Регулирующий клапан для криогенных сред

 

1. РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ДЛЯ КРИОГЕННЫХ СРЕД, содержащий заключенный в вакуу.мный кожух корпус с соллом., в котором установлен плунжер, С1;абже11НЫ дггтчиком линейного перемещения и связанный с даище.м герметизируюн 1е о сильфона, посредством которого рабочая полость клапана отделена от полости управления, отличающийся тем. что. с целью повышения точности регулирования в широком диапазоне температур, датчик линейного перемешения размешен в полости управления и выполнен в виде резистивного элемента с подвижным электрическим контактом, установленным на диэлектрической каретке, ме.чанически связанной с днищем герметизирующего, сильфона , а в стенке корнуса выполнен гермовывод . через который выводы подвижного электрического контакта и резистивного элемента пропун1,ены за пределы вакуумного кожуха, где установлены источник постоянного тока, снабженный балластным резистором, и шина питания, подключенные соответственно к вывода.м резистивного элемента, формирующим сигналы, i соответствующие полностью открыто .м у и полностью закрытому положению кла (Л пана, и стабилитрон, подключенный параллельно вывода.м резистивного элемента. о оо ел оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1 071 858

1.,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCMOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ уилуу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3527796/25-08 (22) 23. 12.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) h. А. Каклюгин, В. И. Кабанов и А. A. Иванов (53) 621.646 (088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР

¹ 477285, кл. F 16 К 19/00, 1973.

2. Романенко Н. Т. и др. Криогенная арматура. М., «Машиностроение», 1978, с. 32. рис 24 (прототип). (54) (57) 1. РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛЛ11АН ,г. (ЛЯ КРИ(гГ)..HHhlX СРЕД, содержащий зак..юченнь.и в вакуумный кожух корпус с с(алом. в кото>)ом у(1ановлtн l1лунжер, снабжу пы : д;;тчиком линейного псремещения и связанный с днищем герметизирующе(о сильфона, посредством которого рабочая пол<1ст„клапана отделена от полости управления. от.гичигощиг1сч тем. что, 5() F 16 К 31/126; F 16 К 37/00 с целью повышения точности регулирования в широком диапазоне температур, датчик линейного перемещения размещен в полости управления и выполнен в виде резистивного элемента с подвижным электрическим контактом, установленным на диэлектрической каретке, механически связанной с днищем герметизируюгцего сильфона, а в стенке корпуса выполнен гермовывод, через который выводы подвижного электрического контакта и резистивного элемснта пропущены за пределы вакуумного кожуха, где установлены источник постоянного тока, снабженный балластным резистором, и щи на пита ния, подкл юченные соответственно к выводам резистивного элемента. формирующим сигналы, с соответствующие полностью открытому 1В и полностью закрытому положеникг клапана, и стабилитрон, подключенный наФ раллельпо выводам резистивного элемента.

)6

1071858

10

30

40 днищем сильфона.

2. Клапан по и. 1, отличающийся тем, что рсзистивный элемент снабжен дополнительным подвижным электрическим контактом, подключенным в полости управле ния к выводу резистивного элемента, подключенному к шине питания, и установленным на дополнительной диэлектрической каретке, причем в полости управления

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано для управления потоками криогенных жидкостей и захоложенных газов, а также для дозировапия их количеств.

Известен клапан, содержащий корпус с седлом, плунжер, герметизирующие элементы, например сильфоны или резиновые прокладки, магистральные патрубки и вакуумные кожухи (1).

Однако для данного клапана характерны отсутствие в его конструкции датчиков линейных перемещений, с помощью которых можно получить выходной электрический сигнал, пропорциональный положению запорной поверхности плунжера относигельно седла клапана, и, как следствие этого, невозможность точно управлять l1o: оками криогенного продукта и осу шествлять точное дозирование его.

Наиболее близкой по техни:..ской сущности и достигаемому результа у к изобретению является конструкция клапана, содержащего заключенный в вакуумный кожух корпус с седлом, в котором установле ы плупжер и герметизируюший сильфон, отделяющий рабочую полость клапана о полости управления, причем в конструкции п1гсду;мотрен датчик линейного переме.цспия li. i ë.æåðà (2) .

Однако известная конструкция характеризуется невысокой точностью измерения положения плунжера и, следовательно, низким качеством регулирования потоков криогенного продукта и дозирования его. Это объясняется тем, что индуктивный датчик линейного перемещения закреплен на стенке корпуса так, что подвижной сердечник из магнитного материала прилегает к холодной полости управляющего газа, и при колебаниях температуры вплоть до температуры жидкого гелия его магнитные свойства изменяются, что приводит к большим погрешностям определения положения плунжера, а устройство для компенсации температурных погрешностей не предусмотрено. Кроме того, индуктивный датчик перемещения работает на переменном токе, уста новлен с возможностью перемещения винт. связанный резьбовым соединением с доно. чительной кареткой, а снаружи кожуха установлен резистивный делитель Hdпряжения, подключенный к выводу электрического контакта каретки, связанной с днищем сильфона.

