СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ КЛАПАНА Российский патент 2005 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к области гидравлических испытаний агрегатов двигателя.

Известен способ определения времени окончания открытия клапанных устройств (Дободейч И.А., Рутовский Н.Б. К вопросу об экспериментальном определении коэффициента расхода узлов пневмогидросистем и времени открытия клапанных устройств. Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1969 г., №1, стр.56), заключающийся в подаче на испытуемый клапан газа из емкости по магистрали с датчиком давления, установленным на магистрали перед клапаном, измерении давления газа у клапана и фиксации времени резкого изменения кривой давления перед клапаном с момента начала открытия клапана. Испытания проводят при сверхкритическом перепаде давления на клапане.

Недостатком этого способа является невысокая точность определения времени окончания фактического открытия клапана при наличии помех, и в особенности для клапанов с уменьшающейся скоростью изменения проходного сечения при подходе к точке полного открытия.

Ближайшим аналогом к предлагаемому является способ определения быстродействия и живого сечения электропневмоклапана (Авт. свидетельство СССР №222078. Кл. 47 f 1/01. Бюлл. изобретений №22, 1968 г.), заключающийся в том, что клапан связывают трубопроводом с емкостью и регистрируют переходный процесс после подачи управляющего сигнала открытия клапана, по первой точке перегиба кривой давления переходного процесса определяют искомые параметры.

Недостатком этого способа является невысокая точность определения времени окончания фактического открытия клапана при наличии помех.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности определения времени срабатывания при открытии клапана, а также расширение функциональных возможностей способа за счет определения времени срабатывания при закрытии клапана, времени фактического открытия и времени фактического закрытия проходного сечения клапана.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения времени срабатывания клапана клапан связывают трубопроводом с емкостью, заполненной газом, время окончания открытия клапана определяют по первой точке перегиба кривой давления переходного процесса, возникающего после подачи управляющего сигнала открытия клапана, новым является то, что для исключения влияния помех осуществляют фильтрацию сигнала с датчика давления, установленного у клапана, положение точки первого после начала открытия перегиба кривой давления, соответствующего окончанию процесса открытия эффективного проходного сечения клапана, определяют для прогнозируемого интервала времени по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления, получаемой вычислительным устройством, начало открытия клапана определяют по управляющему сигналу открытия; а для определения времени срабатывания клапана при закрытии подают управляющий сигнал закрытия клапана и окончание закрытия эффективного проходного сечения клапана определяют по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом после начала закрытия интервале времени, начало закрытия клапана определяют по управляющему сигналу закрытия; при определении времени открытия и закрытия эффективного проходного сечения подают управляющий сигнал открытия клапана, начало открытия проходного сечения определяют по положению минимума, а окончание - по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала открытия, подают сигнал закрытия клапана, начало процесса закрытия определяют по положению максимума, а окончание - по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала закрытия.

Время срабатывания клапана при его открытии определяется от момента подачи сигнала открытия до момента окончания процесса открытия эффективного проходного сечения. Время срабатывания клапана при закрытии определяется от момента подачи сигнала закрытия до момента окончания процесса закрытия эффективного проходного сечения. Время открытия (закрытия) эффективного проходного сечения определяется от момента начала до момента окончания открытия (закрытия) эффективного проходного сечения.

Способ основан на учете зависимости изменения давления перед клапаном в системе "емкость-трубопровод-клапан" от изменения проходного сечения клапана. На чертеже представлены кривые изменения давления у клапана, хода штока клапана и потребляемого тока для нормально закрытого электропневмоклапана Д-421-100 в процессе его открытия и закрытия, приведенные в описании аналогичного способа (Дободейч И.А., Рутовский Н.Б. К вопросу об экспериментальном определении коэффициента расхода узлов пневмогидросистем и времени открытия клапанных устройств. Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1969 г., №1, стр.59). Точка "1" на кривой изменения тока клапана соответствует моменту подачи сигнала открытия клапана (подаче напряжения в обмотку электроклапана), точка "2" - моменту подачи сигнала на закрытие клапана (снятия напряжения с обмотки электроклапана). На кривой хода штока точка "a" соответствует началу хода штока при открытии клапана, точка "b" - окончанию хода штока, точка "d" - началу хода штока при закрытии клапана, точка "е" - окончанию хода штока.

На кривой изменения давления точка "А" соответствует началу изменения эффективного проходного сечения при открытии клапана, точка "В" - окончанию открытия, "D" - началу закрытия эффективного проходного сечения и "Е" - окончанию закрытия. Определение положения точек "А", "Е" на кривой давления производится по положению минимальных значений второй производной, а точек "В", "D" - по положению максимальных значений второй производной. Для устранения влияния случайных помех, искажающих сигнал на выходе датчика давления, он подвергается фильтрации (сглаживанию) перед формированием второй производной. В связи с влиянием на величину давления у клапана волн, отраженных от стыка "емкость - трубопровод" (возрастание давления за точкой "С" на кривой давления и волны за точкой "Е"), длина трубопровода выбирается такой, чтобы точка "С" прихода отраженной волны давления находилась правее точки "В" окончания открытия клапана, т.е. из условия

L_T≥τ_отк·а_н/2,

где L_T - длина трубопровода;

τ_отк - прогнозируемое время открытия эффективного проходного сечения;

а_н - начальная скорость звука в газе, определяемая как

k - показатель адиабаты;

R - газовая постоянная;

Т - температура газа в трубопроводе в момент открытия клапана.

Это позволит избежать искажения кривой давления в момент окончания открытия эффективного проходного сечения отраженной волной давления. По этой же причине закрытие клапана для коротких трубопроводов должно начинаться не ранее, чем пройдет переходный процесс от отраженной волны давления, т.е. не раньше, чем через после открытия эффективного проходного сечения.

