Регулятор расхода растворов Советский патент 1979 года по МПК G05D7/00 G05D16/06 

(54) РЕГУЛЯТОР РАСХОДА PACredPOB

I

Устройство относится к области техники, в которой производственные процессы реализуются с использованием различных, г;;авным образом водных растворов.

Наиболее целесообразно применение устройства в химической технологии, пищевой промышленности к в системах подготовки воды для питьевого и промышленного водоснабжения.

Известны регуляторы расхода, состоящие из регулирующих органов, исполнительных механизмов и приводов 1.

Известен регулятор расхода растворов, содержащий выходной трубопровод с установленным в нем регулирующим органом, исполнительный механизм, камера которого соединена с патрубком подачи раствора высокой концентрации и сильфоном, связанным через шток с регулирующим органом и патрубок раствора низкой концентрации 2J.

Недостаток известных устройств заключается в необходимости использования внешних источников энергии.

Цель изобретения состоит в снижении энергозатрат для регулирования расхода растворов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена полупроницаемая мембрана, установленная между камерой и патрубком раствора низкой концентрации, который соединен с выходным трубопроводом, а камера исполнительного механизма сообнхена с патрубком раствора низкой концентрации с помощью дополнительного трубопровода с обратны м клапаном.

При таком исполнении устройства в регулируемом трубопроводе и в камере исполнительного механизма,соединенных полупроницаемой мембраной, находятся растворы с разными концентрациями. При этом согласно существующим представлениям о механизме осмотического переноса вещества, происходит движение молекул растворителя из регулируемого трубопровода в камеру. В последней появляется избыточное гидростатическое давление, которое передается на подвижную часть регулирующего органа и приводит ее в движение без применения внешних источников энергии. Степень открытия регулирующего органа (расход раствора) автоматически устанавливается в зависимости от разности концентраций растворов. При этом чем больше разность концентраций, тем расход раствора в регулируемом трубопроводе будет больше.Ув.еличенйе концентраций раствора в, регулируемом тракте приводит к снижению разности концентраций растворов и к соответствующему уменьшению осмотического давления (гидростатического давления в камере). При этом под действием возвратиого устройства, нап1)имер пружины, подвижиая часть регулирующего оргайа начнет пеpeмeщatьcя в обратном иаправлшии, вытес яя из камеры молекулы растворителя в регулируемый трубопровод и умеиьшая при этом расход pacT&opia в последнем. Процесс регулирования расхода может осуществляться в широком диапазону от наибольшего значений при rio HocfbK открытом сечений выходного регулируемого трубопровода практически до нуля в случае его полного закрытий. Величийа осмотйгческого дабления ряствора в камере испШнйтёльного механизм зависит от концентрации, а в общем случае - от разности крицентраций растворов, и oпpeдeJrяeтcя по закону Вант-Гоффа. Р с- R- Т атм., где С - молярная концентрация (разность концентраций) раствора, моль/л; R 0,082 л атм/град-моль - газовая постоянная; Т - абсолютная температура раствора, К. Например, при разности концентраций с I.моль/л и температуре20°С (Т 293°К) величина осмотического давления раствора составляет Р 10,082-293 24 атм. Аналогичное значение осмотического давления имеет место и для океанской воды с солесодержанием 35 г/л, отделенной от пресной воды полупроницаемой мембраной. Таким образом, величины осмотических давлений, создаваемых растворами, вполне достаточны для привода в действие исполнительных механизмов регуляторов без применения внещних источников энергии. С Другой стороны, освоенный промышленностью выпуск полупроницаемых мембран из ацетата, ацетатбутират-, триацетат- и нитроцеллюлозы, а также каучука, полистирола, полиэтилена, тефлоиа, целлофана и других материалов составляет материальную основу практической реализации предложенного изобретения. Наличие дополнительного трубопровода с обратным клапаном в случае повышения давления в регулируемом трубопроводе до величины, превышающей осмотическое давление раствора, дает возможность обратного вытеснения растворителя из камеры, а следовательно, и закрытие регулирующего органа. Посредством дополнительного трубопровода рабочее давление раствора из регулируемого тракта передается в камеру. В соответствии с. этим давлением устанавливается и начальное усилие возвратного устройства, например, пружины. Появляющееся в камере осмотическое давление раствора становится избыточным гидростатическим давлением, которое и обеспечивает ра.боту устройства по схеме, описанной выше. Кроме того, вследствие осмотического переноса растворителя из регулируемого трубопровода в камеру, в последней будет изменяться концентрация раствора. Это обстоятельство приведет к изменению осмотического давления, что не всегда целесообразно и, как правило, усложняет регулировку возвратного устройства.. . Поэтому с целью поддержания в камере постоянства концентрации раствора в ней размещен запас растворяемого вещества, например, а кристаллическом состоянии. Такое конструктивное решение позволяет поддерживать в камере постоянство коицентрации вещества, соответствующее насыщенному состоянию раствора. Для заполнения камеры раствором, ее опорожнения и периодического восполнения запаса растворяемого вешестЬа камера снабжена патрубком с запорным устройством. На чертеже представлен один из возможных вариантов конструктивного исполнения регулятора расхода раствора. Устройство состоит из регулирующего органа и исполнительного механизма. Регулирующий орган содержит установленный в местном сужении 1 регулируемого выходного трубопровода 2 клапан 3, размещенный на штоке 4, снабженном возвратной пружиной 5. Исполнительный механизм включает камеру 6, заполненную раствором высокой концентрации, содержащую запас растворенного вещества 7, патрубок с заггорным устройством 8 и сильфон 9, предназначеиный для передачи усилия на подвижную часть регулирующего органа. Камера соединена с,регулируемым трубопроводом размещенной перед местным сужением полупроницаемой мембраной 10. Кроме того,камера снабжена дополнительным трубопроводом 11 с обратным клапаном 12. Причем, трубопровод подсоединен к регулируемому выходному трубопроводу, перед местом устаиовки полупроницаемой мембраиы, считая по ходу движения раствора. Устройство работает следующим образом. При наибольшей разности концентраций растворов, находящихся в выходном трубопроводе 2 и камере 6, вследствие Осмотического переноса растворителя из регулируемого выходного трубопровода в камеру, в последней создается наиболее избыточное гидростатическое давление, которое через сильфон 9 передается на шток 4, приводит его в движение, сжимает возвратную пружину 5 и обеспечивает наибольшую степень открытия местного сужения 1 при крайнем нижнем расположении клапана 3.

