Регулятор расхода Советский патент 1992 года по МПК G05D7/00 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и используется для стабилизации заданных расходов воды на водовыпусках оросительного канала,

Известно устройство для регулирования расхода воды в гидротехнических сооружениях оросительных систем, включающее секторный затвор с гидравлической системой управления, имеющей мембрану и патрубок, установленный перед затвором, включающий самоцентрирующийся поршень, взаимодействующий посредством рычажной системы с мембраной гидравлической системы.

К недостаткам устройства относятся засорение самоцентрирующегося поршня взвешенными растительными наносами, громоздкость конструкции и осаждение взвешенных частиц наносов внутри секторного затвора, снижающих точность стабилизации расхода и надежность работы устройства в мутных потоках рабочей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является регулятор расхода, содержащий трубопровод с установленным на нем сужающим устройством, корпус исполнительного механизма с подпружиненным мембранным чувствительным элементом, разделяющим корпус на две полосы, причем надмембранная полость соединена с полостью трубопровода до сужающего устройства, а подмембранная полость после сужающего устройства, и ре- . гулир ующий орган, установленный за сужающим устройством, выполненный в виде дискового затвора. Регулятор прямого действия рассчитан на одно конкретное положение стабилизации расхода. Чтобы изменить задание установки регулируемого расхода, потребуется заменить пружину и соотношение эффективных площадей мембраны, т. е. провести разборку и сборку всего устройства, что и является его основным недостатком, при этом направляющий шток регулирующего органа, проходя в отверстии мембранной коробки, имеетъсальнико- вые уплотнения, ведущие к снижению

чувствительности, а значит и точности регулирования расхода.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования и повышение точности

стабилизации расхода.

Поставленная цель достигается за счет того, что в регуляторе расхода воды, содержащем водовыпускную трубу с сужающим устройством и расходным отверстием, затвор, выполненный в виде управляющей ка- меры, которая образована стенками водовыпускной трубы и закрепленной в ней над расходным отверстием гибкой армированной ленты, сообщена с верхним бьефом

через зазор, имеющий между гибкой армированной лентой и стенками водовыпускной трубы, причем управляющая камера имеет сливной канал, на котором установлен клапан, и гидравлический канал сообщения с верхним бьефом, перед и за пределами сужающего устройства разме- щены датчики давления, связанные с под- и надмембранными полостями регулировочной камеры. Причем шток клапана жестко

соединен с мембраной регулировочной камеры и рычагом, на другом конце которого установлен подвижный груз, а надмембран- . ная полость связана с атмосферой посред- , ством вертикального патрубка с оголовком

на отметке максимального уровня верхнего ; бьефа, в котором расположен с возможно- Vl стью вертикального перемещения шток.

Такое выполнение позволяет расширить диапазон стабилизируемых расходов

поливной воды за счет того, что регулирование затвором в виде гибкой ленты осуществляется по разности давлений в сечениях сужающего устройства, действующих на управляющую мембрану в широком диапазоне. В вертикальном патрубке надмембранной полости формируется свободная поверхность пьезометрического напора, соответствующая напору перед сужающим } устройствам, отсутствуют утечки воды, шток

перемещается без трения, что ведет к поёы- шению чувствительности и точности регулирования.

На чертеже представлена схема регулятора расхода.

Регулятор расхода содержит водовыпускной трубопровод 1 с расходным отверстием 2..

Регулятор содержит также регулирующий орган, включающий гибкую армированную ленту 3, закрепленную над расходным отверстием 2, имеющую с боковыми стенками водовыпускного трубопровода 1 зазоры, и управляющую камеру 4, образованную боковыми стенками водовыпускного трубопровода 1 и сообщенную гидравлическим каналом 5с водовыпускным трубопроводом 1 за сужающим отверстием 6, установленным на водовыпускном трубопроводе 1. Канал 5 размещен в нижней части водовыпускного трубопровода 1. Управляющая камера 4 имеет сливной канал 7 в нижний бьеф, перекрываемый клапаном 8, жестко связанным с штоком 9.

Регулятор расхода содержит корпус исполнительного механизма 10 с мембранным чувствительным элементом 11, разделяющим корпус на подмембранную 12 и над- мембранную 13 полости. Надмембранная 13 полость соединена с полостью водовыпускного трубопровода 1 до сужающего устройства 6, а подмембранная 12 полость - с водовыпускным трубопроводом 1 после сужающего устройства 6. Надмембранная 13 полость связана с атмосферой посредством вертикального патрубка 14 с оголовком на .отметке максимального уровня верхнего бьефа, в вертикальном патрубке 14 расположен с возможностью перемещения шток 15, в верхней части которого установлен шарнир 16, с которым через опору двуплечего коромысла 17 связан груз 18 узла задания 19.

Груз 18 установлен с возможностью перемещения по градуированной расходной рейке 20 при вращении винтовой тяги 21 микроэлектродвигателем 22 или ручки 23. Перед и за сужающим устройством 6 размещены датчики 24 давления, связанные-с полостями 12 и 13.

Регулятор расхода работает следующим образом.

