Насосная установка с ограничением потребляемой мощности преимущественно для термопластавтоматов Советский патент 1993 года по МПК F15B9/03 F04B49/06 

Фи&1

Изобретение .относится к гидроавто- матикё и может быть ;йспользовано для управления регулируемыми насосами, имеющими приводной двигатель ограниченной мощности и используемыми в системах программного управления термопластавтоматов.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение КПД;

Указанная цель достигается тем, что в насосной установке; с ограничением потреб ляемой мощности преимущественно для термопластавтоматов. содержащей насос регулируемой производительности,- механизм управления люлькой насоса, датчик угла поворота последней, а также последовательно связанные датчик давления нагнетания насоса и регулируемый нелинейный элемент типа зона нечувствительности, выход которого подключен к одному из входов сумматора, к другим входам которого подключены датчик угла поворота и программирующее устройство, программирующее устройство подключено к регулирующему входу нелинейного элемента, выполненного с передаточной функцией, определяемой в соответствии с соотношением:

Ивы UBX - KV:- С при UBX KV.+ С

L Увых 0 при UBX KV + С, где Увы - напряжение на выходе нелинейного элемента;

UBX - напряжение на сигнальном входе нелинейного элемента, пропорциональное давлению нагнетания;

V-напряжение на регулирующем входе нелинейного элемента;: .

К- коэффициент наклона характеристик ки ограничения мощности;

.С - постоянный коэффициент, пропорциональный предельному давлению.

. Нелинейный элемент выполнен в виде операционного усилителя, суммирующего и масштабирующего резисторов и двух диодов, причем программирующее устройство подключено к встречно включенным катодам, диодов, аноды которых соединены с входом и выходом операционного усилителя, к входу которого через суммирующий резистор подключен датчик давления, который связан с нелинейным элементом через дополнительно включенный низкочастотный фильтр.

На фиг. 1 изображена схема насосной установки; на фиг. 2 - ее характеристики: на фиг. 3 - схема нелинейного элемента.

Установка содержит насос 1 регулируемой производительности, механизм 2 управления люлькой не изображена, насоса 1,

И

и

10

15

20

25

30

датчик 3 угла поворота люльки, датчик 4 давления нагйётэнИя насоса 1, сумматор 5, низкочастотный фильтр 6 и регулируемый нелинейный элемент 7, типа зона нечувствительности, выполненный с передаточной функцией, определяемой в соответствии с соотношением:

Увых UBX KV - С при UBX KV +С

VlW 0 при UBX KV + С

Насбс1 под лючен к нагрузке 8 и имеет приводной асинхронный электродвигатель 1.7. Элемент 7 включает, операционный усилитель 9, суммирующий и масштабирующий резисторы 10, 11 и диоды 12, 13. При этом программирующее устройство (не изображено) подключено к одному входу сумматора 5 и к встречно включенным на регулирующем входе катодам диодов 12,13 через резисторы; 14,„15, 16, образующие делитель напряжения и имеющие сопротивления RA, Rs, Re. Резистор .10 на сигнальном входе имеет сопротивления RI, резистор 11 имеет сопротивление RS.

Насосная установка работает следующим образом.

. Входной сигнал V поступает на первый вход сумматора 5, где сравнивается с сигналом датчика 3 угла. Разностный сигнал (сигнал ошибки) усиливается угол люльки насоса 1 и следзвательно, его производительности (расход) пропорциональны величине входного сигнала. Отметим, что эта i пропорция поддерживается с высокой точно- 35 стью, так как внутренние утечки насоса 1 под давлением не превышают 3% от максимальной подачи, а скольжение (просадка) приводного асинхронного электродвигателя 17терМопластавтомата под нагрузок также не больше 5%,

При этом сигнал с датчика 4 давления нагнетания насоса 1 - через низкочастотный фильтр 6 поступает на Сигнальный вход элемента 7 типа зона нечувствительности, на диоды 12,13 которого поступает входной сигнал V, до тех пор. пока величина сигнала с датчика 4 давления не превышает величины зоны нечувствительности, установка функционирует как описано выше. Причем величина зоны нечувствительности изменяется в зависимости от входного сигнала, а следовательно, и расхода насоса 1 в обратной зависимости - чем меньше входной сигнал, тем шире зона нечувствительности, тем с большего давления на выходе элемента 7 появится сигнал отрицательной обратной связи, поступающий на третий вход сумматора 5. В случае, когда сигнал с датчика 4 давления, пройдя через фильтр 6. превысит ширину зоны нечувствительности элемента

