполнены три клеммы, одна из клемм является общей, например она занулена, а вторая клемма соединена выходом положительного сигнала, а третья соединена с выходом отрицательного сигнала. Будем считать, что провод 40 соединяет общий выход регулирующего прибора 21с электроприводом 20 или электроприводами 38 и 39, провод 41 связывает выход положительного сигнала, или плюсового сигнала, этого прибора, с реверсивным электроприводом 20 или с электроприводом 38, а провод 42 соединяет выход отрицательного сигнала, или минусового сигнала, этого прибора с реверсивным электроприводом 20 или электроприводом 39 (фиг.3).

При выполнении нагнетательных устройств 38 и 39 гидравлическими, как и в примере обратный клапан 24 и предохранительный клапан 26 патрубками 27 и 28 соединены с емкостью 29 (фиг.4).

Вход регулирующего прибора 21 связан с датчиком 43, установленным на объекте автоматического регулирования.

Устройство автоматического регулирования работает следующим образом: при поступлении, например, плюсового сигнала с регулирующего прибора 21 или иногда его называют сигналом “больше”, электропривод 20, являющийся непосредственным приводом нагнетательного устройства 19, например его электродвигателем, приводит его в рабочее состояние и нагнетательное устройство начинает нагнетать среду под давлением, например воздух через обратный клапан 24, в надмембранную полость 6 исполнительного механизма 1, в полости 6 повышается давление среды и под ее воздействием мембрана 5 начинает растягиваться, перемещая диск 10 и шток 15, соединенный с ним вниз, который постепенно перекрывает регулирующим органом клапана 13 среду, например пар в технологическом трубопроводе 17 до тех пор пока не установиться нарушенный параметр в объекте автоматического регулирования. При поступлении обратного сигнала “меньше”, т.е. с прибора 21 на электропривод 20 нагнетательного устройства 19 поступает отрицательный сигнал, в этом случае реверсивное нагнетательное устройство 19 начинает откачивать среду под давлением из надмембранной полости 6 исполнительного механизма 1 через предохранительный клапан 26, обратный клапан в этот момент перекрывается, в данном случае сигнал “меньше” меняет направление нагнетания на противоположное по отношению направления нагнетания устройства 19 при поступлении сигнала “больше”. Предохранительный клапан 26 настроен на срабатывание по давлению, несколько большему по сравнению с давлением в надмембранной полости, при котором запорнорегулирующий орган клапана 13 полностью перекрывает поток среды в технологическом трубопроводе 17. Роль предохранительного клапана 26 может выполнять и регулятор давления, например регулятор давления до себя. Предохранительный клапан 26 помогает поддерживать необходимое давление в полости 6 и одновременно создает необходимый подпор при стравливании среды из полости 6. При стравливании среды из полости 6 мембрана 5 под воздействием пружины 9 и диска 10 перемещается вверх, куда перемещается и шток 15, открывая клапан 13.

При выполнении реверсивного нагнетательного устройства 19 гидравлическим принцип его действия сохраняется, только при необходимости закрыть клапан 13 жидкая среда затягивается по патрубку 27 из емкости 31 через обратный клапан 24 в полость 6, а при необходимости открыть его стравливается в эту емкость через предохранительный клапан 26 по патрубку 28. Патрубок 18 может быть подключен и к подмембраной полости 7 в зависимости от исполнения клапана 13.

При реализации нагнетательного устройства переменного направления нагнетания при помощи двух нагнетательных устройств положительный сигнал с регулирующего прибора 20, например, или сигнал “больше”, подается по проводам 40 и 41 на электропривод 38 нагнетательного устройства 32, которое начинает нагнетать среду под давлением, в данном примере, в полость 6 через обратный клапан 24, далее процесс закрытия клапана 13 рассмотрен в предыдущем примере.

Отрицательный сигнал с регулирующего прибора 20, или сигнал “меньше”, подается, в данном примере по проводам 40 и 42 на электропривод 39 нагнетательного устройства 35, которое начинает откачивать среду под давлением из полости 6 исполнительного механизма 1 через предохранительный клапан 26, далее процесс открытия клапана 13 описан в предыдущем примере.

При исполнении нагнетательных устройств 32 и 35 гидравлическими принцип откачки и слива жидкости 31 полностью совпадает с аналогичным принципом, описанным в примере фиг.2.

Во всех рассмотренных примерах электроприводом может служить обычный или реверсивный двигатель, нагнетательным устройством может служить обычный микрокомпрессор, или обычный микронасос, или реверсивный микрокомпрессор, или реверсивный микронасос.

