SU962879A1 - Регул тор давлени - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в различных гидравлических, энергетических, химических и прочих системах для регулирования давления, а также расхода и температуры протекающей жидкости. ⁵

Известен регулятор давления проходного типа, содержащий два регулирующих элемента, установленных в корпусе на резьбах разного направления, оси которых совпадают с осью регулятора. В устройстве используется внешний привод вращательного (по виду движения) типа [1 ]. ·

Недостатками данного регулятора являются сложность конструкции, заключающаяся в наличии внешнего привода и в невозможности его размещения в едином корпусе регулятора проходного ₂о типа, недостаточно высокая чувствительность и точность срабатывания изза большого количества элементов, передающих перестанавливающее усилие от привода-к регулирующим элементам^ ограниченная надежность в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор давления, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, чувствительный элемент и регулирующий орган, связанный с резьбовым штоком и установленный с возможностью вращения вокруг своей оси.Регулятор содержит золотник, установленный в регулирующем органе, связанный с чувствительным элементом и предназначенный для управления потоками жидкости, поступающей в реактивные сопла, укрепленные на регулирующем органе и направленные тангенциально. При этом реактивный привод компактен при достаточной мощности, расположен в едином с ,, регулятором корпусе, чувствительность регулятора повышена за ^счет снижения количества элементов, передающих регулирующий импульс [2].

Недостатками известного регулятора являются низкая точность из-за трения покоя в зоне контакта золотника в его гнезде: ненадежность работы золот ни кривого распределителя на технических жидкостях, имеющих механические включения, приводящие к его механическому износу и. заклиниванию; кроме того, реактивный момент сопла обратно пропорционален степени закрытия регулирующего органа вследствие изменения располагаемого перепада давления в соплах, что вызывает снижение чувствительности регулятора в режиме максимального открытия регулирующего органа.

Цель изобретения - повышение точности и надежности работы регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе за седлом на штоке установлены насадок, связанный с чувствительным элементом и снабженный радиальными струйными каналами, соединенными через внутреннюю полость штока с входным патрубком, и лопасти с возмож-₂₅ ностью поворота вокруг осей, установленных радиально штоку на его кронштейне, а на передней кромке лопастей, напротив радиальных струйных каналов выполнены приемные каналы в виде тан- ₃₀ генциальных сопел, направленных в противоположные стороны.

Кроме того, тангенциальные сопла выполнены внутри осей.

Точность регулирования повышается за счет применения лопастей, обеспечивающих дополнительный крутящий момент, который суммируется с реактивным моментом тангенциальных сопел.

Управление тангенциальными соплами при помощи струйных каналов исключило азаимодействие трущихся пар и позволило повысить надежность регулятора.

Регулятор может быть применен для регулировки давления после себя и до себя. Кроме того, конструкция регулятора позволяет вместо сильфонного чувствительного элемента, рующего на изменение давления, зовать преобразователь расхода пературы, что делает возможным применение для регулирования расхода и температуры жидкостного потока. ·

На фиг. 1 изображен регулятор давления после себя; на фиг. 2 - вариант исполнения регулятора давления до себя; на фиг. 3 - вариант исполнения регулятора для регулирования расхода жидкостного потока; на фиг. 435 регулятор для регулирования температуры жидкости или газа; на фиг. 5 вариант узла установки насадка и лопастного аппарата.

Регулятор, предназначенный для регулирования давления жидкостного потока после себя (фиг. 1), содержит корпус 1, имеющий входной 2 и выходной 3 патрубки. Внутри корпуса распо) ложено седло 4, спереди которого по направлению потока и соосно ему установлен регулирующий орган 5, имеющий в передней части резьбовой шток 6, размещенный в резьбовой втулке 7, ко₍ торая укреплена в патрубке 2 на радиальных стойках 8. Задняя (по ходу штока) часть регулирующего элемента 5 переходит в полый шток 9, размещенный в подшипнике скольжения 10, укреплен₍ ном вышеописанным способом на стойках 8. Полость штока 9 сообщается с пространством входного патрубка 2 каналами 11. В конце штока 9 посредством внутренних ребер укреплен стер_; жень 12, несущий на внешнем своем конце кронштейн 13. Торцы штока 9. и кронштейна 13 через сильфоны 14 соединены со струйным насадком 15, осевое отверстие которого сообщается-с радиальны, ми струйными каналами. На кронштейне укреплены радиальные оси 16, на которых с угловой свободой установлены лопасти 17 симметричного профиля.

