Регулятор массового расхода газа Советский патент 1980 года по МПК G05D7/01 

Изобретение относится к автоматическому регулированию массового расхода газа (воздуха) и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и др. отраслях народного хозяйства, а также в системах кондиционирования воздуха летательных аппаратов.

Известен регулятор массового расхода газа (воздуха/, содержащий трубопровод (корпус) с.сужающим устройством типа сопла Ловаля, трубки Вентури или диафрагмы, регулирукяций и исполнительный органы и командное устройство Ij .Недостатками данного регулятора являются сложность конструкции, наличие специальных 1exaнизмoв и устройств, вводящих коррекцию контролируемых параметров (давления перед (ссужающим устройством, перепада давления на нем и др.) с большим количеством жиклеров/ работающих в режиме критического истечения, обуславлив ающих неработоспособность их на реальных (нефильтрованных) средах.

Наиболее близким к изобретэнию по технической сущности и достигаемому результату является регулятор расхода газа, во входном патрубке которого установлено дросселирукмцее устройство, выполненное в виде поворотного дискового затвора, приводимого в действие специальным приводом, с командным устройством и подпружиненным регулирующим органом, жестко связанным с мембранным разtoделителем исполнительного механизма, полость над которым соединена с полостью до сужающего устройства /2j.

Недостатками указанного регулято15ра являются сложность констру.кции .; наличие сцециальных устройств и преобразователей, вводящих коррекцию изменения контролируемых параметров (давления перед дросселирующим

20 устройством и перепада давления на нем и специального привода с пересчетным устройством, превращающих его при регулировании массового расхода газа в регулятор косвенного

25 действия; повышенная погрешность, обусловленная запаздыванием преобразования входного сигнала в выходной за счет двойного преобразования сигналов (дроссель - командное устройство г исполнительный механизм с перес|четнь1м устройством - дроссельЗ . Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что исполнительный механизм вйполнен в виде гибкого чувствительного элемента с соотношением эффективных площадей 1,001-1,5, жестко соединенного штоком с регулирующим органом и разделяющего корпус на две полости, причем полость, ограниченн ая большей эффективной площадью, соединена с полостью до сужающего устройства, а полость, ограниченная меньшей эффективной площадью, - с полостью после сужающего устройства.

Йри этом чувствительный элемент выпсрлнен в виде мембраны, а шток со стороны полости после сужающего устройства выведен из корпуса, или в виде двух сильфонов, прилегающие торцы которых соединены между собой перегородкой, а противоположные торцовые стенки соединены со шток.ом, причем внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены дросселирующим отверстием, а шток со стороны полости после сужающего устройства выведен из корпуса.

Вывод штока из корпуса позволяет одйим разделителем реализовать разные по величине эффективные площади воздействующие на регулирующий орган, совместить в одном устройстве исполнительный механизм и командное устройство, т.е. исключить многозвенность преобразования командного импульса (сигнала ) в исполнительный и обеспечить изменение перепада давления на сужающем устройстве таким образом, что при увеличении давления . перед сужающим устройством уменьшается перепад давления на нем и наоборот, обеспечивая в определенном интервале изменения давления перед сужающим устрсйством реализацию выражения т.е. постоянства массового расхода газа.

На фиг.1 и 2 изображен регулятор массового расхода газа, общий вид, разрез , -на фиг.3 р зависимость ДР ;() и( f(P;fe ) ряда регуляторов с различным соотношением Ff F .

Регулятор (фиг.1) состо-ит из корпуса с входным и выходным патрубкми, вужающего устройства 2, установленного во входном патрубке, регулирующего органа 3, исполнительного механизма, выполненного в виде гибкого чувствительного элемента - мембраны 4,жестко соединенного штоком, с регулирующим органом 3, подпружиненны1И на открытие пружиной 5, при этом полость над чувствительным элементом трубопроводом 6 соединена

.с, полостью входного патрубка до сужающего устройства 2, а продолжение штока через уплотнение в крышке 7 выведено наружу, что позволяет реализовать на чувствительном элементе 4.со стороны полости над ним большую по отношению полости под ним эффективную площадь.

