Способ регулирования производительности холодильной газовой машины со свободным поршнем Советский патент 1986 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к холодильной технике, конкретнее к микрокриогенным системам со свободным поршнем, использую- щим дроссель для регулирования хода поршня.

Цель изобретения - повышение экономичности работы и увеличение точности регулирования в автоматическом режиме.

На. фиг. 1 изображена функциональная схема микрокриогенной системы (МКС); на фиг. 2 -структурная схема для реализации предлагаемого способа.

Система содержит (фиг. 1) холодильную газовую машину со свободным поршнем 1, газораспределитель 2 и компрессор 3. Холодильная машина имеет холодную 4, теплую 5, демпферную 6 и буферную 7 полости. На рефрижераторе 8 расположены нагреватель 9 и датчик 10 температуры. К теплой полости подключена магистраль 11 с датчиком 12 давления. Внутри холодильной машины расположен вытеснитель 13 с встроенным регенератором и поршень 14, связанные штоком 15. Между демпферной и буферной полостями установлено дроссельное устройство 16 с приводом 17. Буферная емкость соединена с магистралью 11 вентилем 18.

Газораспределитель приводится в движение двигателем 19, а компрессор - двигателем 20. Компрессор соединен с магистралью 21 нагнетания и магистралью 22 всасывания. В демпферной полости установлен датчик 23 давления, а на рефрижераторе 8 - охлаждаемый объект 24.

Структурная схема для реализации предлагаемого способа (фиг. 2) содержит объект регулирования, обведенный штриховой линией и состоящий из холодильной машины 25, компрессора 26 с двигателем, газораспределителя 27 с двигателем, дросселя 25 с шаговым двигателем и компенсирую- шего нагревателя 29. Остальные составные части схемы определяют способ регулирования и представляют собой регуляторы 30- 39.

Микрокриогенная система работает сле- дуюш,им образом.

Компрессор 3 подает газ по магистралям 21 нагнетания и 22 всасывания. Газораспределитель поочередно подсоединяет эти магистрали к вентилю 18. Газ, поступая в теплую полость 5, заставляет совершать возвратно-поступательное движение поршень 14 с вытеснителем 13 за счет разности давлений между теплой полостью 5 и демпферной полостью 6. Давление в демпферной полости устанавливается дроссельным устройством 16 при помош,и электрического привода 17. Давление в буферной емкости 7 устанавливается вентилем 18. За счет изменения объема и давления с совершением работы в холодной полости снижается температура газа, охлаждая рефрижератор 8,

на котором установлен охлаждаемый объект 24.

Система регулирования работает следующим образом.

В связи с тем, что производительность свободнопоршневой холодильной машины изменяется от действия четырех управляющих параметров, эффективная система регулирования должна состоять из четырех каналов регулирования.

0 Основной канал - создание давления газа компрессором 26 (фиг. 2). Сигнал с датчика давления, установленного на нагнетательной магистрали компрессора, сравнивается со скорректированным сигналом заданного давления е - на сумматоре, и ошибка Ае подается на регулятор 31, который по установленному закону преобразует сигнал в напряжение управления числа оборотов компрессора UVK, тем самым изменяя давление нагнетания или степень сжатия е. 0 Корректированный сигнал 6- равен сум ме трех сигналов коррекцией ., , е и задающего сигнала давления .

Корректирующий сигнал является напряжением с регулятора 30, который по установленному закону преобразует сигнал с датчика наружной температуры, тем самым учитывается влияние окружающей среды.

Корректированный сигнал е является напряжением с регулятора 38, который по установленному закону преобразует сигнал с датчика тока, установленного в цепи питания компрессора, тем самым учитывая возмущения от внутренних потерь в системе охлаждения.

Корректированный сигнал поступает с регулятора 39, на вход которого подается , сигнал Апз, вырабатываемый в канале регулирования числа циклов Пи.

Задающий сигнал е поступает с регулятора 35, который по установленному закону преобразует сигнал Тк разности заданного напряжения напряжения с датчика тем- пературы Тк, установленного на рефрижераторе, тем самым термостабилизируя температуру охлаждаемого объекта.

Второй канал управления регулирует число циклов Пи при помощи газораспределителя 27. Сигнал с тахогенератора, установленного на валу двигателя газораспределителя, поступает на сумматор и сравнивается с напряжением заданного числа циклов Пз . Разность этих сигналов Дпз поступает на регулятор 38 и регулятор 32, который Q по установленному закону преобразует сигнал в напряжение управления двигателя газораспределителя Uya, тем самым стабилизируя число циклов на заданном уровне.

Третий канал управления компенсирующей обмоткой 29 применяется для увеличе- 5 ния точности термостабилизации. Сигнал с датчика мощности QH компенсирующей обмотки сравнивается на сумматоре с напряжением, соответствующим заданному зна0

5

чению мощности , и разность этих сигналов поступает на регулятор 34, который по установленному закону преобразует сигнал в напряжение управления компенсирующей обмоткой UyH, тем самым стабилизируя температуру на объекте охлаждения.

Напряжение QK поступает с регулятора 37, который по установленному закону преобразует сигнал АТк.

Четвертый канал управления ходом поршня, работает следующим образом. Сигналы с датчиков PI и Ра, установленных в теплой и демпферной полостях, поступают на сравнивающее устройство, которое определяет наличие сдвига фаз между колебаниями этих давлений. При наличии сдвига фаз Д он заполняется импульсами с генератора импульсов ГТИ. В регуляторе 36 сигнал ДН л преобразуется в напряжение, соответствующее заданному значению демпферного давления Р/ . Напряжение с датчика давления Р2 сравнивается на сумматоре с Pd и сигнал разности поступает на регулятор 33, который по установленному закону преобразует входной сигнал в напряжение Uu - управления, исполнительного механизма. Механизм, двигаясь, изменяет сечение дроссельного тормоза, тем самым изменяя ход поршня.