Исполнительный механизм 1 может быть не только мембранным, но и поршневым, установленным в цилиндре. При откачивании из полости исполнительного механизма среды в ней может создаться вакуум, который помогает перемещать мембрану или поршень цилиндра, поэтому установка пружины в исполнительный механизм не обязательна.

Клапан 13 можно назвать запорнорегулирующим органом, таким же органом могут быть заслонка, шибер и т.д., которые, например, соединены со штоком цилиндра, или с поршневым исполнительным механизмом, при этом регулирующий орган может выполнять и запорные свойства, например быть запорнорегулирующим органом.

Фиг.5 и 5а - Пример выполнения исполнительного механизма.

Фиг.6 - Пример выполнения исполнительного механизма.

Нагнетательное устройство переменного направления, например реверсивное нагнетательное устройство 19, или два последовательно включенных и разнонаправленных нагнетательных устройства 32 и 35, могут быть патрубками 44 и 45 соединены с надмембранной полостью 6 и подмембранной полостью 7 исполнительного механизма 1, т.е. полости 6 и 7 соединены между собой через нагнетательное устройство переменного направления и соответствующие патрубки.

Связь между полостями 6 и 7 может осуществляться и по более сложной схеме, патрубок 36, в данном примере, соединен с автоматическим клапаном 46 с электрическим исполнительным механизмом 47, выход которого патрубком 48 соединен с подмембранной полостью 7, а вход нагнетательного устройства 32 патрубком 49 также соединен с подмембранной полостью 7.

Последовательно установленные нагнетательные устройства 32 и 35 соединены между собой патрубком 50.

Электрический исполнительный механизм 47 автоматического клапана 46 соединен с одним из выходов регулирующего прибора 21.

Принцип работы устройства в данных примерах совпадает с принципом его работы рассмотренных в предыдущих примерах, но в отличии от последних нагнетательное устройство переменного направления перекачивает среду из одной полости исполнительного механизма 1 в другую полость, перемещая его мембрану 5 в ту или иную сторону, в зависимости от сигнала поступающего с регулирующего прибора 21.

При использовании автоматического клапана 46 последний стравливает давление среды из полости 6 в полость 7, а нагнетательное устройство 32 забирает среду из полости 7 и перекачивает ее в полость 6, тем самым перемещая мембрану 5 в ту или иную сторону, в зависимости от сигнала, поступающего на исполнительный механизм 47 автоматического клапана 46 или на электропривод 28.

При использовании двух нагнетательных устройств, последовательно установленных и разнонаправленных, то в зависимости от сигнала поступающего с выхода регулирующего прибора 21 на один из электроприводов 38 и 39, включается соответственно один из нагнетательных устройств, 32 или 35, и перекачивает среду из одной полости исполнительного механизма 1 в другую его полость.

Устройство предназначено для автоматического регулирования различных техпроцессов. Устройство автоматического регулирования содержит датчик, функционально связанный с регулирующим прибором, выход которого функционально связан с исполнительным механизмом, который кинематически связан с регулирующим органом, при этом выход регулирующего прибора функционально связан с одним или двумя нагнетательными устройствами, выполненными в виде микрокомпрессора или в виде микронасоса. Технический результат - повышение надежности и быстродействия процесса регулирования. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство автоматического регулирования, содержащее датчик, функционально связанный с регулирующим прибором, выход которого функционально связан с исполнительным механизмом, который кинематически связан с регулирующим органом, отличающееся тем, что выход регулирующего прибора функционально связан с одним или двумя нагнетательными устройствами, выполненными в виде микрокомпрессора или в виде микронасоса.2. Устройство автоматического регулирования по п.1, отличающееся тем, что нагнетательное устройство выполнено реверсивным.3. Устройство автоматического регулирования по п.2, отличающееся тем, что нагнетательное устройство с одной стороны соединено с исполнительным механизмом, а с другой стороны оно соединено с параллельно установленным обратным клапаном и предохранительным клапаном.4. Устройство автоматического регулирования по п.1, отличающееся тем, что оно реализовано в виде двух разнонаправленных нагнетательных устройств с постоянным направлением нагнетания, вход одного из них связан с исполнительным механизмом, а выход другого нагнетательного устройства связан также с этим исполнительным механизмом.5. Устройство автоматического регулирования по п.1, отличающееся тем, что выход одного из нагнетательных устройств соединен с предохранительным клапаном, а вход другого нагнетательного устройства соединен с обратным клапаном.