Регулятор расхода (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G05D7/01 

(54) РЕГУЛЯТОР РАСХОДА (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных гидравлических, энергетических, химических и прочцх -объектах для регулирования расходов жидкостных и газовых потоков. Известен регулятор расхода турбохолодильника, содержащий трубку Вентури, установленную на линии нагнетания турбохолодильника, пневматический командный прибор и регулирующий орган, выполненный в виде поворотных лопаток соплового аппарата, которые уп- . равляются через систему рычагов испол нительным механизмом командного прибора 1 . ; Недостатками указанного регулятора являются сложность конструкции, заключающаяся в необходимости управления поворотными лопатками через систему рычагов, и недостаточно высокая точность регулирования из-за большого ко личества элементов, передающих перестанавливающее усилие от исполнительного механизма к поворотным лопаткам. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор расхода, содержа.щий корпус с входным и выходным патрубкамии расположенные внутри корпуса регулиру ющий орган с возможностью осевого вращения и датчик скоростного напора, связанный стержнем с золотником, размещенным во внутренней полости регулирующего органа и соединенным каналами с тангенциальными соплами, установленными в выходном патрубке на регулирукиаем органе С2. Недостатками известного регулятора являются сложность конструкции, обусловленная применением тангенциальных сопел, управление которыми осуществляется датчиком скоростного напора через золотниковое устройство прецизионного исполнения, и невысокая точность из-за наличия сравнительно большого количества трущихся пар подвижных соединений. Цель изобретения - упрсяаение, повышение надежности и точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе расхода, содержащем корпус с входным и выходым патрубками и с расположенным в нем регулирующим органом, регулирую11у1й орган выполнен в виде установленного с возможностью поворота на оси, закрепленной в корпусе, диска, связанного с осью через пружину заиручивания и имеющего на периферии окна, в которых установлены радиальные лопатки под углом .к плоскости диска, и диафрагмы, установленной параллельно лиску и имекл1е,й окна .соответственно окнам диска.

Регулирующий орган выполнен в виде закрепленного на оси, установленной с возможностью поворота в корпусе, стакана с выполненными на стенка окнами, в которых расположены радиалные лопатки под углом к радиальной плоскости стакана, внутри которого соосно установлена цилиндрическая втулка с окнами соответственноокнам стакана, связанного с корпусом через пружину закручивания.

На фиг.1 изображен регулятор расхода первого варианта; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1 на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на-фиг.4 - разрез В-В на фиг.1/ на фиг.5 - второй вариант выполнения регулятора расхода с разгрузкой регулирующего органа от осевого усилия;на фиг.б - разрез Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - вид Д на фиг.6

В корпусе 1 с.входным 2 и выходным 3 патрубками на радиальных стойках 4 укреплена ступица 5, в которой неподвижно установлена ось 6 с опорнУпорным подшипником 7, на котором рамещен диск 8. На оси 6 может быть установлена подшипниковая irpynna из двух подшипников {фиг.1, не показано ). Диск 8 на периферии имеет окна (фйг.1, показано два оу.на)в которых установлена под углом к плоскости диска (к потоку ; радиальные лбпатки 10. Параллельно плоскости диска 8 и на выходе потока из лопастных каналов в расточке корпуса 1 установлена диафрагма 11, выполненная в виде плоского диска с окнами 12, сопряженными с окнами диска 8, причем одна из ограничивающих кромок каждого окна 12 - рабочий срез (в конце дуги взаимного перекрытия окон диска. 8 и диафрагмы 11J - спрофилирована в виде скошенной относительно радиуса кромки 13.

Ступица 5 и диск 8 связаны между собой пружиной 14 закручивания, один конец которой укреплен в оси 6, неповижно относительно ступицы 5, а другой - в диске 8.Ось 4 зафиксирована в отверстии ступицы 5 посредством гайки 15.

На части дуги внешней окружности диафрагмы 11 выполнен зубчатый венец находящийся в зацеплении с резьбой установочного винта 16, внешний конец которого герметично уплотнен.

В теле диска 8 выполнено сквозное разгрузочное отверстие 17 (или, несколько отверстий ) с проходным сечением, в несколько раз большим (в 5-7 раз) кольцевого сечения зазора между ступицей 5 и диском 8.

В виде варианта регулятор расхо,да может быть выполнен с осевой разГРУЗкой от перепада давлений, протекающей среды на входе и выходе регулятора (фиг.2 . В этом случае .регулирующий орган выполнен в виде стакана 18 с выполненными на стенках окнами 19, в которых расположены радиальные лопатки 20 под углом к радиальной полости стакана, внутри которого установлена цилиндрическая втулка 21, закрепленная в корпусе и имеющая окна 22. Стакан 18 связан со ступицей пружиной закручивания.

Количество окон в диске ( цилиндре ), снабженных лопатками, может быт любым, в- том числе возможен вариант с одним окном, но при этом необходимы меры по статической балансировке диска (цилиндра 4h Более перспективным предсТ|авляется вариант с двумя окнами: он конструктивно прост не требует статической балансировки, обеспечивает достаточно большой угол поворота диска в рабочем диапазоне регулирования.

Лопатки могут быть выполнены либо плоскими осесимметричными, либо с дугообразными осями профилей, что обеспечивает более полное использование энергии потока для создания перестанавливающего усилия (момента;.

Диафрагма 11 в виде варианта може быть установлена перед диском 8 (на фиг.1 и 2 не показано), однако при этом завихрения потока на рабоче срезе 13 диафрагмы вызывают нестационарное обтекание решеток лопаток и связанное с этим ухудшение рабочих характеристик регулятора.

