РЕГУЛЯТОР-СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК B01F5/00 

Изобретение относится к смесительным устройствам с автоматическим поддержанием количественного соотношения перемешиваемых сред и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для получения смесей определенного соотношения, в том числе и для смешения нефтепродукта, например дизельного топлива, с концентратом присадок.

Известен регулятор-смеситель [1], содержащий канал подвода активной среды, сообщенный посредством датчика расхода, представляющего собой трубку, с рабочей полостью корпуса, чувствительный элемент которого соединен с регулирующим органом, выполненным в виде штока, который позволяет изменять проходное сечение канала подвода пассивной среды. Чувствительный элемент в совокупности со штоком образует мембранный клапан. Работа регулятора-смесителя основана на автоматическом поддержании соотношения активной и пассивной сред в соответствии с колебаниями разрежения в рабочей полости корпуса, возникающими за счет изменения подачи активной среды.

Недостатком регулятора-смесителя является то, что в процессе работы он не предусматривает изменения соотношения смешиваемых сред и поддержания этого соотношения в случае необходимости изменения постоянной концентрации конечного продукта и не дает возможности регулирования степени дисперсности смеси, позволяя производить смешение только двух сред, что существенно снижает его эффективность и сужает диапазон применения. Кроме того, из-за чрезмерной инерционности сигнала разряжения, воздействующего на мембранный клапан, обеспечить точное соотношение смешиваемых сред в процессе непрерывного приготовления композиций невозможно.

Известен регулятор-смеситель [2], состоящий из корпуса, содержащего чувствительный элемент (пружину), с каналом подвода активной среды. Рабочая полость корпуса разделена на две полости, одна из которых соединена датчиком расхода, представляющим собой трубопровод, с регулирующим органом, выполненным в виде дроссельных устройств, каждое из которых установлено в соответствующем канале, а другая посредством напора активной среды воздействует на чувствительный элемент. В совокупности все каналы с установленными в них дроссельными устройствами образуют канал подвода пассивной среды. Принцип работы регулятора-смесителя построен на равновесном состоянии положения чувствительного элемента (пружины).

Недостатком регулятора-смесителя является то, что в процессе работы он не предусматривает изменения соотношения смешиваемых сред и поддержания этого соотношения в случае необходимости изменения постоянной концентрации конечного продукта, что существенно снижает его эффективность. Кроме того, в случае колебания гидравлического сопротивления в напорной системе нарушается заданное соотношение расходов активной и пассивных сред в виду ограниченного быстродействия дроссельных устройств и колебаний чувствительного элемента вокруг равновесного положения, что снижает эффективность поддержания заданного соотношения активной и пассивной сред. При этом регулятор-смеситель имеет сложную конструкцию и высокую трудоемкость монтажно-демонтажных работ.

Известен регулятор-смеситель [3], содержащий канал подвода пассивной среды, сообщенный с каналом подвода активной среды, связанным через датчик расхода, выполненный в виде канала, с рабочей полостью корпуса, чувствительный элемент которого соединен через шток с регулирующим органом, положение которого позволяет автоматически поддерживать соотношение активной и пассивной сред.

Недостатком регулятора-смесителя является то, что в процессе работы он не предусматривает изменения соотношения смешиваемых сред и поддержания этого соотношения в случае необходимости изменения постоянной концентрации конечного продукта и не дает возможности регулирования степени дисперсности смеси, позволяя производить смешение только двух сред, что существенно снижает его эффективность и сужает диапазон применения. Кроме того, регулятор-смеситель имеет узкий диапазон использования, вызванный недостаточно точной регулировкой подачи пассивной среды, особенно в области малых расходов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является регулятор-смеситель [4], состоящий из корпуса с каналом подвода пассивной среды и расположенного в нем чувствительного элемента, образующего с корпусом две полости и соединенного через шток с регулирующим органом, датчика расхода, установленного в канале подвода активной среды и связанного с первой полостью. Вторая полость корпуса соединена с каналом подвода активной среды посредством дросселя. Работа регулятора-смесителя основана на автоматическом поддержании соотношения активной и пассивной сред в соответствии с перепадами давления на дросселе, возникающими за счет изменения подачи активной среды.