Чтобы уменьшить вероятность ошибки определения положения точек начала и окончания открытия, закрытия эффективного проходного сечения из-за наложения отраженных волн, влияния мощных помех и неравномерности хода штока возможные интервалы положений соответствующих точек прогнозируются для каждого исследуемого типа клапана и изменение вторых производных с целью определения экстремумов анализируется только на прогнозируемых интервалах.

Время срабатывания клапана при его открытии определяется от момента подачи сигнала открытия до момента окончания процесса открытия эффективного проходного сечения. Время срабатывания клапана при закрытии определяется от момента подачи сигнала закрытия до момента окончания процесса закрытия эффективного проходного сечения. Время открытия (закрытия) эффективного проходного сечения определяется от момента начала до момента окончания открытия (закрытия) эффективного проходного сечения.

Выполнение фильтрации сигнала с датчика давления, вычисление второй производной, прогнозирование интервалов времени, поиск экстремумов производной на прогнозируемых интервалах времени, счет времени выполняет вычислительное устройство, в качестве которого может использоваться универсальная ЭВМ, сигнал на которую с выхода датчика давления подается через аналого-цифровой преобразователь, либо специализированное микропроцессорное устройство.

Способ определения времени срабатывания клапана при открытии осуществляется следующим образом. В системе, состоящей из емкости ограниченного объема, заполненной газом, трубопровода определенной длины, соединяющего емкость с испытываемым клапаном, датчика давления, установленного в трубопроводе перед испытываемым клапаном, вычислительного устройства, подают управляющий сигнал открытия клапана, прогнозируют интервал времени положения точки перегиба кривой давления, соответствующей окончанию открытия эффективного проходного сечения, фильтруют сигнал с датчика давления, для фильтрованного сигнала формируют вторую производную и на прогнозированном интервале времени определяют положение максимума второй производной, соответствующее окончанию процесса открытия эффективного проходного сечения клапана, время срабатывания клапана определяют от момента подачи сигнала открытия до момента окончания процесса открытия эффективного проходного сечения.

Для определения времени срабатывания клапана при закрытии подают управляющий сигнал закрытия клапана, прогнозируют интервал времени окончания закрытия эффективного проходного сечения и окончание закрытия эффективного проходного сечения клапана определяют по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом после начала закрытия интервале времени; время срабатывания клапана определяют от момента подачи сигнала закрытия до момента окончания процесса закрытия эффективного проходного сечения.

При определении времени открытия и закрытия эффективного проходного сечения подают управляющий сигнал открытия клапана, прогнозируют интервал времени начала и окончания открытия эффективного проходного сечения, начало открытия проходного сечения определяют по положению минимума, а окончание - по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени, подают сигнал закрытия клапана, прогнозируют интервал времени начала и окончания закрытия, начало процесса закрытия определяют по положению максимума, а окончание - по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени.

Изобретение относится к области гидравлических испытаний агрегатов двигателя. Способ осуществляют следующим образом: клапан связывают трубопроводом с емкостью, заполненной газом, время окончания открытия клапана определяют по первой точке перегиба кривой давления переходного процесса, возникающего после подачи управляющего сигнала открытия клапана, при этом осуществляют фильтрацию сигнала с датчика давления, установленного у клапана, положение точки первого после начала открытия перегиба кривой давления, соответствующего окончанию процесса открытия эффективного проходного сечения клапана, определяют для прогнозируемого интервала времени по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления, получаемой вычислительным устройством, начало открытия клапана определяют по управляющему сигналу открытия, а для определения времени срабатывания клапана при закрытии подают управляющий сигнал закрытия клапана и окончание закрытия эффективного проходного сечения клапана определяют по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом после начала закрытия интервале времени, начало закрытия клапана определяют по управляющему сигналу закрытия; при определении времени открытия и закрытия эффективного проходного сечения подают управляющий сигнал открытия клапана, начало открытия проходного сечения определяют по положению минимума, а окончание - по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала открытия, подают сигнал закрытия клапана, начало процесса закрытия определяют по положению максимума, а окончание - по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала закрытия. Технический результат - повышение точности определения времени срабатывания клапана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения времени срабатывания клапана, заключающийся в том, что клапан связывают трубопроводом с емкостью, заполненной газом, время окончания открытия клапана определяют по первой точке перегиба кривой давления переходного процесса, возникающего после подачи управляющего сигнала открытия клапана, отличающийся тем, что для исключения влияния помех осуществляют фильтрацию сигнала с датчика давления, установленного у клапана, положение точки первого после начала открытия перегиба кривой давления, соответствующего окончанию процесса открытия эффективного проходного сечения клапана, определяют для прогнозируемого интервала времени по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления, получаемой вычислительным устройством, начало открытия клапана определяют по управляющему сигналу открытия, а для определения времени срабатывания клапана при закрытии подают управляющий сигнал закрытия клапана и окончание закрытия эффективного проходного сечения клапана определяют по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом после начала закрытия интервале времени, начало закрытия клапана определяют по управляющему сигналу закрытия.2. Способ по п.1. отличающийся тем, что при определении времени открытия и закрытия эффективного проходного сечения подают управляющий сигнал открытия клапана, начало открытия проходного сечения определяют по положению минимума, а окончание - по положению максимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала открытия, подают сигнал закрытия клапана, начало процесса закрытия определяют по положению максимума, а окончание - по положению минимума второй производной фильтрованного сигнала с датчика давления на прогнозируемом интервале времени после подачи сигнала закрытия.