Регулирующий клапан для криогенных сред Советский патент 1984 года по МПК F16K31/126 F16K37/00 

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что резистивный элемент снабжен дополнительным подвижным электрическим контактом, подключенным в полости управле ния к выводу резистивного элемента, подключенному к шине питания, и установленным на дополнительной диэлектрической каретке, причем в полости управления

установлен с возможностью перемещения винт, связанный резьбовым соединением с допо.нительной кареткой, а снаружи кожуха установлен резистивный делитель напряжения, подключенный к выводу электрического контакта каретки, связанной с днищем сильфона.

1. РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ДЛЯ КРИОГЕННЫХ СРЕД, содержащий заключенный в вакуу.мный кожух корпус с соллом., в котором установлен плунжер, С1;абже11НЫ дггтчиком линейного перемещения и связанный с даище.м герметизируюн 1е о сильфона, посредством которого рабочая полость клапана отделена от полости управления, отличающийся тем. что. с целью повышения точности регулирования в широком диапазоне температур, датчик линейного перемешения размешен в полости управления и выполнен в виде резистивного элемента с подвижным электрическим контактом, установленным на диэлектрической каретке, ме.чанически связанной с днищем герметизирующего, сильфона, а в стенке корнуса выполнен гермовывод. через который выводы подвижного электрического контакта и резистивного элемента пропун1,ены за пределы вакуумного кожуха, где установлены источник постоянного тока, снабженный балластным резистором, и шина питания, подключенные соответственно к вывода.м резистивного элемента, формирующим сигналы, i соответствующие полностью открыто .м у и полностью закрытому положению кла(Л пана, и стабилитрон, подключенный параллельно вывода.м резистивного элемента. о оо ел оо

1

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для управления потоками криогенных жидкостей и захоложенных газов, а также для дозирования их количеств.

Известен клапан, содержащий корпус с седлом, плунжер, герметизирующие элементы, например сильфоны или резиновые прокладки, магистральные патрубки и вакуумные кожухи 1..

Однако для данного клапана характерны отсутствие в его конструкции датчиков линейных перемещений, с помощью которых можно получить выходной электрический сигнал, пропорциональный положению запорной поверхности плунжера относительно седла клапана, и, как следствие этого, невозможность точно управлять потоками криогенно1о продукта и осуществлять точное дозирование его.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является конструкция клапана, содержандего заключенный в вакуумный кожух корпус с седлом, в котором установлеlibi плунжер и герметизирующий сильфон, от.:1сляюи1ий рабочую полость клапана О полости управления, причем в конструкции 11ре.1.усмотрен датчик линейного перемещения п.луижера 2.

Однако известная конструкция характеризуется невысокой точностью измерения ноложешш нлунжера и, следовательно, низким качеством регулирования потоков криогенного продукта и дозирования его. Это объясняется тем, что индуктивный датчик линейного перемещения закреплен на стенке корпуса так, что нодвижной сердечник из магнитного материала прилегает к холодной полости управляющего газа, и при колебаниях температуры вплоть до температуры жидкого гелия его магнитные свойства изменяются, что приводит к большим погрешностям определения положения нлунжера, а устройство для компенсации температурных погрещностей не предусмотрено. Кроме того, индуктивный датчик перемещения работает на переменном токе.

что вызывает необходимость применять сложную и дорогостоящую вторичную аппаратуру- Цель изобретения - повыщение точности регулирования в широком диапазоне температур.

Указанная цель достигается тем, что в регулирующем клапане для криогенных сред, содержащем заключенный в вакуумный кожух корпус с седлом, в котором установлен плунжер, снабженный датчиком линейного переменления и связанный с днищем герметизирующего сильфона, посредством которого рабочая полость клапана отделена от полости управления, датчик линейного перемещения размещен в полости управления и выполнен в виде резистивного элемента с подвижным электрическим контактом, установленным на диэлектрической каретке, механически связанной с днищем герметизирующего сильфона,

0 а в стенке корпуса выполнен гермовывод, через который выводы подвижного электрического контакта и резистивного элемента пропущены за пределы вакуумного кожуха, где установлены источник постоянного тока,

5 снабженный балластным резистором, и щина питания, подключенные соответственно к вычодам резистивного элемента, формируюЩИГ.1 сигналы, соответствующие полностью с крычому и полностью закрытому положению клапана, и стабилитрон, подключенный

0 параллельно выводам резистивного элемента.