С увеличением концентрации раствора в регулируемом выходном трубопроводе 2 умеиьшается разность концентраций растворов, находящихся в трубопроводе 2 и камере 6. Соответственно снижается и осмотическое давление раствора, а следовательно, и гидростатическое давление в 6. Под действием возвратной пружины 5,Сильфон 9 вместе со штоком 4 и клапаном 3 начиут подниматься, вытесняя из камеры 6 через полупроницаемую мембрану 10 в регулируемый трубопровод 2 часть растворителя, уменьшая при этом «живое сечение в местиом«суж1ении 1 и соответственно сокращая расход раствора в регулируемом трубопроводе 2. Процесс уменьшения расхода раствора при дальнейшем увеличении концентрации в регулируемом трубопроводе 2 может продолжаться практически до полного Прекращения подачи, когда клапан полностью перекроет местное сужение 1. Диапазон регулирования расхода устанавливается путем изменения степени натяжения возвратной пружины 5 или выбором исходной концентрации раствора в камере 6.

При наличии дополнительного трубопровода 11, снабженного обратным клапаном 12, пропускающим раствор из регулируемого трубопровода 2 в камеру б и препятствующим обратному движеник раствора, в камере б всегда исходное давление будет таким же, как и в регулируемом трубопроводе 2. На усилие, обусловленное этим давлением, устанавливается и предварительное натяжение возвратной пружины 5. Давление же, создаваемое осмотическим переносом растворителя в камеру 6, будет Избыточным по отношению к исходному давлению и обеспечит работу устройства, согласно описанной схемы, практически при лнэбых давлениях в регулируемом трубопроводе 2, в том числе, и превышающих осмотическое давление раствора. Но при этом через дополнительный трубопровод 11 для выравнивания давлений в камеру 6 будет поступать некоторое количество раствора с меньшей концентрацией из регулируемого выходного трубопровода 2 и снижать принятое в ней значение исходной концентрации раствора. Однако в действительности снижения концентрации в камере 6 не произойдет вследствие расходования размещенного в ней запаса растворяемого вещества 7.

Заполнение камеры 6 раствором прриз,водится при первоначальной установке либо через патрубок с запорным устройством 8. С помощью этого патрубка представляется возможность опорожнения камеры, замены в ней раствора, а также периодического восполнения запаса растворяемого вещества.

Таким образом, в соответствии с предложенным техническим решением достигается цель изобретения, заключающаяся в регулировании расхода растворов без применения внешних источников энергии, т.е. сокращение энергозатрат. Также исключается необходимость в устройстве первичных приборов контроля за изменением концентрации растворов, сложных схем преобразования первичных импульсов в управляющие сигналы для привода в действие исполнительных мехаиизмов регуляторов.

В этом заключается тех;ническая, технологическая и, наконец, экономическая эффективность предмета изобретения.

Формула изобретения

Регулятор расхода растворов, содержащий выхрдиой трубопровод с установленным в нем регулирующим органом, исполнительный механизм, камера которого соединена с патрубком подачи раствора высокой концентрации и сильфоном, соединенным через шток с регулирующим органом и патрубок раствора низкой концентрации, отличающий ся тем, что, с целью снижения энергозатрат регулятора, в устройство введена полупроницаемая мембрана, установленная между камерой и патрубком раствора низкой концентрации, который соединен с выходиь1м трубопроводом.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

2.Промыщленная трубопроводная iapMaтура. Каталог-справочник, № 3, ГОСИНТИ, М., 1963, с. 154-155.