Устройство контроля и регулирования вихревой трубы Советский патент 1992 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к источникам холода тепла вихревых или пульсационных труб, и может быть использовано в нефтехимической промышленности.

Известны устройства контроля доли холодного потока вихревых труб путем измерения расходов холодного и горячего потоков с помощью ротаметров.

Их недостатками являются необходимость выравнивания температур потоков, большие габариты ротаметров и участков стабилизации, гидравлическое сопротивление в местах измерения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля вихревой трубы, содержащее ввод сжатого газа, выходы холодного и горячего потоков с регулирующими вентилями, измерители температуры, реохорд с подвижным контактом, переключатель и нуль-индикатор.

Недостатками этого устройства являются невысокая точность поддержания параметров из-за необходимости ручной подстройки реохорда и установки регулирующего вентиля перед термопарой, контролирующей температуру горячего потока.

Цель изобретения - повышение точности поддержания параметров вихревой трубы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее ввод сжатого газа, выходы холодного и горячего потоков с регулирующими вентилями, измерители температуры, реохорд с подвижным контактом, переключатели и нуль-индикатор, дополнительно содержит три термопары, одна из которых установлена между выходами горячего и холодного потоков и подключена параллельно реохорду, а две другие установлены между вводом сжатого газа и выходами холодного и горячего потоков соответственно и подключены посредством переключателей к цепи в виде последовательно установленных реохорда, подвижного контакта и нуль-индикатора, который выполнен в виде усилителя, выход которого снабжен дополнительным реверсивным

электродвигателем, вал которого сообщен с подвижным контактом реохорда. Кроме того, подвижный контакт реохорда дополнительно снабжен фиксатором и соединен посредством фрикционной муфты с валом реверсивного электродвигателя, противолежащий торец которого снабжен дополнительным штоком, сообщенным с одним из регулирующих вентилей на выходе горячего потока, установленным после дифференциальных термопар.

На фиг. 1 показана принципиальная схема установки; на фиг. 2 и 3 - измерительные схемы в зависимости от режима работы; на фиг. 4-6 - варианты стыковки двигателя с регулирующим вентилем.

Устройство содержит вихревую трубу 1 со спиральным сопловым вводом 2 сжатого газа и участков патрубков сжатого газа 3, холодного 4 и горячего 5 потоков с тремя дифференциальными термопарами между

ними. На патрубке горячего потока, после участка 5 с термопарами, установлен регулирующий вентиль 6,параллельно которому подключен дополнительный вентиль 7, предназначенный для поддержания параметров вихревой трубы. Дифференциальная термопара между патрубками 4 и 5 включена параллельно реохорду 8, выполненному, например, в виде сегмента и снабженному. подвижным контактом 9, который связан с

фиксатором 10. Контакт 9 через узел 11 подвески подключен к одной из входных клемм усилителя 12. Другая клемма входа усилителя 12 связана посредством переключателя 13 с одной из дифференциальных термопар,

установленных между патрубками 3 и 4 или 3 и 5. На выходе усилителя 12 включен реверсивный электродвигатель 14, вал которого через фрикционную муфту 15 связан с узлом подвески подвижного контакта 9.

На другом конце вала реверсивного электродвигателя 14 установлен шток регулирующего вентиля на горячем потоке вихревой трубы 1.

Через переключатель 16 параллельно реохорду 8 может быть включен измерительный мост, содержащий источник стабилизированного питания и подстроечные резисторы 18 и 19. Вершина моста в месте соединения резисторов 18 и 19 связана через переключатели 16 и 13 и одну из дифференциальных термопар с входной клеммой усилителя 12. В непосредственной близости от реохорда установлены три шкалы-. Причем шкала 20 (АТХ ;АТГ) имеет градуировку от 0 до максимальной разности температур, которая в первом приближении может быть принята как величина эффекта охлаждения приизоэнтропном расширении газа. Шкалы 21 и 22 /и ; (1 - fi) имеют градуировку во взаимно противоположных направлениях от 0 до 100%. В качестве элементов связи реверсивного двигателя 14 и регулирующего вентиля 7 имеются вал 23, шток 24, гибкий вал 25, сельсины 26 и 27 с блоком 28 питания.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении сжатого газа из патрубка 3 в спиральный сопловой ввод 2 в вихревой трубе 1 происходит разделение газа на холодный и горячий потоки. При нахождении переключателей 13 и 16 в положениях соответственно fi, А Т и fi (фиг. 1 и 2) осуществляется измерение доли холодного потока вихревой трубы 1 м автоматическое поддержание режима с постоянным / которое равно

Gi N5-T3m

G3 Т5-Т4(1j

где G - массовый расход потока;

Т - температура потока;

3, 4, 5 - индексы, соответствующие позициям фиг. 1.

В относительно узком диапазоне температур, характерном для эффектов охлаждения и нагрева вихревых труб, можно с достаточной степенью точности принять разность температур пропорциональной величине соответствующей термоЭДС - Е. Тогда

где Ess и Ез4 - величина термоЭДС дифференциальных термопар,-включенных между патрубками 3-5 и 5-4. ЭДС Е54 компенсируется паданием напряжения на всем протяжении Н реохорда 8 (фиг. 2). При этом, если ЭДС Еб4 равна падению напряжения на участке реохорда hU - h - ЕБЗ, то взаимно

0

5

0

противоположная ЭДС на входных клеммах усилителя 12, выполняющего роль нуль-индикатора, компенсируют друг друга и вся система находится в равновесии.