2 что вызывает необходимость применять сложную и дорогостоящую вторичную аппаратуру.

Цель изобретения — повышение точности регулирования в широком диапазоне температур.

Указанная цель достигается тем, что в регулирующем клапане для криогенных сред, содержащем заключенный в вакуумный кожух корпус с седлом, в котором установлен плунжер, снабженный датчиком линейного перемещения и связанный с днищем герметизирующего сильфона, посредством которого рабочая полость клапана отделена от полости управления, датчик линейного перемещения размещен в полости управления и выполнен в виде резистивного элемента с подвижным электрическим контактом, установленным на диэлектрической каретке, механически связанной с днищем герметизирующего сильфона, а в стенке корпуса выполнен гермовывод, через который выводы подвижного электрического контакта и резистивного элемента пропущены за пределы вакуумного кожуха, где установлены источник постоянного тока, снабженный балластным резистором, и шина питания, подключенные соответственно к вычодам резистивного элемента, формирующи;. сигналы, соответствующие полностью о крьгi IMv и полностью закрытому положению клан ча, и стабилитрон, подключенный параллельно выводам резистивного элемента.

Кроме того ре..истивный элемент снабжен дополнительчым подвижным электрическим контактом, подключенным в полости управления к выводу резис-ивного элемента, подключенному к шине ri. т ния, и установленным на дополнительной диэлектрической каретке, причем в полости управления установлен с возможностью перемещения винт, связанный резьбовым соединением с дополнительной кареткой, а снаружи кожуха установлен резистивный делитель напряжения, подключенный к выводу электрического контакта каретки, связанной с

1071858

15

50

На фиг. 1 схематично изображен регулирующий клапан для жидких криогенных сред, снабженный двумя потенциометрическими датчиками линейного перемещения со схемой компенсации температурных погрешностей определения положения запорной поверхности плунжера относительно седла клапана; на фиг. 2 — клапан, снабженный датчиками перемещения с двумя каретками, позволяющими нормировать выходной электрический сигнал и компенсировать погрешности механической установки и закрепления резистивных элементов датчиков в корпусе клапана.

Клапан (фиг. 1) содержит корпус 1, сильфон 2, герметично соединенный с днищем 3 и корпусом 1, гермовывод 4, герметично впаянный в стенке корпуса 1, и вакуумный кожух 5, который также герметично соединен с корпусом 1. Герметизирующий сильфон 2 отсекает полость А криогенного продукта полости Б управляющего газа. а кожух 5 разграничивает полость В вакуумной теплоизоляции и внешней окружающей клапан атмосферы Г. Внутри полости А размещен плунжер 6, который закреплен в центральной части днища 3 и свободно перемещается в направляющих опорах 7, закрепленных на внутренних стенках корпуса 1. Входной патрубок 8 заканчивается седлом 9 клапана, которое с запорной поверхностью плунжера 6 определяет регулируемое проходное сечение для потока криогенного продукта, выходящего через выходной патрубок 10. Внутри полости Б размещены один или несколько потенциометрических датчиков линейного перемещения, корпусы которых жестко закреплены на внутренней стенке корпуса клапана. Потенциометрические датчики содержат резистивный элемент 11 и диэлектрическую каретку 12, на которой закреплен электрический контакт 13, выполненный в виде металлической пружинной скобы. Каретка 12 закреплена на штоке 14, который свободно перемешается в направляющих опорах 15, жестко закрепленных на внутренней стенке корпуса клапана.

Шток 14 шарнирно сопряжен с днищем 3 сильфона 2 и тем самым осуществляет механическую связь между плунжером 6 клапана и подвижнь, ми электрическими контактами 13 датчиков перемещения. Провода электрических выводов от резистивных элементов 11 и подвижных электрических контактов 13 через гермовывод выведены из полости Б ео внешнюю атмосферу Г, т. е. за пределы корпуса кла пана. Гер мовывод содержит изолирующее стеклянное основание, в которое впаяны сквозные металлические штырьки для подпайки электрических проводов с обеих сторон, а само стеклянное основание герметично вварено в стенку корпуса 1. Полость А является холодной, так как в ней циркулирует криогенный продукт. Полость Б является тоже холодной из-за того. что в ней осуществляется тепловой контакт с полостью А через герметизируюший сильфон 2 с дннщем 3.