В передней части лопастей 17 (в пределе - на передней кромке) размещены приемные каналы, направленные радиально и разнесенные по оси устройства так, что они расположены один за другим, причем эти каналы переходят ! в тангенциально направленные в противоположных направлениях сопла 18.

На полой стойке 19 укреплен чувствительный элемент, который выполнен в виде сильфона 20, который имеет подвижный торец. Внутри сильфона 20 размещена пружинка ная через рычаг том 23. Сильфон чатой тяги 24 и чески связан со * В варианте исполнения регулятора давления до себя (фиг. 2) сильфон 20 соединен посредством движения (и ществляется выполненное в этом случае выполнен в едином блоке с кронштейном 13. При этом регулируреагииспольи темего сжатия, напряжен- регулировочным вин20 посредством вильпальцев 25 кинематиструйным насадком 15.

со струйным насадком 15 штока 26, причем передача кинематическая связь) осучерез продольное окно 27, в теле штока 9, который

962879 6 >

ющий орган 5 в передней части соединен с полым резьбовым штоком 28, в котором располагается шток 26.

В варианте регулятора расхода (фиг.' 3) использован чувствительный 5 элемент, который реагирует на изменение скоростного напора. Этот чувствительный элемент выполнен в виде пластины 29 (диска), подпружиненной пружиной сжатия 30, напряженной через ю втулку 31 и рычаг 22 регулировочным винтом 23. Пластина 29 установлена нормально к потоку.

В варианте регулятора температуры (фиг. 4) внутренняя полость сильфона 15 20 сообщается с объемом термоблока 32 манометрического датчика температуры, размещенного в терморегулируемой зоне.

Рационален вариант выполнения радиальных осей 16 с двумя внутренними 20 каналами 33 (фиг. 5), разнесенными в направлении оси и сообщающимися с тангенциальными соплами 18 посредством каналов, выполненных в теле лопасти *. 17. Резьба на штоке 6 выполняетсг_ха-25 мозатормаживающейся, преимущественно j однородной с малым шагом. Все сопла составляют две группы, причем все сопла одной группы направлены в одном направлении вращения. Лопасти 17 уста-^д новлены на радиальных осях 16 так, что у каждой ее аэродинамический центр ' давления расположен вблизи (или совмещены) с геометрической осью поворота.

„ _ 35

Рабочая поверхность регулирующего элемента 5 (противостоящая седлу 4) может быть спрофилирована по любому закону изменения площади проходного сечения канала седло 4 - регулирующий орган 5 в зависимости от осевого перемещения регулирующего органа 5, в том числе и по линейному, закону, что обеспечит работу регулятора по типу про тому, что суммарный крутящий момент всех сопел будет равен нулю, и, вовторых, каждая лопасть будет устанавливаться в потоке во флюгирующем положении, и сумма гидродинамических сил всех лопастей также будет равна нулю.

Таким образом, регулирующий элемент будет находиться в покое. При изменении давления в выходном патрубке 3 равновесие чувствительного элемента нарушится. Так, например, при увеличении давления сильфон 20 сожмется и займет новое положение, обеспечивающее равновесие сил сильфона 20, пружины 21 и сильфонов 14 в этих новых условиях: при этом вильчатая тяга 24 переведет струйный насадок 15 в сторону патрубка 3, струи, истекающие из него, будут делиться уже не на.равные части и на соплах 18 изменяются реактивные силы, причем прежний баланс их нарушится, что приведет к повороту лопастей 17 на осях 16 на некоторый угол, и на лопасти будет воздействовать протекающая среда, вызывая гидродинамическую силу (по природе сходную с подъемной силой крылового профиля в потоке). Так как сопла 18 установлены на передних кромках лопастей 17, знаки моментов сил реакции сопел 18 и гидродинамических сил совпадают, а сумма этих моментов вызовет вращение регулирующего органа. В данном случае, учитывая геометрию на фиг. 1 и то, что шток 6 имеет правую резьбу, регулирующий орган перемещается назад, в сторону выходного патрубка 3, обеспечивая закрытие зазора в седле. Пропуск рабочей среды уменьшится, обеспечивая снижение давления в патрубке 3. Кроме того, движение регулирующего органа переместит назад все лопасти 17, обеспечивая обратное изменение соотношения расходов в соплах 18 вплоть до их порционального регулирования.