При перемещении подвижного контакта 9, либо вследствие изменения одной из ЭДС на величину, равную или большую чувствительности усилителя 12, на вход последнего подается напряжение разбаланса, равное алгебраической сумме

Д р54-п + ,(3)

после преобразования усиления воздействует на реверсивный электродвигатель 14, который перемещает узел подвески 11 и подвижный контакт 9 до восстановления равновесия-. Положение контакта 9 отмечает на шкале 21 искомую величину {4 . Аналогичным образом при положении переключателя 13 (1 - /О: Д тх по шкале 20 определяется доля горячего потока

Gs Сз-С4 , G4 1 „

- и

G3СзG3

И)

5

0

В этом случае согласно формуле (1) (1 -и) Js - Т4 -Т5 + Тз Т3 -Т

Т5-Т4

Т5-Т4

Е34 Е54

(5)

Для измерения (регулирования) эффектов охлаждения ДТх Тз-Т4 и нагрева ДТТ

ТБ - Т4, которые являются одним из определяющих характеристик вихревой трубы, переключатель 16 переводят в положение Т. При этом из конца реохорда 8 возникает постоянная ЭДС Еи, создаваемая источни5 ком стабилизированного питания 17, а положение подвижного контакта в состоянии равновесия будет однозначно определять величину ДТХ, пропорциональную Ез5, или ДТг, пропорциональную Ез4. Выбор соответ0 ствующего режима работы устройства осуществляется переключателем 13, а считывание показаний по шкале 20. Настройка измерительного моста на требуемый диапазон разностей температур осуществляется с

5 помощью резисторов 18 и 19.

Для поддержания заданного режима работы вихревой трубы следует переключателями 13 и 16 выбрать соответствующее сочетание дифференциальных термопар

(аналогично их положению в процессе измерения), см, таблицу:

На соответствующей шкале находят значение величины, определяющей выбранный режим работы (например, /и 0,65, при котором обеспечивается максимальный адиабатный КПД) и фиксатором 10 закрепляют подвижный контакт 9 в этом положении. При работе вихревой трубы 1 и подключения питания к усилителю 12 из-за

существования на его входных клеммах разбаланса реверсивный двигатель 14 будет пытаться передвинуть подвижный контакт в сторону уменьшения разбаланса. Однако вследствие неподвижности контакта 9 произойдет многократное проскальзывание фрикционной муфты 15 (при неизменном возмущающем сигнале на входных клеммах усилителя 12). Вращение вала двигателя будет происходить до тех пор, пока связанный с ним шток регулирующего вентиля 7 не изменит гидравлическое сопротивление горячему потоку, и, соответственно, режим работы вихревой трубы, таким образом, что станет выдерживаться заданное значение Ts - Тз Ess

Еб4

и

определяемое положеТб-Т4

нием контакта 9. Из-за инерционности системы окончательная стабилизация возникших колебаний наступает после 4-6 реверсирования двигателя 14. Ручная подстройка режима и регулирование вихревой трубы при отключенной системе контролируется вентилем 7 под воздействием ревер- сивного двигателя 14, что легко компенсируется вентилем 6.

Реверсивный двигатель 14 может быть связан со штоком 24, вентилем 7 вихревой трубы с помощью соединительного вала 23, гибкого вала 25, либо посредством сель- сильной связи, когда поворот вала исполнительного сельсина 27 зависит от вращения вала сельсина 26. При этом двигатели-сельсины 26 и 27 связаны между собой с источником питания 28.

и

Формула изобретения

1.Устройство контроля и регулирования вихревой трубы, содержащее ввод сжатого газа, выходы холодного и горячего потоков с регулирующими вентилями, измерители температуры, реохорд с подвижным контактом, переключатели и нуль-индикатор, отличающееся тем, что, с целью

10 повышения точности поддержания параметров, устройство дополнительно содержит три темопары, одна из которых установлена между выходами горячего и холодного потоков и подключена параллельно

15 реохорду, а две другие установлены между вводом сжатого газа и выходами холодного и горячего потоков соответственно и подключены посредством переключателей к цепи в виде последовательно установленных

20 реохорда, подвижного контакта и нуль-индикатора, который выполнен в виде усилителя, выход которого снабжен дополнительными реверсивным электродвигателем, вал которого сообщен с по25 движным контактом реохорда.

2.Устройство по п. 1,отличающе- е с я тем, что подвижный контакт реохорда дополнительно снабжен фиксатором и соединен посредством фрикционной муфты с

30 валом реверсивного электродвигателя, противолежащий торец которого снабжен дополнительным штоком, сообщенным с одним из регулирующих вентилей на выходе горячего потока, установленным после диф35 ференциальных термопар.

«р

Cxi

u

CVI

I

l

1742595

Фиг А

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в нефтехимической промышленности. Целью изобретения является повышение точности поддержания параметра. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит термопары на сжатом, холодном и горячем потоках 3, 4, 5 вихревой трубы 1, реохорд 8 с подвижным контактом 9. переключатели и нуль-индикатор. Устройство снабжено дифференциальными термопарами таким образом, что термопара, контролирующая (Л

п

///////////////

28

V

#- gfФиг. 5

Фиг.б