Мембранный регулятор расхода жидкости или газа прямого действия Советский патент 1992 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности, металлургии и других отраслях техники.

Известен мембранный регулятор расхода жидкостей и газов прямого действия, содержащий корпус, полость которого разделена на проточную и непроточную камеры подпружиненной мембраной, жесткий центр которой связан с клапаном дросселирующего элемента, динамический преобразователь расхода в давление, представляющий собой отверстие в непроточную камеру, соосное с входным каналом, пружина, являющаяся нагрузкой на мембрану, служит в качестве задающего элемента.

Недостаток регулятора при применении его в системах автоматического регули- рования технологических процессов заключается в том, что он имеет только один канал задающего воздействия и поэтому реализует лишь простой закон регулирования - поддерживает постоянные значения величины расхода без коррекции по другим параметрам технологического процесса.

Известен также регулятор, содержащий корпус, полость которого разделена на проточную и непроточную камеры мембраной, связанной с дросселирующим устройством и нагрузочным элементом, выполненным в виде груза, и регулируемый динамический преобразователь расхода серы в давление, содержащий напорную трубку, соединенную с непроточной камерой, и регулирующий орган-заслонку, являющуюся задающим элементом.

Недостаток известного регулятора расхода при применении его в системах автоматического регулирования технологических процессов заключается в том, что в нем имеется один канал задающего воздействия и поэтому он реализует лишь простой закон автоматического регулирования - поддержание постоянной величины расхода.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения регулятора за счет введения корректирующих воздействий по величинам параметров технологического процесса, т.е. реализации системы связанного регулирования.

В мембранный регулятор расхода жидкости и газа, содержащий корпус с проточной и непроточной камерами, разделенными мембраной, жесткий центр которой связан с дросселирующим элементом и элементом нагрузки (грузом), расположенный во входном канале регулируемый динамический преобразователь расхода среды в давление, состоящий из регулирующего органа и напорного канала, соединенного с непроточной камерой, встроено два до полните л ьных задающих устройства, одно из которых выполнено в виде напорной трубки, образующей напорный канал, причем регулирующий орган выполнен в виде поршня со сквозным осевым отверстием переменного

0 сечения, в котором расположен приемный конец трубки, которая выведена с уплотнением через стенку корпуса регулятора, второе задающее устройство выполнено в виде двуплечего рычага, одно плечо которого со5 единено с жестким центром мембраны, другое расположено вне корпуса, ось поворота рычага расположена в уплотнительном устройстве, выполненном, например в виде встроенной в стенку корпуса разделитель0 ной мембраны, на которой свинчены два плеча рычага, расположенные перпендикулярно плоскости мембраны.

На чертеже показан регулятор. Регулятор содержит корпус 1, который

5 разделен мембраной 2 с жестким центром 3 на проточную 4 и непроточную 5 камеры. Во входном канале 6 размещен регулирующий орган, выполненный в виде поршня 7 со штоком 8 и сквозным осевым отверстием

0 переменного сечения, в котором расположен приемный конец напорной трубки 9, образующей напорный канал и выходящей через сальниковое уплотнение 10 наружу. Трубка 9 соединена гибкой трубкой 11 с

5 непроточной камерой 5. На жестком центре 3 мембраны 2 закреплена тяга 12, шарнирно соединенная с первым плечом 13 двуплечего рычага, ось поворота которого расположена на встроенной в стенку корпуса

0 разделительной мембране 14, а второе плечо 15 рычага располагается снаружи корпуса. Плечи рычага расположены перпендикулярно плоскости мембраны 14 и свинчены на ней.

5 Шток 8 поршня 7 связан с датчиком первого корректирующего параметра, выполненным в виде мембранного вспомогательного механизма 16, на который подается сжатый воздух с давлением Pi, зависящим от первого корректирующего па0 раметра X.

