Электромагнитный регулятор расхода Советский патент 1992 года по МПК G05D7/06 F16K47/06 

Изобретение относится к агрегатам автоматики пневмогидравлических систем и может быть использовано для регулирования расхода жидкости или газа в различных отраслях промышленности.

Известен электромагнитный регуля тор расхода с регулирующим органом, перемещаемый магнитным полем катушки, в корпусе которого коаксиально магнитной катушке неподвижно установлен стержень, а регулирующий орган размещен между катушкой и стержнем и выполнен в виде свободно установленной винтовой пружины из ферромагнит- ; ного материала ЈП . :

Основными недостатками регулятора расхода являются узкий диапазон и невысокая точность регулирования, а также.возможность загрязнения среды

внутри регулятора частицы, образующимися при деформации пружины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату JK предложенному является электромагнитный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, в которой размещены обмотки электромагнита и полый сердечник с продольной щелью 2.

Недостатком данного электромагнитного клапана пропорционального управления расходом является невысокая точность регулирования расхода вследствие нелинейной зависимости расхода рабочей среды от перемещения регулирующего органа. Недостаток обусловлен тем, что истечение рабочей среды проо

4 00

изводится через отверстие или паз с t меняющейся площадью проходного сечения. Это вызывает изменения режима истечения газа или жидкости, так как меняются скорость потока и другие параметры, что в конечном итоге не позволяет достичь высокой точности регулирования. Целью изобретения является повыше- ние точности электромагнитного регулятора расхода.

Поставленная цель достигается за счет того, что в электромагнитном регуляторе расхода, содержащем корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены обмотка электромагнита и полый сердечник с продольной щелью, этот полый сердечник выполнен в виде гильзы, открытый торец которой соединен с входным каналом, а на гильзу насажены пластины равной толщины, плотно стянутые в пакет, причем пластины, расположенные в зоне продольной щели, снабжены прорезями, которые сообщены с продольной щелью, при этом прорези смежных пластин смещены один относительно другой гильза установлена в корпусе с возможностью осевого перемещения и сообщения прорезей с выходным каналом, а обмотка электромагнита выполнена в виде, по меньшей мере, трех катушек.

Новизна заявляемого изобретения обусловливается тем, что полый сер- дечник содержит гильзу, в которой выполнена продольная щель и принудительно стянутые пакеты пластин равной толщины,,насаженные на гильзу, причем в каждой пластине, располо- женной в зоне продольной щели, выполнена узкая прорезь, проходящая от центра к периферии, а пластины сориентированы таким образом, что прорези не совпадают друг с другом.

Полый сердечник, содержащий гильзу и принудительно стянутые пакеты пластин равной толщины, насаженные на гильзу, используется для увеличения быстродействия двигателя за счет шихтования (известный признак) и для дискретного регулирования микрорас- хоров рабочей среды.

Только совокупность отличительных признаков является необходимой и дос таточной для достижения указанной цели.

Только выполнение пакетов пластин (ферромагнитных и неферромагнитных)

из пластин равной толщины с одинакот выми прорезями позволяет реализовать дискретное регулирование расхода при возвратно-поступательном перемещении полого сердечника. Гильза с продольной щелью является стяжкой пластин, предназначена для их ориентации и благодаря такому ее выполнению удается подать рабочую среду в полости прорезей пластин.

В каждой пластине, расположенной в зоне продольной щели, выполнена узкая прорезь, проходящая от ее центра к периферии. Она необходима для того, чтобы получить малые равные площади поперечного сечения капилляров, через каждый из которых будут проходить одинаковые (равные) потоки газа или жидкости с равными расходными характеристиками. Это обусловлено тем, что прорези пластин не совпа дают друг с другом.

Наличие в полом сердечнике гильзы и принудительно стянутых пакетов пла тин равной толщины, насаженных на тильзу, в которой выполнена продольная щель, причем в каждой пластине, расположенной в зоне продольного паза, выполнена узкая прорезь, а плас тины сориентированы таким образом, что прорезт не совпадают друг с другом, позволяет при реализации изобретения повысить точность электромагнитного регулятора расхода.

Это обусловлено тем, что поочередное включение катушек приводит к дискретному смещению полого сердечника вдоль оси корпуса и обмоток электромагнита. При этом величина расхода равна сумме микрорасходов среды, проходящей через прорези (капилляры пластин полого сердечника (ротора)), которые находятся в корпусе устройства ниже уплотнения. Направление движения сердечника определяется соответствующим порядком включения катушек. При этом точность смещения сердечника на каждом шаге постоянна как в положении сердечника, которому соответствует одна открытая пластина, находящаяся ниже уплотнения так и в положении с максимальным количеством открытых пластин.