Регулятор расхода работает следующим образом.

Рабочая среда (газ, жидкость) протекая через регулятор, проходит через окна диска 8 (стакана 18), обтекая лопатки 10 (19). При этом на выходе из пакета лопаток поток изменяет направление, создавая на лопатках 10 (19) реактивный крутящий момент, под действием которого диск 8 (стакан 18) поворачивается, закручивая пружину 14. Одновременно с поворотом края окон диска 8 (18) перемещаются относительно диафрагмы 11 (втулки 21) и окна диска 8 (стакана 18) частично перекрываются рабочими срезами 12 (23) диафрагмы 11 (втулки 21), живое сечение для прохода рабочей среды уменьшается из-за возникшего дросселирования потока на выходе с лопаток 10(19), расход рабочей среды уменьшается и наступает уменьшение крутящего момента на диск

8(стакане 18,так как гжэмент пропорционален квадрату объемного расхода. Создаются условия, при которых для данного расхода средг а через регулятор возникает равновесие мo eнтoв со стороны диска 8 (стакана 18) и со ст роны напряженной при повороте пружины 14 закручивания. Если расход сред не меняется, то диск 8 (.стакан 18; остается в покое. При возникновении внешних возмущающих факторов, вызывающих изменение расхода среды, равновесие реакгивного момента на диске 8 (стакане 18) и момента со стороны пружины 14 нарушается, что приводит к по вороту диска 8 (стакана 18) на неко торый угол. Например, при уменьшении расхода протекающей среды реактивный момент на диске 8 (стакане 18) снизится и под действием напряженной пружины 14 он повернется (фиг.1) по часовой стрелке, живое сечение его окон увеличится при их перемещении относительно рабочего среза 13(23) диафрагмы 11 (втулки 2 а это приведет к снижению гидравлического сопротивления в окнах и к увеличению расхода протекающей среды, причем в динамике процесс перестройки проходных сечений завершится тйгда, когда вновь возникнет равенство реактивного момента на диске 8 (стакане 18) и момента пружины 14. Из сказанного вытекает, что регулятор функционально имеет вполн определенную статическую неравномерность, а поэтому он работает по принципу пропорционального регулирования с приводом прямого действия Величина статической неравномерност очевидно, зависит от угла установки лопаток и жесткости пружины 14. Применение смещенных относительн радиуса рабочих срезов 13(23) отвер тий в диафрагме 11 (втулке 21) позволяет линеаризировать статическую характеристику регуляторав пол жениях предельного дросселирования. Перестройка регулятора на другой расход обеспечивается поворотом диафрагмы 11 (втулки 21) путем вращения установочного винта 16. Осевая разгрузка регулятора с це лью повышения его чувствительности за счет уменьшения сил трения в под шипнике 7 обеспечивается выравниван ем давления до и после диска 8 (ста кана 18 ) за счет перетока протекающ среды через разгрузочное отверстие Поскольку -живое сечение зазора межд ступицей 5 и диском 8 (стаканом 1 много меньше, чем сечение отверстия 17, в зазоре имеет место значительное дросселирование расхода проточек и давление в камере перед дис ком .8 (стаканом Id) практически ра но давлению на выходе регулятора. Однако это позволяет лишь -частично разгрузить лиск в (стакан 18), так как не уравновешено осеьое усилие, действующее на периферическую поверхность диска Ь (стакана 18) , включая и окна с лопатками 10 (19). С целью полной разгрузки от осевых усилий, и в свою очередь, с целью снижения момента трения в подшипниках и повышения чувствительности регулятора, регулирующий орган и диафрагма выполнен. по варианту (фиг.2). При этом отверстие 17 обеспечивает полную разгрузку от осевого усилия стакана 18, а все усилия от перепада давлений на стакан Ib направлены по рёщиусам и взаимно уравновешиваются . Для работы на чистых средах,в устройстве могут быть применены подшипники качения, что значительно снижает трение покоя и связанную с ним нечувствительность. В случае использования регулятора- для сред с механическими включениями можно использовать подшипники качения с уплотнительными устройствами или подшипники 1 скольжения (не показани) из материалов с высокими антифрикционными свойствами, а так как нагрузки на них малы, могут быть использованы пластики с низкими коэффициентами трения: капрон или фторопласт. Вышеизложенные меры позволяют значительно повысить чувствительность регулятора расхода по сравнению с прототипом. Кроме того, повышение чувствительности достигается за счет того, что функцию измерителя расхода выполняет самрегулирующий орган без каких-либо промежуточных передаточных звеньев. Наиболее целесообразно применять его на транспорте, в авиации и космонавтике, поскольку очевидны его малые габариты и масса. Учитывая значительную простоту конструкции, комп1актность и малую стоимость, можно сделать вывод, что регулятор более эффективен в промьшленном использовании, чем известные. Формула изобретения 1. Регулятор расхода, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и с расположенным в нем регулирующим органом, отличающийс я тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и точности регулятора, регулирующий орган выполнен Б виде установленного с возмож|Ностью поворота на оси, закрепленной в корпусе, диска, связанного с осью через пружину эакручивания и имеющего на периферии окна, в которых установлены радиальные Лопатки под углом к плоскости диска, и диафрагмы, установленной парашлельно диску и

имеющей окна соотйетственно окнам диска.

гЯбм к радиальной плоскости стакана, внутри которого соосно установлена цилиндрическая втулка с окнами соответственно окнам стакана, связанного с корпусом через пружину эакручивани-я.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 05 Д 7/01, 1979 (прототип).

А-А

Фиг. г

6-6

/«

Фиг.З

//

12

иг.4