Вихревой регулятор расхода Советский патент 1992 года по МПК G05D7/01 

1

(21)4876509/24 (22)22.10.90 (46)23.09.92. Бюл. №35

(71)Научно-исследовательский институт автоматических систем

(72)Ю.А.Акопджанян и Л.Д. Волоцкой

(56)Авторское свидетельство СССР № 586423, кл. G 05 D 7/01, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 773580, кл. G 05 D 7/01, 1979. (54) ВИХРЕВОЙ РЕГУЛЯТОР РАСХОДА

(57)Изобретение относится к средствам регулирования расхода газа или жидкости и может быть использовано в различных распределительных устройствах пневмогидросистем, преимущественно в машиностроении, химии и энергетике. Корпус вихревого регулятора расхода имеет крышку, разделительную пластину, основание, центральный выходной канал и входной канал. Внутренние поверхности разделительной пластины и крышки образуют цилиндрическую вихревую камеру с тангенциальными каналами питания, В расточках основания вихревой камеры установлены полый конический шток и поршень с коническим концом с возможностью осевого перемещения, Управление вихревым регулятором расхода осуществляется с помощью электромагнита и устройства сопло-заслонка, 5 ил.

Изобретение относится к средствам регулирования расхода жидкости или газа и может быть использовано в различных распределительных устройствах пневмогидро- систем,преимущественнов

машиностроении, химии и энергетике.

Известен вихревой регулятор расхода (авт.св. № 586423, кл. G 05 D 7/01, 30.12.77), содержащий вихревую камеру с тангенциально расположенными каналами питания и управления и имеющей центральный ци- диндрический выходной канал. С целью увеличения коэффициента усиления регулятора в центральном отверстии выходного канала по оси вихревой камеры установлено неподвижно цилиндрическое тело.

Недостатком этого и других с активным потоком управления вихревых регуляторов расхода является низкий КПД регулятора вследствие наличия значительного потока управления и постоянного присутствия ненулевого выходного расхода на выходе регулятора.

Известен также вихревой регулятор расхода (авт.св. N 773580, кл. G 05 D 7/01, 23.10.80), содержащий вихревую камеру с тангенциальными каналами питания и центральный выходной канал, камеру управления (в случае двух вихревых камер), тангенциальные каналы управления. С целью расширения области применения регулятора в центральном выходном канале по оси вихревой камеры расположена коническая часть штока с возможностью осевого перемещения.

Недостатком этого вихревого регулятора расхода является небольшой диапазон регулирования по давлению питания и расходу выходного потока, наличие активного потока управления, низкий КПД и низкие динамические характеристики устройства, а также отсутствие нулевого сигнала на выхосо

С

ы

о

О OJ

-N

де при максимальном сигнале управления (неполное запирание).

Целью изобретения является расширение области применения, повышение КПД и улучшение динамических характеристик ре- гулятора.

Цель достигается тем, что в конструкцию вихревого регулятора расхода, имеющего корпус, вихревую камеру с тангенциальными каналами питания и цен- тральный выходной канал, в котором расположена коническая часть штока, введен поршень с коническим концом, шток выполнен полым с центральным отверстием в конической части, в основании корпуса соосно с осью центрального выходного канала выполнены центральная расточка с осевым выходным отверстием и кольцевая расточка, ъ которых установлены соответственно поршень и полый шток, образующие с рас- точками соответственно первую и вторую управляющие полости и третью управляющую полость между поршнем, полым штоком и основанием корпуса, причем конический конец поршня установлен с воз- можностью контакта с центральным отверстием полого штока, а первая управляющая полость через осевое выходное отверстие и введенный управляющий элемент сопло- заслонка соединена с атмосферой,

На фиг.1 изображен предлагаемый вихревой регулятор расхода; на фиг.2 - вид А-А фиг,1; на фиг.З - вид Б-Б фиг.1; на фиг.4 - конструкция регулирующего органа; на фиг.5 - вид В-В фиг.З,

Корпус вихревого регулятора расхода имеет крышку 1, разделительную пластину 2 и основание 3. Внутренние поверхности разделительной пластины 2 и крышки 1 образуют цилиндрическую вихревую камеру 4 с тангенциальными каналами 5, б питания для закрутки рабочего тела, выполненными в крышке 1 корпуса регулятора. Кроме того, крышка 1 имеет центральный выходной (сливной) канал 7. В основании 3 выполнены канал 8 подвода рабочего тела к тангенциальным каналам 5, 6 питания через отверстия 9 в разделительной пластине 2 и кольцевая расточка 10, в которой установлен с зазором полый конический шток 11 с возможностью осевого перемещения для изменения площади входного отверстия (вплоть до полного его закрытия) канала 7. Сквозной осевой канал 12 штока 11 соединяет рабочую (сливную) полость 13 вихре- вой камеры 4 с полостью управления 14 внутри штока 11. Кроме того, основание 3 имеет центральную расточку 15, в которой расположен с зазором цилиндрический поршень 16 с коническими законцовками,

установленный с возможностью осевого перемещения, и осевой канал 17, соединяющий полость управления 18 через установленный на основании 3 управляющий электромагнит, например пьезоэле- мент 19, имеющий якорь-заслонку 20, с атмосферой.