40

45

50

55

7, на его выходе появится сигнал. Постоянная времени фильтра 6 порядка 0,2-1 с осредняет давление и подавляет вибрационные автоколебания, Излишнее завышение этого параметра ухудшает мгновенное ограничение мощности. Сигнал элемента 7, поступая на третий вход сумматора 5 и действуя в противофазе с входным сигналом программирующего устройства, вызовет движение регулирующего органа насоса 1 - люльки к нейтральному положению. Это ведет к уменьшению, расхода насоса 1, а сле- довательно, и величины потребляемой мощности. Изменение величины зоны нечувствительности в зависимости от величи- ны входного сигнала (расхода насоса) позволяет наиболее полно использовать насос по мощности в различных режимах, а также уменьшить установочную мощность и габариты приводного электродвигателя 17. Внешняя характеристика насосной установки для различных водных сигналов.(Qi, Q2, Оз и т.д.) приведена на фиг. 2. Гипербола мощности приводного электродвигателя 17 изображена штрих-пунктиром.

Величина зоны нечувствительности U3H определяется по формуле: RI U

U3H

RA

где U

V Re

R5+R6

Резисторы 10, 11 определяют коэффициент передачи за пределами зоны нечувствительности .и выбираются таким образом, чтобы получить нижнюю точку с координатами Q 0; Р max на характеристике фиг. 2.

Низкоомные резисторы 15, 16 выбираются из условия обеспечения необходимого наклона характеристиками фиг. 2 и согласования напряжений, поступающих на входы сумматора 5. При этом на выходе элемента 7 формируется сигнал Овых, зависящий от сигнала давления, обозначенного как UBx (фиг. 3), и сигнала V, определяемого расходом.

Таким образом, ограничение мощности позволит сократить число операций измерения, исключить сложные в настройке и реализации блоки, что ведет к упрощению и повышению надежности. Кроме того, введение фильтра 6 при выбранном принципе построения схемы подавляет вибрационный режим при потреблении мощности, близкой к предельной, что в конечном итоге повышает устойчивость системы в целом.

Использование в устройстве ограничения мощности электрического способа ограничения предельного давления дополнительно позволит в ряде случаев отка- заться от использования механических предохранительных клапанов.

Формула изобретения

1. Насосная установка с ограничением потребляемой мощности преимущественно

для термопластавтоматов, содержащая насос регулируемой производительности, механизм управления люлькой насоса, датчик угла поворота последней, а также последовательно связанные датчик давления нагнетания насоса и регулируемый нелинейный элемент типа зона нечувствительности, выход которого подключен к одному из входов сумматора, к другим входам которого подключены датчик угла поворота и программирующее устройство, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения .КПД, программирующее устройство подключено к регулирующему входу нелинейного элемента, выполненного

с передаточной функцией, определяемой в соответствии с соотношением

ивых UBX - KV - С при UBX V + С;

ивых 0 при UBX KV + С,

где ивых напряжение на выходе нелинейного элемента;

UBX- напряжение на сигнальном входе нелинейного элемента, пропорциональное давлению нагнетания;

V- напряжение на регулирующем входе нелинейного элемента;

К - коэффициент наклона характеристики ограничения мощности;

С - постоянный коэффициент, пропор- циональный предельному давлению.

2. Установка поп. 1,отличающая- с я тем, что нелинейный элемент выполнен в виде операционного усилителя, суммирующего и масштабирующего резисторов и

двух диодов, причем программирующее устройство подключено к встречновключен- ным катодам диодов, аноды которых соединены с входом и выходом операционного усилителя, к входу которого через суммирующий резистор подключен датчик давления.

3. Установка по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что датчик давления нагнетания связан с нелинейным элементом через дополнительно включенный низкочастотный фильтр.

PU&. 2

Использование: в гидроавтоматике для управления регулируемыми насосами, имеющими приводной двигатель ограниченной мощности и используемыми в системах программного управления термопластавтома- тов. Сущность изобретения: насос 1 имеет механизм 2 управления, датчик 3 угла поворота, датчик 4 давления, сумматор 5, низкочастотный фильтр 6 и нелинейный элемент 7, выполненный с передаточной функцией, определяемой в соответствии с соотношением: Увых UBX - KV - С при UBX «V + С Увых 0при Uex KV + С, где ивых - напряжение на выходе элемента 7; . . UBX напряжение на сигнальном входе элемента 7; V - напряжение на регулирующем входе элемента 7; К - коэффициентнаклона характеристики ограничения мощности; . С - постоянный коэффициент, пропорциональный предельному давлению. При этом нелинейный элемент 7 включает в себя операционный усилитель 9. резисторы и диоды. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.