Структура изобретения описывается соотношениями:

1) соотношения для линейного электромагнитного двигателя (см. Афонин А.А., Билозор P.P., Гребени-

ков В.В., Дыхненко Ю.И.,- Мельчи- чук Л.П. Электромагнитный привод ро- бототехнических систем, - Киев: Нау- кова думка, 1986, с. 124)

гаЈ tz (ni - 1) Ј - х0 (т - 1)

(1)

Z (Ч C(U0

где t - полюсное деление фазы статора;

х0 - основной шаг двигателя; го - число фаз двигателя (катушек) ; t.. - длина неферромагнитного набора пластин; t /ц - длина ферромагнитного набора

пластин.

2) соотношения для расхода газа или жидкости (см. Башта Т.Н., Машиностроительная гидравлика, М.: Машиностроение, 1971).

Q f (U- j (Р, Т,...).

(2)

где Q - расход газа или жидкости;

f. - площадь поперечного сечения; № - коэффициент расхода; i - функция, зависящая от давле-т ния, температуры, вязкости различных сред.

Вследствие возвратно-поступательного перемещения сердечника для нашего случая меняется площадь поперечного сечения f. Изменяется она последующей зависимости

п S; 0 п Ј N, ,

(3)

п - количество открытых штастин, находящихся ниже уплотнения в корпусе;

S - площадь поперечного сечения одного капилляра (прорези) пластины;

N - максимальное количество пластин с прорезями (N«300);

S Э Ь,

(4)

где а - ширина прорези пластины;

b - толщина пластины. Для обеспечения высокой точности устройства предлагается также держиваться зависимости

-°- V, Т )

(5)

где х0 - основной шаг двигателя;

Р - величина электронного дробления шага.

Ориентировочные величины а и b могут быть 0,1 мм.

Предлагается также длину каждого пакета выбирать так, чтобы она не превышала расстояния между полюсами раO зомкнутого магнитопровода.

Взаимосвязь отличительных признаков, таких как наборы пакетов пластин (ферромагнитных и неферромагнитных), гильза, можно пояснить еще

5 и тем, что они выполняют две функции: служат для получения возвратно-поступательного перемещения, ротора линейного :двигателя, а также служат для регулирования при помощи равных микро0 расходов газа или жидкости.

В известных в науке и технике технических решениях указанной совокупности признаков с заявляемыми связями не обнаружено. Поэтому можно сделать

вывод о соответствии заявляемого решения критерию Существенные отличия, На фиг, 1 изображен предложенный электромагнитный регулятор расхода в разрезе; на фиг, 2 - сечение А-А на

0 фиг. 1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1.

Электромагнитный регулятор расхода (фиг. 1) содержит корпус 1 с выходным каналом 2. Корпус может иметь про5 извольное поперечное сечение, например круглое или прямоугольное. Он также имеет центровое отверстие диаметром (или размерами для некруглого сечения), большим или равным диамет0 ру (размерам) полого сердечника 3. Полый сердечник 3 содержит гильзу 4, которая в верхней части имет входной канал 5, а ниже средней части имеет продольную щель 6. Верхняя часть щели

5 6 не должна выходить за верхние уплотнения при максимальном перемещении гильзы вверх. Полый сердечник 3 также имеет регулярно:. чередующиеся пакеты 7, 8 ферромагнитных и неферромагнит0 ных пластин. Это пластины двух видов: пластины 9 - с узкой прорезью 10 (фиг. 2) и пластины 11 - без прорезей, Пластины,9 с узкой прорезью 10 насаживаются попеременно таким образом,

5 чтобы прорези не совпадали друг с другом Эти пластины насаживаются на грльзу 4 в зоне продольной щели 6. В верхней части полого сердечника 3, выше щели 6 гильзы 4 и ниже ее, насаto

71716487

жпваются пластины 11 без прорезей. Пакеты ферромагнитных пластин 7 и неферромагнитных пластин 8. на гильзе 4 стянуты прижимом 12. Пластины 9 с прорезью 10 установлены на гильзе 4 таким образом, что вход прорезей совпадает с продольной щелью 6.

Для этой ориентации можно выполнять на пластинах бурты, а на гильзе паз. Соосно с полым,сердечником 3 на корпусе 1 в магнитопроводах 13, разомкнутых со стороны полого сердечника, размещено не менее трех катушек 14.

Для уплотнения..и.гешетизации. голого сердечника 3 служат уплотнения 15.