При регулировании давления после себя устройство работает следующим образом (фиг. 1).

В стационарных условиях давление протекающей через клапан среды сжимает сильфон 20 до некоторого положения равновесия упругих сил сильфона 20 и пружины 21. При этом струйный насадок 15 занимает среднее положение относительно приемных каналов сопл 18, обеспечивая давление расхода на сопла каждой лопасти на две равные части и равенства реактивных сил сопл каждой равенства, что, в свою очеоедь, приведет к равенству реактивных сил на каждый лопасти и ее возврату во флюгирующее положение. Суммы, как реактивных, так и гидродинамических сил, снова будут равны нулю, что приведет к остановке регулирующего органа в по ложении, обеспечивающем новый режим работы, вызванный возмущением со стороны регулируемого объекта, подсоединенного к выходному патрубку.

При уменьшении давления· регулятор работает таким же образом, с той лишь разницей, что перераспределение раслопасти, что, во-первых, приводит к ходов жидкости в реактивных соплах

Ί обеспечивает перемещение регулирующего органа 5 в сторону открытия кольцевого зазора в области седла 4.

При регулировании давления до себя (фиг. 2) регулятор работает ана- 5 логичным образом, обеспечивая расход жидкости через регулятор на сброс из объекта регулирования, подключенного со стороны входного патрубка 2.

При регулировании расхода протека-Ю ющей среды (фиг. 3) скоростной напор потока, пропорциональный расходу, воспринимается датчиком скоростного напора (пластина 29), причем усилие активного воздействия потока перемещает^ шток 26 до тех пор, пока не наступит его равновесие с усилием со стороны пружины 30. При этом произойдет перемещение соплового насадка 15 и срабатывание регулятора в сторону уменьше-20 ния проходного сечения в седле 4, а снижение расхода приведет к уменьшению силы воздействия на пластину 29, приводя систему к некоторому.устойчивому положению, обеспечивающему за- 25 данный расход.

Во всех вышеописанных случаях уровень заданного параметра устанавливается с помощью- рычага 22 и регулировочного винта 2 3. 30

При регулировании температуры жидкости в термобаллоне 32, установленной в зоне контроля температуры объекта, обеспечивает при своем объемном расширении (сжатии) соответствующую ₃₅ деформацию сильфона 30 и срабатывание регулятора с изменением подачи греющего агента, топлива, охладителя и т. д. В остальном при этом работа устройства совпадает с вышеописанным. ₄₀

Технология и затраты при изготовлении регулятора доступны для широкого использования, так как требования к качеству материалов всех элементов не содержат никаких принципиальных ...

ограничений, а его выполнение в се- . рийном производстве требует меньших затрат, чем для известных и используемых в настоящее время регуляторов прямого действия.