Отличительной особенностью регулятора (фиг.2) является то, что чувствительный элемент 4 в нем выполнен в виде двух сильфонов, приле гающие торцы которых соединены между собой перегородкой 8, противоположные торцовые стенки жестгко соединены со штоком регулирующего органа 3, а внутренние полости сильфонов заполнены идеальной (с низкой температурой замерзания,-без механических примесей, с малоизменяющейся вязкостью ) жидкостью и соединены между собой дросселирующим отверстием 9, исключающим вибрацию регулирующего органа 3, особенно в режиме критического истечения.

Газ в регулятор поступает со стороны патрубка с сужающим устройством.

Перепад давления на сужающем устройстве, врспринимаемнй чувствительным элементом исполнительного механизма и скомпенсированный усилием пружины, являющимся задатчиком расхода, передается на регулирующий орган, который, занимая определенное. этому воздействию положение, изменяет. давление после сужающего устройства до достижения им величины, .обуславливающей перепад давления на сужающем устройстве, соответственно заданному значению расхода при соответствующем в данный момент значении абсолютного давления перед ним.

Массовый расход газа через сужающее устройство определяется по формуле

(i)

О

где cJ - массовый расход газа,

К - коэффициент пропорциональности,

Д Р - передгад давления на сужающем устройстве, Р - абсолютное давление перед

сужающим устройством. Условие равновесия системы в 5 общем виде, представляет собой выражение

P-Fj CP-uP)- , (2) из которого следует, что

лР- -РГ|-0

2(3

а

где У- усилие пружины ,

f - эффективная площадь чувптвительного элемента, воспринимающая давление среды до сужающего устройства; то же, после сужающего устройства. Решая уравнение (З) при отношени FI : F 1,01 и изменении Р в интерва ле 160 кгс/см - 100 кгс/см, исходя из предположения, что при малых пер мещениях i - величина постоянная и равна 260 кг, получаем: дР f;,F, F, кгс кгс кгс кгс см см 1601.012.65 1501.112,84 1.01 101 100 260 1401.212.96 ISO1.313.0 1201.412.96 1101.512.84 100 1.6 12.65 Исходя из-чего следует, что в определенном интервале изменения да вления Р перед сужающим устройством массовый расход газа с достаточной степенью точности есть величина постоянная. По приведенной на фиг.З зависимости, по максимально возможному значению Р и расчетному значению/§ Р при заданном значении массового расхода газа О выбирают тип регулятора по соотношению эффективных площадей (1 Fa)или на основе имекхцегося в наличии регулятора расхода с соответ ствующей характеристикой по f : F при заданном значении массового расхода (f и максимальном значении Р, задаются режимом работы регулятора по и Р, IJb простоте конструкции и стоимос ти предложенный регулятор массового расхода газа- может быть приравнен к регулятору объемного расхода газа. Формула изобретения 1,Регулятор массового расхода газа, содержащий корпус с входным к выходнЕлм патрубками, сужающее устрой-. ство, установленное во входном патрубке, исполнительный механизм н подпружиненный регулирукнций орган, отличающийся .тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности регулятора, исполнительный механизм выполнен в виде гибкого чувствительного элемента с соотношением эффективных площадей от 1,001 до 1,5, жестко соединенного штоком с регулирующим органом и разделяющего корпус на дjзe полости, причем полость, ограниченная большей эффективной площадью, соединена с полостью до сужающего устройства, а полость, ограниченная меньшей эффективной площадью, - с полостью после сужающего устройства. 2.Регулятор по п.1, о т л и ч а ю ,щ и и с я тем, что чувствительный элемент выполнен в виде мембраны, а шток со стороны полости после сужающего устройства выведен из корпуса. 3. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде двух, сильфонов, прилегающие торцы которых-, соединены между собой перегородкой, а противоположные торцовые стенки соединены со штоком, внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью и соединены дросселирующим отверстием, а шток со стороны полости после сужающего устройства выведен из корпуса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 219231, кл. ( 05 , 1968. 2. Pf ocess en inunr/ , 1972, с.82 и 83 прототип .