РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 2007 года по МПК G05D7/06 G05D7/01 G05D16/10 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано, например, в системах автоматического управления энергоустановками.

Известен регулятор расхода прямого действия, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в полости которого размещена цилиндрическая камера с радиальными дросселирующими окнами и установлена в ней соосно полая гильза и подпружиненный, имеющий осевой канал цилиндрический поршневой элемент, разделяющий камеру на пружинную и надпружинную полости, а на стенке поршневого элемента выполнены недросселирующие окна, причем торцевая кромка со стороны пружины взаимодействует с радиальными дросселирующими окнами цилиндрической камеры.

Рабочий поток в регулятор поступает радиально через недросселирующие окна на стенке поршневого элемента, далее через его центральную часть, пружину и радиальные дросселирующие окна идет на потребитель (патент RU, №2142156, G05D 7/00, F23N 1/00, 20.05.98 - прототип).

Недостатками такого регулятора являются:

- наличие трущихся поверхностей в прецизионном зазоре;

- прецизионный зазор может засоряться и при работе поршневого элемента на прецизионных поверхностях деталей образуются наклеп, надиры, что приведет к заклиниванию поршневого элемента;

- радиальный подводящий поток, воздействуя на поршневой элемент, ухудшает его чувствительность;

- т.к. используется центральная часть поршневого элемента для перепуска потока, для сохранения необходимой эффективной площади требуется увеличение его диаметра;

- увеличение габаритов;

- рабочий поток, проходя через боковые отверстия поршневого элемента и его центральную часть, через пружину и радиальные дросселирующие отверстия, имеет повышенное сопротивление;

- отсутствует возможность управления статизмом (в широком диапазоне) гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений на регуляторе;

- не предусмотрена настройка исходного сопротивления на регуляторе;

- для изготовления деталей прецизионных пар требуются специальные дорогостоящие материалы, которые, кроме того, представляют трудности в обработке.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и расширение функциональных возможностей регулятора.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом регуляторе расхода, содержащем корпус с входной и выходной полостями, в котором концентрично по оси расположен подпружиненный чувствительный элемент, согласно изобретению корпус выполнен трубчатым с перегородкой и соплом по центру перегородки, а чувствительный элемент выполнен самоцентрирующимся в виде усеченного конуса и образует с корпусом суживающуюся по направлению потока расходную кольцевую щель, а по торцу с соплом в перегородке - дросселирующую щель, за которой в проставке с отверстиями выполнена разгрузочная полость, сообщающаяся с входной полостью каналом в трубке, расположенной по центру самоцентрирующегося чувствительного элемента и жестко соединенной с ним, а над частью трубки, выполненной с возможностью взаимодействия с разгрузочной полостью, выполнена расходная кольцевая щель, на входе между самоцентрирующимся чувствительным элементом и пружиной установлен регулируемый упор с отверстиями, а с другой стороны по торцу пружины установлен регулировочный элемент, в корпусе выполнен перепускной канал, соединяющий входную полость с полостью перед дросселирующей щелью, в котором размещено дросселирующее устройство в виде закрепленного в корпусе сопла, выполненного с возможностью взаимодействия с кулачковым валиком с образованием переменного дросселирующего сечения, при этом кулачковый валик с элементами уплотнений размещен в перепускном канале на подшипниках, а наружная его часть жестко скреплена с полумуфтой, выполненной с возможностью взаимодействия с приводом.

Регулировочный элемент выполнен в виде гайки со сферической поверхностью, которая выполнена с возможностью взаимодействия с конической поверхностью проставки.