Напорная трубка 9 также связана через шток с датчиком второго корректирующего параметра, выполненным в виде второго мембранного исполнительного механизма

5 17, на который подается давление воздуха Р2, зависящее от второго корректирующего параметра Y. Жесткий центр 3 мембраны 2 связан с датчиком третьего корректирующего параметра, выполненным в виде сильфона 18, к которому подведено давление сжатого воздуха Рз, зависящее от третьего корректирующего параметра Z.

Регулятор расхода работает следующим образом.

Поток среды через входной канал 6 попадает в проточную камеру 4 и через дросселирующий элемент, образованный седлом и жестким центром 3, выходит из регулятора. При этом в напорной трубке 9 и в соединенной с ней непроточной камере 5 выделяется сумма статического и динамического давлений. В проточной камере 4 действует статическое давление среды. В равновесном положении вес жесткого центра 3 с элементом нагрузки уравновешен усилием динамического давления, выделяющимся на мембране 2. Если расход снижается, то груз (жесткий центр) 3 опускается, и отверстие дросселирующего элемента увеличивается, что приводит к восстановлению расхода до прежней величины. При повышении расхода жесткий центр 3 поднимается, и расход снижается.

Передача задающих воздействий от датчиков перевого X и второго Y параметров производится путем перемещения регулирующего органа 7 и приемного конца трубки 9 вдоль осевого канала поршня 7. Изменение расхода среды, проходящей через регулятор, происходит благодаря тому, что входное отверстие в напорную трубку 9 оказывается в сечениях осевого канала, с разной площадью поперечного сечения. Перемещение регулирующего органа 7 и напорной трубки 9 зависит от величины некоторых параметров технологического процесса, на котором используется регулятор (температура, расходы, плотности и т.п.).

Перемещение поршня 7 вправо по отношению к трубке 9 или трубки 9 влево от поршня 7 приводит к увеличению заданного расхода. Перемещение поршня 7 влево от трубки 9 приводит к уменьшению расхода среды через регулятор расхода. Зависимость расхода среды через регулятор от величины параметров X и Y может выражаться функциями fi(X) и f2(Y), а их совместное воздействие на расход выражается суммой этих функций

fi(X)+f2(Y).

Третьим задающим каналом является устройство для передачи усилия через плечи 13 и 15 рычага и тягу 12 на жесткий центр мембраны 2. Это усилие зависит от некоторого третьего корректирующего параметра Z технологического процесса, а изменение

регулируемого расхода среды является функцией этого параметра fa(Z).

Рычаг легко поворачивается на мембране 14 несмотря на значительную разницу

давлений с обеих сторон мембраны 14. Если прирост усилия от сильфона 18, переданного через рычаг и тягу 12, направлено вниз, то задающий расход увеличивается. При уменьшении этого усилия расход снижается, и при определенной достаточно малой величине усилия седло неуравновешенного дросселирующего элемента захлопывается жестким центром 3, и расход через регулятор прекращается.

В качестве третьего корректирующего параметра Z необходимо использовать тот параметр, определенное значение которого должно вызывать прекращение расхода через регулятор.

Другим не менее важным свойством третьего канала является то, что корректирующий сигнал не суммируется, а умножается на сигнал первых двух каналов, и совместное воздействие сигналов по всем

трем каналам представляет собой функцию

(X)-ff2(Y)f3(Z).

причем величина g пропорциональна

квадратному корню из усилия на мембрану 2. Поэтому этот канал удобно использовать как корректирующий по какому-либо расходу.

С помощью предлагаемого регулятора

расхода можно реализовать следующие схемы автоматического регулирования различных процессов.