Кроме тоге ре.истивный элемент снабжен дополнительным подвижным электрическим контактом, подключенным в полости управления к выводу резнс- ивного элемента,

5 подключенному к шине п.тсния, и установленным на дополнительной диэлектрической каретке, приче.м в полости управления установлен с возможностью перемещения винт, связанный резьбовым соединением

Q с дополнительной кареткой, а снаружи кожуха установлен резистивный делитель напряжения, подключенный к выводу электрического контакта каретки, связанной с днищем сильфона.

На фиг. 1 схематично изображен регулирующий клапан для жидких криогенных сред, снабженный двумя потенциометрическими датчиками линейного перемещения со схемой компенсации температурных погрещностей определения -положения запорной поверхности плунжера относительно седла клапана; на фиг. 2 - клапан, снабженный датчиками перемещения с двумя каретками, позволяющими нормировать выходной электрический сигнал и компенсировать погрещности механической установки и закрепления резистивных элементов датчиков в корпусе клапана.

Клапан (фиг. 1) содержит корпус 1, сильфон 2, герметично соединенный с днищем 3 и корпусом 1, гермовывод 4, герметично впаянный в стенке корпуса 1, и вакуумный кожух 5, который также герметично соединен с корпусом 1. Герметизирующий сильфон 2 отсекает полость А криогенного продукта полости Б управляющего газа, а кожух 5 разграничивает полость В вакуумной теплоизоляции и внещней окружающей клапан атмосферы Г. Внутри полости А размещен плунжер 6, который .закреплен в центральной части днища 3 и свободно перемещается в направляющих опорах 7, закрепленных на внутренних стенках корпуса 1. Входной патрубок 8 заканчивается седлом 9 клапана, которое с запорной поверхностью плунжера 6 определяет регулируемое проходное сечение для потока криогенного продукта, выходящего через выходной патрубок 10. Внутри полости Б размещены один или несколько потенциометрических датчиков линейного перемещения, корпусы которых жестко закреплены на внутренней стенке корпуса клапана. Потенциометрические датчики содержат резистивный элемент 11 и диэлектрическую каретку 12, на которой закреплен электрический контакт 13, выполненный в виде металлической пружинной скобы. Каретка 12 закреплена на щтоке 14, который свободно перемещается в направляющих опорах 15, жестко закрепленных на внутренней стенке корпуса клапана. Шток 14 шарнирно сопряжен с днищем 3 сильфона 2 и тем самым осуществляет механическую связь между плунжером б клапана и подвижными электрическими контактами 13 датчиков перемещения. Провода электрических выводов от резистивных элементов 11 и подвижных электрических контактов 13 через гермовывод выведены из полости Б во внещнюю атмосферу Г, т. е. за пределы корпуса клапана. Гермовывод содержит изолирующее стеклянное основание, в которое впаяны сквозные металлические штырьки для подпайки электрических проводов с обеих сторон, а само стеклянное основание герметично вварено в стенку корпуса 1. Полость А является холодной, так как в ней циркулирует криогенный продукт. Полость Б является тоже холодной из-за того, что в ней осуществляется тепловой контакт с полостью А через герметизирующий сильфон 2 с днищем 3. Полость В вакуумирована, а с наружной стороны кожуха 5 и гермовывода 4, т. е. во внешней атмосфере Г, находится теплая зона. К крайни.м выводам резистиьных элементов 11 с наружной стороны гермовывода 4, т. е. в теплой зоне, подключен (под

0 паян) стабилитрон 16, который в свою очередь подключен через балластный резистор 17 к источнику постоянного тока с напряжением ЕП относительно общей шины 18, при этом с выводов подвижных электрических контактов 13 в теплой зоне относительно общей шины 18 снимаются идентичные выходные сигналы.