Изобретение иллюстрируется чертежом где:

1 - корпус;

2 - самоцентрирующийся чувствительный элемент;

3 - трубка;

4 - регулируемый упор;

5 - пружина;

6 - коническая проставка;

7 - гайка;

8 - сопло;

9 - перегородка;

10 - проставка;

11 - разгрузочная часть трубки;

12 - сопло;

13 - кулачковый валик;

14 - полумуфта;

15, 17 - подшипники;

16 - элементы уплотнений;

А - торец чувствительного элемента;

Б - разгрузочная полость;

В - перепускной канал;

Г - полость перед дросселирующей щелью;

Д - входная полость;

Е - выходная полость;

Ж - канал;

F_o - расходная кольцевая щель;

F_o1 - переменное дросселирующее сечение;

F_др - дросселирующая щель.

Регулятор расхода состоит из корпуса 1 с входной полостью Д и выходной - Е. По оси корпуса размещены самоцентрирующийся чувствительный элемент 2 с центральной трубкой 3, регулируемый упор 4 с отверстиями, пружина 5 и регулировочный элемент, состоящий из конической проставки 6 и гайки 7.

Чувствительный элемент 2 выполнен в виде усеченного конуса, образующего с корпусом суживающуюся по направлению потока расходную кольцевую щель F_o, а между соплом 8, выполненном по центру перегородки 9 и торцом А самоцентрирующегося чувствительного элемента 2 - дросселирующая щель F_др.

За дросселирующей щелью в корпус 1 помещена проставка 10 с отверстиями, в которой выполнена разгрузочная полость Б, сообщающаяся по каналу Ж с входной полостью Д и над разгрузочной частью 11 трубки 3, взаимодействующей с разгрузочной полостью Б, выполнена расходная кольцевая щель F_o.

В корпусе выполнен перепускной канал В, соединяющий входную полость Д с полостью Г перед дросселирующей щелью F_др. В перепускном канале В размещено переменное дросселирующее устройство в виде закрепленного в корпусе сопла 12, выполненного с возможностью взаимодействия с кулачковым валиком 13 с образованием переменного дросселирующего сечения F_o1, при этом кулачковый валик с элементами уплотнений 16 размещен в перепускном канале на подшипниках 15, 17.

Величина дросселирующего сечения F_o1 изменяется по команде за счет вращения кулачкового валика 13, соединенного с приводом через полумуфту 14.

Регулятор расхода настраивается и работает следующим образом.

Настройка исходного сопротивления на регуляторе осуществляется регулируемым упором 4. Настройка перепада давления на расходной кольцевой щели F_o и переменном дросселирующем сечении F_o1 осуществляется регулировочным элементом, состоящим из гайки 7 и конической проставки 6. Управление статизмом гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений на регуляторе осуществляется изменением диаметров разгрузочной части трубки 11 и разгрузочной полости Б.

Рабочее тело поступает на вход, проходит через полость Д, отверстия в регулируемом упоре 4, суживающуюся расходную кольцевую щель F_o и далее поступает в полость Г. Второй поток, который организован для управления расходом через регулятор, из входной полости Д по перепускному каналу В через переменное дросселирующее сечение F_o1 также поступает в полость Г.

В полости Г два потока смешиваются и идут через дросселирующую щель F_др, сопло 8, отверстия в проставке 10, выходную полость Е на потребитель.

Принцип действия регулятора основан на поддержании постоянного перепада давлений на кольцевой щели F_o и дросселирующем сечении F_o1 за счет изменения дросселирующей щели F_др типа "сопло-заслонка". На установившемся режиме самоцентрирующийся чувствительный элемент находится в состоянии равновесия под действием силы пружины с одной стороны и перепада давления на чувствительном элементе, с другой.

При отклонении расхода от настроенного значения изменяется перепад давления на чувствительном элементе. В этом случае нарушается равновесие сил и чувствительный элемент перемещается в сторону закрытия дросселирующей щели F_др при увеличении перепада давления и в сторону ее открытия при уменьшении перепада давления, восстанавливая в обоих случаях прежнее значение перепада давления на чувствительном элементе (на кольцевой щели F_o и дросселирующем сечении F_o1), тем самым поддерживается постоянство расхода через регулятор.