Полость В вакуумирована, а с наружной стороны кожуха 5 и гермовывода 4, т. е. во внешней атмосфере Г, находится теплая зона. К крайним выводам резистивных элементов 11 с наружной стороны гермовывода 4, т. е. в теплой зоне, подключен (под паян) стабилитрон 16, который в свою очередь подключен через балластный резистор 17 к источнику постоянного тока с напряжением Е„относительно общей шины 18, при этом с выводов подвижных элсKTрических контактов 13 в теплой зоне относительно общей шины 18 снимаются идентичные выходные сигналы.

Во втором варианте клапана (фиг. 2) в холодной полости Б управляющего газа размещены потенциометрические датчики линейного перемещения с резистивными элементами 19, снабженными двумя диэлектрическими каретками, на I oTopblx закреплены металлические пружинные скооы, осуществляющие подвижные электрические контакты с резистивными элементами датчиков. Каретка 20 первого подвижного контакта 2! имеет возможность перемешаться вдоль резистивного элемента 19 с Iloмощью винта 22, подвижно закрепленного в опорах 23 и имектщего шлиц для осуществления подстройки в процессе сборки.

Вывод электрического контакта 21 соединен (припаян) в холодной полости Б с крайним выводом резистивногo элемента датчика и в теплой зоне подключен к общей IIIHHE.

18 питания. Каретка 24 второго подвижного электрического контакта 25 подключена (фиг. 2) с H3pvж ной сTopoH bl I tp hlol3hl I30, I«3 4 в теплой зоне к резистивномх делителю 26 напряжения, с регулируемого выхода которого с 3имается выходной сигнал.

Регу.1ирующий клапан .ь1я жидких криогенных сред работает следующим образом.

В нерабочем состоянни клапан полностью открыт (фиг. 2), так как в полости Б (фиг. 1) нет избыточного давления управляющего газа Р „„. и плунжер 6 удерживается сильфоном 2 за счет его собственной жесткости в ненапряженном состоянии, прн этом расстояние между запорной поверхностью плунжера 6 и седлом клапана равно величине полного линейного перемещения плунжера, т. е. Х =- 1. Для подготовки клапана к рабочему состоянию производят вакуумирование теплоизоляционной полости В, а в полость Б подают управляющий газ, например гелий, под давлением

Р>.„, величина которого превышает сумму давлении: давления Р,„криогенного продукта в полости А и давления Р, Hooáxo107(868

1(7 ю

Ри; а

С.осгавпп лп 1. Колнснпскан

Ре.ак гор С.. С аепко Гiхред И. Верее Корректор А. Лпчокоеor

3, „, .1 5ЬЬ 3 Тпр ж 913 11одпнсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, >K — 35, Раушская наб., д. 4!5

Филиал Г!ПП «Патент)>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 димого для llpoo;Io, låíèÿ сил сопротивления сильфона 2, вызванных как собственной жесткост!Ио, так и температурными деформа)1иями его, ири этом клапан полностью закрывается, так кяк запорная поверхность илуижсра 6 оказывается плотно прижатой к седлу клапана. Тякос состояние кля:)аиа является исходным для рабочего режима, при этом Х =- О и поток криогенного продукта ..)срскрыт. Рабочий режим клапана осуществляется далее зя счет изменения дяв.1 е и и и Руаг ), ll P 2 8, ß Io I I! I. I o г а 3 а в и О;! О с т и Ь, т. с. зя счет иикл))чиого умси)ииеиия и иослсдующего увеличения его, ири этом плунжср отрабатывает цикличное перс мещение запорной поверхности относительно осдла клапана, чем изменяет проходное ссчеиие и осуществляет регулирование потока и дозироваиие криогсIIHQI продукта. Одновременно механическое переме!пение илуижера

6, штока !4 и карсток 12 с электрическими контактами 13 приводит к изменению величии выходных напряжений вы)г (Х) и Upy);z (Х), .1ииейио 3

Цо ьторому варианту клапан (фиг. 2) раоотает так же, как и ио первому, но при

5 подготовке его к работе производят предварительиу!о корректировку положения контакта 21 на резистивиом элементе 19 с помощью перемещения каретки 20 Ilo винту 22 и этим самым устанавливают соответствие нулевому уровню выходного н а и ряжения датчика, т. е. UI),)к (Х) = О при закрытом клапане, когда Х = 0 я затем при полностью огкрытом клапане, когда Х = — l, производят корректировку положения выходного контакта на резистивном делителе 26 напряже15 иия так, что выходное нагряжение равно нормированной величине, например (!вых (Х)макс = 1О В.

Технико-экономическая эффективность изооретеиия зак;иочястся в повышении качества управления и дозирования путем

f11 повышения точности определения положения плунжера относительно седла в широком диаиазонс температур, в устранении погре)иностей определения положения. вызванных технологическими смещениями 13Tчиков ири механической сборке клапанов.