Регулятор массового расхода Советский патент 1993 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в системах питания топливом энергетических установок различного назначения, В частности, предлагаемое устройство может найти применение в качестве регулятора режима работы двигательной установки летательного аппарата.

Известны регуляторы, построенные по принципу измерения уровня гидродинамической силы как полезного сигнала о величине массового расхода текущей среды и преобразования этого сигнала в соответствующее перемещение регулирующего органа. Они используют энергию регулируемого потока и полностью автономны в режиме стабилизации.

Известна конструктивная схема регулятора расхода, использующего в качестве по- лезного сигнала об уровне расхода гидродинамическую силу Бернулли. Дроссельная заслонка регулятора, выполняющая одновременно и роль чувствительного элемента, подвешена внутри корпуса между двумя пружинами сжатия и своим торцем перекрывает выходное отверстие.

Недостатком известного регулятора расхода является то, что он не обеспечивает устойчивости и точности поддержания выходного параметра.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является конструктивная схема, описанная и принятая в качестве прототипа. В прототипе стабилизация уровХ|

О (Л 4 N) О

ня расхода среды обеспечивается по сигналу реактивной гидродинамической силы потока, воздействующей на профилированную поверхность плунжера с пружиной задания.

Регулятор массового расхода по прототипу содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположена втулка, первый торец которой заглушен, полость втулки соединена через второй откры- ты и торец с входной полостью и через отверстия в боковых стенках втулки с рабочей камерой, образованной втулкой и внутренней.расточкой на плунжере, установленном на втулке и I. подпружиненном относительно корпуса. Недостатком известного регулятора является недостаточная точность и невозможность обеспечения перенастройки на другой расход.

Целью изобретения является повыше- ние точности регулятора и расширение области применения.

, Указанная цель достигается тем, что в регуляторе массового расхода, содержащем корпус с входной и выходной полостя- ми, между которыми расположена втулка, первый торец которой заглушен, полость втулки соединена через второй открытый торец с входной полостью и через отверстия в боковых стенках втулки с рабочей каме- рой, образованной втулкой И внутренней расточкой на плунжере, установленном на втулке и подпружиненном относительно корпуса; на плунжере выполнен конфузор, образующий с сужающейся внешней повер- хностью втулки дросселирующую щель, через, которую рабочая, камера соединена с выходной полостью; причем полость, образованная корпусом и внешней поверхностью плунжера, в которой установлена пружина, сообщена кольцевым каналом с выходной полостью, а также тем, что первый торец втулки расположен в стаканообразной вставке, закрепленной в выходной полости и снабженной боковыми отверсти: ями, образующими с первым заостренным изнутри торцем втулки дроссель, через который полость втулки соединена с выходной полостью, причем втулка снабжена механизмом осевого перемещения.

Регулятор массового расхода представлен на чертеже.

Регулятор массового расхода содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, между которыми расположена втулка 4 первый торец 5 который заглушен; полость 6 втулки соединена через второй открытый торец с входной полостью 2 и через отверстия 8 в боковой стенке втулки с рабочей камерой 9, образованной втулкой 4 и внутренней расточкой на плунжере 10, установленном на втулке 4 и подпружиненном относительно корпуса; на плунжере выполнен конфузор 11, образующий с сужающейся внешней поверхностью 12 втулки 4 дросселирующую щель 13, через которую рабочая камера 9 соединена с выходной полостью 3; причем полость 14, образованная корпусом и внешней поверхностью плунжера 10, в которой установлена пружина 15, сообщена кольцевым каналом 1 б с выходной полостью 3. Первый торец 5 втулки 4 может быть расположен в стаканообразной вставке 17, закрепленной в выходной полости 3 и снабженной боковыми отверстиями 18, образующими с первым заостренным изнутри торцем втулки, дроссель, через который полость б втулки 4 соединена с выходной полостью 3, причем втулка 4 снабжена механизмом 19 осевого перемещения. Кольцевой канал 16 образован резьбовым упором 20 и плунжером 10 со шлицами 21.

Регулятор работает следующим образом. Полагаем, что все внутренние полости его предварительно заполнены средой, массовый расход которой при ее движении подвергается регулированию. Когда расход среды через регулятор отсутствует, плунжер 10 под действием пружины 15 удерживается внешними шлицами 21 на резьбовом упоре 20 в крайнем верхнем положении. При этом кромка конфузора 11 плунжера 10 располагается вблизи шейки сужающейся части внешней поверхности втулки 4 и образует максимальную кольцевую щель, обеспечивающую начальный разгон потока. Предпочтительное расположение втулки 4 соответствует приблизительно среднему перекрытию проходных сечений боковых отверстий 18 в стг-канообразной вставке 17.

Появление нарастающего расхода среды через проточные части регулятора приводит к увеличению перепада давлений на его основных дросселирующих элементах. В кольцевой щели между кромкой конфузора 11 плунжера 10 и сужающейся частью внешней поверхности втулки 4 нарастает скорость потока, поступающего в рабочую камеру 9 через радиальные отверстия 8 во втулке 4. До момента начала движения плунжера 10 расходная характеристика регулятора определяется гидравлическими потерями на двух параллельно установленных дросселирующих элементах: на дросселирующей щели 13 и на частично перекрытых заостренным торцем втулки 4 боковых отверстиях 18 стаканообразной вставки 17. Эта характеристика представляется суммарной параболической зависимостью от перепада давлений.

