Регулятор расхода Советский патент 1984 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных гидравлических, энергетических, химических и прочих системах для регулирования объемных и массовых расходов рабочей среды.

Известен регулятор потока, содержащий два регулирующих элемента, установленных в корпусе на резьбах разного направления, причем оси резьбовых контактов совпадают с осью регулятора. В этом устройстве используется днешний привод вращательного (по виду движения) типа 1.

Однако известное устройство характеризуется сложностью конструкции, заключающейся в наличии внешнего привода и в невозможности его размещения в едином корпусе регулятора проходного типа, недостаточно высокой чувствительностью и точностью срабатывания из-за большого количества элементов, передающих перестанавливающее усилие от привода к регулирующим элементам, ограниченной надежностью в работе, а также невозможностью использования для целей регулирования расхода без специального расходомерного прибора (системы).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор потока, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и резьбовым щтоком с центральным отверстием, установленным с возможностью вращения вокруг своей оси и связанным с регулирующим органом, полость которого с расположенным в ней золотником связана каналами с тангенциальными противоположно направленными сопт лами, расположенными в выходной патрубке 2.

Недостаток известного регулятора - невозможность его использования для регулирования расхода без специального расходомерного прибора, что сужает область его применения.

Цель изобретения - расширение области применения и упрощение регулятора потока.

Указанная цель достигается тем, что регулятор расхода содержит установленную во входном патрубке трубку Вентури и расположенный в ее диффузоре датчик скоростного напора, связанный с золотником стержнем, установленным в центральном отверстии резьбового штока, а в регулирующем органе выполнены отверстия, связывающие полбсть регулирующего органа с полостью входного патрубка.

Кроме того, трубка Вентури установлена с возможностью осевого перемещения.

На фиг. 1 изображен предлагаемый регулятор расхода; на фиг. 2 - вариант выполнения регулятора с устройством для изменения его настройки.

В корпусе 1, имеющем входной 2 и выходной 3 патрубки, расположено седло 4,

перед которым с учетом направления потока соосно корпусу установлен регулирующий элемент 5, имеющий в передней части резьбовой шток 6 с центральным отверстием. Шток б ввинчен в резьбовую втулку 7, установленную соосно в корпусе 1 на радиальных стойках 8. В осевом отверстии щтока 6 расположен стержень 9, на внещнем (переднем по ходу рабочей среды) конце которого укреплен датчик 10 скоростного напора, выполняемый преимущественно в виде диска. В зоне расположения датчика 10 скоростного напора входной патрубок 2 выполнен в форме трубки Вентури, причем диск 10 размещен примерно в середине (по длине) диффузора 11 трубки Вентури так, что между ними образуется кольцевой зазор. В теле регулирующего элемента 5 выполнена цилиндрическая осевая расточка (полость), в которой установлен с осевой свободой золотник 12, подпружиненный в сторону входного патрубка 2 пружиной сжатия 13. В нормальном положении (до срабатывания) золотник перекрывает каналы 14, выполненные в теле регулирующего элемента 5 и гидравлически соединенные с тангенциальными, противоположно направленными соплами 15, расположенными за седлом 4, вблизи выходного патрубка 3. Каналы 14 выполнены с осевым смещением относительно друг друга в области расположения золотника 12 так, что вход в один канал (на фиг. I - верхний) расположен вблизи задней кромки золотника 12, а вход в другой - вблизи передней кромки. Золотник 12 имеет осевое перепускное отверстие и посредством внутреннего оребрения кинематически взаимодействует со стержнем 9.

Каналы 14 в задней части переходят в щток 16, расположенный во втулке 17, укрепленной соосно корпусу посредством радиальных стоек 8 (аналогично втулке 7) в выходном патрубке, 3. При этом обеспечена осевая и угловая свободы штока 16 во втулке 17.

С целью повышения чувствительности датчика 10 скоростного напора на нем выполнены скошенные поверхности (лопасти) 18, обеспечивающие его вращение в потоке, при этом в контакте шток 6 - стержень 9 имеет место только усилие трения движения, которое в несколько раз меньше усилия трения покоя.

Датчик 10 скоростного напора может выполняться сменным с целью расщирения диапазона регулирования расхода одним прибором. Кроме того, в виде варианта трубка Вентури может быть образована вставным патрубком 19, спрофилированным в виде трубки Вентури и установленным во входном патрубке 2, выполненным в.виде линейного кругового цилиндра и снабженным зубчатым колесом 20, зацепленным за реечный зуб, выполненный на патрубке 19 по его образующей оси.