Вращая винтовую тягу 21 с помощью мужроэлектродвигателя 22 или ручки 23, перемещают груз 18 в требуемое положение, контролируя стрелкой по расходной рейке 20. Поток воды, двигаясь по трубе 1, сужается на сужающем устройстве 6 и затем расширяется, отгибает армированную ленту 3 и через расходное отверстие 2 сбрасывается в нижний бьеф отводящего канала. Одновременно вода по гидравлическому каналу 5 поступает в сливной канал 7 и при открытом положении клапана 8 также сбрасывается в нижний бьеф. Одновременно вода от датчиков 24 давления поступает в полости

12 и 13 корпуса 10. В вертикальном патруб- ке 14 формируется уровень пьезометрического напора, соответствующий уровню перед сужающим устройством 6. 5 На мембранный чувствительный элемент 11 сверху действует сила гидростатического давления Pi, а снизу сила Ра. В статическом состоянии, когда нет движения основного потока, т. е, лента 3 закрыта, силы

0 Pi и Р2 между собой равны, т. е. Pi - Рг. В динамическом состоянии основного потока за сужающим устройством б образуется разрежение, и сила Р2 становится меньше силы : . Pi. Уравнение равновесия действующих сил

5 кинематической схемы двухплечевого рычага 17 с элементом 11 и грузом 18 относительно оси вращения имеет вид:

G -li (Pi-P2)l,(1)

где G - масса груза 18;

0 И - плечо приложения груза 18 относительно оси вращения рычага 17;

I -плечо приложения силы Pi и Рг относительно оси вращения рычага 17.

Если транспортируемый регулятором

5 расход оказался выше заданной величины, например, в результате повышения напора со стороны верхнего бьефа, то разряжение внутри полости 12 камеры 10 увеличивается, и уравнение (1) принимает вид неравенства:

0 G -И (Р1-Р2).(2)

В этом случае двухплечий рычаг 17 поворачивается по часовой стрелке и правым своим концом давит на шток 15 с клапаном 8, перекрывая сбросное отверстие канала 7.

5 Вода по каналу бетремится в управляющую камеру 4, где создается давление на гибкую ленту 3, способствующее преодолению сил гидродинамического давления на нее со стороны верхнего бьефа и перемещению

0 ленты 3 в сторону закрытия. Живое сечение расходного отверстия 2 уменьшается, и снижается величина транспортируемого расхода.

Разность перепада давления перед су5 жающим устройством 6 PI и за ним Рг принимает первоначальное значение, и элементы кинематической схемы устанавли- ваются в положение, соответствующее уравнению (1). В случае снижения величины

0 транспортируемого расхода, например, при понижении напора со стороны верхнего бьефа, перепад давлений между силами Pi и Р2 уменьшается, уравнение (1) принимает вид другого значения неравенства:

5 G -H ()l.(3)

Это вызывает перемещение рычага 17 против часовой стрелки и открытие клапана 8 на большую величину. В результате управляющая камера 4 опорожняется, в ней создается некоторое разрежение, уменьшающее внутренние силы давления на ленту 3, которая под действием силы гидродинамического давления со стороны верхнего бьефа перемещается, открывая расходное отверстие 2 на большую величину. Расход, проходящий через регулятор, увеличивается, перепад сил давлений Pi и PZ принимает заданное положение, и неравенство (3) принимает вид оавенства(1).

Для изменения уставки стабилизиру - ёмого расхода перемещают груз 18 в новое положение, вращая тягу ручкой 23 или микродвигателем 22. Действующие моменты сил кинематической схемы принимают но- вые значения таким образом, что перепад сил давления PI и Ра все время подстраивается через элементы регулятора к новому заданному расходу, и расход по водовыпу- ску стабилизируется.

В реальных условиях на водо вы пусках пропускной способностью до 2,5 м3/с диаметр мембраны составит 35 см, что позволит применить груз-массой 5 кг. При достаточной скорости его перемещения можно применить микроэл ектродвигатель 22, работающий от сети телемеханики напряжением 24 В, мощностью 1.5 Вт, что определяет применение регулятора расхода на энергонеобеспеченных объектах в ус- ловиях дистанционного управления.

Формула изобретения

1. Регулятор расхода, содержащий во- довыпускной трубопровод с установленным

на нем сужающим устройством, корпус исполнительного механизма с гибким чувствительным элементом; разделяющим корпус на две полости, причем надмембранная полость соединена с полостью водовыпускного трубопровода до сужающего устройства, а подмембранная полость - после сужающего устройства, регулирующий орган, шток, укрепленный на мембране, и узел задания, воздействующий на шток, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, чтЬ, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования расхода, надмембранная полость связана с атмосферой посредством вертикального патрубка с оголовком на отметке максимального уровня верхнего бьефа, в котором расположен с возможностью перемещения шток, в верхней части которого установлен шарнир, с которым через опору двуплечего коромысла связан груз задания.

2. Регулятор расхода, по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что регулирующий орган содержит гибкую армированную ленту, имеющую зазор с боковыми стенками водовыпускного трубопровода и закрепленную над расходным отверстием. и уп ра вля ющую камеру, образованную боковыми стенками водовыпускного трубопровода, сообщенную гидравлически в нижней части с водовыпускным трубопроводом за сужающим устройством и имеющую сливкой канал в нижний бьеф, перекрываемый клапаном, жестко связанным со штоком.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и используется для стабилизации заданных расходов воды. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования расхода. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе расхода, содержащем водовыпускной трубопровод 1 с сужающим устройством и расходным отверстием 2, на котором размещен регулирующий орган, исполнительный механизм 10 с мембранным