Недостатком регулятора-смесителя является то, что в процессе работы он не предусматривает изменения соотношения смешиваемых сред и поддержания этого соотношения в случае необходимости изменения постоянной концентрации конечного продукта и не дает возможности регулирования степени дисперсности смеси, позволяя производить смешение только двух сред, что существенно снижает его эффективность и сужает диапазон применения. Кроме того, датчик расхода в канале подвода активной среды установлен за каналом подвода пассивной среды по направлению движения активной среды, что позволяет пассивной среде поступать в первую полость, образованную чувствительным элементом в корпусе регулятора-смесителя, и приводит к изменению перепада давлений в первой и второй полостях корпуса, а соответственно к пропорциональному регулированию ее расхода. При этом канал подвода активной среды не оснащен диффузором с соплом, что требует дополнительных энергозатрат на подвод пассивной среды к корпусу регулятора-смесителя и не способствует эффективному смешению пропорционально регулируемых сред.

Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков, и от его реализации получен следующий технический результат: повышение эффективности использования устройства и расширение его функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в регуляторе-смесителе, содержащем канал подвода активной среды с установленным в нем датчиком расхода и сообщенным с рабочей полостью корпуса, чувствительный элемент которого соединен через шток с регулирующим органом, установленным в канале подвода пассивной среды, канал подвода активной среды снабжен диффузором, на входе которого установлено сопло с возможностью осевого перемещения, канал подвода пассивной среды выполнен в виде двух независимых по отношению друг к другу каналов, пассивная среда по которым поступает к каналу подвода активной среды по штуцерам подвода пассивной среды, установленным под углом к осевой плоскости диффузора, а регулирующий орган выполнен в виде двух дроссельных заслонок, соединенных через Г-образные, продольные и поперечную тяги кинематического звена со штоком чувствительного элемента, степень открытия которых регулируется изменением длины продольных тяг. Причем число каналов подвода пассивной среды и число дроссельных заслонок можно увеличивать соответственно путем установки дополнительных штуцеров подвода пассивной среды и путем присоединения к поперечной тяге дополнительного кинематического звена из продольных и Г-образных тяг.

Новые существенные признаки предлагаемого регулятора-смесителя заключаются в том, что канал подвода активной среды снабжен диффузором, на входе которого установлено сопло с возможностью осевого перемещения, подвод пассивной среды осуществляется по двум независимым по отношению друг к другу каналам, пассивная среда по которым поступает к каналу подвода активной среды по штуцерам подвода пассивной среды, установленным под углом к осевой плоскости диффузора, а регулирующий орган выполнен в виде двух дроссельных заслонок, соединенных через Г-образные, продольные и поперечную тяги кинематического звена со штоком чувствительного элемента, степень открытия которых регулируется изменением длины продольных тяг, при этом число каналов подвода пассивной среды и число дроссельных заслонок можно увеличивать соответственно путем установки дополнительных штуцеров подвода пассивной среды и путем присоединения к поперечной тяге дополнительного кинематического звена из продольных и Г-образных тяг.

Применение новых существенных признаков позволяет производить смешение активной и пассивной сред и обеспечивает автоматическое поддержание их соотношения для получения постоянной концентрации многокомпонентной смеси из трех и более составляющих, независимо от режима работы регулятора-смесителя, за счет чего расширяются его функциональные возможности и повышается эффективность использования.

На фиг.1 представлен регулятор-смеситель в разрезе, фиг.2 - схема регулятора-смесителя, фиг.3 - поперечный разрез дроссельной заслонки по месту ее расположения в канале подвода пассивной среды, фиг.4 - вид сверху части устройства с вмонтированной в него пробкой, закрывающей отверстие монтажа вакуумметра.