Во входной части регулирующего элемента 5 имеются отверстия для подвода к золотнику рабочей среды. Резьба на щтоке 6 выполняется самозатормаживающейся, преимущественно одноходовой с малым шагом. Все сопла 15 составляют две группы. Количество сопел может быть любым, но не менее одного в каждой группе, причем все сопла одной группы направлены в одном направлении вращения, а все сопла другой группы направлены в противоположном направлении. Рабочая поверхность регулирующего органа 5, сопряженная с седлом 4, может быть спрофилирована по любому закону изменения площади сечения канала «седло 4 - элемент 5 в зависимости от осевого перемещения элемента 5, в том числе и по линейному закону, что обеспечивает работу регулятора по типу пропорционального регулирования.

Регулятор расхода работает следующим образом.

При течении жидкости (газа) от входного патрубка к выходному на датчике 10 скоростного напора возникает перепад давлений, вызывающий усилие, направленное в сторону движения жидкости. Под действием этого усилия частично сжимается пружина 13, и если через регулятор протекает расчетное количество жидкости, то равновесие сил скоростного напора и пружины обеспечивает некоторое среднее положение золотника 12, обе группы каналов 14 закрыты, через обе группы сопел 15 расход отсутствует, регулирующий элемент находится в покое.

При изменении расхода жидкости, например увеличении, скорость в зазоре между диффузором 11 и диском 10 увеличивается, что ведет к увеличению падения давления на диске 10 и росту силы на стержне 9 и его перемещение против силы сжатия пружины 13 вправо до некоторого нового положения золотника 12. При этом один из каналов 14 (в данном случае - нижний) открывается, и протекающая через него жидкость поступает в соответствующее (нижнее) сопло 15, создавая на нем при истечении реактивное усилие, под действием которого регулирующий элемент начинает вращаться, обеспечивая «вывинчивание штока 6 из втулки 7 и перемещение регулирующего элемента 5 в сторону седла 4, уменьщая его проходное сечение. При этом и диск 10 перемещается вправо, переходя по диффузору 11 (или 19 на фиг. 2) вправо.

зазор между ними увеличивается, скорость в зазоре, перепад давлений и усилие уменьшаются. В конце процесса регулирования золотник 12 перемещается относительно элемента 5 в исходное положение, закрывая

обе группы каналов 14, и регулирующий элемент останавливается в новом, соответствующем концу момента регулирования, положении. Аналогично протекает процесс перестановки регулирующего элемента 5

в сторону открытия зазора в седле 4 при снижении расхода через регулятор. Разница только в знаках изменений сил и направлений движения золотника 12 и вращения элемента 5.

Наличие лопастей 18 при работе регулятора обеспечивает вращение датчика 10 скоростного напора вокруг оси, уменьшая усилия трения в подвижных контактах между щтоком 9 и осью 6 и увеличивая чувствительность устройства.

Перестановка патрубка 19 вращением зубчатого колеса 20 обеспечивает быструю перенастройку регулятора на новый режим. Кроме того, с этой целью возможна смена датчика 10, который может выполняться

в виде ряда сменных деталей с разными гидравлическими характеристиками аналогично ряду измерительных диафрагм и других элементов измерения расхода.

Предлагаемый регулятор расхода представляет собой автономный комплекс измерения расхода и его автоматического регулирования, что позволяет решать задачу регулирования расхода без установки традиционных измеряющих устройств: диафрагм, сопел и т. д., а также устройств преобразования и передачи управляющих

импульсов. Технология и затраты при изготовлении регулятора доступны для широкого использования, так как требования к качеству материалов всех элементов не содержат никаких принципиальных ограничений. Выполнение регулятора в серийном производстве требует значительно меньших затрат, чем для любых известных и используемых в настоящее время регуляторов прямого действия.

Регулятор расхода с реактивным приводом может быть использован во всех областях техники, где требуется регулирование расхода жидкости (газа) в трубах и каналах, и в особенности для потоков самовоспламеняющихся, агрессивных, радиоактивных

и т. д. Учитывая значительную простоту конструкции, компактность и надежность предлагаемый регулятор более эффективен в промышленном использовании.

1

.jMi AAiyLAA yAAJ a V

2

В-В

Фиг.1

1. РЕГУЛЯТОР РАСХОДА, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и резьбовым штоком с центральным отверстием, установленным с возможностью вращения вокруг своей оси и связанным с регулирующим органом, полость которого с расположенным в ней золотником связана каналами с тангенциальными противоположно направленными соплами, расположенными в выходном патрубке, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и упрощения регулятора, он содержит установленную во входном патрубке трубку Вентури и расположенный в ее диффузоре датчик скоростного напора, связанный с золотником стержнем, установленным в центральном отверстии резьбового штока, а в регулирующем органе выполнены отверстия, связывающие полость регулирующего органа с полостью входного патрубка. 2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что трубка Вентури установлена с возО 9 можностью осевого перемещения. (Л S 17 J оо ю 6 8 А-А 6-6 иг.1