Регулятор может быть использован во всех отраслях техники, где требуется регулирование давления, расхода, температуры жидкости (газа) в трубах и каналах.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к автоматике и может-быть использовано в различных гидравлических, энергетических, химических и прочих системах дл  регулировани  давлени , а также расхода и температуры протекающей жидкости. Известен регул тор давлени  проходного типа, содержащий два регулирующих элемента, установленных в корпусе на резьбах разного направлени , оси которых совпадают с осью регул тора. В устройстве используетс  внешний привод вращательного (по виду движени ) типа 1 . Недостатками данного регул тора  вл ютс  сложность конструкции, заключающа с  в наличии внешнего привода и в невозможности его размещени  в едином корпусе регул тора проходного 2 типа} недостаточно высока  чувствительность и точность срабатывани  изза большого количества элементов, передающих перестанавливающее усилие от привода-к регулирующим элементам; ограниченна  надежность в работе. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  регул тор давлени , содержащий корпус с входным и выходным патрубками, чувствительный элемент и регулирующий орган , св занный с резьбовым штоком и установленный с возможностью вращени  вокруг своей оси.Регул тор содержит золотник, установленный в регулирующем органе, св занный с чувствительным элементом и предназначенный дл  управлени  потоками жидкости, поступающей в реактивные сопла, укрепленные на регулирующем органе и направленные тангенциально. При этом реактивный привод компакт-ен при достаточной мощности, расположен в едином с , регул тором корпусе, чувствительность регул тора повышена за счет снижени  количества элементов, передающих регулирующий импульс 2. 96 Недостатками известного регул тора  вл ютс  низка  точность из-за трени  поко  в зоне контакта золотника в его гнезде: ненадежность работы золотнико вого распределител  на технических жидкост х, имеющих механические включени , привод щие к его механическому износу и. заклиниванию; кроме того, реактивный момент сопла обратно пропорционален степени закрыти  регулирующего органа вследствие изменени  располагаемого перепада давлени  в соплах , что вызывает снижение чувствительности регул тора в режиме максимального открыти  регулирующего органа . Цель изобретени  - повышение точности и надежности работы регул тора. Указанна  цель достигаетс  тем, что в регул торе за седлом на штоке установлены насадок, св занный с чувствительным элементом и снабженный радиальными струйными каналами, соединенными через внутреннюю полость штока с входным патрубком, и лопасти с возмож ностью поворота вокруг осей, установленных радйально штоку на erd кронштейне , а на передней кромке лопастей напротив радиальных струйных каналов выполнены приемные каналы в виде .тангенциальных сопел, направленных в про тивоположные стороны. Кроме того, тангенциальные сопла выполнены внутри осей. Точность регулировани  повышаетс  за счет применени  лопастей, обеспечивающих дополнительный крут щий момент , который суммируетс  с реактивным моментом тангенциальных сопел. Управление тангенциальными соплами при помощи струйных каналов исключило взаимодействие трущихс  пар и позволило повысить надежность регул тора. Регул тор может быть применен дл  регулировки давлени  после себ  и до себ . Кроме того, конструкци  регул тора позвол ет вместо сильфонного чувствительного элемента, реагирующего на изменение давлени , исполь зовать преобразователь расхода и температуры , что делает возможным его применение дл  регулировани  расхода и температуры жидкостного потока. На фиг. 1 изображен регул тор давлени  после на фиг. 2 - вариант исполнени  регул тора давлени  до на фиг, 3 - вариант исполнени  регул тора дл  регулировани  расхода жидкостного потока; на фиг, регул тор дл  регулировани  температуры жидкости или газа; на фиг. 5 - вариант узла установки насадка и лопастного аппарата. Регул тор, предназначенный дл  регулировани  давлени  жидкостного потока после себ  (фиг. 1), содержит корпус 1, имеющий входной 2 и выходной 3 патрубки. Внутри корпуса расположено седло 4, спереди которого по направлению потока и соосно ему установлен регулирующий орган 5, имеющий в передней части резьбовой шток 6, размещенный в резьбовой втулке 7, котора  укреплена в патрубке 2 на радиальных стойках 8, Задн   (по ходу штока ) часть регулирующего элемента 5 переходит в полый шток 9, размещенный в подшипнике скольжени  10, укрепленном вышеописанным способом на стойках 8. Полость штока 9 сообщаетс  с пространством входного патрубка 2 каналами 11. В конце штока 9 посредством внутренних ребер укреплен стержень 12, несущий на внешнем своем конце кронштейн 13. Торцы штока 9. и кронштейна 13 через сильфоны соединены со струйным насадком 15, осевое отверстие которого сообщаетс -с радиальными струйными каналами. На кронштейне 13 укреплены радиальные оси 16, на которых с угловой свободой установлены лопасти 17 симметричного профил . В передней части лопастей 17 .