Регулятор-смеситель содержит канал подвода активной среды 1 с расположенным в нем датчиком расхода 2, корпус, состоящий из верхней 3, оснащенной штуцером 4, и нижней 5 частей, с размещенным в нем чувствительным элементом 6, образующим с корпусом рабочую полость 7 и полость атмосферного давления 8 и соединенным через шток 9, поперечную, продольные и Г-образные тяги 10, 11, 12 кинематического звена с регулирующим органом, выполненным в виде двух дроссельных заслонок 13, установленных в штуцерных патрубках 14. При этом канал подвода активной среды 1 образован патрубком отвода смеси 15, включающим в себя конфузор 16, камеру смешения 17 и диффузор 18, основным и дополнительным патрубками подвода активной среды 19 и 20, причем патрубок отвода смеси 15 соединен с основным патрубком подвода активной среды 19, оснащенным соплом 21, и образует с ним напорную камеру 22, а дополнительный патрубок подвода активной среды 20 соединен с основным патрубком активной среды 19 посредством цилиндрической муфты 23, фиксируемой гайками 24. Канал подвода пассивной среды выполнен в виде двух независимых по отношению друг к другу каналов 25, соединяющих напорную камеру 22 через штуцера подвода пассивной среды 26, установленные на поверхности патрубка отвода смеси 15 под углом к осевой плоскости диффузора 18, штуцерные патрубки 14, краны 27, невозвратные клапаны 28 с нижними точками резервуаров 29 посредством трубок 30, 31. Кроме того, датчик расхода 2 соединен с рабочей полостью 7 корпуса через штуцер 4 за счет трубки 32. Шток 9 оснащен пружиной 33, одна сторона которой упирается в нижнюю часть корпуса 5, а другая - в установленную на штоке 9 тарелку 34, осевое перемещение которой ограниченно гайками 35, а продольные тяги кинематического звена 11 - регуляторами длины 36. Между поверхностью конфузора 16 и соплом 21 основного патрубка подвода активной среды 19 выполнена кольцевая щель 37, для регулировки которой между патрубком отвода смеси 15 и основным патрубком подвода активной среды 19 установлена раздвижная сменная шайба 38.

В патрубок отвода смеси 15 врезана пробка 39, закрывающая отверстие монтажа вакуумметра в случае необходимости контроля разрежения.

Работа регулятора-смесителя происходит следующим образом.

Активная среда, например светлый нефтепродукт, из напорной системы поступает по дополнительному и основному патрубкам подвода активной среды 20 и 19 во внутреннюю полость сопла 21, из которого под напором выбрасывается в камеру смешения 17. При этом в патрубке отвода смеси 15 создается разрежение (вакуум) и под действием перепада давления в резервуарах 29 и напорной камере 22 происходит подача пассивной среды по трубкам 31, 30, например концентрата присадок, которая контактирует с наружной поверхностью потока активной среды, движущегося с высокой скоростью, что приводит к интенсивному перемешиванию пассивной и активной сред. Из камеры смешения 17 смесь активной и пассивной сред поступает в диффузор 18, где кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную энергию. Часть активной среды, поступающей в дополнительный патрубок подвода активной среды 20 из напорной системы, направляется во внутреннюю полость датчика расхода 2, откуда посредством трубки 32 через штуцер 4 поступает в рабочую полость 7 корпуса, в которой статический напор активной среды, преодолевая усилие пружины 33, воздействует на чувствительный элемент 6. Под действием чувствительного элемента 6 опускается шток 9, усилие от которого передается через поперечную, продольные и Г-образные тяги 10, 11, 12 кинематического звена на дроссельные заслонки 13, приоткрывая проходные отверстия штуцерных патрубков 14, за счет чего увеличивается подача пассивной среды. При уменьшении подачи активной среды из напорной системы давление статического напора на чувствительный элемент 6 уменьшается, пружина 33, преодолевая сопротивление чувствительного элемента, поднимает шток 9, который посредством поперечной, продольных и Г-образных тяг 10, 11, 12 кинематического звена воздействует на дроссельные заслонки 13, прикрывая их и соответственно уменьшая подачу пассивной среды.