Изменение настройки регулятора от номинального значения обеспечивается по команде от системы управления вращением кулачкового валика 13, находящегося в кинематической связи через полумуфту 14 с приводом. Равномерность кольцевой щели F_o между корпусом и чувствительным элементом на работающем регуляторе обеспечивается гидродинамическим центрированием чувствительного элемента.

При прохождении потока жидкости через суживающуюся кольцевую щель на чувствительном элементе возникают радиальные составляющие силы, которые обеспечивают концентричное положение чувствительного элемента без трения его о стенки корпуса.

Отсутствие пар трения в регуляторе позволяет:

- длительное время работать без проведения технического обслуживания (регламентных работ);

- при изготовлении обходиться без дорогостоящих специальных марок-сталей, которые также трудоемки и дороги в изготовлении.

Отсутствие пар трения и относительно большие радиальные зазоры (≥ 0,2 мм) позволяют регулятору удовлетворительно работать на загрязненном рабочем теле. При необходимости в регуляторе или перед ним может быть установлен фильтрующий элемент с крупными ячейками (с малым сопротивлением).

Использование предлагаемого регулятора расхода без трущихся пар с самоцентрирующимся чувствительным элементом в системах автоматического управления энергоустановками позволяет повысить их экономичность и надежность в работе.

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в системах автоматического управления энергоустановками. По оси трубчатого корпуса регулятора расположен подпружиненный самоцентрирующийся чувствительный элемент (ЧЭ) в виде усеченного конуса. ЧЭ образует с корпусом суживающуюся по направлению потока расходную кольцевую щель, а по торцу с соплом в перегородке корпуса - дросселирующую щель. По центру ЧЭ расположена жестко соединенная с ним трубка. Над частью трубки, выполненной с возможностью взаимодействия с разгрузочной полостью за дросселирующей щелью, выполнена расходная кольцевая щель. Входная полость корпуса соединена с полостью перед дросселирующей щелью перепускным каналом, в котором размещено дросселирующее устройство в виде сопла, выполненного с возможностью взаимодействия с кулачковым валиком с образованием переменного дросселирующего сечения «сопло-заслонка». Изобретение обеспечивает повышение точности поддержания расхода, возможность настройки исходного сопротивления, управления статизмом гидравлической характеристики зависимости расхода от перепада давлений, имеет уменьшенные габариты и массу, отличается отсутствием трущихся пар. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Регулятор расхода, содержащий корпус с входной и выходной полостями, в котором концентрично по оси расположен подпружиненный чувствительный элемент, отличающийся тем, что корпус выполнен трубчатым с перегородкой и соплом по центру перегородки, выполненный самоцентрирующимся чувствительный элемент в виде усеченного конуса образует с корпусом суживающуюся по направлению потока расходную кольцевую щель, а по торцу с соплом в перегородке - дросселирующую щель, за которой в проставке с отверстиями выполнена разгрузочная полость, сообщающаяся с входной полостью каналом в трубке, расположенной по центру самоцентрирующегося чувствительного элемента и жестко соединенной с ним, над частью трубки, выполненной с возможностью взаимодействия с разгрузочной полостью, выполнена расходная кольцевая щель, на входе между самоцентрирующимся чувствительным элементом и пружиной установлен регулируемый упор с отверстиями, а с другой стороны по торцу пружины установлен регулировочный элемент, в корпусе выполнен перепускной канал, соединяющий входную полость с полостью перед дросселирующей щелью, в котором размещено дросселирующее устройство в виде закрепленного в корпусе сопла, выполненного с возможностью взаимодействия с кулачковым валиком с образованием переменного дросселирующего сечения, при этом кулачковый валик с элементами уплотнений размещен в перепускном канале на подшипниках, а наружная его часть жестко скреплена с полумуфтой, выполненной с возможностью взаимодействия с приводом.2. Регулятор расхода по п.1, отличающийся тем, что регулировочный элемент выполнен в виде гайки со сферической поверхностью, которая выполнена с возможностью взаимодействия с конической поверхностью проставки.