ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F15B9/03 G05D7/00 G05D16/20 

Устройство относится к составным частям системы автоматического регулирования, выполняющим функции связующего звена между вторичным прибором, электронным регулятором или регулирующим прибором, например пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятором (ПИД-регулятором) или контроллером или ЭВМ с электрическим выходом, и пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмом регулирующих или запорно-регулирующих органов, и может найти широкое применение при автоматизации различных производственных процессов в промышленности и быту.

Известны различные устройства автоматического регулирования, в которых используются различные электрические или пневматические преобразователи для связи электрического выхода регулирующего прибора с пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмом регулирующих или запорно-регулирующих органов, например широко известный распределитель 4/3 с управлением от электромагнита (Гамынин Н.С.Основы следящего гидравлического привода. Москва, Оборонгиз, 1962, с.7 - прототип) или не менее известный электропневматический преобразователь типа «сопло-заслонка» (Иващенко И.И. Автоматическое регулирование. Москва, Машиностроение, 1973, с.303).

В этих преобразователях используется среда под давлением, создаваемая нагнетательным устройством, например компрессором или насосом.

Недостатком известных устройств является сложность конструкции и необходимость централизованной подачи гидравлической или пневматической среды под давлением от компрессорной или водонасосной станции, создающих значительные сложности в их эксплуатации и в обеспечении систем автоматического регулирования стабильным и чистым воздухом или жидкостью, при пропадании давления которых останавливались все различные устройства автоматического регулирования.

Целью предлагаемого изобретения является создание пневматического или гидравлического преобразователя, независимого от централизованных источников пневматической или гидравлической среды под давлением и упрощение их конструкции по сравнению с известными преобразователями и увеличение, в связи с этим, их надежности в работе.

Эта цель достигается тем, что преобразователь выполнен из, по меньшей мере, одного микронагнетательного устройства, например из микрокомпрессора или микронасоса, электрический привод которого предназначен для соединения с, по меньшей мере, одним электрическим выходом регулирующего прибора, например электронного регулятора, контроллера или ЭВМ, пневматический выход которого предназначен для соединения с пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмом регулирующих или запорно-регулирующих органов, при этом составной частью преобразователя может быть стравливающий клапан, вход которого предназначен для соединения с пневматическим или гидравлическим механизмом запорного или запорно-регулирующего органа, а электрический привод этого клапана предназначен для соединения с другим электрическим выходом регулирующего прибора.

Преобразователь для устройства автоматического регулирования поясняется следующими чертежами:

Фиг.1 - Принципиальная пневматическая схема устройства.

Фиг.2 - Принципиальная пневматическая схема устройства с предохранительным клапаном.

Фиг.3 - Принципиальная гидравлическая схема устройства.

Фиг.4 - Пример выполнения реверсивного устройства.

Фиг.5 - Блочная схема устройства автоматического регулирования.

Фиг.6 - Уточненная схема нагнетательного узла.

Фиг.7 - Узел защиты исполнительного механизма.

Фиг.8 - Пример выполнения микронагнетательного устройства.

Фиг.9 - Принципиальная схема гидравлического узла.

Преобразователь для устройства автоматического регулирования содержит микронагнетательное устройство 1, например микрокомпрессор или микронасос, в данном примере микрокомпрессор, на выходе которого установлен патрубок 2, на котором выполнены обратный клапан 3, регулируемый дроссель 4. Окончание патрубка 2 соединено с распределителем 5 или промежуточной емкостью, к которому подсоединен патрубок 6, на конце которого выполнен ниппель 7 с установленной на нем накидной гайкой 8, предназначенные для подсоединения к исполнительному механизму регулирующего или запорно-регулирующего органа. К распределителю 5 подсоединен патрубок 9 с установленным на нем регулирующим дросселем 10, на окончании патрубка 9 установлен стравливающий клапан 11 с исполнительным механизмом 12, например соленоидный клапан с электромагнитным приводом. Электрический вход микронагнетательного устройства 1 соединен электропроводом 13 с электропроводом 14, идущим от исполнительного механизма 12 клапана 11, и которые через общий электропровод 15 соединены с клеммой 16 клеммника 17, предназначенной для соединения с общим электропроводом идущего от электрического выхода регулирующего прибора, другой электропровод 18 соединяет электрический вход микронагнетательного устройства с клеммой 19 клеммника 17, предназначенной для соединения через нее электропроводом с электрическим выходом регулирующего прибора, через который подается сигнал разбаланса от этого прибора на электрический вход микронагнетательного устройства 1, «больше» или «меньше», в зависимости от исполнения регулирующего или запорно-регулирующего органа, а именно каким он является: «нормально-замкнутыми» или «нормально-разомкнутыми». Электропровод 20 соединяет исполнительный механизм 12 клапана 11 с клеммой 21 клеммника 17, предназначенной для соединения ее электропроводом с другим выходом регулирующего прибора, через который подается на исполнительный механизм 12 противоположный сигнал разбаланса по отношении к сигналу подаваемого на электрический вход микронагнетательного устройства 1.