Сила сжатия пружины 33 регулируется гайками 35, что позволяет устранить влияние вибраций чувствительного элемента 6, возникающих в результате незначительных колебаний напора активной среды, на положение дроссельных заслонок 13 и приводит к оптимизации процесса подачи пассивной среды и повышению качества получаемой на выходе смеси.

Раздельное регулирование подвода пассивной среды, поступающей по какому-либо из каналов подвода пассивной среды 25 к каналу подвода активной среды 1 в процессе работы, то есть регулирование соотношения пассивной и активной сред и поддержание этого соотношения в случае необходимости изменения качества получаемой на выходе смеси, обеспечивается регулированием степени открытия дроссельных заслонок 13 путем изменения длины продольных тяг 11 кинематического звена за счет их оснащения регуляторами длины 36, что позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства.

Регулирование степени дисперсности смеси и соотношения пассивной и активной сред в процессе работы устройства осуществляется за счет изменения величины кольцевой щели 37. В процессе регулировки контроль разрежения в напорной камере 22 может производиться вакуумметром, который монтируется в отверстие, закрытое пробкой 39. Величину кольцевой щели 37 регулируют осевым перемещением основного патрубка подвода активной среды 19 относительно патрубка отвода смеси 15 за счет изменения толщины раздвижной сменной шайбы 38.

Штуцера подвода пассивной среды 26 расположены под углом к осевой плоскости диффузора 18, за счет чего увеличивается осевая составляющая скорости входа пассивной среды, повышая производительность устройства.

Число каналов подвода пассивной среды 25 и число дроссельных заслонок 13 можно увеличивать соответственно путем установки дополнительных штуцеров подвода пассивной среды 26 и путем присоединения к поперечной тяге 10 дополнительного кинематического звена из продольных и Г-образных тяг 11 и 12 для получения многокомпонентной смеси из четырех и более составляющих, что расширяет диапазон применения устройства.

Таким образом, регулятор-смеситель позволяет производить смешение активной и пассивной сред и обеспечивает автоматическое поддержание их соотношения для получения постоянной концентрации многокомпонентной смеси из трех и более составляющих, независимо от режима работы, за счет чего расширяются его функциональные возможности и повышается эффективность использования.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР №184230, кл. В 01 F 5/04, бюл. №15, 1966.

2. А.с. СССР №1690832, кл. В 01 F 5/04, бюл. №42, 1991.

3. Патент РФ №2016260, кл. F 04 F 5/02, бюл. №13, 1994.

4. А.с. СССР №443369, кл. G 05 D 11/02, бюл. №34, 1974.

Изобретение относится к смесителям с автоматическим поддержанием соотношения сред и может использоваться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Устройство содержит канал подвода активной среды, в котором установлен датчик расхода. В канале подвода пассивной среды установлен регулирующий орган, выполненный в виде двух дроссельных заслонок, соединенных тягами со штоком чувствительного элемента датчика расхода. Степень открытия заслонок регулируют изменением длины продольных тяг. Технический результат состоит в повышении эффективности устройства. 4 ил.

Регулятор-смеситель, содержащий канал подвода активной среды с установленным в нем датчиком расхода, сообщенным с рабочей полостью корпуса, чувствительный элемент которого соединен через шток с регулирующим органом, установленным в канале подвода пассивной среды, отличающийся тем, что регулирующий орган выполнен в виде двух дроссельных заслонок, соединенных через Г-образные продольные и поперечную тяги кинематического звена со штоком чувствительного элемента, степень открытия которых регулируется изменением длины продольных тяг, при этом число дроссельных заслонок можно увеличивать путем присоединения к поперечной тяге дополнительного кинематического звена из продольных и Г-образных тяг.