Во втором варианте клапана (фиг. 2) в холодной полости Б управляющего газа размещены потенциометрические датчики

0 линейного перемещения . с резистивными элементами 19, снабженными двумя диэлектрическими каретками, на которых закреплены металлические пружинные скобы, осуществляющие подвижные электрические контакты с резистивными элементами дат5 чиков. Каретка 20 первого подвижного контакта 21 имеет возможность перемещаться вдоль резистивного элемента 19 с помощью винта 22, подвижно закрепленного в опорах 23 и имеюпхего шлиц для осуществления подстройки в процессе сборки. Вывод электрического контакта 21 соединен (припаян) в холодной полости Б с крайним выводом резистивыого элемента датчика и в теплой зоне подключен к обпхей innnc 18 питания. Каретка 24 второго подвижного электрического контакта 25 подклк:)чена (фиг. 2) с наружной стороны гермовывода 4 в теплой зоне к резпстивном делителю 26 напряжения, с регулируемого выхода которого снимается выходной сигнал.

0 Регулирующий клапан д.1я жидких криогенных сред работает следующим образом.

В нерабочем состоянии клапан полностью открыт (фиг. 2), так как в полости Б (фиг. 1) нет избыточного давления управляющего газа Рупр. и плунжер 6 удерживается сильфоном 2 за счет его собственной жесткости в ненапряженном состоянии, при этом расстояние между запорной поверх0 ностью плунжера 6 и седлом клапана равно величине полного линейного перемещения плунжера, т. е. X 1. Для подготовки клапана к рабочему состоянию производят вакуумирование теплоизоляционной полости В, а в полость Б подают управляю5 Ш.ИЙ газ, например гелий, иод давлением Рупр , величина которого превышает сумму давлений: давления Pgx криогениого продукта в полости А и давления Р. , необ.ходимого для преодоления сил сопротивления снльфона 2, вызванных как собственной жесткостью, так и температурными деформациями его, при этом полностью закрывается, так как загюрная поверхность плунжера 6 оказывается нлотпо нрижатой к седлу к.ланана. Такое соетояние клапана является исходным для рабочего режима, нри этом X - О и поток криогенного продукта перекрыт. Рабочий режим кланана осуществляется далее за счет изменения давления Ру„р у 1равляюи1,его i-аза в нолости Б, т. с. за счет цикличного уменьшения и носледуюн1его увеличения его, нри этом плунжер отрабатывает цикличное перемендение запорной поверхпости относительно седла клапана, чем изменяет проходное сечение и осуществляет регулирование потока и дозирование криог-енного продукта. Одновременно механическое пере.меп1,ение плунжера 6, iHTOKa 14 и кареток 12 с электрическими контакта.ми 13 приводит к изменению величин выходных напряжений UjbDci (X) и ивых2{Х), линейно зависян;их от величины перемендения X. Эти сигналы используются как для ручиого. уиравлепия работой кланана, так и в системах автоматического 1 58 унрав.юния потоками и дозирования криогенгг.:го продукта. По второму варианту клапан (фиг. 2) работает так же, как и но первому, но при подготовке его к работе производят предварительную корректировку положения контакта 21 на резистивпо.м элементе 19 с помощью перемещения каретки 20 по винту 22 и этим самым устанавливают соответствие нулевому уровню выходного напряжения датчика, т. е. ивых(Х) О при закрытом клапане, когда X О а зате.м нри полностью открытом клапане, когда X I, производят корректировку положения выходного контакта на резистивном делителе 26 напряжения так, что выходное напряжение равно нормированнойве,аичине,например L-BbiX (Х)„акс 10 В. Технико-экономическая эффективность изобрете1Н1я заключается в повышении качества управления и дозирования путем повышения точности онределения положения плунжера относительно сед/ia в широком диапазоне температур, в устоанении погреп1ноетей определения положения, вызванных технологическими сменхения.ми датчиков при механической сборке клапанов.