К распределителю 5 может быть подсоединен патрубок 22, на окончании которого установлен датчик давления 23, который также можно назвать реле давления или сигнализатор давления, например электроконтактный манометр, предназначенный для защиты исполнительного механизма регулирующих или запорно-регулирующих органов или для реализации обратной связи с вторичным прибором, а именно с регулирующим прибором. Этот датчик связан с патрубком 6 через распределитель 5 (Фиг.1)

К распределителю 5 может быть подсоединен патрубок 24, на конце которого установлен предохранительный клапан 25 (Фиг.2)

При реализации преобразователя с гидравлическим микронагнетательным устройством 1 может быть использован микронасос, а выход стравливающего клапана 11 патрубком 27 соединен со входом этого микронасоса, а в разрыве этого патрубка установлена накопительная емкость 26. В остальном принципиальная схема гидравлического устройства совпадает с принципиальной схемой пневматического устройства предыдущих примеров (Фиг.3).

В преобразователе может быть использовано реверсивное микронагнетательное устройство 1, один выход его соединен, например, с патрубком 2, а другой его выход, например, соединен с патрубком 28, на конце которого установлен предохранительный клапан 25, и на отводе 29, подсоединенном к патрубку 27, установлен обратный клапан 3. К электрическому входу реверсивного микронагнетательного устройства подсоединены электропровода 15, 18 и 20, соединяющие его через клеммник 17 с выходом регулирующего прибора (Фиг.4).

В общем, можно считать, что преобразователь рассчитан на применение в системе автоматического регулирования или еще можно назвать, в системе автоматического управления, как принято, состоящей из по меньшей мере одного первичного прибора 30а, а именно датчика, электрически связанного с по меньшей мере одним входом по меньшей мере одного вторичного прибора 30, а именно регулирующего прибора, например ПИД - регулятора, контроллера или электронной вычислительной машины - ЭВМ, по меньшей мере один выход которого связан с электрическим входом заявленного преобразователя 31, по меньшей мере один пневматический или гидравлический выход которого соединен с по меньшей мере одним исполнительным механизмом 32, механически связанным с по меньшей мере одним регулирующим или запорно-регулирующим органом 33, который установлен на технологическом канале, например на технологическом трубопроводе, газопроводе и т.д. Через датчик давления 23 может осуществляться обратная связь выхода преобразователя с вторичным прибором 30. Таким образом, в наиболее простом варианте может быть реализована блочная схема системы автоматического регулирования или системы автоматического управления, которую можно назвать устройством автоматического регулирования (Фиг.5).

Если быть более точным, то электрическим входом микронагнетательного устройства 1 является его электропривод 34, например электродвигатель или электромагнитный привод, который электропроводами 13 и 18 соединен через клеммник 17 с выходом регулирующего прибора и сигнал разбаланса с которого предназначен для включения и выключения этого электропривода и может являться источником его питания. Но электропривод 34 может также содержать другие элементы, например частотный преобразователь или теристорный привод, через которые сигнал с регулирующего прибора может может преобразовываться прежде чем поступит на электродвигатель или электромагнитный привод (Фиг.6).

Электропровод 18 от электропривода 34 микронагнетательного устройства 1 может проходить от через расцепители 35, например контакты или бесконтактные ключи, высокого давления датчика давления 23, а электропровод 20 от исполнительного механизма 12 может проходить через расцепители 36 низкого давления датчика давления 23 (Фиг.7).

Реверсивный характер микронагнетательного устройства может быть реализован при помощи двух обычных этих устройств, входы которых соединены между собой патрубком 37, выход одного из них соединен с патрубком 6, а выход другого - с патрубком 27. В этом примере предусматривается при выключенных микронагнетательных устройствах возможность прохождения среды через них в обратном направлении нагнетания (Фиг.8).

При реализации гидравлического варианта преобразователя с реверсивным микронагнетательным устройством 1 обратный клапан 3, являющийся в данном примере гидравлическим входом преобразователя, соединен с его выходом предохранительным клапаном 25, а патрубком 27 - с установленной на нем емкостью 26 (Фиг.9).

Преобразователь работает следующим образом. При поступлении электрического сигнала разбаланса, т.е. при отклонении регулируемого параметра от заданного, с регулирующего прибора по электропроводам 13 и 18 на электропривод 34, микронагнетательное устройство начинает нагнетать газовую среду, например воздух или жидкую среду из емкости 26, например воду или масло, по патрубку 2 через обратный клапан 3, регулируемый дроссель 4, распределитель 5 и патрубок 6 на пневматический или гидравлический исполнительный механизм 32. Если электрический сигнал разбаланса с регулирующего прибора поступает по электропроводам на исполнительный механизм 12 клапана 11, то он открывается и начинает стравливать газовую или жидкую среду, если она находится под давлением, из исполнительного механизма 32 по патрубку 6, распределителю 5, патрубку 9 через дроссель 10 в атмосферу или накопительную емкость 26. Дросселя 4 и 9 помогают изменять скорость нагнетания газовой или гидравлической среды в исполнительный механизм или ее стравливание из него. Обратный клапан 3 предотвращает обратное нагнетанию течение среды через микронагнетательное устройство из исполнительного механизма 32. Предохранительный клапан 25 защищает исполнительный механизм 32 от превышения давления среды в нем.