Вихревой регулятор расхода работает следующим образом.

Рабочее тело из магистрали питания через каналы подвода 8 в основании 3, отверстия 9 в разделительной пластине 2 и тангенциальные каналы 5, б питания в крышке 1 подается в вихревую камеру 4, где создается закрученный поток. При отсутствии управляющего сигнала на электромагните 19 (исходное состояние) полость управления 18 через канал 17 соединена с атмосферой, поршень 16 и шток 11 находятся в крайнем левом положении. В таком состоянии регулятор полностью открыт и работает как вихревой диод с постоянным гидравлическим сопротивлением потоку на выходе из канала 7. Причем в полости управления 14 штока 11 и в полости 21 кольцевой расточки 10 из-за наличия вихревого эффекта в камере 4, устанавливается давление, близкое к давлению в зоне разрежения, создаваемой по оси камеры 4, у входа в канал 7, закрученным потоком, истекающим из камеры 4 через канал 7 на нагрузку регу-1 лятора. При подаче сигнала управления на электромагнит 19 якорь заслонка 20, перемещаясь, увеличивает гидравлическое сопротивление на выходе из канала 17, соединяющего полость 18 с атмосферой. Давление газа в полости 18 возрастает, и за счет устанавливающегося перепада давления в полостях 18 и 14, действующего на коническое законцовки поршня 16, последний движется вправо, что приводит к уменьшению площади проходного отверстия в канал 12. Это, в свою очередь, приводит к росту величины давления в полостях 21, 14, и за счет перепада сил, действующих от давления газа в полостях 14 и 21 на торцовые поверхности штока 11 и от давления газа на переднюю коническую поверхность штока 11, последний движется также вправо. Это приводит к уменьшению площади входного отверстия канала 7, в результате чего снижается величина расхода газа через сливнойканал 7 к потребителю и возрастает величина давления газа в вихревой камере 4, что снижает энергопотребление по входному каналу 8. При полностью перекрытом канале 17 якорем-заслонкой 20 поршень 1Р передним конусом перекрывает вход в канал 12, и за счет силы, действующей от перепада давления газа в полостях 14, 21 и

13 на поверхности штока 11, последний перекрывает вход в сливной канал 7, давление в камере 4 возрастает до давления питания в канале 8 и происходит запирание регулятора по питанию. Таким образом, вихревой регулятор переходит в закрытое состояние (полное запирание). При отключении сигнала управления на электромагните 19 якорь- заслонка 20 открывает выход из канала 17. Это приводит к стравливанию газа из полости 18 в атмосферу и, соответственно, к падению давления в ней. Под действием перепада давления рабочей среды на конические законцовки поршень 16 начинает двигаться влево, открывая канал 12, Газ из полости управления 14 и полости 21 через зазоры между поверхностями штока 11 и кольцевой расточки 10 и канал 12 стравливается в сливной канал 7. Под воздействием на поверхность штока 11 перепада давления со стороны полостей 21, 14 и 13 он начинает движение влево, открывая вход в сливной канал 7; таким образом, регулятор открывается.

Применение вихревой камеры со свойствами вихревого диода позволяет резко сократить время опорожнения и наполнения рабочих полостей и полостей управления. Регулирование расхода рабочей среды с помощью управляюще-распределительного узла в виде полого штока, цилиндрического поршня с коническими законцовками и упР Э

СЬ/хоа

л

фиг.{

равляющего элемента сопло-заслонка позволяет повысить динамические и энергомассовые характеристики вихревого регулятора расхода в целом.

Формула изобретения

Вихревой регулятор расхода, содержащий корпус с вихревой камерой с тангенциальными каналами питания и центральным выходным каналом, в котором расположена

коническая часть штока, установленного с возможностью осевого перемещения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, повышения КПД и улучшения динамических характеристик регулятора, в него введен поршень с коническим концом, шток выполнен полым с центральным отверстием в конической части, в основании корпуса соосно с осью центрального выходного канала выполнены центральная

расточка с осевым выходным отверстием и кольцевая расточка, в которых установлены соответственно поршень и полый шток, образующие с расточками соответственно первую и вторую управляющие полости и

третью управляющую полость между поршнем, полым штоком и основанием корпуса, причем конический конец поршня установлен с возможностью контакта с центральным отверстием полого штока, а первая

управляющая полость через осевое выходное отверстие и введенный управляющий элемент Сопло-заслонка соединена с атмосферой.

ЈLЈ

S

ФигЗ

8

ZL

&ж

фиг.$