(в пределе - на передней кромке) размещены приемные каналы, направленные радйально и разнесенные по оси устройства так, что они расположены один за другим, причем эти каналы переход т в тангенциально направленные в противоположных направлени х сопла 18. На полой стойке 19 укреплен чувствительный элемент, который выполнен в виде сильфона 20, который имеет подвижный торец. Внутри сильфона 20 размещена пружинка 21 сжати , напр женна  через рычаг 22 регулировочным винтом 23. Сильфон 20 посредством вильчатой т ги 24 и пальцев 25 кинематически св зан со струйным насадком 15, В варианте исполнени  регул тора давлени  до себ  (фиг, 2) сильфон 20 соединен со струйным насадком 15 посредством штока 26, причем передача движени  (и кинематическа  св зь) осуществл етс  через продольное окно 27, выполненное в теле штока 9, который случае выполнен в едином блоке с кронштейном 13 При этом регулирующий орган 5 в передней части соединен с полым резьбовым штоком 28, в котором располагаетс  шток 26. В варианте регул тора расхода (фиг. 3) использован чувствительный элемент, который реагирует на изменение скоростного напора. Этот чувстви тельный элемент выполнен в виде пластины 29 (диска), подпружиненной пружиной сжати  30, напр женной через втулку 31 и рычаг 22 регулировочным винтом 23. Пластина 29 установлена нормально к потоку. В варианте регул тора температуры (фиг. 4) внутренн   полость сильфона 20 сообщаетс  с объемом термоблока 32 манометрического датчика температуры размещенного в терморегулируемой зоне Рационален вариант выполнени  радиальных осей 16 с двум  внутренними каналами 33 (фиг. 5), разнесенными в направлении оси и сообщающимис  с тан генциальными соплами 18 посредством каналов, выполненных в теле лопасти 17. Резьба на штоке 6 выполн етс и ;амозатормаживающейс , преимущественно одноходной с малым шагом. Все сопла составл ют две группы, причем все сопла одной группы направлены в одном направлении вращени .-Лопасти 17 уста новлены на радиальных ос х 16 так, что у каждой ее аэродинамический цент давлени  расположен вблизи (или совмещены ) с геометрической осью поворота . Рабоча  поверхность регулирующего элемента 5 (противосто ща  седлу } может быть спрофилирована по любому закону изменени  площади проходного сечени  канала седло k - регулирующий орган 5 в зависимости от осевого пере мещени  регулирующего органа 5, в том числе и по линейному, закону, что обес печит работу регул тора по типу пропорционального регулировани . При регулировании давлени  после себ  устройство работает следующим образом (фиг. 1). В стационарных услови х давление протекающей через клапан среды сжимает сильфон 20 до некоторого положени  равновеси  упругих сил сильфона 20 и пружины 21. При этом струйный насадок 15 занимает среднее положение относительно приемных каналов сопл 18, обеспечива  давление расхода на сопла каждой лопасти на две равные части и равенства реактивных сил сопл каждой лопасти, что, во-первых, приводит к тому, что суммарный крут щий момент всех сопел будет равен нулю, и, вовторых , кажда  лопасть будет устанавливатьс  в потоке во флюгирующем положении , и сумма гидродинамических сил всех лопастей также будет равна нулю. Таким образом, регулирующий элемент будет находитьс  в покое. При изменении давлени  в выходном патрубке 3 равновесие чувствительного элемента нарушитс . Так, например, при увеличении давлени  сильфон 20 сожметс  и займет новое положение, обеспечивающее равновесие сил сильфона 20, пружины 21 и сильфонов 1 в этих новых услови х: при этом вильчата  т га 2 переведет струйный насадок 15 в сторону патрубка 3, струи, истекающие из него, будут делитьс  уже не на.