В качестве материала ферромагнйт- ных пластин может быть использована j электротехническая сталь. Она не может быть использована в качестве материала магнитопровода. В качестве материала неферромагнитных пластин могут быть использованы латунь, медь, 25 алюминий. Расстояние Ј между полюсами каждого магнитопровода 13 рекомендуется выбирать с обеспечением условий

15

20

на ве ны но во

чи i н в п

р ч л пр 10 ры вы са

с (н 1. к е ч с с г

Јfet,

.

L(Uo .р. Рекомендуется также следующее соотношение:

А - /.-fi-jт- С

(m-1); (

; При последовательном включении картушек 14 эти соотношения обеспечивает создание условий для продольного перемещения полого сердечника (ротора) 3, так как ферромагнитный пакет пластин, ближайший к включенной в данный момент катушке, стремится под действием ее магнитного поля занять положение магнитного равновесия между полюсами разомкнутого магнитопро- вода данной катушки.

Если в положении полого сердечни- |ка (см. фиг, 1) включена катушка II, то полый сердечник неподвижен и зафиксирован в указанном положении, так как соответствующий ферромагнитный пакет его находится в положении магнитного равновесия между полюсами разомкнутого магнитопровода катупгк

Тсй II.,

Если же включить катушку (одновременно выключив катушку II), то регулирующий орган сместится в

8

направлении корпуса 1, так как соответствующий катушке I ферромагнитный пакет пластин смещен относительно полюсов разомкнутого магнитопровода катушки I.

Если продолжать попеременно включить катушки в последовательности ill-II-I-III-II-I-... или в обратной, то регулирующий орган будет совершать возвратно-поступательное перемещение.

Устройство работает следующим образом. Регулируемая среда подается через входной канал 5 н гильзу 4 полого сердечника 3, а затем через продольную щель 6 попадает в прорез 10 пластин 9 и из тех из них, которые расположены ниже уплотнения 15, вытекает в выходной канал 2 корпуса 1 „

5

0

5

0 5

0

5

Попеременное включение катушек 14 в последовательностях, оговоренных ранее, приводит к незначительному, вследствие электронного деления шага, подъему или опусканию полого сердечника 3, а следовательно, к изменению количества задействован-4 (ных (открытых) прорезей (капилляров) . 1.0 пластин 9, которые находятся в корпусе ниже уплотнения 15. При этом, естественно, уменьшается или увеличивается суммарная площадь проходных сечений капилляров 10 пластин 9 полого сердечника 3. Тем самым достигается управляемое изменение расхода регулируемой среды.

Выполнение устройства согласно изобретению позволяет повысить точность электромагнитного регулятора расхода по сравнению с прототипом. Хотя и в предлагаемом устройстве и з прототипе; меняется площадь проходного сечення, но, в предлагаемом устройстве она меняется линейно по отношению к перемещению регулирующего органа и в предлагаемом устройстве режим истечения газа или жидкости во всем диапазоне будет одинаков, Тсчким образом,- будут исключаться погрешности, обусловленные разной скоростью истечения рабочей среды. Использование капилляров малых сечений. (S Ј 0,01 мм2) штастин малых толщин при относительно большом максимальном ходе пол;ого сердечника

хмакс г20 30 мм

позволит получить высокую точность регулирования расхода, повысить надежность и уменьшить габаритные размеры и вес.

Формула изобретения

Электромагнитный регулятор расхода, содержащий корпус с входным и JQ выходным каналами, в котором размещены обмотка электромагнита и полый сердечник с продольной щелью, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения точности электромагнитного $ регулятора расхода, полый сердечник

выполнен в виде гильзы, открытый торец которой соединен с входным каналом, а на гильзу насажены пластины равной толщины, плотно стянутые в пакет, причем пластины, расположенные в зоне продольной щели, снабжены, прорезями, которые соединены с продольной щедью, при этом прорези смежных пластин смещены друг относительно друга, гильза установлена в корпусе с возможностью осевого перемещения и соединения прорезей с выходным каналом, а обмотка электромагнита выполнена в виде, по меньшей мере,

трех катушек.

i.

Изобретение относится к агрегатам автоматики пневмогидравлических систем и может быть использовано для регулирования расхода жидкости или газа в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности электромагнитного регулятора расхода. Электромагнитный регулятор расхода содержит корпус 1- с выходным каналом 2, входной канал 5, регулирующий орган, включающий полый сердечник 3 с гильзой 4 и стянутые в пакеты пластины равной толщины, насаженные на гильзу, в которой выполнен продольный паз 6, причем в каждой пластине, расположенной в зоне продольного паза, выполнена узкая прорезь, проходящая от центра к периферии, а эти пластины сориентированы таким образом, что прорези не совпадают друг с другомо 3 ил. (Л С

Фиг.1

А-А

Фиг.1

шз

tf