При выполнении микронагнетательного устройства реверсивным необходимость в стравливающем клапане отпадает, так как это устройство может подкачивать среду в исполнительный механизм 32 по патрубку 6, получив соответствующий сигнал с регулирующего прибора, и стравливать ее, получив другой сигнал с этого прибора, меняя направление нагнетания на противоположный, например, через предохранительный клапан 25.

Расцепители 35 датчика давления 23, через которые проходит сигнал на электропривод 34 микронагнетательного устройства 1 с регулирующего прибора, позволяют отключить это устройство при достижении предельно допустимого давления среды в исполнительном механизме 32, а расцепители 36 этого датчика, через которые проходит сигнал с регулирующего прибора на исполнительный механизм 12 клапана 11, отключают этот клапан при низком давлении среды в исполнительном механизме 32.

При реализации реверсивного микронагнетательного устройства 1 в виде двух микронагнетательных устройств противоположного направления нагнетания среды работает аналогично обычному реверсивному нагнетательному устройству, только каждый из этих устройств включается независимо друг от друга, не одновременно, от соответствующего сигнала, один из которых предназначен для нагнетания среды в исполнительный механизм 32, а другой стравливает ее из этого механизма. К тому микронагнетательному устройству 1, который предназначен для нагнетания среды в исполнительный механизм 32, подключены электропровода 13 и 18, к другому подключены электропровода 14 и 20. Но для реализации преобразователя достаточно по меньшей мере одного микронагнетательного устройства. Заявленное устройство относится к электропневмопреобразователям или электрогидропреобразователям для систем автоматического регулирования или для устройств автоматического регулирования. Из принципиальных схем устройства видно, что пневматический или гидравлический выход микронагнетательного устройства 1 напрямую или через обратный клапан 3, дроссель 4, распределитель 5 связан с датчиком давления 23, предохранительным клапаном 25 и обратным клапаном 3.

На практике устройство автоматического регулирования может содержать несколько первичных приборов, например датчиков 30а, несколько вторичных приборов, несколько входов регулирующих приборов и несколько их выходов, а значит, и несколько исполнительных механизмов 32 с несколькими регулирующими или запорно-регулирующими органами 33, поэтому в формуле используется выражение «по меньшей мере».

Электропровода 13, 15, 18 и 20 могут в общем называться цепями управления.

Преобразователь предназначен для устройств автоматического регулирования. Преобразователь содержит, по меньшей мере, одно микронагнетательное устройство, а именно микрокомпрессор или микронасос, электрический привод которого предназначен для соединения с электрическим выходом вторичного прибора системы автоматического регулирования или устройства автоматического регулирования, например, регулирующим прибором, вход которого соединен с первичным прибором, а именно с датчиком. Пневматический или гидравлический выход микронагнетательного устройства через обратный клапан, дроссель и распределитель предназначен для соединения с пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмом регулирующих или запорно-регулирующих органом. Кроме этого с другим выход/вторичного прибора связан исполнительный механизм стравливающего клапана, вход которого соединен через дроссели, распределитель и обратный клапан с выходом микронагнетательного устройства, которое предназначено для соединения с исполнительным механизмом регулирующих и запорно-регулирующих органов. С распределителем соединены датчик давления, предохранительный клапан и обратный клапан, которые также связаны с выходом микронагнетательного устройства. Микронагнетательное устройство может быть выполнено реверсивным, один выход которого соединен с распределителем, а другой соединен с предохранительным клапаном и обратным клапаном. Технический результат - повышение надежности. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Преобразователь для устройства автоматического регулирования, предназначенный в качестве связующего звена между, по меньшей мере, одним электрическим выходом вторичного прибора и, по меньшей мере, одним пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмом, по меньшей мере, одного регулирующего или запорно-регулирующего органа, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одно микронагнетательное устройство, а именно микрокомпрессор или микронасос, электрический привод которого предназначен для соединения его с электрическим выходом регулирующего прибора, а пневматический или гидравлический выход этого устройства предназначен для соединения с, по меньшей мере, одним пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмам, по меньшей мере, одного регулирующего или запорно-регулирующего органа.2. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.1, отличающийся тем, что микронагнетательное устройство выполнено реверсивным.3. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.1, отличающийся тем, что выход микронагнетательного устройства связан одновременно со стравливающим клапаном, электрический исполнительный механизм которого предназначен для соединения с электрическим выходом регулирующего прибора.4. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.1, отличающийся тем, что выход микронагнетательного устройства связан одновременно с датчиком давления.5. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.4, отличающийся тем, что расцепители датчика давления включены в цепи управления преобразователя.6. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.1, отличающийся тем, что выход микронагнетательного устройства связан одновременно с предохранительным клапаном.7. Преобразователь для устройства автоматического регулирования по п.1, отличающийся тем, что выход микронагнетательного устройства связан одновременно с обратным клапаном.