Регулирование расхода раствора коагулянта QK, подаваемого в пульпу для отделения осадка в полочном отстойнике. Задание на расход дк вводится вручную изменением положения регулирующего органа 7, например подачей от воздушного редуктора давления Pi на мембранный исполнительный

механизм (X a const). Расход д« корректируется по двум параметрам: по плотности пульпы р и расходу пульпы gn. Напорная трубка 9 перемещается с помощью мембранного исполнительного механизма 17

пропорционально плотности пульпы (), а усилие на мембрану может быть сформировано на мембранном блоке (не показан) пропорционально перепаду давлений на измерительном дросселе, установленном в

потоке пульпы. Мембрана блока соединена с рычагом. Расход д в статике будет изменяться в соответствии с функцией

a+f2(/)f3(gn)

т.е. обеспечивается инвариантность величины по отношению к изменению вели- чинридп.

Регулирование расхода воздуха QB на горелку в заданном соотношении к расходу газа дт с коррекцией на давление газа Рг и давлению воздуха РВ. Регулятор отрабатывает функцию

(PB) + f2(Pr)f3(gr).

Нейтрализация технологических растворов известковым молоком с коррекцией по исходным значениям рН и плотности р, установка задания на расход технологического раствора пропорциональна расходу известкового молока дим.

Расход раствора изменяется согласно функции

Р1(9имИ2(рН)тз(/0).

Абсорбция аммиака из парогазовой смеси водой с целью наиболее полной ее очистки от аммиака. Задание на расход воды g устанавливается в зависимости от температуры воды t, коррекция - по содержанию аммиака в парогазовой смеси С и по расходу смеси дс. Регулятор отрабатывает зависимость

(t)+f2(C)f3(gc),

т.е. реализует автоматическое регулирование расхода воды с обратной связью, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Мембранный регулятор расхода жидкости или газа прямого действия, содержащий корпус с проточной и непроточной камерами, разделенными мембраной, жесткий центр которой связан с элементом нагрузки и дросселирующим элементом,

причем проточная камера соединена с выходным каналом через дросселирующий элемент и с входным каналом, который сообщен с непроточной камерой, через напорный канал, на входе которого установлен

регулирующий орган, связанный с датчиком первого корректирующего параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения мембранного регулятора расхода,

регулирующий орган выполнен в виде поршня со сквозным осевым отверстием переменного сечения, а напорный канал образован напорной трубкой, приемный конец которой установлен в сквозном осевом

отверстии поршня с возможностью перемещения вдоль его оси и связан с датчиком второго корректирующего параметра, при этом жесткий центр мембраны соединен со стороны непроточной камеры с тягой, которая шарнирно связана с первым плечом рычага, второе плечо которого выведено через уплотнительный элемент наружу и связано с датчиком третьего корректирующего параметра, причем ось поворота рычага расположена в уплотнительном элементе.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде встроенной в стенку корпуса разделительной мембраны, а первое и второе плечи рычага расположены перпендикулярно плоскости разделительной мембраны и свинчены на ней.

Изобретение касается автоматического регулирования и может использоваться в химической, нефтехимической промышленности, металлургии и других отраслях. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения мембранного регулятора расхода жидкости или газа прямого действия. Регулятор содержит корпус 1, который разделен мембраной 2 с жестким центром 3 на проточную 4 и непроточную 5 камеры. Во входном канале 6 размещены регулирующий орган в виде поршня 7 со штоком 8 и сквозным осевым каналом переменного сечения, в котором расположен приемный конец напорной трубки 9, которая сообщена через гибкую трубку 11с непроточной камерой 5. На жестком центре 3 закреплены элемент нагрузки (груз) и тяга 12, шарнирно соединенная первым плечом 13 рычага, ось поворота которого расположена в плоскости разделительной мембраны 14, встроенной в стенку корпуса 1, а второе плечо 15 рычага расположено снаружи корпуса. Шток 8 поршня 7 и трубка 9 связаны с датчиками соответственно первого и второго корректирующих параметров, выполненными в виде первого 16 и второго 17 мембранных исполнительных механизмов, а жесткий центр 3 связан через тягу 12 и плечи 13 и 15 рычага с датчиком третьего корректирующего параметра, выполненным в виде сильфона 18. 1 з.п. ф-лы 1 ил. v Ё