При достижении определенной величины перепада давлений на регуляторе истекающий из дросселирующей щели 13 поток среды развивает на стенках камеры 9 реактивное усилие, превышающее предвари- тельную затяжку пружины 15. Плунжер 10 при дальнейшем росте перепада давлений под действием увеличивающейся реактивной силы начинает перемещаться, сжимая пружину 15 и уменьшая площадь проходно- го сечения дросселирующей щели 13 благодаря перемещению среза конфузора 11 вдоль образующей конической поверхности седельной части втулки 4. Посредством уменьшения проходного сечения по мере роста перепада давлений реализуется принцип отрицательной обратной связи, стабилизирующий уровень массового расхода среды. Полезным сигналом об уровне расхода через регулятор, контролируемым его чувствительным элементом, является реактивная сила потока, истекающего из кольцевого конфузорного сопла. В оба1ем случае темп нарастания реактивной силы на плунжере 10 превышаеттемп увеличения перепада давлений, и перекрытие проходного сечения дросселирующей щели 13 в режиме стабилизации идет с существенным опережением. В результате этого массовый расход после прохождения начального уча- стка имеет устойчивую тенденцию к убыва- нию по мере возрастания перепада давлений. Расходная составляющая на втором дросселирующем элементе, оформленном в виде перекрываемых боковых отверстий 18 в стенке вставки 17, с увеличением перепада давлений продолжает параболически нарастать. При соответствующем подборе проходных сечений указанных отверстий нетрудно обеспечить эффективную функциональную компенсацию падению расхода через конфузорное сопло. Рассвер- ливание отверстий можно производить в процессе проливочной доводки регулятора. Таким образом, суммарная расходная ха-

рактеристика регулятора выводится на некоторый постоянный уровень с весьма ограниченными показателями статической неравномерности.

Кольцевой канал 16 при необходимости улучшения качества переходных процессов в регуляторе, может выполнять функции демпфера колебаний плунжера 10, лимитируя расход среды при наполнении и опорожнении тупиковой пружинной полости 14.

Перенастройка регулятора с одного уровня стабилизации расхода на другой осуществляется поворотом шестерни механизма 19 осевого перемещения втулки 4 от специального привода системы управления. При этом втулка 4 через зубчатое зацепление перемещается вдоль оси регулятора и своим заостренным торцем, выполняющим роль затворного элемента, изменяет проходные сечения боковых отверстий в кольцевой стенке стаканообраз- ной вставки 17. Вариации крутизны параболы компенсационного расхода через отверстия 18 не только изменяют уровень суммарной характеристики регулятора, но и сопровождаются соответствующим смешением расходной характеристики кольцевого конфузорного сопла. Втулка 4, осуществляющая перенастройку регулятора, разгружена по входному давлению при равенстве диаметров ее направляющих поверхностей. Реакция же кольцевой струи, истекающей из конфузорного отверстия, компенсируется конусным отражателем, выполненным на внешней поверхности втулки 4 за срезом отверстия.

Предложенное техническое решение проблемы стабилизации и регулирования массового расхода среды в состоянии обеспечить высокую точность и заданное качество регулирования режимных показателей энергетических установок различного назначения, использующих жидкие, псевдо- ожиженные и газообразные компоненты топлива.

Изобретение относится к области автоматического регулирования подачи текучих компонентов топлива в энергетических установках различного назначения. Цель изобретения - повышение точности регулятора и расширение области применения. Регулятор массового расхода содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, между которыми расположена втулка 4, первый торец 5 которой заглушен, полость 6 втулки соединена через второй открытый торец 7 с входной полостью и через отверстия 8 в боковых стенках втулки с рабочей камерой 9. образованной втулкой и внутренней расточкой на плунжере 10, установленном на втулке и подпружиненном относительно корпуса. На плунжере выполнен конфуэор 11, образующий с сужающейся внешней поверхностью 12 втулки дросселирующую щель 13, через которую рабочая камера соединена с выходной полостью, причем полость 14, образованная корпусом и внешней поверхностью плунжера, в которой установлена пружина 15. сообщена кольцевым каналом 16 с выходной полостью. Первый торец втулки может быть расположен в ста- канообразной вставке 17, закрепленной в выходной полости и снабженной боковыми отверстиями 18, образующими с первым заостренным изнутри торцем втулки дроссель, через который полость втулки соединена с выходной полостью, причем втулка снабжена механизмом 19 осевого перемещения. 1 з.п.ф.-лы, 1 ил. ел С

Формула изобретения 1. Регулятор массового расхода, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположена втулка, первый торец которой заглушен, по- |юсть втулки соединена через второй открытый торец с входной полостью и через отверстия в боковых стенках втулки с рабочей камерой, образованной втулкой и внутренней расточкой на плунжере, установленном на втулке и подпружиненном относительно корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности.регулятора, на плунжере, выполнен конфузор, образующий с сужающейся внешней поверхностью втулки дросселирующую щель, через которую рабочая камера соединена с выходной полостью, причем полость, образованная корпусом и внешней поверхностью плунжера, в которой установлена пружина, сообщена кольцевым каналом с выходной полостью.

А

отверстиями, образующими с первым заостренным изнутри торцем втулки дроссель, через который полость втулки соединена с выходной полостью, причем втулка снабжена механизмом осевого перемещения.

Выход