равные части и на соплах 18 измен ютс  реактивные силы, причем прежний баланс их нарушитс , что приведет к повороту лопастей 17 на ос х 16 на некоторый угол, и на лопасти будет воздействовать протекающа  среда, вызыва  гидродинамическую силу (по природе сходную с подъемной силой крылового профил  в потоке ). Так как сопла 18 установлены на передних кромках лопастей 17, знаки моментов сил реакции сопел 18 и гидродинамических сил совпадают, а сумма этих моментов вызовет вращение регулирующего органа. В данном случае, учитыва  геометрию на фиг. 1 и то, что шток 6 имеет правую резьбу, регулирующий орган перемещаетс  назад, в сторону выходного патрубка 3, обеспечива  закрытие зазора в седле. Пропуск рабочей среды уменьшитс , обеспечива  снижение давлени  в патрубке 3. Кроме того, движение регулирующего органа переместит назад все лопасти 17, обеспечива  обратное изменение соотношени  расходов в соплах 18 вплоть до их равенства, что, в свою очеоедь, приведет к равенству реактивных сил на каждый лопасти и ее возврату во флюгирующее положение. Суммы, как реактивных , так и гидродинамических сил, снова будут равны нулю, что приведет к остановке регулирующего органа в положении , обеспечивающем новый режим работы, вызванный возмущением со стороны регулируемого объекта, подсоединенного к выходному патрубку. При уменьшении давлени - регул тор работает таким же образом, с той лишь разницей, что перераспределение расходов жидкости в реактивных соплах 796 обеспечивает перемещение регулирующего органа 5 в сторону открыти  коль цевого зазора в области седла k. При регулиравании давлени  до себ  (фиг. 2) регул тор работает аналогичным образом, обеспечива  расход жидкости через регул тор на сброс из объекта регулировани , подключенного со стороны входного патрубка 2. При регулировании расхода протекающей среды (фиг. 3) скоростной напор потока, пропорциональный расходу, вос принимаетс  датчиком скоростного напора (пластина 29), причем усилие активного воздействи  потока перемещает шток 26 до тех пор, пока не наступит его равновесие с усилием со стороны пружины 30. При этом произойдет перемещение соплового насадка 15 и срабатывание регул тора в сторону уменьшени  проходного сечени  в седле , а снижение расхода приведет к уменьшению силы воздействи  на пластину 29, привод  систему к некоторому.устойчивому положению, обеспечивающему за- .данный расход. Во всех вышеописанных случа х уровень заданного параметра устанавливаетс  с помощью- рычага 22 и регулировочного винта 23. При регулировании температуры жидкости в термобаллоне 32, установленной в зоне контрол  температуры объекта , обеспечивает при своем объемном расширении (сжатии) соответствующую деформацию сильфона 30 и срабатывание регул тора с изменением подачи греюще го агента, топлива, охладител  и т. д В остальном при этом работа устройства совпадает с вышеописанным. Технологи  и затраты при изготовлении регул тора доступны дл  широкого использовани , так как требовани  к качеству материалов всех элементов не содержат никаких принципиальных ограничений, а его выполнение в се- . рийном производстве требует меньших затрат, чем дл  известных и используемых в насто щее врем  регул торов пр мого действи . Регул тор может быть использован во всех отрасл х техники, где требуетс  регулирование давлени , расхода, температуры жидкости (газа) в трубах и каналах. Формула изобретени  1.Регул тор давлени , содержащий корпус с входным и выходным патрубками и с расположенными в нем седлом, регулирующим органом, шток которого установлен в подшипнике скольжени  и резьбовой втулке, установленных на радиальных стойках, и чувствительным элементом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности регул тора, за седлом на штоке установлены насэдок, св занный с чувствительным элементом и снабженный радиальными струйными каналами, соединенными через внутреннюю полость штока с входным патрубком, и лопасти с возможностью поворота вокруг осей, установленных радиально штоку на его кронштейне, а напротив радиальных струйных каналов на передней кромке лопас.тей выполнены приемные каналы в виде тангенциальных сопел, направленных в противоположные стороны. 2.Регул тор по п. 1,отличаю щ и и с   тем, что тангенциальные сопла выполнены внутри осей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1о Авторское свидетельство СССР N619909, кл. G 05 D 16/06, 1976.
2. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2818179, кл. G 05 D 16/06, 1979 (прототип).

   fS

   Buds

   Фиг.}

   Фиг.